專利名稱：一種適用于芽菜生產(chǎn)的智能化培養(yǎng)方法及智能化培養(yǎng)裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于一種芽菜的智能化培養(yǎng)方法及適用于該方法的智能化培養(yǎng)裝置。本發(fā) 明的方法及其專用裝置可用于各種芽菜培養(yǎng)箱、種子培養(yǎng)箱、家用豆芽機等裝置中。
背景技術：
隨著人們生活水平的提高，一些綠色健康的食品越來越受到人們的關注，同時人 們對食品的安全性要求也越來越高。豆芽作為一種綠色食品，受到了廣大群眾的歡迎。但 是，近年來在豆芽生產(chǎn)中濫用化肥、激素等違禁化學藥品的現(xiàn)象時有發(fā)生，使用這類藥物將 嚴重危害人體健康。由于市場監(jiān)督機制還不夠完善，豆芽的質(zhì)量難以保障，導致相當部分消 費者不敢購買、食用市場上銷售的豆芽。因此，生產(chǎn)無公害豆芽、綠色豆芽成為消費者的迫 切要求，菜培養(yǎng)裝置也就應用而生。芽菜培養(yǎng)裝置或家用豆芽機只有幾年的發(fā)展歷史。目前市場上的家用豆芽機一 般都采用水泵抽水的淋水方式，如中國專利CN 200969774Y、CN 200994268Y等所述，這種 淋水的發(fā)芽方式帶來的主要問題是由于淋水不均勻往往會造成豆芽參差不齊；另外，淋 水這種發(fā)芽方式水的消耗大，會產(chǎn)生大量的廢水。為了節(jié)約用水，現(xiàn)有技術(家用豆芽機) 一般采用循環(huán)利用水的方式，這種方式又會促使細菌大量生長，采用這種方式發(fā)芽結束后， 豆芽機內(nèi)的水具有明顯的異味。為了解決細菌的滋生影響到豆芽的安全性，中國專利CN 201328299Y對這種自動循環(huán)淋水豆芽機進行了改進，采用透氣的紫砂陶代替塑料制作豆芽 機，保持循環(huán)淋水通氣，可以緩解水的變質(zhì)問題，但是不能從根本上消除循環(huán)水容易變質(zhì)的 問題。另外，用紫砂陶代替塑料制作豆芽機也帶來成本高，重量增加和陶制品容易被打碎等 問題。早期的家用豆芽機一般都沒有加熱裝置，這種豆芽機在冬天就不能用來培育豆芽 了，為了在冬天也能培育豆芽，需要在豆芽機上增加發(fā)熱裝置，目前家用豆芽機的加熱裝置 都是安裝于水箱底部，對水箱中的水進行加熱，如中國專利CN 201015338YXN 200994268Y 等所述，這種直接對水體進行加熱的方式存在以下弊端(1)能耗高，升溫速度慢，在冬天 要將水箱內(nèi)的水(大約2. 2L的水)加熱到適宜豆芽生長的溫度需要大量的電能，而且升溫 速度慢；(2)豆芽受熱不均勻，被溫水淋到的豆芽溫度適宜，生長較好，沒有被溫水淋到的 豆芽生長較差；(3)溫水容易滋生細菌，由于水體被加熱，其溫度也比較適合細菌的生長， 因此會影響到豆芽的安全性。公告號為CN 201504466U的實用新型公開一種帶霧化器及加熱器的豆芽機，據(jù)稱 可以解決自動淋水式豆芽機存在的噴淋不均勻、廢水多的問題，但該專利的說明書對其加 熱和加濕方法、控制電路等均沒有絲毫涉及，導致該專利公開不充分，使本領域的技術人員 無法實施該專利，并達到該專利所述的效果。隨著大眾對于健康的重視，追求健康的生活，消費者對于豆芽的安全性以及品質(zhì) 的訴求越來越突出。