CN105850403A - 一种智能种子存储箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能种子存储箱，主要由外层箱、通风气孔装置、隔热装置、显示屏以及若干个温湿度传感器组成的。外层箱和内层箱具有良好的气密性，能有效的控制好存储箱里面的气体，防止因密闭性差而造成箱里各参数不稳定。为了帮助制冷片更好的散热和使箱内的气体密度更均匀，采用泡沫隔热，以便达到恒温的效果。温湿度传感器布置在箱内的角落，使得测量出来的结果更准确可靠。显示屏就安放在箱子的盖子上，易于看出箱内示数的变化以及对箱内的设备进行调控。该装置能有效的保存种子，且不影响种子在后期过程中的生长发育，能通过手机或者上位机对箱内情况进行监测以及操作，大大提高种子存储的存活率。

Description

一种智能种子存储箱

技术领域

本发明涉及存储设备领域，尤其涉及一种用于种子的智能存储箱。

背景技术

种子是种子植物的繁殖体系，对延续物种起着重要作用，所以种子的存储和保藏质量显得尤为重要。影响种子存储的因素分为内部因素和外部因素，内部因素主要包括种子的含水率高低和种子的呼吸强度等，而外部因素则包括种子存储环境参数中的相对湿度、温度以及气体成分和虫害等。

大部分种子的存储过程主要有以下几个特点：1、呼吸作用较强；2、吸湿性差；3、耐热性和耐贮性差。目前种子的存储大部分采用库藏、露天屯藏和窖藏三种方式，除此之外，还有草垛堆藏和分户存储方式等。这些存储方式的优点是成本低廉、设备简单、操作方便，但同时缺点也不可忽略：容易受到虫害、易发生积压、容易受高温高湿天气影响，使得种子的发芽率偏低。

目前，市场上有通过调节温湿度来进行种子存储的方式，最常用的是恒温恒湿箱，由于不同恒温恒湿箱的功能不尽相同，所以导致价格相差较大。现有的恒温恒湿箱由制冷系统、控制系统、湿度系统、送风循环系统和传感器系统等部分组成，通过各系统的协调工作使恒温恒湿箱能够有效控制箱内的温度和湿度，从而达到长期保存的目的。但是现有的恒温恒湿箱还存在以下缺点：一是，自动化程度较低，信息采集和反馈仍采用传统的二次仪表，致使数据采集缓慢、调节滞后，影响系统的平稳运行。二是，二次仪表内部信息储存量小，采集的压力、流量等数据无法长期保存，不便于查询过往的数据，分析生产中存在的问题。三是，该控制系统可靠性低，容易出故障，需要配备专人去维护系统的日常运行，导致人工成本的升高。

因此，现有种子存储技术需要进一步改进和完善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种既能防止虫鼠危害、腐烂变质，又能适用于各种种子存储、保证种子的发芽率的存储箱。

本发明所设计的技术方案如下：

一种智能种子存储箱，包括存储箱本体、检测部、控制部、以及实施部；所述存储箱本体包括外层箱、用于安装电子元器件的缓存腔、以及用于存储种子的内层箱；所述外层箱和内层箱之间设有保温层；所述缓存腔设置在外层箱内，位于内层箱的后方，控制内层箱的物理参数；所述外层箱上还设有用于取放种子的上箱门和用于安装、维护控制部和实施部的后箱门。

所述实施部包括半导体制冷片、散热风扇、排气管道、第一控制阀和第二控制阀；所述半导体制冷片的制冷端设置在内层箱内，散热端设置在缓存腔内，与散热风扇连接固定；所述排气管道环绕在内层箱内，其表面设有排气通孔；排气管道的一端与第一控制阀连接，另一端与第二控制阀连接；所述第一控制阀通过管道与二氧化碳瓶连通，二氧化碳通过第一控制阀进入内层箱；所述第二控制阀通过管道与除湿机连通，干燥空气通过第二控制阀进入内层箱。

