一种小型节能式智能温室控制系统
技术领域
本发明涉及一种温室控制系统,具体是一种小型节能式智能温室控制系统,属于温室控制技术领域。
背景技术
温室大棚在我国广大农村地区被广泛应用,但是存在着智能化水平低和能耗大的问题;此外随着很多人购买别墅或是有些人在农村自建住宅,往往都有院落,如果能够搭建温室,种植一些蔬菜和农作物,合家享用是极好的,但是由于院落整体面积较小,所以这些温室的面积也不能太大,不能照搬传统的温室大棚来进行管理。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题,本发明提供一种小型节能式智能温室控制系统,能够对小型温室进行智能控制,并有效节约能源。
为了实现上述目的,本发明提供一种小型节能式智能温室控制系统,包括安装在温室屋顶上的太阳能电池板PV,太阳能电池板PV为设置在温室内部的超级电容SC充电,热水电磁阀SVⅠ安装在热水管路上,热水管路的进水口连通安装在温室屋顶上的太阳能热水管,冷水电磁阀SVⅡ安装在冷水管路上,热水管路的出水口、冷水管路的出水口均连接热交换器的一端,热交换器的另一端连接管路;在温室内部设置种植区,种植区内部的土壤中设置探针1、探针2,种植区的上方布置喷水管路,在喷水管路上分别安装电磁阀SVⅢ,在种植区的上方的温室屋顶内壁上安装在阴雨天用来为植物提供光照的人工光源,所述人工光源由发光二极管LED1~LED8组成;
在温室内部设置二氧化碳释放瓶,二氧化碳释放瓶的释放二氧化碳的时间是根据光照强度控制的,在温室大门处安装二氧化碳传感器IC5,温室大门由安装在门上的电磁铁KT1控制大门开启与关闭;
还包括控制电路,所述控制电路由太阳能充电电路、温度控制电路、自动浇水电路、光照电路、二氧化碳释放电路组成,具体包括电阻R1~R26、电解电容C1~C2、电容C3~C4、电解电容C5~C8、电容C9、二极管D1~D11、三极管BG1~BG13、稳压二极管DW1~DW5、电感L1~L2、双运算放大器IC1、开关电压调节器IC2、触发器IC3、芯片IC4、二氧化碳传感器IC5、运算放大器IC6、双运算放大器IC7、四运算放大器IC8、四双向模拟开关IC9、8脚时基集成电路IC10、发光二极管LED9、热敏电阻Rt、电位器RP1~RP2、继电器J1、继电器J1的常开触点J1-1、继电器J1的常闭触点J1-2、继电器J2、继电器J2的常开触点J2-1、继电器J3、继电器J3的常开触点J3-1、继电器J3的常闭触点J3-2、继电器J4、继电器J4的常开触点J4-1、继电器J4的常闭触点J4-2、继电器J5、继电器J5的常开触点J5-1、限位开关SQ1、限位开关SQ2、直流电动机M、供电点A;
太阳能电池板PV的正极分别连接稳压二极管DW1的负极、电解电容C1的正极、继电器J1的常闭触点J1-2的一端、电阻R6的一端、电阻R1的一端、电位器RP1的第一固定端、电位器RP1的滑动端、电阻R3的一端、开关电压调节器IC2的1脚、四运算放大器IC8的10脚、四运算放大器IC8的5脚、四运算放大器IC8的3脚,电阻R1的另一端分别连接稳压二极管DW2的负极、双运算放大器IC1的3脚,电位器RP1的第二固定端分别连接电阻R2的一端、双运算放大器IC1的2脚,电阻R3的另一端分别连接稳压二极管DW3的负极、双运算放大器IC1的6脚,双运算放大器IC1的1脚分别连接开关电压调节器IC2的5脚、三极管BG2的基极,双运算放大器IC1的5脚分别连接运算放大器IC6的6脚、电阻R15的一端,双运算放大器IC1的7脚连接三极管BG3的基极,供电点A分别连接双运算放大器IC1的8脚、继电器J1的常闭触点J1-2的另一端、电感L2的一端、电阻R10的一端、触发器IC3的14脚、电阻R16的一端、电位器RP2的第一固定端、电位器RP2的滑动端、电阻R17的一端、双运算放大器IC7的8脚、继电器J4的一端、继电器J3的一端、运算放大器IC6的7脚、继电器J1的一端、继电器J2的一端、发光二极管LED9的正极、三极管BG9的集电极、二极管D8的负极、二极管D9的负极、三极管BG10的集电极、电阻R25的一端、继电器J5的一端、电阻R18的一端、四运算放大器IC8的4脚、四双向模拟开关IC9的14脚、电阻R26的一端、8脚时基集成电路IC10的8脚、8脚时基集成电路IC10的4脚、电阻R22的一端、电阻R23的一端、电阻R24的一端、继电器