水培植物自动水循环控制系统的制作方法

本实用新型属于水培植物水循环技术领域，具体来说涉及一种水培植物自动水循环控制系统。

背景技术：

水培与平常的土壤栽培相比来说，用营养液替代泥土具有卫生清洁、养护方便和可以多次使用等很多优点。在1859～1865年间，水培技术来自沙奇斯sachs和克诺普knop的科学试验，这项实验打开了水培技术试验探索时代的大门。他们将化学药品和水按照比例配置，然后培养植物，并观察植物的生长状况，这种方法取得成功后就被称为水培，其中，由于水培植物基本都选择在室内栽培，所以水培的植株可以四季常绿，不像其他培育方法那样受时令限制，水培出的植物也可以茁壮成长，所以受到很多人的青睐；其中，由于水培植物生长的环境对水培植物的生长起到非常关键的作用，那么对水培植物的生长环境的温度、光照强度以及水培溶液的浓度的进行控制是一项非常重要的工作。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种水培植物自动水循环控制系统，该水培植物自动水循环控制系统具有能够对水培植物环境进行监控和调节的功能。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种水培植物自动水循环控制系统，包括：控制器以及与所述的控制器分别连接的光强度传感器、温度传感器、报警装置、显示屏以及喷泉机构，所述的光强度传感器用于检测所述的水培植物所处环境的光照强度，所述的温度传感器用于检测所述的水培植物所处环境的温度；

所述的喷泉机构包括：喷水池、设置在喷水池内的上喷口、贯穿所述的喷水池底部并与所述的上喷口连通的喷泉管道以及安装在所述的喷泉管道中部的喷泉水泵，所述的喷泉管道的下端固装在用于对所述的水培植物提供水分和营养的混合液池内，沿所述的喷泉管道的周侧设置有多个上下间隔地依次经回流管路连通的植物盆以连通所述的混合液池构成水回路；

其中，所述的混合液池内安装有混合液水位传感器、电导率装置以及两个用于搅拌混合所述的混合液池内的溶液的微型水泵；

所述的混合液池的两侧分别与清水池和营养液池连通，所述的混合液池与所述的清水池之间安装一清水水泵，以受控向所述的混合液池内注入清水，所述的混合液池与所述的营养液池之间安装一营养液水泵，以受控向所述的混合液池内注入营养液。

在上述技术方案中，该系统还包括：用于供电的开关电源，所述的开关电源的输出端包括用于提供电压为+5V的直流电压的第一输出端VCC和用于提供电压为-5V的直流电压的第二输出端VEE，所述的第一输出端VCC通过设置在所述的控制器上的稳压模块与所述的控制器的供电端电连接，所述的开关电源分别与所述的光强度传感器、温度传感器、报警装置、显示屏、清水水位传感器、清水水泵、混合液水位传感器、电导率装置、营养液水位传感器、营养液水泵、两个微型水泵和喷泉水泵电连接。

在上述技术方案中，所述的电导率装置包括：输入端与所述的控制器的PWM方波输出端连接的求差电路、输入端与所述的求差电路的输出端连接的滤波电路、两端与所述的滤波电路的输出端连接且用于检测电导率的电极、输入端用于接收所述的电极的产生的信号的放大电路以及输入端与所述的放大电路的输出端连接的精密检波电路，所述的精密检波电路的输出端与所述的控制器的输入端连接。

在上述技术方案中，所述的求差电路包括放大器U1，所述的放大器U1的负输入端V-通过一电阻R1与所述的控制器的PWM方波输出端连接，所述的放大器U1的负输入端V-通过一电阻R2与所述的放大器U1的输出端Vout连接，所述的放大器U1的正输入端V+通过一电阻R10与所述的第一输出端VCC电连接，所述的放大器U1的正输入端V+通过一电阻R11与接地线GND电连接，所述的放大器U1的正供电端与所述的第一输出端VCC电连接，所述的放大器U1的负供电端与所述的第二输出端VEE电连接，其中，所述的放大器U1的输出端Vout输出的信号为方波信号V1。

