基于自然能源跷跷板式温、湿度保护的温室系统的制作方法
【专利摘要】本发明利用太阳能、风能等自然能源，将太阳能转换为热能，将太阳能和风能转换为电能，温室内部安装多个温度控制器和多个湿度控制器，温湿度控制器的安装采用对称原则进行安装，采用跷跷板式控制方式将温室的温、湿度动态控制在一个合适的范围，该温室系统具有绿色、环保、无污染、成本低的特点。
【专利说明】基于自然能源跷跷板式温、湿度保护的温室系统
所属【技术领域】
[0001]本技术发明可用于鸡、鸭、鹅等家禽孵化；鸵鸟、野鸭、天鹅等各种野鸟和特种禽类孵化；铁皮石斛等名贵中草药的温室种植；水仙花等高档花卉的温室种植；也可以用于各种有机蔬菜的温室种植和桑蚕养殖；还可以用于储藏河鲜、海鲜、瓜果、蔬菜等的保鲜库、冷库等。
【背景技术】
[0002]在我国工业的发展和逐步推进城镇化的大环境下，大量的农田变为非农业用地，可耕种的土地逐年减少，高楼大厦、柏油马路、水泥马路逐年增加，怎样在城市的环境下发展都市农业，成为时代命题；工业废气、汽车尾气等有毒气体的排放造成的空气污染，化肥、农药等造成对蔬菜、农作物的污染，正在危害着人们的身心健康，优质的生活呼唤着清洁的空气和健康的食品，在无污染的地方种植的有机瓜果、有机蔬菜，在江河湖海捕获的生猛河鲜、生猛海鲜新鲜地运到路途遥远、人口密集的大城市，这就需要开发温室系统来满足人们的需求，利用自然能源建造的温室系统不仅能够解决老百姓的菜篮子工程，也能够绿化城市环境。
[0003]传统的温室系统存在以下几个方面的缺点:
[0004]一、耗电量大、影响市电、运行成本高。
[0005]二、温、湿度控制不准确，控制方式单一，安全系统低。
[0006]三、受自然界气候影响较大，需要太阳光进行光合作用，昼夜温差对温室影响大。
【发明内容】
[0007]本温室系统由制热温室系统、制冷温室系统、冷库温室系统三个部分组成。在春季或者冬季，温室的温度只有通过外部的加热才能使温室温度上升，家禽孵化、特种禽类孵化、温室种植、养殖等需要加热，才能使温室温度达到孵化、种植和养殖的条件，这就需要制热的温室系统；在炎热的夏天，由于禽类孵化到一定阶段，自己会产生热量，导致温室环境温度持续升高，不容易将温度降下来，那么就可以通过冷水循环来控制温室的温度，这就需要制冷温室系统；蔬菜、瓜果、河鲜、海鲜等需要保鲜，不需要将温室温度保存在很低的温度状态，也可以采用制冷温室系统，这样可以大大节省制冷温室系统的成本。制热温室系统和制冷温室系统都采用水循环作为传递热量的介质，价格便宜、零排放、无污染。蔬菜、瓜果、河鲜、海鲜等需要长时间保存，这就需要零摄氏度以下温度的冷库保存，因为水在零摄氏度以下就结冰了，不能循环带走热量，传递热量的介质就需要采用冷媒(氟利昂等)。
[0008]制热温室系统由太阳能热水器、太阳能光伏电池板、太阳光跟踪装置、风力发电机、蓄电池组、充电器、DC / DC电压变换器、电源逆变器、开关电源、热水泵、比例调节阀门、伺服电机、热水散热器、电加热装置、温度控制器、湿度调节装置、湿度控制器、温室控制器等组成。