J2的常开触点J2-1的一端、继电器J5的常开触点J5-1的一端、继电器J3的常开触点J3-1的一端、继电器J4的常开触点J4-1的一端、二氧化碳传感器IC5的1脚、继电器J1的常开触点J1-1的一端,开关电压调节器IC2的2脚分别连接二极管D1的负极、电感L1的一端,电感L1的另一端分别连接二极管D2的正极、电解电容C2的正极,二极管D2的负极分别连接电阻R5的一端、继电器J1的常开触点J1-1的另一端、超级电容SC的一端,二氧化碳传感器IC5的2脚串联电阻R13后连接运算放大器IC6的3脚,超级电容SC的另一端、二氧化碳传感器IC5的4脚、二氧化碳传感器IC5的3脚、二极管D1的正极、电解电容C2的负极均接地,开关电压调节器IC2的4脚分别连接电阻R4的一端、电阻R5的另一端;
触发器IC3的1脚分别连接电阻R6的另一端、电阻R7的一端,触发器IC3的2脚连接二极管D3的负极,触发器IC3的3脚分别连接二极管D3的正极、电阻R8的一端、电容C3的一端,触发器IC3的4脚、5脚连接后与电阻R8的另一端连接,触发器IC3的6脚串联电容C4后分别连接电阻R9的一端、电阻R10的另一端,电阻R9的另一端连接触发器IC3的9脚,触发器IC3的8脚串联电阻R11后连接三极管BG1的基极;
芯片IC4的1脚分别连接二极管D4的负极、电解电容C5的正极、发光二极管LED1~LED8的正极,发光二极管LED1~LED8的负极连接后与电阻R12的一端连接,电阻R12的另一端连接三极管BG1的集电极,芯片IC4的3脚分别连接二极管D4的正极、电感L2的另一端,运算放大器IC6的2脚分别连接电阻R15的另一端、电阻R14的一端;
双运算放大器IC7的1脚连接三极管BG4的基极,三极管BG4的集电极连接继电器J3的另一端,双运算放大器IC7的7脚连接三极管BG5的基极,三极管BG5的集电极连接继电器J4的另一端,双运算放大器IC7的2脚分别连接电位器RP2的第二固定端、热敏电阻Rt的一端、双运算放大器IC7的5脚,双运算放大器IC7的3脚分别连接电阻R16的另一端、稳压二极管DW4的负极,双运算放大器IC7的6脚分别连接电阻R17的另一端、稳压二极管DW5的负极,三极管BG2的集电极连接继电器J1的另一端,三极管BG3的集电极分别连接继电器J2的另一端、发光二极管LED9的负极,太阳能电池板PV的负极、稳压二极管DW1的正极、电解电容C1的负极、稳压二极管DW2的正极、电阻R2的另一端、稳压二极管DW3的正极、双运算放大器IC1的4脚、电阻R7的另一端、电容C3的另一端、触发器IC3的7脚、触发器IC3的13脚、芯片IC4的2脚、电解电容C5的负极、三极管BG1的发射极、稳压二极管DW4的正极、热敏电阻Rt的另一端、稳压二极管DW5的正极、双运算放大器IC7的4脚、三极管BG2的发射极、三极管BG3的发射极、三极管BG4的发射极、三极管BG5的发射极、电阻R14的另一端、运算放大器IC6的4脚均接地;
四运算放大器IC8的1脚连接二极管D5的正极,二极管D5的负极连接四双向模拟开关IC9的13脚,四运算放大器IC8的7脚连接二极管D6的正极,二极管D6的负极连接四双向模拟开关IC9的5脚,四运算放大器IC8的8脚连接二极管D7的正极,二极管D7的负极连接四双向模拟开关IC9的6脚,四运算放大器IC8的2脚分别连接电阻R18的另一端、电阻R19的一端,四运算放大器IC8的6脚分别连接电阻R19的另一端、电阻R20的一端,四运算放大器IC8的9脚分别连接电阻R20的另一端、电阻R21的一端,四双向模拟开关IC9的2脚分别连接电解电容C6的负极、8脚时基集成电路IC10的2脚,四双向模拟开关IC9的4脚连接电解电容C7的负极,四双向模拟开关IC9的9脚连接电解电容C8的负极,8脚时基集成电路IC10的7脚分别连接电阻R26的另一端、电解电容C6的正极、电解电容C7的正极、8脚时基集成电路IC10的6脚、电解电容C8的正极,8脚时基集成电路IC10的5脚连接电容C9的一端,8脚时基集成电路IC10的3脚分别连接三极管BG6的基极、三极管BG7的基极、限位开关SQ1的一端,三极管BG7的集电极分别连接电阻R22的另一端、三极管BG9的基极、三极管BG11的基极,三极管BG6的集电极分别连接电阻R23的另一端、三极管BG8的基极、限位开关SQ2的一端,三极管BG8的集电极分别连接电阻R24的另一端、