所以，針對以上問題，我們研制出來了一種芽菜的智能化培養(yǎng)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種適用于芽菜培養(yǎng)的智能化培養(yǎng) 方法以及適用于該方法的專用智能化培養(yǎng)裝置，以解決現(xiàn)有家用芽菜培養(yǎng)裝置中存在的噴 淋不均勻、廢水多、升溫速度慢、能耗高、溫度控制不精確，特別是智能化管理不方便等問 題。本發(fā)明通過如下技術方案實現(xiàn)一種芽菜的智能化培養(yǎng)方法，它包括培養(yǎng)箱(14)、水箱(1)、底座(12)和控制系 統(tǒng)，其步驟包括加熱、加濕及光照控制。所述的底座位于水箱的下部，底座內(nèi)設有加熱室(3) 和霧化室(11)，霧化室的上部與水箱中間的導風管(13)的下部相連?？刂葡到y(tǒng)中的單片機 模塊(18)分別與加熱模塊(19)，加濕模塊(20)，LED光照模塊(21)，溫度檢測模塊(22)，溫 度報警模塊(23)，顯示模塊(24)和電源模塊(25)連接。所述的加熱控制步驟采用PID閉 環(huán)控制，在所述的培養(yǎng)箱內(nèi)安裝了一個數(shù)字溫度傳感器(16)，檢測培養(yǎng)箱內(nèi)的溫度信號并 傳送至所述單片機的輸入端口，所述單片機將獲得的溫度信號處理后輸出一個PWM波，通 過雙向可控硅控制電路，實現(xiàn)對培養(yǎng)箱溫度的精確控制。其中加熱方式是由安裝于加熱室 (3)內(nèi)的電加熱器(4)將空氣直接加熱，再通過安裝于加熱室底部的風扇(6)將熱空氣送入 霧化室(11)，熱空氣在霧化室與水霧混合后，通過導風管(13)送入培養(yǎng)箱(14)內(nèi)，使培養(yǎng) 箱內(nèi)的溫度在冬天也能保持為25°C _30°C。在加熱室底部還安裝了另外一個用于過熱保護 的數(shù)字溫度傳感器(5)，當單片機檢測到加熱室的溫度過高時，輸出一控制信號，接通報警 電路，實現(xiàn)音頻報警，同時關斷雙向可控硅，停止加熱，對芽菜培養(yǎng)裝置實現(xiàn)保護功能。濕度 控制步驟也是采用的閉環(huán)控制方法，其中加濕是由位于霧化室底部水槽內(nèi)的超聲波霧化器將水槽內(nèi)的水霧化，并通過加熱室底部的同一個風扇將水霧由同一個導風管送入培養(yǎng) 箱內(nèi)，使培養(yǎng)箱內(nèi)的相對濕度保持為90% -95%。培養(yǎng)箱內(nèi)的光照控制通過單片機對三組 LED燈發(fā)光顏色以及發(fā)光的強弱進行控制，該三組LED燈的顏色分別為紅色、藍色和白色。申請人:設計了一種專用于上述方法的智能化培養(yǎng)裝置，該裝置包括培養(yǎng)箱(14)、 水箱(1)、底座(12)及控制電路板(9)，具體設計如下A、所述的水箱(1)下部設有底座，底座(12)下部設有底蓋(8)，導風管(13)位于 水箱中間，其下端與底座內(nèi)的霧化室(11)相連，其上端與培養(yǎng)箱(14)連接；所述水箱與底 座為活連接，導風管與水箱為固定式連接或活連接；B、所述的底座(12)內(nèi)中間部位設有霧化室(11)，霧化室左側設有加熱室(3)；所 述加熱室的左上方設有出風口(2)，該出風口與霧化室相連；霧化室上部與水箱中間的導 風管的下部相連，霧化室底部水槽內(nèi)安裝超聲波霧化器(10)，霧化室外部下方安裝控制電 路板(9)；C、所述底蓋(8)的左側開有進風口(7)，在進風口處安裝風扇(6)，在風扇上面的 支架上安裝一個數(shù)字溫度傳感器(5)，用來測量加熱室的溫度；所述電加熱器(4)為加熱 棒，其固定在風扇上面的支架上，并置于所述加熱室的中央部位；D、所述電路板中的單片機模塊(18)分別與溫度控制模塊(21)、溫度檢測模塊 (22)溫度報警模塊(23)、濕度控制模塊(24)、濕度檢測模塊(25)、LED光照模塊(26)、顯示 模塊(27)、按鍵輸入模塊(28)和電源模塊(29)連接。