所述检测部设置在内层箱内，包括温度传感器、湿度传感器和氧气传感器；所述温度传感器分别设置在内层箱的四个角落，该温度传感器热的电阻式测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。所述控制部设置在缓存腔内，包括主控单元和遥控接收装置；所述主控单元分别与半导体制冷片、散热风扇、第一控制阀、第二控制阀、温度传感器、湿度传感器和氧气传感器电连接；所述主控单元接收检测部的反馈信号并向实施部输出控制信号；所述主控单元与遥控接收装置电连接，通过遥控单元接收遥控控制信息。

所述保温层采用泡沫或海绵作为保温材料，可做成厚厚的一层泡沫或海绵层，提高箱体的隔热、保温效果。

所述外层箱采用亚克力板制成，板与板之间通过热熔胶或玻璃胶密封和固定；所述上箱门的门缝处还布设用于隔热的锡条。该锡条的隔热性能良好，有效减少箱体内外的热量交换，减少外界对箱体内环境的影响。

所述控制部还包括用于与移动端或PC端通信的通信模块；所述通信模块设为GPRS通信模块，与主控单元电连接，采用GSM的通信方式与外界进行信息交换。

温度传感器热的电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造温度传感器热电阻，而本方案所使用的是市面上应用比较广泛的18B20型温度传感器。所述湿度传感器采用DHT11型数字温湿度传感器，该湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，主要应用于专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，可以确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。所述氧气传感器采用采用体积小、精度良好、价格优惠的Grove-Gas Sensor型氧气传感器。这三种传感器与主控单元相连接，使本方案具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。

所述除湿机采用湿腾zst-200fd型除湿机；所述二氧化碳装置采用二氧化碳瓶。

所述控制部还包括用于人机交流的触控屏和按键；所述触控屏和按键分别与主控单元电连接；所述触控屏采用ILI9341液晶触摸显示屏；所述触控屏和按键均设置在外层箱上。

所述控制部还包括用于箱内空气循环的进风管道；所述进风管道的一端与内层箱连通，另一端与除湿机的进风口连通。内层箱中的空气经过进风管道后进入除湿机，除湿后的干燥空气经过第二控制阀、排风管道再次进入内层箱，形成内部循环。

所述后箱门上还设有用于加快排出缓存腔内热量的通风孔；所述通风孔设置在与散热风扇相对的位置上，且均匀分布。

作为本发明的优选方案，出于隔温的考虑，该存储箱采用隔温效率高且价格低廉的保温泡沫进行隔温，同时在气密性的考虑上，存储箱使用玻璃胶、热熔胶对每个角落进行密封，且在可掀开的一个面加了隔温条，最有效地阻止了箱内空气与外界空气的交流，保证了其环境的不变性。

作为本发明的优选方案，为了能更为准确地测量数据，箱内在不同的地方安放了同样的传感器，使数据的测量及主控单元的控制更为准确、有效。

作为本发明的优选方案，出于保证尽可能不干预箱内环境的考虑，箱内预留了一个较为独立的空间(缓存腔)供电子元器件的摆放，同时，还以加散热风扇及打孔(通风孔)的形式将从箱内抽出的热量尽快排出，保证箱内环境的稳定。

作为本发明的优选方案，存储箱采用管喷式的方式，即用管道在箱底部围一圈并打孔，气体灌入时从各个孔中均匀喷出，使箱内各空间成分均匀，一方面利于种子储存，另一方面利于数值检测，使其检测数据更加可信，调节更加准确。

作为本发明的优选方案，采用内循环冷凝的方式进行控湿。及将箱内空气抽出，冷凝抽湿后再送回箱内，全程内循环，无需加入外界成分，最大程度减少了其他参数对其的耦合作用。

本发明的工作过程如下：将种子放进存储箱内，存储箱会根据事先设置的种子参数自动进行箱内调节。当温度高于种子适宜存储温度时，半导体制冷片会开启制冷模式。当内部温度足够低时，温度传感器会把数据回传给主控单元，从而停止半导体制冷片的运作。当箱内湿度不适合种子存储时，湿度传感器会把数值回传给主控单元，使之开启第二控制阀通过排气管道通入干燥的气体；当检测到箱内气体符合条件时则关闭第二控制阀等待工作。当检测到箱内二氧化碳的浓度不符合预先设置种子的数值时，氧气传感器会将数值返回给主控单元进行处理，从而控制开启第一控制阀通入二氧化碳气体，使之与种子最佳存储条件相匹配。该存储箱还能通过GSM通信方式通过短信的形式把箱内的数据发送至使用者手机上，真正实现了存储箱的实时监控。位于外层箱上的触控屏能把箱内的参数绘制成一条曲线实时显示出来，方便使用者后期对其进行使用和分析。存储箱还可以通过红外无线遥控器对箱内的各个参数进行设定，操作十分方便。