太阳能热水器、太阳能光伏电池板、太阳光跟踪装置放置在太阳光照射的地方，一般放置在楼顶或者其它太阳光直射的高处，太阳光跟踪装置跟踪太阳光的方向，保证太阳光直射在太阳能光伏电池板上，太阳能热水器利用太阳能将水加热，太阳能热水器与储水罐相连，因为水是液体，太阳能热水器加热水的过程中，水会形成对流，因此，太阳能热水器的温度与储水罐里水的温度是一致的，储水罐内安装有电加热装置，电源逆变器将直流电压变换为220V / 50HZ的交流电，储水罐中的电加热装置由逆变器提供电源，风力发电机发电，通过充电器对蓄电池组充电，太阳能光伏电池板通过DC / DC电压变换器，将太阳能光伏电池板的电压变换后对蓄电池组进行充电，太阳能光伏电池板将太阳能转换成电能，由电能转换成化学能储藏在蓄电池中，蓄电池给热水泵、电磁阀、开关电源等供电，蓄电池可以是铅酸电池的电池组，也可以是锂离子电池的电池组，各种电池组的性价比不一样，应该因地制宜。因为储水罐处于高处，有压力差，通过伺服电机调节比例调节阀门，来控制热水循环的流量，温度控制器采集温室的温度，湿度控制器采集温室的湿度，采集的温度数据和湿度数据通过电脑总线RS232 / RS485传给温室控制器，温室控制器经过软件运算后，对伺服电机输出控制信号，伺服电机控制比例调节阀门，从而控制温室的温度，开关电源依靠逆变器提供电源，开关电源提供温室控制器、温度控制器、湿度控制器等电源，热水泵将循环后的水泵到储水罐中。储水罐中的温度传感器将温度数据传递给温室控制器，温室控制器通过软件判断，储水罐中的热水是否达到热水的温度下限，如果没有，就需要启动储水罐中的电加热装置，对热水进一步加热，如果达到或者超过热水的温度下限，就不需要启动储水罐中的电加热装置，直接采用太阳能热水器对水进行加热。当然，如果自然条件允许，可以采用温泉，直接利用温泉的热量，省去太阳能热水器，节省成本，例如福建的福州就有这样的自然条件。
[0009]制冷温室系统由太阳能光伏电池板、太阳光跟踪装置、风力发电机、蓄电池组、充电器、DC / DC电压变换器、电源逆变器、开关电源、冷媒压缩机、热水泵、比例调节阀门、伺服电机、冷水散热器、温度控制器、湿度调节装置、湿度控制器、温室控制器等组成。太阳能光伏电池板、太阳光跟踪装置放置在太阳光照射的地方，一般放置在楼顶或者其它太阳光直射的高处，太阳光跟踪装置跟踪太阳光的方向，保证太阳光直射在太阳能光伏电池板上，冷媒压缩机包裹在储水罐上，电源逆变器将直流电变换为220V / 50HZ的交流电，冷媒压缩机由逆变器提供电源，风力发电机发电，通过充电器对蓄电池充电，太阳能光伏电池板通过DC / DC电压变换器，将太阳能光伏电池板的电压变换后对蓄电池组进行充电，太阳能光伏电池板将太阳能转换成电能，由电能转换成化学能储藏在蓄电池中，蓄电池给热水泵、电磁阀、开关电源等供电，蓄电池`可以是铅酸电池的电池组，也可以是锂离子电池的电池组，各种电池组的性价比不一样，应该因地制宜。因为储水罐处于高处，有压力差，通过伺服电机调节比例调节阀门，来控制冷水循环的流量，储水罐内安装有温度传感器，温度传感器将温度数据传给温室的温室控制器，温室控制器通过软件判断水槽内水的温度是否达到冷水温度上限，否则就需要启动冷媒压缩机对水进一步制冷，如果接近o°c，就不需要启动冷媒压缩机装置对水进行制冷，防止水结冰。当然，如果制冷的温度要求不高，可以采用井水，因为井水的温度不管是春夏秋冬都是在零度偏上的温度值，直接利用井水可以节省成本。