在上述技术方案中，所述的滤波电路包括放大器U2，所述的放大器U2的负输入端V-通过由电阻R3和电阻R4组成的串联电路与所述的放大器U1的输出端Vout连接，所述的电阻R3和电阻R4之间通过一电容C1与接地线GND电连接，通过一电阻R5与所述的放大器U2输出端Vout连接，所述的放大器U2的负输入端V-通过一电容C2与其的输出端Vout连接，所述的放大器U2的正输入端V+与所述的接地线GND电连接，所述的放大器U2的正供电端与所述的第一输出端VCC电连接，所述的放大器U2的负供电端与所述的第二输出端VEE电连接，所述的放大器U2的输出端Vout输出的信号为正弦信号V2，将所述的正弦信号V2施加在用于检测电导率的电极的两端，所述的电极产生出正弦信号V3。

在上述技术方案中，所述的放大电路包括：放大器U3，所述的放大器U3的正输入端V+接收到所述的正弦信号V3，所述的放大器U3的负输入端V-通过一电阻R9与其输出端Vout连接，该输出端Vout的输出信号为信号V4，所述的放大器U3的负输入端V-通过一电阻R8与所述的接地线GND电连接，所述的放大器U3的正供电端与所述的第一输出端VCC电连接，所述的放大器U3的负供电端与所述的第二输出端VEE电连接。

在上述技术方案中，所述的精密检波电路包括：放大器U4和放大器U5，所述的放大器U4的正输入端V+通过一电阻R12与所述的放大器U3的输出端Vout连接，所述的放大器U4的正输入端V+通过由电阻R13和二极管D2组成的串联电路与其输出端Vout连接，其中，所述的二极管D2的阳极与所述的放大器U4的输出端Vout连接，所述的放大器U4的正输入端V+通过由电阻R14和电阻R17组成的串联电路与所述的放大器U5的正输入端V+连接，所述的放大器U4的负输入端V-通过一电阻R15与接地线GND电连接，所述的放大器U4的正供电端与所述的第一输出端VCC电连接，所述的放大器U4的负供电端与所述的第二输出端VEE电连接，所述的放大器U4的输出端Vout通过一二极管D1与所述的电阻R17连接，其中，所述的电阻R17的远离所述的二极管D1的一端与所述的放大器U5的正输入端V+连接，所述的放大器U5的正输入端V+通过一电阻R16与所述的放大器U3的输出端Vout连接，所述的放大器U5的正输入端V+通过由电阻R18和电容C3组成的并联电路与其输出端Vout连接，所述的放大器U5的负输入端通过一电阻R16与所述的接地线GND电连接，所述的放大器U5的输出端Vout与所述的控制器的输入端连接，所述的放大器U5的正供电端与第一输出端VCC电连接，所述的放大器U5的负供电端与所述的第二输出端VEE电连接。

在上述技术方案中，所述的电导率装置为电导率传感器，电导率传感器分别与控制器和开关电源连接。

在上述技术方案中，所述的控制器为Arduino UNO。

在上述技术方案中，所述的光强度传感器通过I²C总线与所述的控制器连接。

本实用新型的优点和有益效果为：

1.本实用新型的水培植物自动水循环控制系统采用光强度传感器、温度传感器对水培植物所处的环境进行监测，并通过控制器对水培植物的环境进行调节，采用报警装置能够及时提醒工作人员水培植物环境发生的变化，或者在该系统出现问题时能够及时提醒工作人员维修，使用方便，采用显示屏能够对环境温度、光照强度和混合液池的水位进行显示，能够直观的显示出数字，方便工作人员使用，采用喷泉机构与控制器配合使用能够对水培植物及时补充水分和营养，实现了智能化；

2.本实用新型的水培植物自动水循环控制系统采用电导率装置对水培植物的混合液池内的导电率实时监测，并通过控制器分别控制清水水泵和营养液水泵工作及时调整混合液池内的电导率，以保证混合液池内的溶液浓度一直处于水培植物需要的浓度。

