溫室大棚土壤溫度智能調(diào)控裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種溫室大棚土壤溫度智能調(diào)控裝置，包括依次連接的太陽(yáng)能發(fā)電模塊、蓄電池模塊、電源切換模塊、開(kāi)關(guān)電源模塊、電熱絲模塊，所述開(kāi)關(guān)電源模塊和電源切換模塊還分別和單片機(jī)控制模塊相連，所述單片機(jī)控制模塊還和土壤溫度傳感器模塊、通信模塊分別連接，所述單片機(jī)控制模塊和蓄電池模塊之間連接有電壓采樣模塊，所述通信模塊和上位機(jī)相連。本發(fā)明能夠設(shè)置不同品種蔬菜生長(zhǎng)所需要的土壤溫度和同一種蔬菜在不同生長(zhǎng)階段所需要的土壤溫度，使得土壤溫度能更好地滿足蔬菜生長(zhǎng)需要，當(dāng)太陽(yáng)能發(fā)電不足時(shí)，接通220V交流市電進(jìn)行輔助加熱，電熱絲用0.6mm的70號(hào)碳素合金鋼線作為電熱轉(zhuǎn)換的材料，布局為S形狀，熱效能高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
溫室大棚土壤溫度智能調(diào)控裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于溫度控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種溫室大棚土壤溫度智能調(diào)控裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]溫室大棚，又稱暖房，能透光、保溫(或加溫)，是用來(lái)栽培蔬菜等植物的設(shè)施。在不適宜蔬菜生長(zhǎng)的季節(jié)，能提供溫室生育期和增加產(chǎn)量，可用于低溫季節(jié)喜溫蔬菜、花卉、林木等蔬菜栽培或育苗等。溫室大棚的土壤溫度對(duì)棚內(nèi)蔬菜的生長(zhǎng)有著重要影響，根系生長(zhǎng)在土壤中，對(duì)土溫要求較高。一般在10?30°C范圍內(nèi)，隨著溫度的提高，根系生長(zhǎng)加快，吸收能力增強(qiáng)；2?10°C時(shí)，隨著溫度的提高，根系生長(zhǎng)緩慢加快，吸收能力略有增強(qiáng)；小于2°C時(shí)，根系將停止生長(zhǎng)，無(wú)吸收能力；大于30°C時(shí)，根系生長(zhǎng)過(guò)旺，根系易老化。土溫高，毛管水的運(yùn)動(dòng)速度加快，土壤供水力提高;水分蒸發(fā)加快，土壤透氣性增強(qiáng)，土體內(nèi)氧氣含量提高；微生物活性提高，有機(jī)質(zhì)分解加快，有效養(yǎng)分增多。不同生育階段對(duì)地溫的要求及反應(yīng)也有差別。大棚一般室內(nèi)不加溫，靠溫室效應(yīng)積聚熱量。其最低溫度一般比室外溫度高1~2°C，平均溫度高3?10°C以上。土壤溫度常常低于蔬菜所需要的理想數(shù)值，所以需要進(jìn)行調(diào)控。
[0003]溫室大棚地溫的調(diào)控方法有:1.高壟栽培，地膜覆蓋。在大棚和溫室內(nèi)進(jìn)行高壟栽培可增加土壤的表面積，有利于多吸收熱量、提高地溫。覆蓋地膜可提高地溫I?:TC ;2.挖防寒溝。為減少室內(nèi)外土壤熱量的交換，可在溫室前緣挖防寒溝。防寒溝的深度為當(dāng)?shù)貎鐾翆拥暮穸?，寬相?dāng)于凍土層厚度的一半，內(nèi)填雜草、馬糞等，上覆塑料薄膜和土;3.在大棚、溫室內(nèi)增施有機(jī)肥。這些有機(jī)肥分解后釋放出的生物熱可提高地溫。同時(shí)，土壤有機(jī)物的增加也可提高土壤的吸熱保溫能力;4.保持土坡濕度。土壤含的水分多則呈暗色，可以提高土壤的吸熱能力。水的熱容量大也可增加土壤的保溫能力；5.提早扣棚。大棚、中小棚要提早扣棚蓋膜，以增加土壤的熱量貯存;6.地下加溫，利用電熱加溫線、釀熱物溫床、地下熱水管通道等設(shè)備進(jìn)行土壤加熱是提高地溫最有效的措施，但是成本較高。