此外，通过对不同类别种子存储的相关环境条件参数进行调查和收集，并进行整理和归类，最终得出各种子的具体设定参数，将这些参数加入到控制系统当中，实现了通过触控屏对存储种子的种类进行更改。与现有技术相比本发明还具有以下的有益效果：

1、对箱内环境参数进行检测，本系统采用STM32F103芯片控制，加以温度传感器、湿度传感器、氧气浓度检测器等传感器对箱中环境进行检测，并将数据反应到STM32F103中并由液晶触摸显示屏ILI9341显示出来。

2、根据检测出的参数调整箱内存储环境。根据设定的参数与不同类别种子自身所需参数，进行程序和控制电路设计，通过二氧化碳瓶提供二氧化碳、半导体制冷片控制温度、除湿机抽湿等方式，调节各参数的数值。此外，通过程序设计，预设不同类型种子的最佳参数阀值，可通过两种方法来调整箱内的参数设定：一是控制触摸屏便可使之具有不同的控制模式，可随时进行调节适应种子存储需要；二是通过上位机(手机、电脑端等)远程修改参数、查看参数，以实现随时随地调控的目的。

3、设计高实时性、多任务的代码，使用已经成熟的操作系统-UcosIII设计程序，同时监测来自于温度、湿度、氧气浓度等相关指数，以达到毫秒级别的机电控制。

4、设计保护模式，当出现存储箱状态异常，比如，数据异常、温度异常、湿度异常、氧气浓度异常、填充气体状态异常等非正常模式，可迅速通过GSM网络、上位机对管理者进行警报，以确保种子的最佳存储状态。

5、设计、制作能满足不同种子存储需求的可调节存储箱，确定箱体的尺寸参数，使用SolidWorks软件对箱体外形进行建模设计，以最科学的外形令控制箱内任一参数时对其他参数的相互影响反应最小。此外，还着重着眼于存储箱的气密性、保温性，选择最适合材料搭建保温性强、气密性良好的存储箱外壳。

附图说明

图1是本发明所提供的存储箱的立体图。

图2是本发明所提供的存储箱的主视图。

图3是本发明所提供的存储箱的C-C剖视图。

图4是本发明所提供的存储箱的A-A剖视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。

结合图1和图4所示，本发明公开了一种智能种子存储箱，其中，包括存储箱本体、用于检测箱内各项参数的检测部200、控制部300、以及实时调节箱内各项参数值的实施部。所述存储箱本体包括外层箱110、用于安装电子元器件的缓存腔、以及用于存储种子的内层箱120(种子箱)。所述外层箱110和内层箱120之间设有保温层130。所述缓存腔设置在内层箱120的后方，通过控制内层箱120的物理参数，使种子处于理想的存储环境。所述外层箱110上还设有用于取放种子的上箱门和用于安装、维护控制部300和实施部的后箱门111。所述上箱门和后箱门111分别通过合页与外层箱110连接。所述上箱门位于存储箱本体的顶部。所述后箱门111的设置方便日常对存储箱的维护，如清理散热风扇410的灰尘等。

优选的，为了方便观察箱内种子的存储情况，对出现的以外状况能够及时处理。本实施例中的外层箱110采用亚克力板制成，板与板之间通过热熔胶或玻璃胶密封和固定。所述上箱门的门缝处还布设用于隔热的锡条。优选的，为了获得较好的保温效果的同时降低设备的制造成本，本实施例中的保温层130采用泡沫或海绵作为保温材料。