E、所述的數(shù)字溫度傳感器(16)、濕度傳感器(17)和LED光照燈(18)安裝在培養(yǎng)箱(14)上部的頂蓋(15)上。F、所述培養(yǎng)箱(14)與所述的水箱(1)的安裝位置采用上下布置或平行布置方式。在本發(fā)明中加熱器產(chǎn)生的熱空氣通過其底部安裝的風扇送入霧化室，與超聲波霧 化器產(chǎn)生的水霧混合，再通過同一個風扇將混合后的熱空氣及水霧通過導風管送入培養(yǎng) 箱。熱空氣和水霧經(jīng)過充分混合，不僅保證了培養(yǎng)箱內(nèi)溫度及濕度的均勻性，而且還可以使 培養(yǎng)箱氧氣充足，有利芽菜的生長。采用上述的加熱步驟直接加熱空氣而不是直接加熱水體，可以節(jié)約電能，同時可 以保證水箱內(nèi)的水體一直處于較低的室溫，不容易滋生細菌，確保芽菜生長的品質(zhì)要求和 安全性的要求，解決了直接對水體加熱中存在的能耗高、豆芽受熱不均勻、溫水容易滋生細 菌等問題。采用上述的加濕步驟，超聲波霧化器產(chǎn)生的水霧顆粒細小均勻，能保證培養(yǎng)箱的 濕度均勻，同時這種加濕方式節(jié)水效果好，基本上不產(chǎn)生廢水而超聲波霧化器的霧化量是 通過大量的發(fā)芽實驗確定的，能確保芽菜對水的吸收利用率達到最高，芽菜生長均勻，從而 解決了淋水方式中存在的水的消耗量大以及淋水不均勻等問題。另外，超聲波霧化器的霧 化量也可以人工調(diào)節(jié)，可以根據(jù)所培養(yǎng)的芽菜或種子品種的不同來調(diào)節(jié)加濕量的大小，以 適應不同品種植物對水的需求。


附圖1是本發(fā)明所涉及的控制裝置結構簡圖；圖1中的編號含義如下1_水箱； 2-加熱室出風口 ；3-加熱室；4-加熱棒；5-溫度傳感器；6-風扇；7-進風口 ；8-底蓋；9-控 制電路板；10-超聲波霧化器；11-霧化室；12-底座；13-風管；附圖2是本發(fā)明所涉及的培養(yǎng)箱結構簡圖；圖2中的編號含義如下14_培養(yǎng)箱； 15-頂蓋；16-溫度傳感器；17-濕度傳感器；18-LED燈；19-出氣孔；附圖3是本發(fā)明控制系統(tǒng)方框圖；圖3中的編號含義如下20_單片機模塊；21-溫 度控制模塊；22-溫度檢測模塊；23-溫度報警模塊；24-濕度控制模塊；25-濕度檢測模塊； 26-LED光照模塊；27-顯示模塊；28-按鍵輸入模塊；29-電源模塊；附圖4是本發(fā)明溫度控制步驟的控制程序流程圖；圖4中的編號含義如下30_初 始化程序；31-溫度測量程序；32-溫度報警程序；33-溫度顯示程序；34-溫度控制程序；附圖5是本發(fā)明溫度控制模塊、溫度檢測模塊、溫度報警模塊的具體實施電路圖；附圖6是本發(fā)明濕度控制模塊、濕度檢測模塊的具體實施電路圖；附圖7是本發(fā)明顯示模塊電路圖；附圖8是兩種不同加熱加濕培養(yǎng)方法的豆芽生長曲線圖；附圖9是本發(fā)明所涉及的溫度控制步驟的培養(yǎng)箱溫度響應曲線圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的描述本發(fā)明所述的控制系統(tǒng)原理框圖如圖3所示，控制系統(tǒng)中的單片機模塊(20)分別 