CN102960201B - 一种基于太阳能供电的可移动式的育苗装置及监控方法 - Google Patents

一种基于太阳能供电的可移动式的育苗装置及监控方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于太阳能供电的可移动式的育苗装置及监控方法，装置包括箱体，移动航喷，营养液水箱，加热水箱，冷却水箱；箱体的内部设有用于育苗托盘，托盘的边缘安装在箱体的侧壁上，箱体的一侧壁上设有移动门，两相对的侧壁上分别安装有湿帘和微型风机；箱体内的顶部设有补光装置，内侧壁上方固定安装有电机，与风机相对的箱体内侧壁上安装有皮带轮，所述移动航喷通过电机与皮带轮的传动，进行往复运动，育苗装置底部装有滚轮，可实现育苗方式的转变，实现可移动式育苗。方法通过采集育苗装置内部的环境因子数据，将环境因子数据通过模拟量采集模块发送给PLC，PLC根据预设置的育苗环境数据，判断是否达到育苗所需育苗条件，如果其中任何一个环境因子数据没有达到所需育苗条件，则启动相应的执行机构。

Description

一种基于太阳能供电的可移动式的育苗装置及监控方法
技术领域
本发明涉及一种基于太阳能供电的可移动式的育苗装置及监控方法，属于育苗环境监测与智能化控制技术领域。
背景技术
目前,育苗自动控制装备在国内外都得到了广泛的应用，其中以美国、日本、荷兰等国家发展最为迅速，基本实现了环境智能监控和远程监测。而在国内，大部分育苗过程存在环境控制能力低、自动化程度落后、价格昂贵等缺点，这在很大程度上降低了种苗的产量与质量，育苗过程的自动化和操作机器人化能够提高生产率，减少劳动力的投入量，可进一步降低育苗的生产成本。因此，开展对育苗设施及环境自动控制方面的研究有着重要意义。
此外，维持育苗装置的正常运行需要提供充足的电能，太阳能资源丰富，但目前尚未有育苗装置实现利用太阳能供电,因此如何实现育苗装置对太阳能的利用成为一个值得思考与解决的问题。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供一种基于太阳能供电的可移动式的育苗装置及监控方法。
技术方案：一种基于太阳能供电的可移动式的育苗装置，包括四周侧壁及顶部由有机玻璃构成的箱体，移动航喷，营养液水箱，加热水箱，冷却水箱；所述箱体的内部设有用于育苗托盘，托盘的边缘安装在箱体的侧壁上，箱体的一侧壁上设有移动门，两相对的侧壁上分别安装有湿帘和微型风机；箱体内的顶部设有LED补光装置，补光装置下方内侧壁上方固定安装有电机，与风机相对的箱体内侧壁上安装有皮带轮，所述移动航喷通过电机与皮带轮的传动，进行往复运动；所述移动航喷通过软管与营养液水箱连接；托盘上部的箱体内侧壁上设有光照传感器、温湿度传感器、CO2传感器和土壤湿度传感器；托盘的下表面设有连续盘绕的导热管；箱体内部的底部设有低压电器(低压电器接PLC的输入、输出，以及接被控执行对象)、PLC、模拟量采集模块、加热水箱、营养液水箱、冷却水箱、CO2施放装置、计算机主机（计算机主机内装有控制软件，用于实现在给定条件下的补光装置、水循环加热、冷却装置、营养液循环利用装置、通风装置、CO2施放装置等装置的智能控制）以及蓄电池；箱体外侧壁上设有显示器，顶部设有可追光的太阳能板，底部设有滚轮，可实现育苗方式的转变，实现可移动式育苗。
所述托盘下表面为一个倾斜的坡面，坡面的坡度大于0度小于等于30度，托盘较低端部设有回收口，回收口通过水管连通营养液水箱；
所述光照传感器、温湿度传感器、CO2传感器和土壤湿度传感器的输出端连接模拟量采集模块，模拟量采集模块接PLC；所述PLC的输出端分别接显示器、加热水箱、营养液水箱、冷却水箱、CO2施放装置、电机、风机。
所述托盘为不锈钢托盘。所述导热管为镀锌铁管。
所述加热水箱中设有水泵电机和加热棒；所述冷却水箱中设有水泵电机；所述营养液水箱中设有水泵电机。
