太阳能蔬菜育苗自动控制系统项目技术总结Word文档下载推荐.docx
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(1)、现场的监测元件:
包括温度监测、湿度监测以及光照监测等。
这些装置相当于整个控制系统的眼睛,实时监测温室的状况,以便实施进行控制。
(2)执行单元:
如电磁阀、加热器、排风扇以及照明控制装置等。
这些装置相当于整个控制系统的手,自动控制系统的指令通过这些设备得到执行,以达到控制目标。
(3)、核心控制单元:
是这个控制系统的核心,通常由单片计算机构成,是蔬菜育苗自动控制系统必不可少的一部分。
其作用是除了控制蓄电池的充放电,更重要的是在整个系统中起到检测和自动控制,工作中需要对温度、湿度、光照等情况进行检测,然后自动控制喷灌、除湿、加温与补光等。
温度低于设定下限时,开启加温电路工作;
温度达到设定上限时,关闭加温电路。
湿度控制同样工作在设定区间范围,湿度小时移动微喷灌工作加湿,湿度大时换气扇开启换气通风;
系统要能够区分白昼和黑夜、晴天还是阴、雪天,白天光照不足时,自动开启光源工作,对菜苗补光。
通过自动控制,给蔬菜育苗生产创造最佳环境。
2、太阳能电池板:
太阳是一个巨大的能源,它以光辐射的形式每秒钟向太空发射约3.8×
10MW能量,有22亿分之一投射到地球上。
太阳光被大气层反射、吸收之后,还有70%透射到地面。
尽管如此,地球上一年中接受到的太阳能仍然高达1.8×
10^18kW·
h。
太阳能电池板是通过吸收太阳光,将太阳辐射能通过光电效应或者光化学效应直接或间接转换成电能的装置。
当前,晶体硅材料(包括多晶硅和单晶硅)是最主要的光伏材料,其市场占有率在90%以上,而且在今后相当长的一段时期也依然是太阳能电池的主流材料。
多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多,但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少,其光电转换效率约12%左右。
从制作成本上来讲,比单晶硅太阳能电池要便宜一些,材料制造简便,节约电耗,总的生产成本较低,因此得到大量发展。
此外,多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。
单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右,最高的达到24%,这是所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的,但制作成本很大,以致于它还不能被普遍地使用。
由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装,因此其坚固耐用,使用寿命一般可达15年,最高可达25年。
单晶硅太阳能电池在阴雨天较多、日照相对不是很充足的地区,因其产生电能的效率比多晶硅高,且性能参数比较稳定,所以单晶硅太阳能电池逐渐成为首选。
3、蓄电池
蓄电池是将化学能直接转化成电能的一种装置,是按可再充电设计的电池,通过可逆的化学反应实现再充电,通常是指铅酸蓄电池,它是电池中的一种,属于二次电池。
它的工作原理:
充电时利用外部的电能使内部活性物质再生,把电能储存为化学能,需要放电时再次把化学能转换为电能输出。
蓄电池主要分为普通蓄电池、干荷蓄电池和免维护蓄电池三种。
普通蓄电池:
普通蓄电池的极板是由铅和铅的氧化物构成,电解液是硫酸的水溶液。
它的主要优点是电压稳定、价格便宜;
缺点是比能低(即每公斤蓄电池存储的电能)、使用寿命短和日常维护频繁。
干荷蓄电池:
它的全称是干式荷电铅酸蓄电池,它的主要特点是负极板有较高的储电能力,在完全干燥状态下,能在两年内保存所得到的电量,使用时,只需加入电解液,等过20-30分钟就可正常使用。
免维护:
免维护蓄电池由于自身结构上的优势,电解液的消耗量非常小,在使用寿命内基本不需要补充蒸馏水。
它还具有耐震、耐高温、体积小、自放电小的特点。
使用寿命一般为普通蓄电池的两倍。
市场上的免维护蓄电池也有两种:
第一种在购买时一次性加电解液以后使用中不需要维护(添加补充液);
另一种是电池本身出厂时就已经加好电解液并封死,用户根本就不能加补充液。
蓄电池性能的好坏直接影响到太阳能应用产品的寿命和性能。
太阳能光伏发电系统的输出能量极不稳定,在一天中,阳光强度随时都在变化,输出电流变化可达几十毫安至几十安培,所以产品中需要配置性能优异的蓄电池才能使电源工作在最佳状态。
另外,要注意蓄电池容量应与太阳能电池、用电负荷相匹配。
4、补光光源
光是作物生长最重要的环境因子之一,荷兰学者指出“1%的光照就是1%的产量”,可见光在作物生产中的重要程度。
补光光源主要针对人工补光而言。
人工补光是温室蔬菜育苗栽培的一项重要技术措施,采用人工补光的主要目的是弥补一定条件下温室光照的不足,以便有效地维持温室作物苗期的正常生长发育,提高育苗作物品质。
对于人工补光的基本要求是,光源的光谱特性与植物产生生物效应的光谱灵敏度尽量吻合,以便最大限度利用光源的辐射能量;
光源所具有的辐射通量使育苗作物能得到足够的辐照度。
温室本身的光照比露地要低得多,尤其在冬春季节和连阴雨雪条件下,光照不足的状况会更加明显,已经成为限制蔬菜产量的重要因素,温室人工补光将是必然的选择。
目前,温室人工补光光源主要有荧光灯、高压钠灯、低压钠灯和金属卤化物灯等,这些光源红外和绿光等光谱成分所占比重较大,作物光合作用所需的红、蓝光谱成分较少,光能利用率低,耗能大,运行成本高。
新型节能光源LED温室补光光源主要有两种形式,一种是垂直照射的点光源式,一种是穿插于植株之间进行侧面照射的带光源式。
目前,LED光源用于温室人工补光尚处于试验阶段。
点光源式是较早得到开发和应用的LED温室补光光源,可以根据不同气候条件、不同作物类型以及生长的不同阶段,调整LED补光光源的光照度和光质。
其安装方式多为在温室顶部已有骨架基础上加装条状LED供电装置,也可以独立安装LED光源的支撑结构和供电装置,LED点光源从供电装置中引出,垂直向下照射植物。
每个LED点光源由数个LED灯珠组成,根据组装要求不同,外形可以为方形或圆形。
LED点光源一般悬挂于植株上方进行补光,光源系统常处于固定状态,高度不易调节,对于达到一定高度的果菜类作物补光较为适宜。
带光源式LED温室补光系统是在点光源基础上开发起来的光源系统,其显着特征是高度可以调节,可以根据不同作物需求及不同生长阶段进行光源的高度、光照度和光质调节。
带式光源还可置于作物冠层下部,形成穿插照射,避免从上部照射时冠层叶片对下部植株的遮挡。
LED灯带与植物距离可根据作物的高度不同自由调节。
同时,由于大功率LED的选用,使植物下层叶片的光环境也得到一定的改善,光遮蔽明显减小,光照均匀度明显提高。
5、苗床加温
在育苗室,通常采取的加温方法有:
炉火加温、暖气加温、电热线加温等。
炉火加温,此法可分计划性加温和临时性加温两种。
①计划性加温是在建造育苗室时即设计炉灶,用煤作燃料,炉膛在外,通过瓦管或砖砌烟道将热量输入苗室内。
②临时性加温是因特殊降温天气,在苗室内直接加温。
加温时多采用木炭、无烟煤等作燃料,以免煤烟和一氧化碳等有毒气体对苗床和人体造成伤害。
在降温的雪天,可用大功率碘钨灯临时照射,既可增温也可补充光照。
暖气加温分为气暖和水暖加温两种热源,同时又分为热力公司提供的供暖方式和自制土暖气供暖两种方式。