三极管BG10的基极、三极管BG12的基极,三极管BG9的发射极分别连接三极管BG11的发射极、二极管D8的正极、二极管D10的负极、直流电动机M的一端,三极管BG10的发射极、三极管BG12的发射极、二极管D9的正极、二极管D11的负极连接直流电动机M的另一端,电阻R25的另一端分别连接探针1、三极管BG13的基极,三极管BG13的集电极连接继电器J5的另一端,继电器J2的常开触点J2-1的另一端连接电磁铁KT1的一端,继电器J5的常开触点J5-1的另一端连接电磁阀SVⅢ的一端,继电器J3的常开触点J3-1的另一端串联继电器J4的常闭触点J4-2后连接电磁阀SVⅠ的一端,继电器J4的常开触点J4-1的另一端串联继电器J3的常闭触点J3-2后连接电磁阀SVⅡ的一端,电磁阀SVⅠ的另一端、电磁阀SVⅡ的另一端、电磁阀SVⅢ的另一端、电磁铁KT1的另一端、三极管BG13的发射极、探针2、三极管BG12的集电极、二极管D11的正极、二极管D10的正极、三极管BG11的集电极、三极管BG8的发射极、限位开关SQ2的另一端、三极管BG6的发射极、三极管BG7的发射极、限位开关SQ1的另一端、电容C9的另一端、8脚时基集成电路IC10的1脚、电阻R4的另一端、开关电压调节器IC2的3脚、电阻R21的另一端、四运算放大器IC8的11脚、四双向模拟开关IC9的7脚、四双向模拟开关IC9的1脚、四双向模拟开关IC9的3脚、四双向模拟开关IC9的8脚均接地。
为了增加太阳能电池板PV的光照时间,提高太阳能电池板PV的充电效率,本发明的温室屋顶朝南倾斜设置,太阳能电池板PV贴合温室屋顶的上方设置。
如果长期阴雨天则切换为市电供电,在本发明中,如果需要可以引入市电,即在供电点A处外接市电,并通过开关SB1控制市电的接通与断开。
电磁阀SV1、电磁阀SV2为互锁关系,电磁阀SVⅠ处于打开状态的时候,电磁阀SVⅡ则处于关闭状态。
作为本发明的进一步改进,发光二极管LED1~LED8,处于中间的发光二极管LED3~LED6为红光发光二极管,处于两侧的发光二极管LED1~LED2、LED7~LED8为白光发光二极管。
作为本发明的进一步改进,双运算放大器IC1的型号为LM358;开关电压调节器IC2的型号为LM2596;触发器IC3的型号为74HC14;芯片IC4的型号为331C;二氧化碳传感器IC5的型号为TGS4161;运算放大器IC6的型号为OP07;双运算放大器IC7的型号为LM358;四运算放大器IC8的型号为LM324;四双向模拟开关IC9的型号为CD4016;8脚时基集成电路IC10的型号为NE555。
作为本发明的进一步改进,三极管BG1~BG8、BG13为NPN管型,型号为9013;三极管BG9~BG10为NPN管型,型号为S8050;三极管BG11~BG12为PNP管型,型号为S8550。
作为本发明的进一步改进,二极管D1~D2的型号为IN5825,二极管D4的型号为IN5817,二极管D3、D5~D11的型号为IN4148。
作为本发明的进一步改进,继电器J1~J5为直流继电器,其型号为JRX-20F;热敏电阻Rt为正极性热敏电阻;太阳能电池板PV采用薄膜化合物半导体的CIS型,型号为SC80-A;超级电容SC是采用24个2.5V/150F超级电容组成的5.0V/900F超级电容模块。
与现有技术相比,本发明由太阳能充电电路、温度控制电路、自动浇水电路、光照电路、二氧化碳释放电路组成,为体现节能特点,本发明的供电以太阳能为主,将太阳能电池板PV安装在温室屋顶上部,白天由太阳能电池板PV供电,并同时给超级电容SC充电,夜晚改由超级电容SC供电;为提高太阳能电池板PV的充电效率,在阴天条件下也能为超级电容SC充电,本发明采用DC-DC降压充电方式实现太阳能电池板PV对超级电容SC的充电,开关电压调节器IC2的型号为LM2596,当太阳能电池板PV的端电压小于设定电压,说明此时太阳能电池板PV的端电压较低(此时应处于夜晚),太阳能电池板PV停止向超级电容SC充电,继电器J1的常闭触点J1-2断开,改由超级电容SC供电;
整个温室的温度一般控制在20℃左右,本发明采用热交换的方式来进行升降温,当温室温度较低时,电磁阀SVⅠ打开,电磁阀SVⅡ关闭,装在温室屋顶热水管的热水会进入热交换器,对温室的空气进行加热,以提高温室的温度;如果温室温度较高时,电磁阀SVⅡ打开,电磁阀SVⅠ关闭,装在底部的冷水会进入热交换器,对温室的空气进行冷却降温,以降低温室的温度,最终使得整个温室的温度控制在合适的温度;
