通过电能发热升温的倒春寒预防装置的制作方法

本发明属于果园预防霜冻技术领域，具体涉及一种通过电能发热升温的倒春寒预防装置。

背景技术：

每年初春的倒春寒气象会对很多地区的果树坐花造成影响，如陕西眉县地区的猕猴桃园。倒春寒形成的原因，大部分是因为冷空气带来的，春季是由冬季风转变为夏季风的过渡时期，这时，北方冷空气还不时来袭，冷空气南下与南方暖湿空气相持，就会形成持续性的低温、阴雨天气。冷空气南下越晚、越强、降温范围越广，出现倒春寒的可能性就越大。比如2018年4月6日晚上至4月7日凌晨出现的罕见的造成严重灾害损失的倒春寒冻害，让种植猕猴桃区域的果农陷入了极大的恐慌，就单单陕西省猕猴桃减产70％。

早春的晚霜对猕猴桃威胁很大，春季猕猴桃萌芽展叶现蕾抽梢期，下限温度只要低于5℃，猕猴桃就有可能遭受寒害，春季萌芽后下限温度低于0℃，就会出现冻害。突然大幅度降温和超忍耐限度的低温对猕猴桃的危害，可使刚萌动的芽大部分冻死，芽内器官不能正常发育，或已发育的器官变褐、死亡，导致芽不能正常萌发，或萌发的嫩梢、幼叶变色，死亡，花量大为减少，影响产量。

目前，公知的“倒春寒”预防措施以及存在的缺点有：

一、烟熏法：在霜冻来临前的夜半,点燃杂草、树叶或发烟少毒的化学药剂,使近地层笼罩一层烟幕,以减少地面有效辐射冷却,提高贴地层空气温度,使霜冻减轻或者不出现,达到防霜目的。此方法的缺点是：覆盖面积不均匀，烟雾悬浮和霜颗粒大小比有关，冻害严重的话就不能起到防冻效果。

二、风机法：在霜冻来临时,由于冷空气下降，会落在果树叶片上，利用果园风机设备，迅速将下沉的冷空气吹走，加速冷空气流动，从而减轻冷空气对叶片的损伤，达到减轻或防御霜冻的目的。此方法的缺点是：覆盖面积不均匀，在空气流动的过程中会有部分霜颗粒附着在叶片表面，导致起不到防冻效果。

三、喷施防冻剂：在霜冻来临前，对果园喷施防冻剂，延迟果树花期、提高树体汁液浓度等，从而增强抗寒性。防冻剂有螯合盐制剂、乳油胶制剂、可降解高分子液体塑料制剂等生物制剂。其缺点：只能延迟果树花期、提高树体汁液浓度来增强抗寒性，但不能正真防治冻害。

四、灌溉法：在霜冻来临前,对有条件实施灌溉的麦田、果树，可进行适时合理灌溉，使花期延迟2～3天，增大土壤热容量和导热率，使土壤和贴地层空气温度下降缓慢，从而相对提高了土壤和近地层温度，达到减轻或防御霜冻的目的。此法的缺点：会由于长时间冻害，仍导致土壤和贴地层空气温度持续下降，只能针对短时间冻害非常有效。

虽然预防倒春寒的方法很多，但是发生灾害的地区每年都有，以上方法都不能从根本上解决温度降低这一本质问题，预防倒春寒效果都不理想。因此有必要提出改进。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题：提供一种通过电能发热升温的倒春寒预防装置，本发明通过在果园上部设置钢丝架装置，不但能够用于支撑果树枝条，而且通过温度电控装置向钢丝架装置输送安全电压，使钢丝架装置中的钢绞线发热，提高果园附近的温度，从根本上解决倒春寒问题，促进农业生产，提高农民收入。