[0010]冷库温室系统由太阳能光伏电池板、太阳光跟踪装置、风力发电机、蓄电池组、充电器、DC / DC电压变换器、电源逆变器、开关电源、冷媒压缩机、电磁阀、铜管散热器、温度控制器、湿度调节装置、湿度控制器、温室控制器等组成。太阳能光伏电池板、太阳光跟踪装置放置在太阳光照射的地方，一般放置在楼顶或者其它太阳光直射的高处，太阳光跟踪装置跟踪太阳光的方向，保证太阳光直射在太阳能光伏电池板上，太阳能光伏电池板将太阳能转换成电能，通过充电器对蓄电池组进行充电，将电能转换成化学能储藏在蓄电池中，蓄电池给冷媒压缩机、电磁阀、开关电源等供电，蓄电池可以是铅酸电池的电池组，也可以是锂离子电池的电池组，各种电池组的性价比不一样，应该因地制宜。如果温室温度低于温室控制器的设定值，电池阀的阀门就会打开，冷媒压缩机就会工作，冷媒在冷媒压缩机内由气体变为液体，释放从温室带来的热量，在温室内部，冷媒由液体变为气体，吸收温室的热量，通过冷媒的状态循环，将温室的热量带出温室外，使温室温度降低。
[0011]制热和制冷温室内部的前部、后部、左部、右部、上部、下部都应该安装有散热装置、散热装置应该有两部分的功能，一种是制热的功能，另外一种是制冷的功能，温室的前部、后部、左部、右部、上部、下部的每个部位都应该安装一个金属散热装置和一个比例调节阀门，阀门的调节驱动通过伺服电机进行闭环控制，从而控制热水循环的流量，由于是水制热或制冷，温度变化均匀、温和，无温度的大起大落，无电磁辐射；冷库温室内部的前部、后部、左部、右部、上部、下部都应该安装有由铜管组成的散热装置，因为铜管的散热比其它金属散热要好，对冷库温室的控制应该由电磁阀和冷媒压缩机联合控制。由于温度的控制有一个热惯性的问题，对温度的控制要实现PID调节；温室内部对角线应该安装有东南西北四个湿度控制的设备和湿度控制器，湿度调节可以采用两种方式，一种湿度调节装置可以是通过高压的水形成水雾进行喷雾加湿，另外一种湿度调节装置是通过水加热后形成水蒸汽来调节温室的湿度，跷跷板式温度的安装采用对称原则，前后对称或者左右对称或者上下对称，跷跷板式湿度控制器采用范围控制，将湿度控制在一定范围之内，采用跷跷板控制和范围控制能够实现对湿度的均匀控制。
[0012]温室控制系统的安装，由于温室控制系统是由电路板、电子元器件、微控制器等组成，在高温和高湿的环境下工作，它们的参数会发生变化，会产生温漂等技术问题，给控制系统带来误差，为了解决这个问题，温室的控制板应该安装在温室的外部，让它在室温下工作，然而温度传感器单元和湿度传感器单元应该安装在温室内部，尽量贴近被测物体，更加真实的提取温度和湿度的数据，温湿度控制器采用电脑总线RS232 / RS485与温室控制器进行联合控制，可以节省导线，简化布线的作用。
[0013]禽类孵化到一定阶`段，适当的光照对幼雏发育有益；桑蚕养殖和温室种植都需要不同颜色的光进行光合作用。温室的顶部应该安装有红色(Red)、绿色(Green)、蓝色(Blue)的LED组合灯，简称为RGB的LED灯，来满足温室内部物质的需要，RGB的LED灯可以通过PWM (脉宽调制)对红色(Red)或者绿色(Green)活着蓝色(Blue)的LED灯调节，来调制出红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的七种不同颜色和各种强度的光，避免借助太阳光进行光合作用，解决人们靠天吃饭问题。
[0014]本发明技术的有益效果可以总结以下七点:
[0015]1、利用太阳能、风能等自然资源，绿色、环保、无污染。
[0016]2、采用上、下、左、右、前、后安装比例调节阀和散热装置，温度上升快并且易于控制。
[0017]3、与传统的温室系统相比较，该温室系统是零碳、无排放，不仅满足人们生活需要，还为城市增加绿色，冷媒(氟利昂等)和水是常见的传导热介质，易于获得。
[0018]4、采用跷跷板式温度控制和PID温度调节，控制温度精确，采用跷跷板式湿度控制和范围控制，使温室的湿度稳定，安全系数大大提高。