探针1和探针2安装在种植区土壤的底部,当土壤里没水时,探针1和探针2无法接通,三极管BG13导通,继电器J5得电,继电器J5的常开触点J5-1闭合,电磁阀SVⅢ打开,水通过喷水管对作物进行喷灌;当土壤湿度达到一定量时,探针1和探针2因为接触水而接通,将三极管BG13基极短路,三极管BG13截止,继电器J5失电,导致电磁阀SVⅢ关闭,从而停止对作物进行喷灌;一旦土壤再次变干,探针1和探针2会再次断开,三极管BG13再次导通,如此不断循环,从而达到自动浇水的功能;
整个温室的光照,白天主要利用太阳光,而到了阴雨天或是夜晚则利用人工光源,在本发明中,人工光源采用8个发光二极管LED1~LED8作为一组,中间为红光LED,两侧为白光LED,由于超级电容SC在放电过程中电压会降低,本发明采用型号为331C的稳压芯片IC4来驱动发光二极管LED1~LED8,在白天光线较强时,太阳能电池板PV的电压较高,发光二极管LED1~LED8不点亮,而到了夜晚,光线变暗时,太阳能电池板PV电压降低,多谐振荡器开始振荡,三极管BG1时而导通时而截止,只要调整好电阻R9和电容C4的数值,将发光二极管LED1~LED8的闪光频率调节到人眼不能分辨即可;
在本发明中,光照越强,太阳能电池板PV的输出电压越高,四运算放大器IC8内部的3个电压比较器依次动作,通过并联电容的方式来增加定时时间,电动阀门开启释放二氧化碳的时间也在增加;为防止在释放二氧化碳的时候人进入温室,二氧化碳传感器IC5检测到二氧化碳的浓度超过设定值时,电磁铁KT1吸合,大门无法打开,直到温室内的二氧化碳浓度下降到设定值以下才可以重新打开大门;本发明能够对温室进行智能控制,并有效节约能源。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是本发明的电路原理图。
图中:1、太阳能电池板PV,2、太阳能热水管,3、电磁阀SVⅠ,4、冷水管路,5、电磁阀SVⅡ,6、热交换器,7、二氧化碳释放瓶,8、温室大门,9、种植区,10、喷水管路,11、人工光源,12、电磁阀SVⅢ。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示,一种小型节能式智能温室控制系统,包括安装在温室屋顶上的太阳能电池板PV1,温室屋顶朝南倾斜设置,太阳能电池板PV1贴合温室屋顶的上方设置,太阳能电池板PV1白天为温室供电,太阳能电池板PV1为设置在温室内部的超级电容SC充电,夜晚由超级电容SC为温室供电,在温室内部设置用来调节温室温度的温度控制电路,温度控制电路用来控制热水电磁阀SVⅠ3、冷水电磁阀SVⅡ5的开启与关闭,热水电磁阀SVⅠ3安装在热水管路上,热水管路的进水口连通安装在温室屋顶上的太阳能热水管2,冷水电磁阀SVⅡ5安装在冷水管路4上,热水管路的出水口、冷水管路4的出水口均连接热交换器6的一端,热交换器6的另一端连接管路;在温室内部设置种植区9,种植区9内部的土壤中设置用来检测土壤湿度的探针1、探针2,种植区9的上方布置喷水管路10,喷水管路10连接冷水进口,在喷水管路10上分别安装电磁阀SVⅢ12,在种植区9的上方的温室屋顶内壁上安装在阴雨天用来为植物提供光照的人工光源11,所述人工光源11由发光二极管LED1~LED8组成;
在温室内部设置二氧化碳释放瓶7,二氧化碳释放瓶7的释放二氧化碳的时间是根据光照强度控制的,在温室大门8处安装用来检测温室内二氧化碳浓度的二氧化碳传感器IC5,温室大门8由安装在门上的电磁铁KT1控制大门开启与关闭;
如图2所示,还包括控制电路,所述控制电路由太阳能充电电路、温度控制电路、自动浇水电路、光照电路、二氧化碳释放电路组成,具体包括电阻R1~R26、电解电容C1~C2、电容C3~C4、电解电容C5~C8、电容C9、二极管D1~D11、三极管BG1~BG13、稳压二极管DW1~DW5、电感L1~L2、双运算放大器IC1、开关电压调节器IC2、触发器IC3、芯片IC4、二氧化碳传感器IC5、运算放大器IC6、双运算放大器IC7、四运算放大器IC8、四双向模拟开关IC9、8脚时基集成电路IC10、发光二极管LED9、热敏电阻Rt、电位器RP1~RP2、继电器J1、继电器J1的常开触点J1-1、继电器J1的常闭触