本发明采用的技术方案：通过电能发热升温的倒春寒预防装置，包括设于果园上部用于果树枝条搭蔓并用于电能发热的钢丝架装置，还包括对钢丝架装置进行通电使其发热的温度电控装置，所述钢丝架装置包括由支撑架支撑于果园上部的多根钢绞线，所述多根钢绞线依次通过连接线首尾相接成一条连通线；所述温度电控装置包括单片机、漏电保护器、变压器、电流控制器和开关，所述漏电保护器与外部供电设备连接，所述漏电保护器与变压器电连接，所述变压器与单片机电连接，所述电流控制器与单片机电连接，所述单片机通过开关与多根钢绞线串成一条连通线的首部和尾部电连接。

对上述技术方案的进一步限定，所述多根钢绞线相互平行，所述多根钢绞线相同方向的一端头通过地锚连接器与固定于地面的地锚连接，所述地锚连接器采用陶瓷制成的扁平鸡蛋型结构，所述地锚连接器中部设有用于缠绕地锚拉线的中心孔，所述地锚连接器一端头上设有多个用于连接多根钢绞线端头且将各钢绞线端头隔开的卡槽。

对上述技术方案的进一步限定，用于将两根所述钢绞线首尾连接在一起的连接线为鳄鱼嘴连接线，所述鳄鱼嘴连接线包括直连接线部，所述直连接线部两端均倾斜设有连接卡头。

对上述技术方案的进一步限定，每根所述钢绞线由多根短钢绞线连接而成，所述两个短钢绞线端头通过钢丝连接器连接，所述钢丝连接器包括由陶瓷制成的陶瓷连接体，所述陶瓷连接体内部设有两个供短钢绞线端头穿过的穿孔，所述两个穿孔内部均设有环形铜片，所述陶瓷连接体内部设有将两个环形铜片连接起来的平铜片，所述陶瓷连接体上旋合有端头伸入穿孔内部将短钢绞线顶紧的固定螺钉。

对上述技术方案的进一步限定，所述单片机上还连接有设于自然环境中的环境温度传感器，所述钢绞线上设有钢丝温度传感器，所述钢丝温度传感器与单片机电连接，所述单片机上连接有电阻测量计。

本发明与现有技术相比的优点：

1、本方案在果园上部设置钢丝架装置，不但能够用于支撑果树枝条，而且通过温度电控装置向钢丝架装置输送安全电压，使钢丝架装置中的钢绞线发热，提高果园附近的温度，并可以有效地根据果园地区的具体环境，调节输出功率，调节发热量，智能控制果园温度变化，从根本上解决倒春寒问题，促进农业生产，提高农民收入；

2、由于现有果园上方的多根钢绞线直接与地锚连接，这样会导致钢丝直接接地，使设备不能正常工作，所以本方案将多根钢绞线相同方向的一端头通过地锚连接器与固定于地面的地锚连接，地锚连接器采用陶瓷制成的，具有很好的绝缘作用，不但能够避免钢绞线与大地绝缘隔开，而且也能够对各钢绞线之间进行绝缘隔离；

3、每根钢绞线由多根短钢绞线连接而成，而两根短钢绞线以前采用的连接方式连接不紧密，增大电阻，会出现局部高温等不安全因素，因此设计使两个短钢绞线端头通过钢丝连接器连接，钢丝连接器内部通过容易导电的铜片将短钢绞线端部端部连通，达到两根短钢绞线紧密连接的效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中温度电控装置的结构示意图；

图3为本发明中地锚连接器的结构示意图；

图4为本发明中鳄鱼嘴连接线的结构示意图；

图5为本发明中钢丝连接器的结构示意图；

图6为本发明中图5的横向剖切结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

请参阅图1-6详述本发明的实施例：

通过电能发热升温的倒春寒预防装置，如图1所示，包括设于果园上部用于果树枝条搭蔓并用于电能发热的钢丝架装置1，所述钢丝架装置1包括由支撑架12支撑于果园上部的多根钢绞线11，所述多根钢绞线11依次通过连接线13首尾相接成一条连通线。