一种基于太阳能供电的可移动式的育苗监控方法，通过光照传感器、温湿度传感器、CO2传感器和土壤湿度传感器采集育苗装置内部的环境因子数据，将环境因子数据通过模拟量采集模块发送给PLC，PLC根据上位机软件预设置的育苗环境数据，判断是否达到育苗所需育苗条件，如果达到，则不动作，如果其中任何一个环境因子数据没有达到所需育苗条件，则启动相应的执行机构，直到满足所需育苗条件，PLC才向执行机构发出停止工作的信号；其中执行机构指的是加热水箱、营养液水箱、冷却水箱和CO2施放装置；
用户还可通过显示器的用户界面输入种苗种植所需的环境因子数据。
PLC判断是否达到育苗所需育苗条件的具体步骤为：当光照值小于种苗种植设定值时，PLC控制打开LED补光装置，使之进行补光动作，直到满足光照时间，才发出关闭补光装置信号，补光装置停止工作；
当温度小于种苗种植设定值时，PLC控制加热水箱内部的加热棒开始加热，加热后的热水流过托盘下表面上的连续盘绕的导热管，最终回到加热水箱，实现通过水循环的方式提高环境温度，直到温度等于种苗种植设定值，才发出关闭加热水箱信号，加热水箱停止工作；
当温度大于种苗种植设定值时，PLC控制冷却水箱内部的水泵电机开始工作，将水箱里的水抽至湿帘顶部，水从湿帘的底部回流至冷却水箱，同时微型风机开始工作，将外部的空气从湿帘抽至箱体内部，再从风机的一方抽出，实现降低环境温度的作用，当温度达到种苗种植设定值时，PLC向冷却水箱和风机发出停止工作信号，冷却水箱和风机停止工作；
当土壤湿度小于种苗种植设定值时，PLC控制营养液水箱内部的水泵电机工作将营养液抽至移动航喷，同时控制补光装置正下方的电机转动，通过皮带轮带动移动航喷进行来回反复的喷洒营养液，托盘底部设计成大于0度小于等于30度的倾角，便于通过设置在托盘底部的回收口回收多余的营养液至营养液水箱，实现节约循环利用营养液。
当CO2浓度小于种苗种植设定值时，PLC控制CO2施放装置释放CO2气体，直到CO2浓度满足设定值时，PLC控制CO2施放装置停止工作。
箱体底部设有滚轮，可实现育苗方式的转变，实现可移动式育苗。
在育苗装置的顶部设有可追光的太阳能板，在装置的底部放有蓄电池，可实现最大化的太阳能追光发电，所发电能输送给本装置中的各个传感器，实现节约用电。
有益效果：与现有技术相比，本发明所提供的基于太阳能供电的育苗装置及监控方法，具有如下优点：
1.设置在箱体顶部的可追光的太阳能板，能够发电储能，为育苗装置中的各个传感器装置提供电源。
2、利用传感器技术、PLC技术、组态技术及信息处理技术，通过传感器采集育苗装置的各个环境因子数据，将数据发送给PLC，通过组态软件或触摸屏实现数据的实时显示，根据设定好的种苗育苗的环境参数，采用PID调节方式，实现育苗环境的自动控制。
3、温度的加热采用水循环控制方式，根据PLC发送来的指令，控制设置在育苗装置下方的加热水箱中的加热装置及水循环装置动作，将热水抽设置在育苗托盘正下方的水循环加热管，实现育苗装置环境室温的上升，为种苗育苗提供适宜的温度。装置底部设有滚轮，可实现育苗方式的转变，实现可移动式育苗。
4、育苗装置的通风采用水循环装置、湿帘装置及抽风装置等装置，根据上位机（组态软件或触摸屏）发送来的指令，控制设置在育苗装置下方的冷却水箱中的水循环装置将水抽至装在育苗装置一侧的湿帘，控制装在另一侧的抽风装置动作，将湿帘一侧的冷空气抽至另一侧，实现育苗装内的温度下降，为种苗育苗提供适宜的温度。
5、营养液的补给采用航喷营养液循环装置，根据传感器采集的土壤湿度及种苗对营养液的需求 ，设置营养液航喷的次数及时间，种苗托盘上收集的营养液循环至营养液箱，实现节约循环利用营养液。
6、CO2补充装置，根据传感器采集的CO2浓度及种苗对CO2浓度的需求，自动控制CO2施放装置为育苗装体补充CO2 。
7、设计友好人机界面，实现育苗过程的可视化，以及育苗的环境的自动控制，从而实现不受外在气候、光照等影响，实现最优生长环境，缩短育苗周期。开发的上位机软件界面友好，功能丰富，能较好地满足工厂化育苗生产要求。
附图说明
图1为本发明实施例的装置外部结构示意图；
图2为本发明实施例的装置内部结构示意图；
图3为图2的A-A剖视图；
图4为本发明实施例的方法原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