点J1-2、继电器J2、继电器J2的常开触点J2-1、继电器J3、继电器J3的常开触点J3-1、继电器J3的常闭触点J3-2、继电器J4、继电器J4的常开触点J4-1、继电器J4的常闭触点J4-2、继电器J5、继电器J5的常开触点J5-1、限位开关SQ1、限位开关SQ2、直流电动机M、供电点A;双运算放大器IC1的型号为LM358;开关电压调节器IC2的型号为LM2596;触发器IC3的型号为74HC14;芯片IC4的型号为331C;二氧化碳传感器IC5的型号为TGS4161;运算放大器IC6的型号为OP07;双运算放大器IC7的型号为LM358;四运算放大器IC8的型号为LM324;四双向模拟开关IC9的型号为CD4016;8脚时基集成电路IC10的型号为NE555;三极管BG1~BG8、BG13为NPN管型,型号为9013;三极管BG9~BG10为NPN管型,型号为S8050;三极管BG11~BG12为PNP管型,型号为S8550;二极管D1~D2的型号为IN5825,二极管D4的型号为IN5817,二极管D3、D5~D11的型号为IN4148;继电器J1~J5为直流继电器,其型号为JRX-20F;热敏电阻Rt为正极性热敏电阻;太阳能电池板PV1采用薄膜化合物半导体的CIS型,型号为SC80-A;超级电容SC是采用24个2.5V/150F超级电容组成的5.0V/900F超级电容模块。
太阳能电池板PV1的正极分别连接稳压二极管DW1的负极、电解电容C1的正极、继电器J1的常闭触点J1-2的一端、电阻R6的一端、电阻R1的一端、电位器RP1的第一固定端、电位器RP1的滑动端、电阻R3的一端、开关电压调节器IC2的1脚、四运算放大器IC8的10脚、四运算放大器IC8的5脚、四运算放大器IC8的3脚,电阻R1的另一端分别连接稳压二极管DW2的负极、双运算放大器IC1的3脚,电位器RP1的第二固定端分别连接电阻R2的一端、双运算放大器IC1的2脚,电阻R3的另一端分别连接稳压二极管DW3的负极、双运算放大器IC1的6脚,双运算放大器IC1的1脚分别连接开关电压调节器IC2的5脚、三极管BG2的基极,双运算放大器IC1的5脚分别连接运算放大器IC6的6脚、电阻R15的一端,双运算放大器IC1的7脚连接三极管BG3的基极,供电点A分别连接双运算放大器IC1的8脚、继电器J1的常闭触点J1-2的另一端、电感L2的一端、电阻R10的一端、触发器IC3的14脚、电阻R16的一端、电位器RP2的第一固定端、电位器RP2的滑动端、电阻R17的一端、双运算放大器IC7的8脚、继电器J4的一端、继电器J3的一端、运算放大器IC6的7脚、继电器J1的一端、继电器J2的一端、发光二极管LED9的正极、三极管BG9的集电极、二极管D8的负极、二极管D9的负极、三极管BG10的集电极、电阻R25的一端、继电器J5的一端、电阻R18的一端、四运算放大器IC8的4脚、四双向模拟开关IC9的14脚、电阻R26的一端、8脚时基集成电路IC10的8脚、8脚时基集成电路IC10的4脚、电阻R22的一端、电阻R23的一端、电阻R24的一端、继电器J2的常开触点J2-1的一端、继电器J5的常开触点J5-1的一端、继电器J3的常开触点J3-1的一端、继电器J4的常开触点J4-1的一端、二氧化碳传感器IC5的1脚、继电器J1的常开触点J1-1的一端,开关电压调节器IC2的2脚分别连接二极管D1的负极、电感L1的一端,电感L1的另一端分别连接二极管D2的正极、电解电容C2的正极,二极管D2的负极分别连接电阻R5的一端、继电器J1的常开触点J1-1的另一端、超级电容SC的一端,二氧化碳传感器IC5的2脚串联电阻R13后连接运算放大器IC6的3脚,超级电容SC的另一端、二氧化碳传感器IC5的4脚、二氧化碳传感器IC5的3脚、二极管D1的正极、电解电容C2的负极均接地,开关电压调节器IC2的4脚分别连接电阻R4的一端、电阻R5的另一端;
触发器IC3的1脚分别连接电阻R6的另一端、电阻R7的一端,触发器IC3的2脚连接二极管D3的负极,触发器IC3的3脚分别连接二极管D3的正极、电阻R8的一端、电容C3的一端,触发器IC3的4脚、5脚连接后与电阻R8的另一端连接,触发器IC3的6脚串联电容C4后分别连接电阻R9的一端、电阻R10的另一端,电阻R9的另一端连接触发器IC3的9脚,触发器IC3的8脚串联电阻R11后连接三极管BG1的基极;