热力公司提供的供暖方式通常使用在建在居民区的育苗室,可接入暖气直接进行加温;
自制土暖气供暖,首先要自备微型锅炉,燃具可以是煤、沼气、秸秆等。
工作时将水送入锅炉内加温,使水变成蒸汽、热水或温水,通过传送铁管引入苗室内的铁管或暖气片内增温,冷却后,从回水管回到锅炉内重新加热,不断循环。
苗室加温以热水供暖最为理想,温度稳定均匀、持久。
苗室散热有两种方式,一种是将散热件(暖气)安装在室内四周中间;
另一种是将散热管均匀铺在地面下30cm以下,通常称为地暖,优点是地温温升快,不占用空间。
电热线,顾名思义,通电后利用电流的热效应发热的导线。
类型很多,在基础的物理学中被称作电阻线、电阻丝。
主要有捏铬合金丝,康铜丝等。
电热线加温通常做法是,在苗床土壤内埋入电热线,以提高地温,同时与其它加温方式配合使用提高室温,在使用中效果较好,但成本较高。
一般电热线用0.6mm的70号碳素合金钢线作为电阻线,外用耐热性强的乙烯树脂包裹,作为绝缘层。
二、设计研制过程
1、工作原理介绍
系统示意图:
项目应用太阳能光伏发电、单片机、大功率LED、真空热超导和移动微喷灌等技术,实现蔬菜育苗过程中的自动控制。
太阳能光伏发电技术,为蔬菜育苗自动控制系统提供所需电能。
在很多地区,农工的蔬菜育苗环境都无市电,这就限制了使用市电的育苗设备的使用。
项目运用太阳能光伏电源为育苗自动控制系统提供电能,系统输出使用的LED组合光源、风机和电磁阀等全部由本系统自给供电。
核心控制器采用单片机控制技术。
育苗自动化控制系统中应用51单片机技术、测量模块技术、风机、微喷灌、真空热超导供热和LED组合光源等,对蔬菜育苗环境的温度、湿度以及光照进行控制。
温度调节控制范围15℃—35℃,湿度调节控制范围40%—85%。
温度低于设定下限时,电磁阀打开,热超导供热工作;
温度达到设定上限时,自动关闭热超导供热,停止加温。
湿度同样工作在设定区间范围,湿度小时移动微喷灌工作,湿度大时换气扇开启换气通风;
系统能够自动区分白昼和黑夜、晴天还是阴、雪天。
白天光照不足时,会在上午和下午分别自动开启大功率LED光源工作2小时,对菜苗补光。
通过以上自动控制,给蔬菜育苗生产创造最佳环境。
2、设计思想
蔬菜的生长是在一定环境中进行的,在生长过程中受到环境中各种因素的影响,其中对蔬菜育苗影响最大的是温度、湿度和光照度。
环境中昼夜的温度、湿度和光照度的变化大,对蔬菜育苗极为不利。
现代温室有内外遮阳系统、加温系统、自然通风系统、湿帘风机降温系统、补光系统、环流风机、灌溉系统、施肥系统、自动控制系统等常用的环境系统,能够对蔬菜的生长进行合理的控制。
然而,面对如此高昂的成本与费用,不是绝大多数蔬菜种植户能够承受的。
因此,本系统就是利用价格便宜的一般电子器件来研发出控制操作方便,性价比高的应用于蔬菜育苗的自动控制系统。
系统应用单片机技术、测量模块技术、风机、微喷灌、真空热超导供热和LED组合光源等,对蔬菜育苗环境的温度、湿度以及光照进行控制。
(1)、温、湿度控制
温度:
温度与蔬菜生长发育、发芽分化、光合作用、以及同化产物的运输等都有密切的关系,极端的高温与低温会影响蔬菜苗期的正常生长和发育,严重时甚至使植株死亡。
土壤温度对蔬菜育苗也有很大影响,因为地温的高低直接影响作物根系吸收营养和水分,而且还影响土壤微生物的活动。
采用育苗室的主要目的是在蔬菜不适于露地栽培的季节进行栽培,因此温度就成为苗室环境调控中的一个重要因素。
几种蔬菜育苗的催芽温度(℃)和时间
蔬菜
种类
最低
温度
最适
最高
前期
后期
需要
天数
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