[0004]中國(guó)專(zhuān)利201520944526.5公開(kāi)了一種基于太陽(yáng)能的土壤溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，采用太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電，通過(guò)將發(fā)熱組件埋入土壤，并且發(fā)熱組件為石墨烯發(fā)熱組件，對(duì)土壤直接加熱，不會(huì)浪費(fèi)能量耗散在空氣中，在不改變氣溫的情況下，保證土壤的溫度，能夠很好地保護(hù)蔬菜的根部不被凍傷，而且，由于沒(méi)有造成空氣升溫，不會(huì)導(dǎo)致蟲(chóng)害增加;能夠節(jié)省能量消耗，提升經(jīng)濟(jì)效益。中國(guó)專(zhuān)利201510460114.9公布了一種大棚種植的自動(dòng)化操作系統(tǒng)，包括儲(chǔ)水池、單片機(jī)，在土壤缺水報(bào)警電路上連接有濕度傳感器、低水位檢測(cè)器、K2驅(qū)動(dòng)電路、恒溫檢測(cè)保護(hù)電路以及土壤噴水裝置切換電路，恒溫檢測(cè)保護(hù)電路包括與市電連接的變壓模塊以及與變壓模塊連接的溫度控制電路，在溫度控制電路與變壓模塊之間連接有K2的常閉觸點(diǎn)，在溫度控制電路上還連接有與太陽(yáng)能充電板連接的蓄電池，蓄電池與單片機(jī)連接，溫度控制電路通過(guò)Kl的常開(kāi)觸點(diǎn)連接空調(diào)，在恒溫檢測(cè)保護(hù)電路中設(shè)有當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定時(shí)能夠通電的Kl的線圈，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能型的自動(dòng)灌溉、自動(dòng)殺蟲(chóng)及自動(dòng)控溫功能。中國(guó)專(zhuān)利201010569052公布了一種電加熱土壤溫度控制器，包括溫度傳感器和電熱絲，溫度傳感器和電熱絲安放在土壤里，電路板和電熱絲相連，電路板上配置有直流供電電路，溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)換為直流電壓加在放大器的反向輸入端，電阻與放大器組成控制溫度設(shè)定電路，當(dāng)土壤的溫度低于設(shè)定的溫度時(shí)，放大器輸出高電平，三極管導(dǎo)通，電源切換接通對(duì)電熱絲加熱，當(dāng)土壤的溫度高于設(shè)定的溫度時(shí)，放大器輸出低電平，三極管截止，電源切換斷開(kāi)停止加熱，本發(fā)明使用電對(duì)土壤加熱，熱效率高，使用方便，便于控制。
[0005]上述方法的缺點(diǎn)主要有:1、雖然也有主控模塊，但是不能根據(jù)蔬菜的類(lèi)型和不同生長(zhǎng)期自動(dòng)調(diào)節(jié)土壤溫度，功能簡(jiǎn)單，沒(méi)有智能化;2、沒(méi)有利用市電在天氣原因造成太陽(yáng)能發(fā)電不足的情況下進(jìn)行輔助加熱的功能;3、采用石墨加熱元件熱效能差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種溫室大棚土壤溫度智能調(diào)控裝置，由溫度傳感器、上位機(jī)、單片機(jī)等共同組成一個(gè)大棚溫室智能化土壤溫度采集調(diào)控系統(tǒng)，能夠設(shè)置不同品種蔬菜生長(zhǎng)所需要的土壤溫度和同一種蔬菜在不同生長(zhǎng)階段所需要的土壤溫度，使得土壤溫度能更好地滿足蔬菜生長(zhǎng)需要。
[0007]本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種溫室大棚土壤溫度智能調(diào)控裝置，包括依次連接的太陽(yáng)能發(fā)電模塊、蓄電池模塊、電源切換模塊、開(kāi)關(guān)電源模塊、電熱絲模塊，所述開(kāi)關(guān)電源模塊和電源切換模塊還分別和單片機(jī)控制模塊相連，所述單片機(jī)控制模塊還和土壤溫度傳感器模塊、通信模塊分別連接，所述單片機(jī)控制模塊和蓄電池模塊之間連接有電壓采樣模塊，所述通信模塊和上位機(jī)相連；太陽(yáng)能發(fā)電模塊向蓄電池模塊充電；單片機(jī)控制模塊根據(jù)電壓采樣模塊采集到的蓄電池電壓控制電源切換模塊，選擇使用交流市電或者蓄電池模塊給開(kāi)關(guān)電源模塊供電；上位機(jī)根據(jù)蔬菜類(lèi)別、生長(zhǎng)階段和土壤溫度傳感器模塊采集的當(dāng)前土壤溫度選擇控制指令，將控制指令通過(guò)通信模塊發(fā)送給單片機(jī)控制模塊，單片機(jī)控制模塊按照上位機(jī)的指令控制開(kāi)關(guān)電源模塊的打開(kāi)或閉合，開(kāi)關(guān)電源模塊打開(kāi)時(shí)向電熱絲模塊供電加熱。