[0019]5、采用RGB的LED灯，可以不借助太阳光进行光合作用，解决人们靠天吃饭问题。
[0020]6、由于是水热或水冷，温度变化均匀、温和，无温度的大起大落，无电磁辐射，对养殖和孵化有益。
[0021]7、采用RS232 / RS485电脑总线对温、湿度控制器的数据进行采集，可以简化布线，节省导线。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是制热温室系统整体布局图
[0023]图2是制冷温室系统整体布局图
[0024]图3是冷库温室系统整体布局图
[0025]图4是温室控制器的结构图
[0026]图5是温室内部温、湿度控制器和LED灯的位置布局图
[0027]图6是温度控制器的结构图
[0028]图7是湿度控制器的结构图
[0029]图8是伺服电机驱动比例调节阀门结构图
[0030]图9是跷跷板式温度控制软件流程[0031 ]图10是跷跷板式湿 度控制软件流程
【具体实施方式】:
[0032]在图1中描述的制热温室系统由太阳能热水器、太阳光跟踪装置、太阳能光伏电池板、DC / DC电压变换器、风力发电机、充电器、蓄电池组、电源逆变器、电加热装置、开关电源、热水泵、比例调节阀门、伺服电机、热水散热器、温度控制器、湿度控制器、湿度调节器、温室、温室控制器、储水罐、温度传感器组成，所述的太阳能热水器连接储水罐，所述的电加热装置安装在储水罐内，储水罐内安装有温度传感器，所述的太阳能跟踪装置连接太阳能光伏电池板，所述的太阳能光伏电池板连接DC / DC电压变换器，所述的DC / DC电压变换器连接蓄电池组，所述的风力发电机连接充电器，所述的充电器连接蓄电池组，所述的蓄电池组连接电源逆变器，所述的电源逆变器连接电加热装置和开关电源，电加热装置安装在储水罐内，所述的开关电源为温室控制器、温度控制器和湿度控制器提供低压直流电源，所述的热水泵出水端连接储水罐，进水端连接热水散热器，所述的比例调节阀门受伺服电机控制，调节热水循环的流量大小，所述的温度控制器和热水散热器分别安装在温室的前部、后部、左部、右部、上部、下部，采用对称安装，所述的湿度控制器和湿度调节器分别在温室的东、南、西、北四个角，采用对称线安装。
[0033]在图2中描述的制冷温室系统由太阳光跟踪装置、太阳能光伏电池板、DC / DC电压变换器、风力发电机、充电器、蓄电池组、电源逆变器、开关电源、冷媒压缩机、热水泵、t匕例调节阀门、伺服电机、冷水散热器、温度控制器、湿度调节装置、湿度控制器、温室控制器、储水罐、温度传感器组成，所述的冷媒压缩机包裹在储水罐外面，储水罐内安装有温度传感器，所述的太阳能跟踪装置连接太阳能光伏发电板，所述的太阳能光伏发电板连接DC / DC电压变换器，所述的DC / DC电压变换器连接蓄电池组，所述的风力发电机连接充电器，所述的充电器连接蓄电池组，所述的蓄电池组连接电源逆变器，所述的电源逆变器连接冷媒压缩机和开关电源，所述的开关电源为温室控制器、温度控制器和湿度控制器提供低压直流电源，所述的热水泵出水端连接储水罐，进水端连接冷水散热器，所述的比例调节阀门受伺服电机控制，调节冷水循环的流量大小，所述的温度控制器和冷水散热器分别安装在温室的前部、后部、左部、右部、上部、下部，采用对称安装，所述的湿度控制器和湿度调节器分别在温室的东、南、西、北四个角，采用对称线安装。