芯片IC4的1脚分别连接二极管D4的负极、电解电容C5的正极、发光二极管LED1~LED8的正极,发光二极管LED1~LED8的负极连接后与电阻R12的一端连接,电阻R12的另一端连接三极管BG1的集电极,芯片IC4的3脚分别连接二极管D4的正极、电感L2的另一端,运算放大器IC6的2脚分别连接电阻R15的另一端、电阻R14的一端;
双运算放大器IC7的1脚连接三极管BG4的基极,三极管BG4的集电极连接继电器J3的另一端,双运算放大器IC7的7脚连接三极管BG5的基极,三极管BG5的集电极连接继电器J4的另一端,双运算放大器IC7的2脚分别连接电位器RP2的第二固定端、热敏电阻Rt的一端、双运算放大器IC7的5脚,双运算放大器IC7的3脚分别连接电阻R16的另一端、稳压二极管DW4的负极,双运算放大器IC7的6脚分别连接电阻R17的另一端、稳压二极管DW5的负极,三极管BG2的集电极连接继电器J1的另一端,三极管BG3的集电极分别连接继电器J2的另一端、发光二极管LED9的负极,太阳能电池板PV1的负极、稳压二极管DW1的正极、电解电容C1的负极、稳压二极管DW2的正极、电阻R2的另一端、稳压二极管DW3的正极、双运算放大器IC1的4脚、电阻R7的另一端、电容C3的另一端、触发器IC3的7脚、触发器IC3的13脚、芯片IC4的2脚、电解电容C5的负极、三极管BG1的发射极、稳压二极管DW4的正极、热敏电阻Rt的另一端、稳压二极管DW5的正极、双运算放大器IC7的4脚、三极管BG2的发射极、三极管BG3的发射极、三极管BG4的发射极、三极管BG5的发射极、电阻R14的另一端、运算放大器IC6的4脚均接地;
四运算放大器IC8的1脚连接二极管D5的正极,二极管D5的负极连接四双向模拟开关IC9的13脚,四运算放大器IC8的7脚连接二极管D6的正极,二极管D6的负极连接四双向模拟开关IC9的5脚,四运算放大器IC8的8脚连接二极管D7的正极,二极管D7的负极连接四双向模拟开关IC9的6脚,四运算放大器IC8的2脚分别连接电阻R18的另一端、电阻R19的一端,四运算放大器IC8的6脚分别连接电阻R19的另一端、电阻R20的一端,四运算放大器IC8的9脚分别连接电阻R20的另一端、电阻R21的一端,四双向模拟开关IC9内部的模拟开关K1的两端为四双向模拟开关IC9的1脚、2脚,四双向模拟开关IC9内部的模拟开关K2的两端为四双向模拟开关IC9的3脚、4脚,四双向模拟开关IC9内部的模拟开关K3的两端为四双向模拟开关IC9的8脚、9脚,四双向模拟开关IC9的2脚分别连接电解电容C6的负极、8脚时基集成电路IC10的2脚,四双向模拟开关IC9的4脚连接电解电容C7的负极,四双向模拟开关IC9的9脚连接电解电容C8的负极,8脚时基集成电路IC10的7脚分别连接电阻R26的另一端、电解电容C6的正极、电解电容C7的正极、8脚时基集成电路IC10的6脚、电解电容C8的正极,8脚时基集成电路IC10的5脚连接电容C9的一端,8脚时基集成电路IC10的3脚分别连接三极管BG6的基极、三极管BG7的基极、限位开关SQ1的一端,三极管BG7的集电极分别连接电阻R22的另一端、三极管BG9的基极、三极管BG11的基极,三极管BG6的集电极分别连接电阻R23的另一端、三极管BG8的基极、限位开关SQ2的一端,三极管BG8的集电极分别连接电阻R24的另一端、三极管BG10的基极、三极管BG12的基极,三极管BG9的发射极分别连接三极管BG11的发射极、二极管D8的正极、二极管D10的负极、直流电动机M的一端,三极管BG10的发射极、三极管BG12的发射极、二极管D9的正极、二极管D11的负极连接直流电动机M的另一端,电阻R25的另一端分别连接探针1、三极管BG13的基极,三极管BG13的集电极连接继电器J5的另一端,继电器J2的常开触点J2-1的另一端连接电磁铁KT1的一端,继电器J5的常开触点J5-1的另一端连接电磁阀SVⅢ12的一端,继电器J3的常开触点J3-1的另一端串联继电器J4的常闭触点J4-2后连接电磁阀SVⅠ3的一端,继电器J4的常开触点J4-1的另一端串联继电器J3的常闭触点J3-2后连接电磁阀SVⅡ5的一端,电磁阀SVⅠ3的另一端、电磁阀SVⅡ5的另一端、电磁阀SVⅢ12的另一端、电磁铁KT1的另一端、三极管BG13的发射极、探针2、三极管BG12的集电极、二极管D11的正极、二极管D10的正极、三极管BG11的集电极、三极管BG8的发射极、限位开关SQ2的另一端、三极管BG6的发射极、三极管BG7的发射极、限位开关SQ1的另一端、电容C9的另一端、8脚时基集成电路IC10的1脚、电阻R4的另一端、开关电压调节器IC2的3脚、电阻R21的另一端、四运算放大器IC8的11脚、四双向模拟开关IC9的7脚、四双向模拟开关IC9的1脚、四双向模拟开关IC9的3脚、四双向模拟开关IC9的8脚均接地。