具体的，如图1、图2和图3所示，所述实施部包括半导体制冷片、散热风扇410、排气管道420、第一控制阀421和第二控制阀422。所述半导体制冷片的制冷端设置在内层箱120内，给内层箱120降温，散热端设置在缓存腔内，与散热风扇410连接固定，散热风扇410给散热端降温，使内层箱120能够维持低温状态。所述排气管道420环绕在内层箱120内，其表面设有排气通孔，所述排气通孔在排气管道420上均匀分布，进入排气管道420内的气体，通过管喷的方式从排气通孔均匀地排放到内层箱120，使箱内各空间的空气成分均匀，也能更好地让气体从下到上的充盈整个空间。排气管道420的一端与第一控制阀421连接，另一端与第二控制阀422连接。所述第一控制阀421通过管道与二氧化碳瓶连通，二氧化碳通过第一控制阀421进入内层箱120。所述第二控制阀422通过管道与除湿机连通，干燥空气通过第二控制阀422进入内层箱120。

具体的，所述检测部200设置在内层箱120内，包括温度传感器、湿度传感器和氧气传感器。所述温度传感器分别设置在内层箱120的四个角落。所述控制部300设置在缓存腔内，包括主控单元和遥控接收装置。所述主控单元优选采用STM32F103型单片机芯片，该芯片具有功能强大，辐射小,可靠性能好等优点，同时，具有精简的指令集，大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算，符合本方案的需求。主控单元分别与半导体制冷片、散热风扇410、第一控制阀421、第二控制阀422、温度传感器、湿度传感器和氧气传感器电连接。所述主控单元接收检测部200的反馈信号并向实施部输出控制信号。所述主控单元与遥控接收装置电连接，通过遥控单元接收遥控控制信息。本实施例还包括用于遥控输入的遥控器，实验人员可以通过遥控器方便地设定存储箱的各项参数。

优选的，所述温度传感器采用18B20型温度传感器；所述湿度传感器采用DHT11型数字温湿度传感器；所述氧气传感器采用Grove-Gas Sensor型氧气传感器。

优选的，所述除湿机采用湿腾zst-200fd型除湿机。所述二氧化碳装置采用二氧化碳瓶。

进一步的，所述控制部300还包括用于与移动端或PC端通信的通信模块。所述通信模块设为GPRS通信模块，与主控单元电连接，采用GSM的通信方式与外界进行信息交换。

进一步的，为了方便设定存储箱的存储参数，本实施例中的控制部300还包括用于人机交流的触控屏112和按键。所述触控屏112和按键分别与主控单元电连接。所述触控屏112采用I LI9341液晶触摸显示屏。所述触控屏112和按键均设置在外层箱110上。

进一步的，为了减少外界空气进入存储箱，影响箱内稳定的存储环境。本实施例中的控制部300还包括用于箱内空气循环的进风管道。所述进风管道的一端与内层箱120连通，另一端与除湿机的进风口连通。箱内的空气通过进风管道进入除湿机，去除湿气后再通过排风管道进入箱内。整个空气流动的过程采用内循环的方式，无需外界空气的参与，最大程度减少了其他参数对箱内环境的影响。

进一步的，由于电子元件(尤其是半导体制冷片)所产生的热量会影响种子的存储环境，降低存储的存活率。所以，本实施例中的后箱门111上还设有用于加快排出缓存腔内热量的通风孔113。所述通风孔113设置在与散热风扇410相对的位置上，且均匀分布。散热风扇410在为半导体制冷片散热的同时，也将缓存腔内的热量一起从通风孔113中排出，达到快速散热的目的，有效维持内层箱120温度环境的稳定，提高了种子存储的存活率。