[0034]在图3中描述的冷库温室系统由太阳光跟踪装置、太阳能光伏电池板、DC / DC电压变换器、风力发电机、充电器、蓄电池组、电源逆变器、开关电源、冷媒压缩机、电磁阀、铜管散热器、温度控制器、湿度调节装置、湿度控制器、温室控制器组成，所述的太阳能跟踪装置连接太阳能光伏发电板，所述的太阳能光伏发电板连接DC / DC电压变换器，所述的DC / DC电压变换器连接蓄电池组，所述的风力发电机连接充电器，所述的充电器连接蓄电池组，所述的蓄电池组连接电源逆变器，所述的电源逆变器连接冷媒压缩机和开关电源，所述的开关电源为温室控制器、温度控制器和湿度控制器提供低压直流电源，所述的冷媒压缩机安装在温室的外面，所述的冷媒压缩机的出口连接铜管散热器，所述的铜管散热器连接电磁阀，所述的电磁阀连接冷媒压缩机的入口，所述的温度控制器和铜管散热器分别安装在温室的前部、后部、左部、右部、上部、下部，采用对称安装，所述的湿度控制器和湿度调节器分别在温室的东、南、西、北四个角，采用对称线安装。
[0035]在图4中CPU通过电脑通讯总线RS232 / RS485获取各个温度控制器和湿度控制器的参数，和所述的矩阵键盘参数设置经过CPU处理，将参数显示在LCD显示屏上，将控制信号通过所述的输出端子输出，控制伺服电机、热水泵等。温室控制器的电源由所述的蓄电池组经过逆变器和开关电源后供给。
[0036]在图5中所述的前部温度控制器、后部温度控制器、左部温度控制器、右部温度控制器、上部温度控制器、下部温度控制器分别安装在温室的前后左右上下的六个部位，形成跷跷板式的对称安装，这样安装有利于温室的温度控制均匀，安全；东湿度传感器、南湿度传感器、西湿度传感器、北湿度传感器采用对角线的对称安装，有利于湿度均匀控制，湿度调节装置随东南西北湿度传感器的位置安装。所述的RGB的LED灯是安装在温室的前后左右上的五个部位，通过红、绿、蓝三种颜色的调节，可以调节出各种不同颜色的光，满足温室内物体对光的需要。
[0037]在图6中所述的多路温度传感器通过数字开关，分别分时轮序对各个温度传感器进行数据采集，温度控制器内部也有一路温度传感器，这些温度传感器都要经过信号放大，通过外部和内部温度差，来作为温度控制的参数，平均的温度值显示在数码管上，温度的数字信号通过电脑通讯总线RS232 / RS485传给温室控制器，从而控制温室的温度。
[0038]在图7中所述的湿度传感器，CPU对湿度传感器进行数据采集，湿度传感器经过信号放大，湿度值显示在数码管上，湿度的数字信号通过电脑通讯总线RS232 / RS485传给温室控制器，从而控制温室的湿度。
[0039]在图8中所述的伺服电机和比例调节阀门，伺服电机接收温室控制器的控制信号，调节比例调节阀门的大小，控制温室内部的比例调节阀门的大小，从而控制温室的温度和湿度。
[0040]在图9、图10中A、B分别指的是温室内部对称位置上的温、湿度传感器。
【权利要求】
1.基于自然能源跷跷板温、湿度保护温室系统包括制热温室系统、制冷温室系统和冷库温室系统三个部分组成，其中温、湿度控制采用跷跷板式带PID的控制方式。
2.制热温室系统由太阳能热水器、太阳光跟踪装置、太阳能光伏电池板、DC/ DC电压变换器、风力发电机、充电器、蓄电池组、电源逆变器、电加热装置、开关电源、热水泵、t匕例调节阀门、伺服电机、热水散热器、温度控制器、湿度控制器、湿度调节器、温室、温室控制器、储水罐、温度传感器组成，所述的太阳能热水器连接储水罐，所述的电加热装置安装在储水罐内，储水罐内安装有温度传感器，所述的太阳能跟踪装置连接太阳能光伏电池板，所述的太阳能光伏电池板连接DC / DC电压变换器，所述的DC / DC电压变换器连接蓄电池组，所述的风力发电机连接充电器，所述的充电器连接蓄电池组，所述的蓄电池组连接电源逆变器，所述的电源逆变器连接电加热装置和开关电源，电加热装置安装在储水罐内，所述的开关电源为温室控制器、温度控制器和湿度控制器提供低压直流电源，所述的热水泵出水端连接储水罐，进水端连接热水散热器，所述的比例调节阀门受伺服电机控制，调节热水循环的流量大小，所述的温度控制器和热水散热器分别安装在温室的前部、后部、左部、右部、上部、下部，采用对称安装，所述的湿度控制器和湿度调节器分别在温室的东、南、西、北四个角，采用对称线安装。
3.制冷温室系统由太阳光跟踪装置、太阳能光伏电池板、DC/ DC电压变换器、风力发电机、充电器、蓄电池组、电源逆变器、开关电源、冷媒压缩机、热水泵、比例调节阀门、伺服电机、冷水散热器、温度控制器、湿度调节装置、湿度控制器、温室控制器、储水罐、温度传感器组成，所述的冷媒压缩机包裹在储水罐外面，储水罐内安装有温度传感器，所述的太阳能跟踪装置连接太阳能光伏发电板，所述的太阳能光伏发电板连接DC / DC电压变换器，所述的DC / DC电压变换器连接蓄电池组，所述的风力发电机连接充电器，所述的充电器连接蓄电池组，所述的蓄电池组连接电源逆变器，所述的电源逆变器连接冷媒压缩机和开关电源，所述的开关电源为温室控制器、温度控制器和湿度控制器提供低压直流电源，所述的热水泵出水端连接储水罐，进水端连接冷水散热器，所述的比例调节阀门受伺服电机控制，调节冷水循环的流量大小，所述的温度控制器和冷水散热器分别安装在温室的前部、后部、左部、右部、上部、下部，采用对称安装，所述的湿度控制器和湿度调节器分别在温室的东、南、西、北四个角，采用对称线安装。
4.冷库温室系统由太阳光跟踪装置、太阳能光伏电池板、DC/ DC电压变换器、风力发电机、充电器、蓄电池组、电源逆变器、开关电源、冷媒压缩机、电磁阀、铜管散热器、温度控制器、湿度调节装置、湿度控制器、温室控制器组成，所述的太阳能跟踪装置连接太阳能光伏发电板，所述的太阳能光伏发电板连接DC / DC电压变换器，所述的DC / DC电压变换器连接蓄电池组，所述的风力发电机连接充电器，所述的充电器连接蓄电池组，所述的蓄电池组连接电源逆变器，所述的电源逆变器连接冷媒压缩机和开关电源，所述的开关电源为温室控制器、温度控制器和湿度控制器提供低压直流电源，所述的冷媒压缩机安装在温室的外面，所述的冷媒压缩机的出口连接铜管散热器，所述的铜管散热器连接电磁阀，所述的电磁阀连接冷媒压缩机的入口，所述的温度控制器和铜管散热器分别安装在温室的前部、后部、左部、右部、上部、下 部，采用对称安装，所述的湿度控制器和湿度调节器分别在温室的东、南、西、北四个角，采用对称线安装。
5.温室的顶部应该安装有红色(Red)、绿色(Green)、蓝色(Blue)的LED组合灯，简称为RGB的LED灯，来满足温室内部物质的需要，RGB的LED灯可以通过PWM的调节，来调制出红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的各种颜色和各种强度的光，避免借助太阳光进行光合作用，解决人们靠天吃饭问 题。
【文档编号】A01G9/24GK103798083SQ201410026980
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年1月20日 优先权日:2014年1月20日
【发明者】李鑫 申请人:李鑫