[0008]太陽(yáng)能發(fā)電模塊和蓄電池模塊之間設(shè)有保護(hù)模塊，所述保護(hù)模塊防止太陽(yáng)能發(fā)電模塊向蓄電池模塊過(guò)度充電。
[0009]所述上位機(jī)安裝有數(shù)據(jù)庫(kù)，所述數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)與蔬菜類(lèi)別和生長(zhǎng)階段相對(duì)應(yīng)的土壤溫度數(shù)據(jù)。
[0010]所述電熱絲模塊由布局在蔬菜根系的電熱絲構(gòu)成，電熱絲為直徑在0.5毫米?0.7毫米之間的碳素合金鋼線，其外部包裹耐熱性強(qiáng)的乙烯樹(shù)脂絕緣層。
[0011]所述電熱絲采用S形沿蔬菜根系布局，布局的深度為地表下15厘米?25厘米之間。
[0012]所述土壤溫度傳感器模塊包括若干每三個(gè)一組的數(shù)字溫度傳感器，每組數(shù)字溫度傳感器分別測(cè)量地表以下5?10厘米、10?15厘米和15?25厘米處的土壤溫度。
[0013]所述單片機(jī)控制模塊為各類(lèi)單片機(jī)、DSP芯片、FPGA芯片、SOPC芯片或CPLD芯片。
[0014]所述電源切換模塊為繼電器、固態(tài)電子開(kāi)關(guān)或絕緣柵雙極晶體管。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn):
1、上位機(jī)、單片機(jī)控制模塊、土壤溫度傳感器模塊及通信模塊構(gòu)成了一個(gè)大棚溫室土壤溫度智能化采集控制系統(tǒng)，能設(shè)置不同蔬菜類(lèi)型所需要的土壤溫度及同一蔬菜在不同生長(zhǎng)階段所需要的土壤溫度且能自動(dòng)調(diào)節(jié)，使得土壤溫度能更好地滿足蔬菜生長(zhǎng)需要。
[0016]2、本發(fā)明解決了可能由于天氣原因造成太陽(yáng)能發(fā)電不足的情況下影響加熱效果的問(wèn)題，即將開(kāi)關(guān)電源模塊接通220V交流市電進(jìn)行輔助加熱，保證土壤溫度達(dá)到需要的數(shù)值，防止土壤溫度大幅度波動(dòng)，有利于促進(jìn)蔬菜生長(zhǎng)。
[0017]3、電熱絲用0.5?0.7mm的70號(hào)碳素合金鋼線作為電熱轉(zhuǎn)換的材料，布局為S形狀，
熱效能尚。
[0018]4、本發(fā)明的上位機(jī)可以儲(chǔ)存與蔬菜類(lèi)型及不同生長(zhǎng)期相對(duì)應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)，并通過(guò)通信模塊傳送給單片機(jī)。單片機(jī)采集到的溫度數(shù)據(jù)也可通過(guò)通信模塊傳送給上位機(jī)進(jìn)行保存，以備后續(xù)深入研究蔬菜生長(zhǎng)狀況與土壤溫度的關(guān)系等。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明的原理框圖。
[0020]圖2為本發(fā)明的電熱絲結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下:
1、保護(hù)模塊;2、太陽(yáng)能發(fā)電模塊;3、開(kāi)關(guān)電源模塊;4、電熱絲模塊；；5、土壤溫度傳感器模塊;6、單片機(jī)控制模塊;7、通信模塊;8、上位機(jī);9、電源切換模塊；10、蓄電池模塊；11、電壓采樣模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0022]如圖1所示，本發(fā)明公布一種溫室大棚土壤溫度智能調(diào)控裝置，包括:保護(hù)模塊1、太陽(yáng)能發(fā)電模塊2、開(kāi)關(guān)電源模塊3、電熱絲模塊4、土壤溫度傳感器模塊5、單片機(jī)控制模塊
6、通信模塊7、上位機(jī)8、電源切換模塊9、蓄電池模塊10和電壓采樣模塊11。
