CN108021057A - 一种可调节光强的露天大棚 - Google Patents

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Abstract

一种可调节光强的露天大棚，属于电子技术领域，由电源装置，光敏传感器，光响应曲线获取装置，计算机处理设备，单片机，时钟电路，LED混光灯板，百叶窗控制装置组成。本发明设计的可调节光强的露天大棚，荧光探头实时提供与当前光强相同的光合有效辐射强度。计算机处理设备计算获得光饱和点。所得的光饱和点数据输入单片机。时钟电路控制单片机在不同的时间段实施不同的操作。第二个光敏传感器把获得得当前光照强度数据输入单片机，单片机把当前光照强度和24小时前测得的光饱和点的光照强度进行对比，并通过百叶窗控制系统调节当前光强至与光饱和点相近。延长植物光合作用的时间，提高产量，既具备了一般大棚的长处，也兼具了露天种植优点。

Description

一种可调节光强的露天大棚
技术领域
本发明涉及一种可调节光强的露天大棚，属于电子技术领域。
背景技术
随着农业发展，因大棚方便控制且可有效控制病虫害的发生，大棚技术应用的越来越多。现在的大棚虽然有许多优点，但是和露天种植相比也有许多不足，在通风，光照，温差等方面存在严重缺陷。导致大棚蔬菜、大棚水果味道不如露天种植的蔬菜水果。而露天种植照样面临许多威胁，例如温度湿度的不可控制，病虫害等等。面对这些问题，本发明设计的一种可调节光强的露天大棚，结合大棚种植和露天种植的优点，弥补缺点。利用单片机技术，实时控制大棚在白天的时候根据当前光强大小调节百叶窗窗页翻转角度，使光强调节到接近24小时前的饱和光强，减轻光抑制，提高植物的光合作用来增加瓜果产量，同时也大大提高了大棚的通风程度，夜晚百叶窗全部闭合，LED混光灯板开启，提供当天白天测量出的饱和光强，延长光合作用时间，增加产量，同时减轻虫害，使大棚既有露天种植的优点，也具有一般大棚的可控制性。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种可调节光强的露天大棚，既具备露天种植的优点，同时也可以根据不同的需求，得到不同口感的蔬菜和水果，且具有大棚种植的可控性。
一种可调节光强的露天大棚，其结构由电源装置，光敏传感器，光响应曲线获取装置，计算机处理设备，单片机，时钟电路，LED混光灯板，百叶窗控制装置组成。
所述的电源装置由光伏电池和蓄电池组成。光伏电池把太阳的光能直接转化为电能，节省了能源。而蓄电池储存多余的电能，当遇到夜晚或阴雨天时释放电能。
所述的光响应获取装置，由Li-6400-40荧光探头、密封的塑料缓冲盒、进气管、一株植物组成。2％O2和98％N2气体通过减压阀流入密封的塑料缓冲盒，，盒中注入少量自来水以保证气体的相对湿度，最后通过进气管接入Li-6400荧光探头，以保证持续稳定的低氧环境。
所述的计算机处理设备由自动测量程序、直角双曲线修正模型、饱和光强估算程序组成。自动测量程序在测量的同时记录21％和2％O2浓度下叶片的气体交换和叶绿素荧光等参数每次记录最小等待时间为2min，最大等待时间为3min，数据记录之前仪器均自动进行参比室和样品室之间的匹配。获得数据后通过直角双曲线修正模型拟合出光响应曲线，通过饱和光强估算程序估算出光饱和点。
所述的时钟电路由DS1302时钟芯片和单片机组成。由于DS1302时钟芯片是极为精确的时间控制芯片，因此采用单片机读取、设置DS1302的时间数据，从时间上可以识别每天的时间，时间控制精确到秒，从而可以控制单片机在不同的时间段启动不同的功能。
所述的百叶窗控制系统由百叶窗和步进电动机组成。单片机把光敏传感器传回的光强信号与饱和光强进行对比，控制步进电动机的旋转，从而控制百叶窗的翻转，使光敏传感器接受的光强与饱和光强相近。
附图说明
图1是该可调节光强的露天大棚的系统框图。
图2是该可调节光强的露天大棚的光响应曲线获取装置。
图3是该可调节光强的露天大棚的时钟电路。
图4是该可调节光强的露天大棚的电源装置。
图5是该可调节光强的露天大棚的步进电机原理图。
图6是该可调节光强的露天大棚的百叶窗控制装置截面图。
图7是该可调节光强的露天大棚的剖面图。
具体实施方式
如图1所示，一种可调节光强的露天大棚，由电源装置，光敏传感器，光响应曲线获取装置，计算机处理设备，单片机，时钟电路，LED混光灯板，百叶窗控制装置组成。
本发明中光响应曲线获取装置(2)由Li-6400-40荧光探头、密封的塑料缓冲盒、进气管、一株植物组成。2％O2和98％N2气体通过减压阀流入密封的塑料缓冲盒，，盒中注入少量自来水以保证气体的相对湿度，最后通过进气管接入Li-6400，以保证持续稳定的低氧环境。数据测量时，在自然光下诱导1.5小时后，采用开放式气路，设定温度为当前环境温度，流速为400mol/s，空气相对湿度控制在45％到70％，应用CO2注入系统提供稳定的CO2浓度。Li-6400-40荧光探头实时提供与当前光强相同的光合有效辐射强度。