本发明的工作原理是，当传感器检测到信号时，stm32f103根据检测的信号，通过控制第一控制阀421或第二控制阀422(采用电磁阀)等电路开关来控制实施部进行工作，也可以通过GSM通信传输到手机进行实时监测。该实时监测方式包括GPRS无线传输，温度调控，湿度调控，空气成分控制和遥控部分。具体如下，GPRS通信模块：采用GSM900，通过编写程序，把种子存储箱里面的环境参数通过GSM900传输到手机上或者电脑上，实现实时监控。温度控制：本装置采用无需化学材料氟利昂的物理制冷方式——半导体制冷片制冷，其优点是没有滑动部件，应用虽受空间限制，但可靠性要求高，无制冷剂污染的场合。湿度调控：采取外接除湿后的空气进行降低湿度，外接湿腾zst-200fd除湿机，传感器采集到数据后反馈到控制模块中，控制模块通过控制电磁阀开关来控制除湿机的开启与关闭。空气成分控制：由于种子在存储过程中需要低氧的条件，所以我们在检测到存储箱内氧气浓度过高时，我们需要通过往里面充入二氧化碳使氧气浓度到达一定的预定值，以便于实现种子的储存，使用stm32f103控制二氧化碳气瓶的气阀，通过PID算法实现充入二氧化碳，以保证箱里处于低氧状态。遥控部分：苯装置添加了遥控装置，通过遥控装置，使用者更加直观的操作箱子的调温调湿效果。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，例如，对本发明中的各组分的常见/惯用的替换等，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种智能种子存储箱，其特征在于，包括存储箱本体、检测部、控制部、以及实施部；所述存储箱本体包括外层箱、用于安装电子元器件的缓存腔、以及用于存储种子的内层箱；所述外层箱和内层箱之间设有保温层；所述缓存腔设置在外层箱内，位于内层箱的后方，控制内层箱的物理参数；所述外层箱上还设有用于取放种子的上箱门和用于安装、维护控制部和实施部的后箱门；

所述实施部包括半导体制冷片、散热风扇、排气管道、第一控制阀和第二控制阀；所述半导体制冷片的制冷端设置在内层箱内，散热端设置在缓存腔内，与散热风扇连接固定；所述排气管道环绕在内层箱内，其表面设有排气通孔；排气管道的一端与第一控制阀连接，另一端与第二控制阀连接；所述第一控制阀通过管道与二氧化碳瓶连通，二氧化碳通过第一控制阀进入内层箱；所述第二控制阀通过管道与除湿机连通，干燥空气通过第二控制阀进入内层箱；

所述检测部设置在内层箱内，包括温度传感器、湿度传感器和氧气传感器；所述温度传感器分别设置在内层箱的四个角落；所述控制部设置在缓存腔内，包括主控单元和遥控接收装置；所述主控单元分别与半导体制冷片、散热风扇、第一控制阀、第二控制阀、温度传感器、湿度传感器和氧气传感器电连接；所述主控单元接收检测部的反馈信号并向实施部输出控制信号；所述主控单元与遥控接收装置电连接，通过遥控单元接收遥控控制信息。

2.根据权利要求1所述智能种子存储箱，其特征在于，所述外层箱采用亚克力板制成，板与板之间通过热熔胶或玻璃胶密封和固定；所述上箱门的门缝处还布设用于隔热的锡条。

3.根据权利要求1所述智能种子存储箱，其特征在于，所述控制部还包括用于与移动端或PC端通信的通信模块；所述通信模块设为GPRS通信模块，与主控单元电连接，采用GSM的通信方式与外界进行信息交换。

4.根据权利要求1所述智能种子存储箱，其特征在于，所述温度传感器采用18B20型温度传感器；所述湿度传感器采用DHT11型数字温湿度传感器；所述氧气传感器采用Grove-Gas Sensor型氧气传感器。

5.根据权利要求1所述智能种子存储箱，其特征在于，所述除湿机采用湿腾zst-200fd型除湿机；所述二氧化碳装置采用二氧化碳瓶。

6.根据权利要求1至5任一项所述智能种子存储箱，其特征在于，所述控制部还包括用于人机交流的触控屏和按键；所述触控屏和按键分别与主控单元电连接；所述触控屏采用ILI9341液晶触摸显示屏；所述触控屏和按键均设置在外层箱上。

7.根据权利要求1至5任一项所述智能种子存储箱，其特征在于，所述控制部还包括用于箱内空气循环的进风管道；所述进风管道的一端与内层箱连通，另一端与除湿机的进风口连通。

8.根据权利要求1至5任一项所述智能种子存储箱，其特征在于，所述后箱门上还设有用于加快排出缓存腔内热量的通风孔；所述通风孔设置在与散热风扇相对的位置上，且均匀分布。

9.根据权利要求1至5任一项所述智能种子存储箱，其特征在于，所述保温层采用泡沫或海绵作为保温材料。