如图1-3所示，基于太阳能供电的育苗装置，包括四周侧壁及顶部由有机玻璃构成的箱体1，移动航喷9，营养液水箱22，加热水箱19，冷却水箱24；箱体1的内部设有用于育苗托盘2，托盘2的边缘安装在箱体1的侧壁上，箱体1的一侧壁上设有移动门3，两相对的侧壁上分别安装有湿帘4和微型风机5；箱体1内的顶部设有LED补光装置6，补光装置6下方内侧壁上方固定安装有电机8，与风机5相对的箱体1内侧壁上安装有皮带轮7，对面一个皮带轮7，移动航喷9通过电机8与皮带轮7的传动，进行往复运动；移动航喷9通过软管10与营养液水箱22连接；托盘2上部的箱体1内侧壁上设有光照传感器11、温湿度传感器12、CO2传感器13和土壤湿度传感器14；托盘2的下表面设有连续盘绕的导热管15；箱体1内部的底部设有低压电器16、PLC17、模拟量采集模块18、加热水箱19、营养液水箱22、冷却水箱24、CO2施放装置26、计算机主机27（计算机主机27内装有控制软件，用于实现在给定条件下的补光装置、水循环加热、冷却装置、营养液循环利用装置、通风装置、CO2施放装置等装置的智能控制）以及蓄电池28；箱体1外侧壁上设有显示器29，顶部设有可追光的太阳能板30，底部设有滚轮31；
托盘2下表面为一个倾斜的坡面，坡面的坡度大于0度小于等于30度，托盘2较低端部设有回收口，回收口通过水管连通营养液水箱22；
光照传感器11、温湿度传感器12、CO2传感器13和土壤湿度传感器14的输出端连接模拟量采集模块18，模拟量采集模块18接PLC17；PLC17的输出端分别接显示器29、加热水箱19、营养液水箱22、冷却水箱24、CO2施放装置26、电机8、风机5。
托盘2为不锈钢托盘2。导热管15为镀锌铁管。
加热水箱19中设有水泵电机和加热棒；冷却水箱24中设有水泵电机；营养液水箱22中设有水泵电机。
如图4所示，基于太阳能供电的育苗监控方法：
通过光照传感器11、温湿度传感器12、CO2传感器13和土壤湿度传感器14采集育苗装置内部的环境因子数据，将环境因子数据通过模拟量采集模块18发送给PLC17，PLC17根据预设置的育苗环境数据，判断是否达到育苗所需育苗条件，如果达到，则不动作，如果其中任何一个环境因子数据没有达到所需育苗条件，则启动相应的执行机构，直到满足所需育苗条件，PLC17才向执行机构发出停止工作的信号；其中执行机构指的是加热水箱19、营养液水箱22、冷却水箱24和CO2施放装置26；
用户还可通过显示器29的用户界面输入种苗种植所需的环境因子数据。
PLC17判断是否达到育苗所需育苗条件的具体步骤为：当光照值小于种苗种植设定值时，PLC17控制打开LED补光装置6，使之进行补光动作，直到满足光照时间，才发出关闭补光装置6信号，补光装置6停止工作；
当温度小于种苗种植设定值时，PLC17控制加热水箱19内部的加热棒开始加热，加热后的热水流过托盘2下表面上的连续盘绕的导热管15，最终回到加热水箱19，实现通过水循环的方式提高环境温度，直到温度等于种苗种植设定值，才发出关闭加热水箱19信号，加热水箱19停止工作；
当温度大于种苗种植设定值时，PLC17控制冷却水箱24内部的水泵电机开始工作，将水箱里的水抽至湿帘4顶部，水从湿帘4的底部回流至冷却水箱24，同时微型风机5开始工作，将外部的空气从湿帘4抽至箱体1内部，再从风机5的一方抽出，实现降低环境温度的作用，当温度达到种苗种植设定值时，PLC17向冷却水箱24和风机5发出停止工作信号，冷却水箱24和风机5停止工作；
当土壤湿度小于种苗种植设定值时，PLC17控制营养液水箱22内部的水泵电机工作将营养液抽至移动航喷9，同时控制补光装置6正下方的电机8转动，通过皮带轮7带动移动航喷9进行来回反复的喷洒营养液，托盘2底部设计成大于0度小于等于30度的倾角，便于通过设置在托盘2底部的回收口回收多余的营养液至营养液水箱22，实现节约循环利用营养液。
当CO2浓度小于种苗种植设定值时，PLC17控制CO2施放装置26释放CO2气体，直到CO2浓度满足设定值时，PLC17控制CO2施放装置26停止工作。
在育苗装置的顶部设有可追光的太阳能板30，在装置的底部放有蓄电池28，可实现最大化的太阳能追光发电，所发电能输送给本装置中的各个传感器，实现节约用电。