[0023]太陽(yáng)能發(fā)電模塊2連接保護(hù)模塊I，保護(hù)模塊I連接蓄電池模塊10并向蓄電池模塊1充電，蓄電池模塊1連接電源切換模塊9，電源切換模塊9連接開(kāi)關(guān)電源模塊3，還連接220V交流市電，開(kāi)關(guān)電源模塊3連接電熱絲模塊4; 土壤溫度傳感器模塊5連接單片機(jī)控制模塊6，單片機(jī)控制模塊6連接開(kāi)關(guān)電源模塊3還連接通信模塊7，還連接電源切換模塊9;通信模塊7連接上位機(jī)8;電壓采樣模塊11連接蓄電池模塊和單片機(jī)控制模塊6。
[0024]太陽(yáng)能發(fā)電模塊2經(jīng)保護(hù)模塊I向蓄電池模塊10充電，保護(hù)模塊I主要防止太陽(yáng)能發(fā)電模塊2向蓄電池模塊10過(guò)度充電；蓄電池模塊10通過(guò)電源切換模塊9向開(kāi)關(guān)電源模塊3供電；電源切換模塊9還連接220V交流市電，在天氣原因造成太陽(yáng)能發(fā)電不足的情況下，電壓采樣模塊11采集到蓄電池模塊10電壓數(shù)據(jù)送給單片機(jī)控制模塊6，單片機(jī)判斷蓄電池電壓低于額定值時(shí)，單片機(jī)控制電源切換切換到220V交流市電供電給開(kāi)關(guān)電源模塊3;開(kāi)關(guān)電源模塊3在單片機(jī)控制模塊6的控制下向電熱絲模塊4提供大小可調(diào)電能給土壤加熱，產(chǎn)生需要的土壤溫度;通信模塊7實(shí)現(xiàn)上位機(jī)8和單片機(jī)控制模塊6之間的雙向通信功能;土壤溫度傳感器模塊5由若干DS18B20數(shù)字溫度傳感器構(gòu)成，每三個(gè)一組，分別測(cè)量地表以下5?10厘米、10?15厘米和15?25厘米處，下面兩個(gè)優(yōu)先采集地表以下10厘米和20厘米處的土壤溫度;單片機(jī)控制模塊6控制溫度傳感器模塊5采集土壤溫度數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)通過(guò)通信模塊7傳輸給上位機(jī)8，上位機(jī)安裝有與存儲(chǔ)蔬菜類(lèi)別、生長(zhǎng)階段相對(duì)應(yīng)的土壤溫度數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，上位機(jī)8對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)期保存?zhèn)渥骱罄m(xù)的進(jìn)一步分析研究;上位機(jī)8根據(jù)事先設(shè)置的蔬菜類(lèi)別和生長(zhǎng)階段以及當(dāng)前土壤溫度數(shù)據(jù)確定控制指令，然后將控制指令通過(guò)通信模塊7發(fā)送給單片機(jī)控制模塊6，單片機(jī)控制模塊6按照上位機(jī)8的指令控制開(kāi)關(guān)電源的工作，向電熱絲提供大小合適的電壓電流給土壤加熱，產(chǎn)生蔬菜生長(zhǎng)合適的土壤溫度；電熱絲直徑在0.5毫米?0.7毫米之間，優(yōu)先用直徑為0.6mm的70號(hào)碳素合金鋼線作為電熱轉(zhuǎn)換的材料，外用耐熱性強(qiáng)的乙烯樹(shù)脂包裹，作為絕緣層，如圖2所示，電熱絲采用S形沿蔬菜根系布置在土壤中，深度為地表下15厘米?25厘米之間，優(yōu)先布局深度為地表下20厘米。
[0025]單片機(jī)控制模塊可以是任何一種系列的單片機(jī)，或者稱之為嵌入式系統(tǒng)的裝置，包括各類(lèi)單片機(jī)、DSP數(shù)字信號(hào)處理器、FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列、SOPC可編程片上系統(tǒng)、CPLD復(fù)雜可編程邏輯器件等器件。所述電源切換模塊為繼電器、固態(tài)電子開(kāi)關(guān)或絕緣柵雙極晶體管。
[0026]本發(fā)明中的電熱絲采用S形狀布置在土壤中。當(dāng)檢測(cè)到土壤溫度低于設(shè)定值后，將溫度數(shù)據(jù)送給單片機(jī)，單片機(jī)和上位機(jī)進(jìn)行通信，單片機(jī)獲得上位機(jī)指令后，單片機(jī)控制開(kāi)關(guān)電源，開(kāi)關(guān)電源向電熱絲供電進(jìn)行加熱，使得土壤溫度升高到需要數(shù)值。本發(fā)明能根據(jù)作物類(lèi)型的不同和作物的不同生長(zhǎng)期進(jìn)行溫度設(shè)置，并對(duì)溫度數(shù)據(jù)加以保存以便深入研究作物生長(zhǎng)狀況與土壤溫度的關(guān)系。