附图说明

图1为本实用新型的水培植物自动水循环控制系统的电气连接示意图；

图2为本实用新型的水培植物自动水循环控制系统的喷泉机构的结构示意图；

图3为本实用新型的水培植物自动水循环控制系统的导电率装置的求差电路；

图4为本实用新型的水培植物自动水循环控制系统的导电率装置的滤波电路；

图5为本实用新型的水培植物自动水循环控制系统的导电率装置的放大电路；

图6为本实用新型的水培植物自动水循环控制系统的导电率装置的精密检波电路。

其中，

1为控制器，2为光强度传感器，3为温度传感器，4为报警装置，5为显示屏，6为喷泉机构，6-1为喷泉管道，6-2为喷泉水泵，6-3为喷水池，7为混合液池，8为放置架，9为混合液水位传感器，10为电导率装置，11为清水池，12为营养液池，13为清水水泵，14为清水水位传感器，15为营养液水泵，16为营养液水位传感器，17为植物盆。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合图1-6所示和具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。

在以下实施例中，电阻R1的阻值为10KΩ，电阻R2的阻值为10KΩ，电阻R3的阻值为10KΩ，电阻R4的阻值为5.1KΩ，电阻R5的阻值为10KΩ，电阻R8的阻值为1KΩ，电阻R9的阻值为1KΩ，电阻R10的阻值为1.2KΩ，电阻R11的阻值为1.2KΩ，电阻R12的阻值为10KΩ，电阻R13的阻值为10KΩ，电阻R14的阻值为10KΩ，电阻R15的阻值为10KΩ，电阻R16的阻值为20KΩ，电阻R17的阻值为10KΩ，电阻R18的阻值为20KΩ，电阻R19的阻值为10KΩ；电容C1的值为100nF，电容C2的值为10nF，电容C3的值为10uF,二极管D1的型号为1N1202C，二极管D2的型号为1N1202C。

实施例1

一种水培植物自动水循环控制系统，包括：控制器1以及与控制器1分别连接的光强度传感器2、温度传感器3、报警装置4、显示屏5；以及喷泉机构6，光强度传感器2用于检测水培植物所处环境的光照强度，温度传感器3用于检测水培植物所处环境的温度；

喷泉机构6包括：喷水池6-3、设置在喷水池6-3内的上喷口、贯穿喷水池6-3底部并与上喷口连通的喷泉管道6-1、安装在喷泉管道6-1中部的喷泉水泵6-2，喷泉水泵6-2能够为喷泉机构6提供动力用于喷水，喷泉管道6-1的下端固装在用于对水培植物提供水分和营养的混合液池7内，沿喷泉管道6-1的周侧设置有多个上下间隔地依次经回流管路连通的植物盆17，其中，多个植物盆17放置在放置架8上；

上喷口安装在喷水池6-3内，喷泉机构6在喷水过程中能够将混合液池7内的溶液引入到植物盆17内对水培植物供给水和营养；

其中，混合液池7内安装有混合液水位传感器9、电导率装置10以及两个用于搅拌混合混合液池7内的溶液的微型水泵，所述的混合液水位传感器9用于检测混合液池7内的液位，所述的电导率装置10用于检测混合液池7内的电导率以判断其溶液浓度，混合液水位传感器9、喷泉水泵6-2、两个微型水泵和电导率装置10均与控制器1连接；

混合液池7的两侧分别与清水池11和营养液池12连通，混合液池7与清水池11之间安装一清水水泵13，以受控向混合液池7内注入清水，清水池11内安装有用于检测其内水位的清水水位传感器14，混合液池7与营养液池12之间安装一营养液水泵15，以受控向混合液池7内注入营养液，营养液池12内安装有用于检测其内水位的营养液水位传感器16，其中，清水水泵13、清水水位传感器14和营养液水位传感器16均与控制器1连接。

本实用新型的水培植物自动水循环控制系统采用光强度传感器、温度传感器对水培植物所处的环境进行监测，并通过控制器对水培植物的环境进行调节，采用报警装置能够及时提醒工作人员及时发现水培植物环境变化的情况，或者在该系统出现问题时能够及时提醒工作人员维修，使用方便，采用显示屏能够对环境温度、光照强度和混合液池的水位进行显示，能够直观的显示出数字，方便工作人员使用，采用喷泉机构与控制器配合使用对水培植物及时补充水分和营养，实现了智能化；