與溫度控制模塊(21)、溫度檢測模塊(22)溫度報警模塊(23)、濕度控制模塊(24)、濕度檢 測模塊(25)、LED光照模塊(26)、顯示模塊(27)、按鍵輸入模塊(28)和電源模塊(29)連接。所述單片機采用的是MSP430，溫度檢測模塊采用的是數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，加熱 器件采用的是加熱棒，加濕器件采用的是超聲波霧化器，具有霧化量可調(diào)以及缺水保護功 能。所述控制系統(tǒng)溫度控制程序流程圖如圖4所示，依次為單片機初始化程序(30)、溫度測 量程序(31)、溫度報警程序(32)、顯示程序(33)、溫度控制程序(34)等。當接通電源開關時，單片機系統(tǒng)啟動并執(zhí)行相應的控制程序，對培養(yǎng)箱內(nèi)的溫濕 度實現(xiàn)智能化控制。在圖5的電路中用了兩個溫度傳感器，一個用來測量加熱室(3)的溫度，當加熱 室溫度超過規(guī)定溫度時，蜂鳴器(LSI)發(fā)出報警聲，同時單片機通過輸出相應的脈沖信號， 關斷雙向可控硅(BT138)，使加熱器停止加熱，從而保護控制裝置，避免溫度過高燒壞控制 裝置。另一個溫度傳感器用來測量培養(yǎng)箱(14)的溫度，實現(xiàn)溫度的閉環(huán)控制。培養(yǎng)箱溫度 的控制主要是利用單片機輸出一個IOOHz的占空比可調(diào)的PWM波經(jīng)過光電耦合管(型號為 moc3041)隔離并反相，得到一個脈沖信號，利用這個脈沖信號觸發(fā)雙向可控硅，控制雙向可 控硅的通斷。改變PWM波的占空比就可以改變觸發(fā)脈沖的相位移(控制角)，從而改變雙向 可控硅的導通角，調(diào)節(jié)整流輸出電壓的大小，繼而控制加熱器的工作，實現(xiàn)對培養(yǎng)箱溫度的 控制。PWM波的占空比的大小是根據(jù)培養(yǎng)箱的實際溫度T與設定溫度Ttl的差值來確定的， 當實際溫度低于設定溫度，且溫差較大，即VT 時，PWM波的占空比為1 1，這時使 雙向可控硅的導通角最大，控制加熱器以最大功率工作，當實際溫度低于設定溫度，且溫差 較小，即Ttl-T < 5°C時，進行PID控制，PWM波的占空比隨著溫差的減小而增大，光電耦合管 輸出的觸發(fā)脈沖相位右移，使雙向可控硅的控制角增加，導通角減小，輸出電壓減小，加熱 器的加熱量減小，從而提高溫度的控制精度，當實際溫度達到設定值時，通過改變觸發(fā)脈沖 的相位移使雙向可控硅導通角為零，即雙向可控硅處于關斷狀態(tài)，輸出電壓為零，加熱器停 止加熱。培養(yǎng)箱內(nèi)的濕度控制采用的也是閉環(huán)控制，與溫度控制方式基本一致，具體實施 電路如圖6所示。濕度傳感器(HIH4000)檢測到培養(yǎng)箱內(nèi)的相對濕度，送至單片機的模擬 量輸入端口，單片機根據(jù)事先設定的濕度大小以及培養(yǎng)箱內(nèi)的實際濕度值，利用PID控制 算法，輸出一個PWM波，通過可控硅控制電路控制超聲波霧化器的加濕量，從而實現(xiàn)培養(yǎng)箱 內(nèi)的濕度控制。