[0027]本發(fā)明方案所公開(kāi)的技術(shù)手段不僅限于上述實(shí)施方式所公開(kāi)的技術(shù)手段，還包括由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種溫室大棚土壤溫度智能調(diào)控裝置，其特征在于，包括依次連接的太陽(yáng)能發(fā)電模塊、蓄電池模塊、電源切換模塊、開(kāi)關(guān)電源模塊、電熱絲模塊，所述開(kāi)關(guān)電源模塊和電源切換模塊還分別和單片機(jī)控制模塊相連，電源切換模塊還與市電連接，所述單片機(jī)控制模塊還和土壤溫度傳感器模塊、通信模塊分別連接，所述單片機(jī)控制模塊和蓄電池模塊之間連接有電壓采樣模塊，所述通信模塊和上位機(jī)相連； 太陽(yáng)能發(fā)電模塊向蓄電池模塊充電；單片機(jī)控制模塊根據(jù)電壓采樣模塊采集到的蓄電池電壓控制電源切換模塊，選擇使用交流市電或者蓄電池模塊給開(kāi)關(guān)電源模塊供電； 上位機(jī)根據(jù)蔬菜類(lèi)別、生長(zhǎng)階段和土壤溫度傳感器模塊采集的當(dāng)前土壤溫度選擇控制指令，將控制指令通過(guò)通信模塊發(fā)送給單片機(jī)控制模塊，單片機(jī)控制模塊按照上位機(jī)的指令控制開(kāi)關(guān)電源模塊的打開(kāi)或閉合，開(kāi)關(guān)電源模塊打開(kāi)時(shí)向電熱絲模塊供電加熱。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫室大棚土壤溫度智能調(diào)控裝置，其特征在于:太陽(yáng)能發(fā)電模塊和蓄電池模塊之間設(shè)有保護(hù)模塊，所述保護(hù)模塊防止太陽(yáng)能發(fā)電模塊向蓄電池模塊過(guò)度充電。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫室大棚土壤溫度智能調(diào)控裝置，其特征在于:所述上位機(jī)安裝有數(shù)據(jù)庫(kù)，所述數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)與蔬菜類(lèi)別和生長(zhǎng)階段相對(duì)應(yīng)的土壤溫度數(shù)據(jù)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫室大棚土壤溫度智能調(diào)控裝置，其特征在于:所述電熱絲模塊由布局在蔬菜根系的電熱絲構(gòu)成，電熱絲為直徑在0.5毫米?0.7毫米之間的碳素合金鋼線，其外部包裹耐熱性強(qiáng)的乙烯樹(shù)脂絕緣層。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種溫室大棚土壤溫度智能調(diào)控裝置，其特征在于:所述電熱絲采用S形沿蔬菜根系布局，布局的深度為地表下15厘米?25厘米之間。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫室大棚土壤溫度智能調(diào)控裝置，其特征在于:所述土壤溫度傳感器模塊包括若干每三個(gè)一組的數(shù)字溫度傳感器，每組數(shù)字溫度傳感器分別測(cè)量地表以下5?10厘米、10?15厘米和15?25厘米處的土壤溫度。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫室大棚土壤溫度智能調(diào)控裝置，其特征在于:所述單片機(jī)控制模塊為DSP芯片、FPGA芯片、SOPC芯片或CPLD芯片。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫室大棚土壤溫度智能調(diào)控裝置，其特征在于:所述電源切換模塊為繼電器、固態(tài)電子開(kāi)關(guān)或絕緣柵雙極晶體管。
【文檔編號(hào)】G05D23/32GK106020290SQ201610419512
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月14日
【發(fā)明人】張平川, 侯麗敏, 馬國(guó)峰, 劉春霞, 白巧靈, 楊俊紅, 趙高麗, 宋軍平, 張利偉, 蘇文芝
【申請(qǐng)人】河南科技學(xué)院