本发明中时钟电路(3)由DS1302时钟芯片和单片机组成。DS1302时钟芯片是本系统实现高精度计时的关键。利用DS1302时钟芯片独立于单片机来计时，在提高计时进度的同时也提高了整个系统的抗干扰能力。DS1302通过SCLK、I/O、RES端口和单片机进行通信。SCLK接至单片机P1.7口，在读写操作时给DS1302提供相应的时钟脉冲；I/O接至P3.5用来传送所有的数据；RES接至单片机P1.6上用来控制单片机与时钟芯片间的数据传送的开始与结束。
本发明中电源装置(4)由光伏电池，蓄电池，充放电控制器，直流/交流逆变器组成。光伏电池实现太阳能发电，蓄电池的配备实现了储存电能的功能。当太阳能不足以支撑电量供应时，蓄电池放电，配合光伏电池实现供能。当太阳能足够时，则把多余的电能存进蓄电池，为下一次供能做准备。
本发明中步进电机(5)由定子和转子组成。定子上有六个磁极，分成U、V、W三相，每个磁极上绕有励磁绕组，按串联方式联接，使电流产生的磁场方向一致。转子无绕组，它是由带齿的铁芯做成的，当定子绕组按顺序轮流通电时，U、V、W三对磁极就依次产生磁场，并每次对转子的某一对齿产生电磁转矩，吸引过来使它一步步转动。每当转子某一对齿的中心线与定子磁极中心线对齐时，磁阻最小，转矩为零，每次就在此时按一定方向切换定子绕组各相电流，使转子按一定方向一步步转动。当U相通电，转子1、3齿被磁极U产生的电磁转矩吸引过去，当1、3齿与U对齐时，转动停止；V相通电，U相断电，磁极V又把距它最近的一对齿2、4吸引过来，使转子按逆时针方向转动30°。接着W相通电，V相断电，转子又逆时针旋转30°，依次类推，定子按U→V→W→U…顺序通电，转子就一步步地按逆时针方向转动，每步转30°。若改变通电顺序，按U→W→V→U…使定子绕组通电，步进电动机就按顺时针方向转动，同样每步转30°。步进电动机的转动是由绕组的脉冲电流控制的，指令脉冲数决定它的转动步数，即角位移的大小。指令脉冲频率决定它的转动速度，只要改变指令脉冲频率，就可以使步进电动机的旋转速度在很宽的范围内连续调节；改变绕组的通电顺序，可以改变它的旋转方向。
本发明中百叶窗控制装置(6)由上梁，下梁，传动轴，不锈钢铆钉，电机，边框，下梁防水胶带，叶片，不锈钢夹具组成。由步进电机控制传动轴的移动，从而控制百叶窗的旋转方向和旋转角度。上梁，下梁，传动轴，不锈钢铆钉，电机，边框，下梁防水胶带，叶片，不锈钢夹具组成百叶窗控制装置的框架
本发明中露天大棚的剖面图(7)如图所示，棚顶是由百叶窗控制装置组成，四周由大棚薄膜覆盖。大棚薄膜选择乙烯-醋酸乙烯共聚物棚膜。
其中LED混光灯板通过LED灯的特定排列方式来实现光质和光周期的调节，从而产生均匀的适合植物生长用的光线，促进植物生长。
其中计算机处理设备原理如下：当光响应曲线获取装置开始工作时，采用自动测量程序，同时记录21％和2％O2浓度下叶片的气体交换和叶绿素荧光等参数。每次记录最小等待时间为2min，最大等待时间为3min，数据记录之前仪器均自动进行参比室和样品室之间的匹配。植物的光合作用对光的响应曲线用直角双曲线的修正模型拟合。光呼吸速率等于两种O2浓度(21％和2％)下表观光合速率的差值两种O2浓度下的电子传递速率之差为电子流降低。
关于光合电子流的计算主要采用Valentini等和Epron等所介绍的方法
JT＝ETR＝PS×PAR×0.5×0.84 (1)
式中，PAR是光合有效辐射，PS是PS的电子传递效率，由(Fm-Fs)/Fm计算而得，0.84为叶片的光吸收系数，0.5为光能在PS和PSI两个光系统中分配的比例其中光呼吸电子流分配(JO)和碳还原电子流分配(JC)的表达式分别为：
JO＝4×(2×Rp) (2)
JC＝4×(A+Rd+Rp) (3)
式中，A为表观光合速率；Rd为光下暗呼吸速率；4为每同化1个CO2分子需要的电子数；2为每消耗2个O2分子释放出一个CO2分子
植物叶片中来自PS的电子除了参与碳同化和光呼吸外，其他途径可以忽略或至少为常数，即总电子流(JT)等于碳还原电子流分配(JC)和碳氧化(JO)所分配的电子流之和：
JT＝JC+JO (4)
据此，光呼吸速率(Rp)的估算表达式为：
Rp＝[JT-4×(A+Rd)]/12 (5)
本发明基于以下原理：光反应曲线获取装置中的荧光探头通过第一个光敏传感器获得当前光强的数据并且实时提供与当前光强相同的光合有效辐射强度。计算机处理设备通过自动测量装置记录21％和2％O2浓度下叶片的气体交换和叶绿素荧光等参数，植物的光合作用对光的响应曲线用直角双曲线的修正模型拟合，计算获得光饱和点。所得的光饱和点数据输入单片机，受时钟电路的控制。时钟电路控制当天18点和第二天6点时LED混合灯板光照强度为白天所得的光饱和点数据，第二天6点到第二天18点百叶窗调节光强对比数据也是前一天所测的光饱和点数据。第二个光敏传感器把获得得当前光照强度数据输入单片机，单片机把当前光照强度和前一天测得的光饱和点的光照强度进行对比，并通过百叶窗控制系统调节当前光强，使当前光强与光饱和点光照强度接近。