圖7是顯示面板電路原理圖，單片機讀取培養(yǎng)箱溫度傳感器的數(shù)據(jù)并通過 P3. 0-P3. 7以及P5. 2-P5. 3端口直接輸出驅(qū)動數(shù)碼管顯示相應的溫度值，另外，還有3個 LED指示燈用做加熱、加濕以及電源指示。圖8是采用本發(fā)明所述的加熱和加濕方法培養(yǎng)的綠豆芽生長曲線，以及采用市售 的普通家用帶水體加熱的噴淋豆芽機培養(yǎng)的綠豆芽生長曲線，試驗時間為冬季，環(huán)境溫度 為15°C，所用綠豆為中綠一號，購于湖北悅農(nóng)種業(yè)有限公司。通過對比兩條豆芽生長曲線， 可見本發(fā)明的加熱和加濕方法對促進豆芽的生長有著非常顯著的效果。圖9是使用本發(fā) 明所述加熱加濕方法的芽菜培養(yǎng)裝置在本次試驗中培養(yǎng)箱的溫度響應曲線圖，在本次試驗 中，所述培養(yǎng)箱(14)直接置于水箱(1)的上方(上下疊放)，在另外的試驗中，所述培養(yǎng)箱 (14)與水箱為平行放置，兩種實施方式均能達到上述效果。
權利要求
一種芽菜的智能化培養(yǎng)方法，它包括培養(yǎng)箱(14)、水箱(1)、底座(12)和控制系統(tǒng)，其步驟包括加熱、加濕及光照控制，其特征在于，底座位于水箱的下部，底座內(nèi)設有加熱室(3)和霧化室(11)，霧化室的上部與水箱中間的導風管(13)的下部相連；控制系統(tǒng)中的單片機模塊(18)分別與溫度控制模塊(21)、溫度檢測模塊(22)溫度報警模塊(23)、濕度控制模塊(24)、濕度檢測模塊(25)、LED光照模塊(26)、顯示模塊(27)、按鍵輸入模塊(28)和電源模塊(29)連接；所述的加熱控制步驟采用閉環(huán)控制方法，是由安裝于加熱室(3)內(nèi)的電加熱器(4)將空氣直接加熱，再通過安裝于加熱室底部的風扇(6)將熱空氣送入霧化室(11)，熱空氣在霧化室與水霧混合后，通過導風管(13)送入培養(yǎng)箱(14)內(nèi)；在所述的培養(yǎng)箱內(nèi)安裝了一個數(shù)字溫度傳感器(16)，檢測培養(yǎng)箱內(nèi)的溫度信號并傳送至所述單片機的輸入端口，所述單片機將獲得的溫度信號處理后輸出一個控制信號，通過雙向可控硅的控制電路控制培養(yǎng)箱內(nèi)的溫度；在加熱室底部還安裝了另外一個用于過熱保護的數(shù)字溫度傳感器(5)，實現(xiàn)報警和過熱保護；所述的加濕控制步驟采用閉環(huán)控制方法，是由位于霧化室底部水槽內(nèi)的超聲波霧化器(10)將水槽內(nèi)的水霧化，并通過加熱室底部的同一個風扇將水霧由同一個導風管送入培養(yǎng)箱內(nèi)，在培養(yǎng)箱內(nèi)安裝了一個濕度傳感器，檢測培養(yǎng)箱內(nèi)的相對濕度，并將信號傳送至所述單片機的模擬量輸入端口，所述單片機將獲得的濕度信號處理后輸出一個控制信號，通過雙向可控硅的控制電路控制培養(yǎng)箱內(nèi)的濕度。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，培養(yǎng)箱內(nèi)的光照控制通過單片機對LED燈發(fā) 光顏色以及發(fā)光的強弱進行控制。