进一步，该系统还包括：用于供电的开关电源，开关电源的输出端包括用于提供电压为+5V的直流电压的第一输出端VCC和用于提供电压为-5V的直流电压的第二输出端VEE，第一输出端VCC通过设置在控制器1上的稳压模块与控制器1的供电端电连接，该稳压模块可采用信号为AMST1117芯片，能够对控制器1的供电电压进行稳定，开关电源分别与光强度传感器2、温度传感器3、报警装置4、显示屏5、清水水位传感器14、清水水泵13、混合液水位传感器9、电导率装置10、营养液水位传感器16、营养液水泵15、两个微型水泵和喷泉水泵6-2电连接。

进一步，控制器1为Arduino UNO，Arduino UNO具有14路数字输入/输出口(其中，控制器1的引脚6输出PWM方波，控制器1的引脚7和引脚8口分别与两个微型水泵连接，控制器1的引脚A0与电导率装置10的输出端连接，控制器1的引脚A1与清水水位传感器14连接，控制器1的引脚A2与营养液水位传感器16连接，控制器1的引脚A3与混合液水位传感器9连接)。

进一步，光强度传感器2通过I²C总线与控制器1连接，该光强度传感器2可采用型号为TSL2561的芯片，能够实时的检测水培植物所处环境的光照强度，其中，该TSL2561芯片的引脚SAD与控制器1的引脚A5连接，TSL2561芯片的引脚SCL与控制器1的引脚A4连接，开关电源通过型号为AMST1117-3.3芯片对TSL2561供电。

进一步，温度传感器3采用型号为DS18B20的温度传感器，该温度传感器3与控制器1的引脚5连接。

进一步，显示屏5采用型号为LCD12864的显示屏5，该显示屏5与控制芯片ST7920配合使用，能够提供33路输出和64路的输出，该显示屏5通过SPI连接方式与控制器1连接，能够节省控制器1的输出口，而且不需要寻址操作，效率比较高，其中，控制器1的引脚2与LCD12864的引脚CS连接，控制器1的引脚3与LCD12864的引脚SCK连接，控制器1的引脚4与LCD12864的引脚SID连接。

进一步，报警装置4可采用蜂鸣器装置或者报警喇叭。

实施例2

以实施例1为基础，电导率装置10包括：输入端与控制器1的PWM方波输出端(该端为控制器1的引脚6)连接的求差电路、输入端与求差电路的输出端连接的滤波电路、两端与滤波电路的输出端连接且用于检测电导率的电极、输入端用于接收电极的产生的信号的放大电路以及输入端与放大电路的输出端连接的精密检波电路，精密检波电路的输出端与所述控制器1的输入端连接；求差电路包括放大器U1，放大器U1的负输入端V-通过一电阻R1与控制器1的PWM方波输出端连接，放大器U1的负输入端V-通过一电阻R2与放大器U1的输出端Vout连接，放大器U1的正输入端V+通过一电阻R10与第一输出端VCC电连接，放大器U1的正输入端V+通过一电阻R11与接地线GND电连接，放大器U1的正供电端与第一输出端VCC电连接，放大器U1的负供电端与第二输出端VEE电连接，其中，放大器U1的输出端Vout输出的信号为方波信号V1。滤波电路包括放大器U2，放大器U2的负输入端V-通过由电阻R3和电阻R4组成的串联电路与放大器U1的输出端Vout连接，电阻R3的和电阻R4之间通过一电容C1与接地线GND电连接并通过一电阻R5与放大器U2输出端Vout连接，放大器U2的负输入端V-通过一电容C2与其的输出端Vout连接，放大器U2的正输入端V+与接地线GND电连接，放大器U2的正供电端与第一输出端VCC电连接，放大器U2的负供电端与第二输出端VEE电连接，放大器U2的输出端Vout输出的信号为正弦信号V2，将正弦信号V2施加在用于检测电导率的电极的两端，电极产生出正弦信号V3。放大电路包括：放大器U3，放大器U3的正输入端V+接收到正弦信号V3，放大器U3的负输入端V-通过一电阻R9与其输出端Vout连接，该输出端Vout的输出信号为信号V4，放大器U3的负输入端V-通过一电阻R8与接地线GND电连接，放大器U3的正供电端与第一输出端VCC电连接，放大器U3的负供电端与第二输出端VEE电连接。精密检波电路包括：放大器U4和放大器U5，放大器U4的正输入端V+通过一电阻R12与放大器U3的输出端Vout连接，放大器U4的正输入端V+通过由电阻R13和二极管D2组成的串联电路与其输出端Vout连接，其中，二极管D2的阳极与放大器U4的输出端Vout连接，放大器U4的正输入端V+通过由电阻R14和电阻R17组成的串联电路与放大器U5的正输入端V+连接，放大器U4的负输入端V-通过一电阻R15与接地线GND电连接，放大器U4的正供电端与第一输出端VCC电连接，放大器U4的负供电端与第二输出端VEE电连接，放大器U4的输出端Vout通过一二极管D1与电阻R17连接，其中，电阻R17的远离二极管D1的一端与放大器U5的正输入端V+连接，放大器U5的正输入端V+通过一电阻R16与放大器U3的输出端Vout连接，放大器U5的正输入端V+通过由电阻R18和电容C3组成的并联电路与其输出端Vout连接，放大器U5的负输入端通过一电阻R16与接地线GND电连接，放大器U5的输出端Vout与控制器1的输入端(带输入端为控制器1的引脚A0)连接，放大器U5的正供电端与第一输出端VCC电连接，放大器U5的负供电端与第二输出端VEE电连接。