以上所述仅是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于太阳能供电的可移动式的育苗装置，其特征在于：包括四周侧壁及顶部由有机玻璃构成的箱体，移动航喷，营养液水箱，加热水箱，冷却水箱；所述箱体的内部设有用于育苗托盘，托盘的边缘安装在箱体的侧壁上，箱体的一侧壁上设有移动门，两相对的侧壁上分别安装有湿帘和风机；箱体内的顶部设有LED补光装置，补光装置下方内侧壁上方固定安装有电机，与风机相对的箱体内侧壁上安装有皮带轮，所述移动航喷通过电机与皮带轮的传动，进行往复运动；所述移动航喷通过软管与营养液水箱连接；托盘上部的箱体内侧壁上设有光照传感器、温湿度传感器、CO2传感器和土壤湿度传感器；托盘的下表面设有连续盘绕的导热管；箱体内部的底部设有低压电器、PLC、模拟量采集模块、加热水箱、营养液水箱、冷却水箱、CO2施放装置、计算机主机以及蓄电池，其中低压电器接PLC的输入、输出端；箱体外侧壁上设有显示器，顶部设有可追光的太阳能板，底部设有滚轮；
所述托盘下表面为一个倾斜的坡面，坡面的坡度大于0度小于等于30度，托盘较低端部设有回收口，回收口通过水管连通营养液水箱；
所述光照传感器、温湿度传感器、CO2传感器和土壤湿度传感器的输出端连接模拟量采集模块，模拟量采集模块接PLC；所述PLC的输出端分别接显示器、加热水箱、营养液水箱、冷却水箱、CO2施放装置、电机、风机。
2.如权利要求1所述的基于太阳能供电的可移动式的育苗装置，其特征在于：所述托盘为不锈钢托盘。
3.如权利要求1所述的基于太阳能供电的可移动式的育苗装置，其特征在于：所述导热管为镀锌铁管。
4.如权利要求1所述的基于太阳能供电的可移动式的育苗装置，其特征在于：所述加热水箱中设有水泵电机和加热棒；所述冷却水箱中设有水泵电机；所述营养液水箱中设有水泵电机。
5.一种基于太阳能供电的可移动式的育苗监控方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过光照传感器、温湿度传感器、CO2传感器和土壤湿度传感器采集育苗装置内部的环境因子数据，将环境因子数据通过模拟量采集模块发送给PLC，PLC根据预设置的育苗环境数据，判断是否达到育苗所需育苗条件，如果达到，则不动作，如果其中任何一个环境因子数据没有达到所需育苗条件，则启动相应的执行机构，直到满足所需育苗条件，PLC才向执行机构发出停止工作的信号；其中执行机构指的是加热水箱、营养液水箱、冷却水箱和CO2施放装置；
PLC判断是否达到育苗所需育苗条件的具体步骤为：
当光照值小于种苗种植设定值时，PLC控制打开LED补光装置，使之进行补光动作，直到满足光照时间，才发出关闭补光装置信号，补光装置停止工作；
当温度小于种苗种植设定值时，PLC控制加热水箱内部的加热棒开始加热，加热后的热水流过托盘下表面上的连续盘绕的导热管，最终回到加热水箱，实现通过水循环的方式提高环境温度，直到温度等于种苗种植设定值，才发出关闭加热水箱信号，加热水箱停止工作；
当温度大于种苗种植设定值时，PLC控制冷却水箱内部的水泵电机开始工作，将水箱里的水抽至湿帘顶部，水从湿帘的底部回流至冷却水箱，同时微型风机开始工作，将外部的空气从湿帘抽至箱体内部，再从风机的一方抽出，实现降低环境温度的作用，当温度达到种苗种植设定值时，PLC向冷却水箱和风机发出停止工作信号，冷却水箱和风机停止工作；
当土壤湿度小于种苗种植设定值时，PLC控制营养液水箱内部的水泵电机工作将营养液抽至移动航喷，同时控制补光装置正下方的电机转动，通过皮带轮带动移动航喷进行来回反复的喷洒营养液，托盘底部设计成大于0度小于等于30度的倾角，便于通过设置在托盘底部的回收口回收多余的营养液至营养液水箱；
当CO2浓度小于种苗种植设定值时，PLC控制CO2施放装置释放CO2气体，直到CO2浓度满足设定值时，PLC控制CO2施放装置停止工作。
6.如权利要求5所述的基于太阳能供电的可移动式的育苗监控方法，其特征在于：用户还可通过显示器的用户界面输入种苗种植所需的环境因子数据。
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