3.如權利要求2所述的方法，其中LED燈采用三組分別發(fā)紅色、藍色和白色光的燈。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的培養(yǎng)箱(14)內(nèi)的溫度為25°C-30°C， 相對濕度為90% —95%。
5.專用于權利要求1所述方法的智能化培養(yǎng)裝置，包括培養(yǎng)箱(14)、水箱(1)、底座(12)及控制電路板(9)，其特征在于A、所述的水箱(1)下部設有底座，底座(12)下部設有底蓋(8)，導風管(13)位于水箱 中間，其下端與底座內(nèi)的霧化室(11)相連，其上端與培養(yǎng)箱(14)連接；所述水箱與底座為 活連接，導風管與水箱為固定式連接或活連接；B、所述的底座(12)內(nèi)中間部位設有霧化室(11)，霧化室左側設有加熱室(3)；所述加 熱室的左上方設有出風口(2)，該出風口與霧化室相連；霧化室上部與水箱中間的導風管 的下部相連，霧化室底部水槽內(nèi)安裝超聲波霧化器(10)，霧化室外部下方安裝控制電路板 (9)；C、所述底蓋(8)的左側開有進風口(7)，在進風口處安裝風扇(6)，在風扇上面的支架 上安裝一個數(shù)字溫度傳感器(5)，用來測量加熱室的溫度；所述電加熱器(4)為加熱棒，其 固定在風扇上面的支架上，并置于所述加熱室的中央部位；D、所述控制電路板(9)中的單片機模塊(18)分別與溫度控制模塊(21)、溫度檢測模塊 (22)溫度報警模塊(23)、濕度控制模塊(24)、濕度檢測模塊(25)、LED光照模塊(26)、顯示 模塊(27)、按鍵輸入模塊(28)和電源模塊(29)連接。
6.權利要求5所述的智能化培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述的數(shù)字溫度傳感器(16)、濕度 傳感器(17)以及LED燈組安裝在培養(yǎng)箱(14)的上部頂蓋(15)上。
7.權利要求5所述的智能化培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述培養(yǎng)箱(14)與所述的水箱(1)的安裝位置為上下布置或平行布置。
全文摘要
本發(fā)明是一種芽菜智能化培養(yǎng)方法，它包括培養(yǎng)箱、水箱、底座和控制系統(tǒng)，其步驟包括加熱、加濕及光照控制。所述加熱、加濕控制采用PID閉環(huán)控制，在培養(yǎng)箱內(nèi)安裝有溫度和濕度傳感器，單片機將檢測到的溫度和濕度信號經(jīng)處理后輸出相應的控制信號，通過溫度和濕度控制模塊實現(xiàn)對培養(yǎng)箱內(nèi)溫度和濕度的精確控制。其中加熱方式是由加熱棒直接加熱空氣，加濕方式是由超聲波霧化器將水霧化，再通過加熱室底部的風扇將熱空氣與水霧混合后送入培養(yǎng)箱內(nèi)。光照控制是利用LED燈實現(xiàn)的。本發(fā)明解決了現(xiàn)有芽菜培養(yǎng)裝置中存在的噴淋不均勻、廢水多、升溫速度慢、能耗高、溫濕度控制不精確等問題，可用于芽菜培養(yǎng)箱、種子培養(yǎng)箱、家用豆芽機等裝置中。
文檔編號A01G31/02GK101926279SQ20101022139
公開日2010年12月29日 申請日期2010年6月29日 優(yōu)先權日2010年6月29日
發(fā)明者尹濤, 曹見朝, 李小雨, 杜君梅, 熊善柏, 趙思明, 黃漢英 申請人:華中農(nóng)業(yè)大學