本实施例中，设置多根钢绞线11相互平行。由于现有果园上方的多根钢绞线直接与地锚连接，这样会导致钢丝直接接地，使设备不能正常工作，所以本方案中将所述多根钢绞线11相同方向的一端头通过地锚连接器14与固定于地面的地锚连接，如图3所示，所述地锚连接器14采用陶瓷制成的扁平鸡蛋型结构，通用型强，具有很好的绝缘作用；所述地锚连接器14中部设有用于缠绕地锚拉线的中心孔141，所述地锚连接器14一端头上设有多个用于连接多根钢绞线11端头且将各钢绞线11端头隔开的卡槽142，不但能够将避免钢绞线与大地绝缘隔开，而且也能够对各钢绞线之间进行绝缘隔离。

用于将两根所述钢绞线11首尾连接在一起的连接线13为鳄鱼嘴连接线，如图4所示，所述鳄鱼嘴连接线包括直连接线部131，所述直连接线部131两端均倾斜设有连接卡头132。

每根所述钢绞线11由多根短钢绞线15连接而成，而两根短钢绞线以前采用的连接方式连接不紧密，增大电阻，会出现局部高温等不安全因素，因此设计使所述两个短钢绞线15端头通过钢丝连接器16连接。如图5所示，所述钢丝连接器16包括由陶瓷制成的陶瓷连接体161，安全结实，所述陶瓷连接体161内部设有两个供短钢绞线15端头穿过的穿孔162，所述两个穿孔162内部均设有环形铜片163，所述陶瓷连接体161内部设有将两个环形铜片163连接起来的平铜片164，所述陶瓷连接体161上旋合有端头伸入穿孔162内部将短钢绞线15顶紧的固定螺钉165。钢丝连接器16内部通过容易导电的铜片将短钢绞线15端部连通，达到两根短钢绞线紧密连接的效果。

本装置还包括对钢丝架装置1进行通电使其发热的温度电控装置2，具体的，如图2所示，所述温度电控装置2包括单片机21、漏电保护器22、变压器23、电流控制器24和开关25，所述漏电保护器22与外部供电设备连接，所述漏电保护器22与变压器23电连接，所述变压器23与单片机21电连接，所述电流控制器24与单片机21电连接，所述单片机21通过开关25与多根钢绞线11串成一条连通线的首部和尾部电连接。所述单片机21上还连接有设于自然环境中的环境温度传感器27，所述钢绞线11上设有钢丝温度传感器26，所述钢丝温度传感器26与单片机21电连接，所述单片机21上连接有电阻测量计28。

本发明使用原理：

根据输电线上的功率损耗正比于电流的平方(焦耳定律q≈i^2rt)，所以在远距离输电时就要利用大型电力变压器升高电压以减小电流，使导线减小发热，方能有效地减少电能在输电线路上的损失。

在此我们利用逆向思维，减小电压，增大电流就可以增大线损，利用导线损耗产生热量加热果园架面附近空气，使猕猴桃叶片处于相对安全的温度范围内，以达到预防倒春寒的效果。

在设备运行用电过程中要做好以下几点：

一、用电安全计算：

因为本装置属于用电设备，也为了节约设备应用成本，像对于猕猴桃果园而言，利用现有资源，把猕猴桃农田里面现有的上部于固定枝蔓的钢绞线11作为电热丝，钢绞线11通电存在用电安全问题，所以设计使用行业规定安全36v安全电压，加之猕猴桃农田内地势等比较复杂，所以在设备设计加装了智能漏电保护器。

在实际应用当中，由于温度过高会引起蛋白质变异，蛋白质变异的温度为50℃，植物耐热温度不能超过35℃，所以在产品使用过程中首先要考虑对植物的安全性，在整个产品使用过程中钢丝的温度不能超过30℃。

根据散热公式：q散＝k*s*(t1-t2)(q是散热量，k是材料度的导热系数，s是散热面积，t1-t2是温差)

已知，低碳钢的导热率k铁为46.4w/(m2·k)