在供电点A处外接市电,并通过开关SB1控制市电的接通与断开。
电磁阀SVⅠ3、电磁阀SVⅡ5为互锁关系。
发光二极管LED1~LED8,处于中间的发光二极管LED3~LED6为红光发光二极管,处于两侧的发光二极管LED1~LED2、LED7~LED8为白光发光二极管。
图2中这些元件的阻值均是公知常识,本领域技术人员可以根据需要对各个元件的参数进行调整。
工作原理:
太阳能充电电路:
为体现节能特点,本发明的供电以太阳能为主,本发明的太阳能电池板PV1安装在温室屋顶,白天由太阳能电池板PV1供电,并同时给超级电容SC充电,夜晚改由超级电容SC供电,为提高太阳能电池板PV1的充电效率,在阴天条件下也能为超级电容SC充电,本发明采用DC-DC降压充电方式实现太阳能电池板PV1对超级电容SC的充电,开关电压调节器IC2的型号为LM2596,开关电压调节器IC2的1脚为输入端,开关电压调节器IC2的2脚为输出端,肖特基二极管D1和电感L1构成反激式降压电路,开关电压调节器IC2的4脚为反馈端,用于控制输出电压的大小,开关电压调节器IC2的5脚为控制开关,低电平开启,高电平关断,为避免太阳能电池充电效率在低电压时降低,当太阳能电池板PV1的端电压(双运算放大器IC1的2脚电压)小于设定电压(双运算放大器IC1的2脚电压),说明此时太阳能电池板PV1的端电压较低(此时应处于夜晚),双运算放大器IC1的1脚电压输出高电平,开关电压调节器IC2停止工作,停止向超级电容SC充电,同时三极管BG2导通,继电器J1得电吸合,继电器J1的常开触点J1-1导通,继电器J1的常闭触点J1-2断开,改由超级电容SC供电;如果长期阴雨天则切换为市电供电(在本发明中,A点是供电点,如果需要可以引入市电)。
温度控制电路:
整个温室的温度一般控制在20℃左右,传统的大棚一般会采用电热或燃油的方式来升温,通过电机通风的方式来降温,但是这样比较浪费能源;本发明采用热交换的方式来进行升降温,由于热敏电阻Rt为正极性热敏电阻,当温室温度较低时,热敏电阻Rt的阻值较小,双运算放大器IC7的2脚和5脚电压较低,双运算放大器IC7的2脚电压低于双运算放大器IC7的3脚电压,双运算放大器IC7的5脚电压低于双运算放大器IC7的6脚电压,双运算放大器IC7的1脚输出高电平,双运算放大器IC7的7脚输出低电平,三极管BG4导通,继电器J3得电吸合,继电器J3的常开触点J3-1导通,电磁阀SVⅠ3打开(由于电磁阀SVⅠ3和电磁阀SVⅡ5处于互锁关系,电磁阀SVⅡ5关闭),装在顶部的太阳能热水管2的热水会进入热交换器6,对温室的空气进行加热,以提高温室的温度;如果温室温度较高时,热敏电阻Rt的阻值较大,双运算放大器IC7的2脚和5脚电压较高,双运算放大器IC7的2脚电压大于3脚电压,双运算放大器IC7的5脚电压大于6脚电压,双运算放大器IC7的1脚输出低电平,7脚输出高电平,三极管BG5导通,继电器J4得电吸合,继电器J4的常开触点J4-1导通,电磁阀SVⅡ5打开,装在底部的冷水会进入热交换器6,对温室的空气进行冷却降温,以降低温室的温度,最终使得整个温室的温度控制在合适的温度。
自动浇水电路:
探针1和探针2安装在种植区土壤的底部,当土壤里没水时,探针1和探针2无法接通,三极管BG13基极通过电阻R25获得基极偏置电流,三极管BG13导通,继电器J5得电,继电器J5的常开触点J5-1闭合,电磁阀SVⅢ12打开,水通过喷水管10对作物进行喷灌;当土壤湿度达到一定量时,探针1和探针2因为接触水而接通,将三极管BG13基极短路,三极管BG13截止,继电器J5失电,继电器J5的常开触点J5-1断开,导致电磁阀SVⅢ12关闭,从而停止对作物进行喷灌,一旦土壤再次变干,探针1和探针2会再次断开,三极管BG13再次导通,如此不断循环,从而达到自动浇水的功能。
光照电路:
植物的光合作用离不开光照,整个温室的光照,白天主要利用太阳光,而到了阴雨天或是夜晚则利用人工光源,在本发明中,人工光源采用8个发光二极管LED1~LED8作为一组,中间为红光LED,两侧为白光LED,由于超级电容SC在放电过程中电压会降低,需要有稳定电压来驱动LED,本发明采用331C作为稳压芯片IC4。在白天光线较强时,太阳能电池板PV1的电压较高,触发器IC3的1脚为高电平,触发器IC3的2脚为低电平,触发器IC3的8脚同样输出低电平,三极管BG1截止,发光二极管LED1~LED8不点亮;而到了夜晚,光线变暗时,太阳能电池板PV1电压降低,触发器IC3的1脚变为低电平,触发器IC3的2脚为高电平,由触发器IC3内部的第二个反相器、电阻R8、电容C3构成的多谐振荡器开始振荡,通过触发器IC3的8脚输出高、低电平,三极管BG1时而导通时而截止,只要调整好电阻R9和电容C4的数值,将发光二极管LED1~LED8的闪光频率调节到人眼不能分辨即可,这样的优点是可以延长发光二极管LED1~LED8的工作时间,同时可以有效节能。
二氧化碳释放电路:
一般来说,植物光合作用所需的二氧化碳浓度在晴天时大概是0.1%-0.15%,阴天时是0.04%-0.1%,由此可见,光照强度越强,所需保持二氧化碳的浓度越高,也就是说需要增施二氧化碳的时间就越长;在本发明的设计电路中,太阳能电池板PV1朝南倾斜放置,太阳能电池板PV1的输出电压会随着光照强度变化,其输出电压加至四运算放大器IC8内部的3个电压比较器的同相端,日出前,太阳能电池板PV1的输出电压较低,四运算放大器IC8内部的3个电压比较器不动作,而当日出后,随着光照强度增加,当输出电压达到某一阈值时,四运算放大器IC8内部的电压比较器B1翻转,四运算放大器IC8的1脚输出高电平,二极管D5导通,信号加至四双向模拟开关IC9的13脚,四双向模拟开关IC9内部的模拟开关K1接通,电解电容C6接到8脚时基集成电路IC10,如果光照强度进一步增加,输出电压继续升高,当达到第二个阈值时,四运算放大器IC8内部的电压比较器B2也翻转,四运算放大器IC8的7脚也输出高电平,二极管D6导通,信号加至四双向模拟开关IC9的5脚,四双向模拟开关IC9内部的模拟开关K2也接通,电解电容C6与电解电容C7并联接到8脚时基集成电路IC10,定时时间进一步增加;同理当光照强度再增加,四运算放大器IC8内部的电压比较器B3会翻转,四运算放大器IC8的8脚均输出高电平,二极管D7导通,信号加至四双向模拟开关IC9的6脚,四双向模拟开关IC9内部的模拟开关K3接通,电解电容C6、电解电容C7、电解电容C8并联,容值进一步增大,同样定时时间也进一步增加,这意味着电动阀门开启释放二氧化碳的时间也在增加,在本发明中,二氧化碳释放定时时间分别设置为120s、180s、300s。
当四双向模拟开关IC9内部的模拟开关K1接通时,8脚时基集成电路IC10的2脚为低电平,8脚时基集成电路IC10开始工作,8脚时基集成电路IC10的3脚输出高电平,三极管BG6、三极管BG7导通,三极管BG7导通使得三极管BG9截止,三极管BG11导通,三极管BG6导通使得三极管BG8截止,三极管BG8集电极输出高电平,三极管BG10导通,三极管BG12截止,电流从三极管BG10→直流电动机M→三极管BG11→地,直流电动机M正转,打开电动阀门释放二氧化碳,定时时间到,8脚时基集成电路IC10的3脚输出低电平,三极管BG6、三极管BG7截止,三极管BG7截止使得三极管BG9导通,三极管BG11截止,三极管BG6截止使得三极管BG8导通,三极管BG8集电极输出低电平,三极管BG10截止,三极管BG12导通,电流从三极管BG9→直流电动机M→三极管BG12→地,直流电动机M反转,关闭电动阀门,两个限位开关SQ1和SQ2是防止打开电动阀门时超过限位;本发明的二氧化碳气源采用气瓶形式,压力在2.2Mpa以下,当需要释放二氧化碳时,只需要通过直流电动机M打开安装在气瓶出口处的电动阀门即可。
为防止在释放二氧化碳的时候人进入温室,二氧化碳传感器IC5检测到信号,并经过运算放大器IC6放大处理后送至双运算放大器IC1内部电压比较器A2,当二氧化碳的浓度超过设定值时,双运算放大器IC1的7脚输出高电平,三极管BG3导通,继电器J2得电,继电器J2的常开触点J2-1闭合,电磁铁KT1吸合,大门无法打开,直到温室内的二氧化碳浓度下降到设定值以下才可以重新打开大门。