具体实施方式如下：电导率是指物体传送电荷的能力，其大小通常也可以用溶液的电阻率的倒数来衡量，通过这种方式检测混合溶液池内的溶液浓度，该测量方法使用相对设置的电极(该电极是由两个间隔设置的电极板组成，其中，设定两个电极板加载电压的位置为输入端，两个电极板之间流过电流的位置为输出端)放到混合溶液池内，在电极的输入端施加正弦电压，该正弦电压由激励脉冲电压产生，其中，该激励脉冲电压的正负脉冲幅值需要相等，并且该激励脉冲电压的占空比为50％，此时，激励脉冲电压产生的正弦电压施加在电极的输入端，电极的输出端的电流为零，根据电极的输出端的电压判断其输出电压，采用这种方式能够减少激励脉冲电压在测量电导率的过程中带来的误差。

控制器1的输出端输出PWM方波，该PWM方波的电压为0-5V，频率为1KHz，该PWM方波输入通过电阻R10输入放大器U1的负输入端V-，通过求差电路，将PWM方波转化为电压为-2.5-+2.5V的方波信号V1，该方波信号V1输入放大器U2的负输入端V-，通过滤波电路，将方波信号V1转化为-2.5V-2.5V的正弦信号V2，该正弦信号V2输入电极的输入端，此时，电极设置在混合溶液池内，该电极的输出端的信号为正弦信号V3，由于该正弦信号V3的信号比较小，需要通过放大才能被识别，该正弦信号V3输入放大器U3的正输入端V+，通过放大电路转换为检测信号V4，检测信号V4分别输入放大器U4的正输入端V+和放大器U5的正输入端V+，通过精密检波电路转换为能够被控制器1识别的直流平波V5，该直流平波V5通过控制器1的输入端被控制器1识别，控制器1接收到直流平波V5的信号并与其内部设置的数值(该值为标准混合液池7内的电导率的数值)进行比较，当电导率过高时，控制器1控制清水水泵13工作，将清水注入混合液池7内进行稀释，当电导率过低时，控制器1控制营养液水泵15工作，将营养液输入混合液池7内增加浓度。

本实用新型的水培植物自动水循环控制系统采用电导率装置对水培植物的混合液池内的导电率实时监测，并通过控制器分别控制清水水泵和营养液水泵工作及时调整混合液池内的电导率，以保证混合液池内的溶液浓度一直处于水培植物需要的浓度，该导电率装置通过求差电路、滤波电路、电极、放大电路、精密检波电路对混合液池内的电导率进行检测，减少了激励脉冲电压对电导率测量造成的误差影响。

实施例3

电导率装置10为电导率传感器，电导率传感器分别与控制器1和开关电源连接，该电导率传感器可采用型号为：DJS-1C型电导电极探头，其相对误差小于1％，使用方便操作简单。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本实用新型做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本实用新型的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。