我们假设：环境温度为5℃，钢绞线11的半径r为0.001米，其他因素不考虑。

一亩地种一行猕猴桃(行距*柱距＝3m*2m)共使用5根铁丝，算出铁丝长度：l铁≈1100米，

散热面积：s＝2πrl铁≈6.9m2

散热功率：q散＝k*s*(t1-t2)≈46.4w/(m2·k)*6.9m2*(30℃-5℃)≈8004w

从计算数据来看，对于一亩地种一行猕猴桃(行距*柱距＝3m*2m)共使用5根铁丝来看，只要不考虑其他因素的情况下，输出功率不大于8kw就能保证产品在猕猴桃农田使用中的安全问题。

二、产品应用可行性：

气体在不同的状态过程中，温度变化相同，所吸收(放出)的热量是不同的。

假设：空气随着温度变化压强不变、体积不变和比热容都不变，只考虑铁丝附近一米高度空气温度变化，不考虑风速等其他损耗。

已知，一度电产热理论值:1kwh＝3.6*106焦，电阻转化在80％左右,

1度电＝3.6*106*80％≈2.88*106焦

空气的比热约1.0*103焦/(kg·℃)，空气平均质量为约1.29，1立方米空气为：1.29kg。

一亩地：面积约667m2，一米高度空气体积约667m3，质量约为860kg。

因为q＝cmδt1kw理论温度上升：△t理＝q/(c空m)≈2.88*106焦/{1.0*103焦/(kg·℃)}*860kg≈3.35℃

在不考虑其他因素的情况下一度电一小时可使一亩地叶片附近温度上升3.35℃。

假设：环境温度为5℃，钢绞线的半径r为0.001米，其他因素不考虑。

一亩地种一行猕猴桃(行距*柱距＝3m*2m)共使用5根铁丝，算出铁丝长度：l铁≈1100米，

从电阻率ρ度计算电阻的公式：r＝ρl/s

即对于粗细均匀的导体来说，导体越长(l)电阻越大，横截面积越大(s)电阻越小。

铁的电阻率ρ＝9.78×10-8ω*m，

1100m铁丝总电阻约为：r铁＝ρ铁*1100/π0.0012≈34.3ω

该设备设计1kw-8kw输出功率，输出电流就控制在6a-16a之间，在最小值6a的情况下根据输电线上的功率损耗正比于电流的平方(焦耳定律q≈i2rt)，而猕猴桃钢丝电路不属于纯电阻电路，所以根据线路消耗功率可以得到

p＝i2r铁＝6²*34.3≈1234.8w

可以满足实际应用需求。

三、智能控制器设计方面：

本发明可以将单片机21选用智能型控制器，已达到对设备的智能控制。

因为猕猴桃地没有实际用电器，输电线上的功率损耗正比于电流的平方(焦耳定律q≈i2rt)

可以得到总公式i≈√(p输/{ρ铁*l地长*n根数/(πr2)})

设备设计每隔一分钟检测一次环境温度，t铁为钢丝温度测量值，△t为设置温度和环境温度的差值，△t≈t设-t环，△t1为前次温度测量值，△t2为后次温度测量值。

设备首次开机以最大功率运行

当△t1/△t2>1且△t1/△t2>＝2p输减少；

当△t1/△t2>1且△t1/△t2<2p输不变；

当△t1/△t2<1且t铁>25℃,p输减少；

当△t1/△t2<1且t铁<25℃,p输增大；

三、产品测试

在猕猴桃主产区选三块猕猴桃地进行试验，一块地处于正常区域，两块地处于低洼地带(低洼地带由于空气流动性差，在倒春寒来临时会造成冷空气聚集，形成冻害)，实验数据如下：

从实验数据可以看出，容易受冻害的地块比正常地块温度低4℃，容易受冻害的地块(低洼地)在使用设备后温度可高出6℃左右，环境温度改变明显，防冻效果显著，适合大面积推广应用。

本发明由于在果园上部设置钢丝架装置1，不但能够用于支撑果树枝条，而且通过温度电控装置2向钢丝架装置1输送安全电压，使钢丝架装置1中的钢绞线11发热，提高果园附近的温度，并可以在有效地根据果园地区的具体环境，调节输出功率，调节发热量，智能控制果园温度变化，从根本上解决倒春寒问题，促进农业生产，提高农民收入。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。