Claims (6)

1.一种可调节光强的露天大棚，由电源装置，光敏传感器，光响应曲线获取装置，计算机处理设备，单片机，时钟电路，LED混光灯板，百叶窗控制装置组成，其特征在于：光反应曲线获取装置中的荧光探头通过第一个光敏传感器获得当前光强的数据并且实时提供与当前光强相同的光合有效辐射强度。计算机处理设备通过自动测量装置记录氧气浓度分别在21％和2％时叶片的气体交换和叶绿素荧光等参数，植物的光合作用对光的响应曲线用直角双曲线的修正模型拟合，计算获得光饱和点。所得的光饱和点数据输入单片机，经过数据分析后，大棚运作由时钟电路的控制。时钟电路控制当天18点和第二天6点时LED混合灯板光照强度为白天所得的光饱和点数据，第二天6点到第二天18点百叶窗调节光强对比数据也是前一天所测的光饱和点数据。第二个光敏传感器把获得得当前光照强度数据输入单片机，单片机把当前光照强度和前一天测得的光饱和点的光照强度进行对比，并通过百叶窗控制系统调节当前光强，使当前光强与光饱和点光照强度接近。
2.根据权利要求1所述的一种可调节光强的露天大棚，其特征在于：光敏传感器获取当前环境的光强数据并反馈给荧光探头，使荧光探头提供与当前光强相同的光合有效辐射强度。
3.根据权利要求1所述的一种可调节光强的露天大棚，其特征在于：计算机处理设备计算获得光饱和点。
4.根据权利要求1所述的一种可调节光强的露天大棚，其特征在于：时钟电路控制单片机在不同时间进行不同操作。
5.根据权利要求1所述的一种可调节光强的露天大棚，其特征在于：通过光敏传感器获得当前环境的光强并控制百叶窗调节光强。
6.根据权利要求1所述的一种可调节光强的露天大棚，其特征在于：单片机比较当前光强和计算机处理设备计算获得的光饱和点，并根据不同的结果实行不同的操作。
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Title
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