太阳能蔬菜育苗自动控制系统项目技术总结.doc

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1、 “太阳能蔬菜育苗自动控制系统”技术总结一、技术原理依据太阳能光伏发电、单片机、大功率LED、真空热超导和移动微喷灌等技术在蔬菜育苗中应用，可以实现光、温、水、气等的精确调控。大功率LED组合光源在蔬菜育苗中作为补充光照的应用，发光效率高，绿色节能环保；真空热超导供热在蔬菜育苗中的应用，减少了热量传输中的热量损耗，导热效率高、传递迅速；微喷灌系统的自动控制，既节约了水资源，又解放了劳动力，更降低了育苗成本。控制系统不需要另外占用耕地，不需要增加传统能源消耗，产品绿色、环保无污染，单位面积和时间培育出的壮苗率大大提高，从而也提高了蔬菜产量和质量。节能降耗、低碳减排、高新技术装备蔬菜育苗生产，不仅

2、是降低成本，改善环境，同时使复杂技术便利化，便普及应用，可极大的促进蔬菜育苗及至整个蔬菜产业的发展。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，开发用于蔬菜育苗的自动控制系统。1、自动控制器 应用自动控制实现育苗生产和管理的自动化，是农业现代化的重要标志之一,近年来电子技术和信息技术的飞速发展，带来了温室控制方面的一场革命,对于农业生产的增产增质增量产生了巨大的经济效益与社会效应。一个完整的温室自动控制系统，包括以下几个部分：（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

3、）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

4、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3.810MW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1.81018kWh。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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、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。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。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

12、，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

13、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

14、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1535，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

15、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

16、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

17、种蔬菜育苗的催芽温度()和时间蔬菜种类最低温度最适温度最高温度前期温度后期温度需要天数控芽温度番茄111324253025302225235辣椒131525283530352530355茄子111325303530322528465黄瓜131525283527282025128几种育苗蔬菜苗期适宜的温度()种类播种出苗出苗真叶顶心真叶顶心分苗气温地温白天晴气温夜间气温白天晴气温夜间气温番茄283020251822101120221112茄子283520252025141624261518辣椒283520252025121323251416黄瓜283020222022111223251314通过

18、上表蔬菜育苗的催芽温度和苗期适宜的温度可以看出，在新疆普遍种植的菜篮子蔬菜品种，最适宜的育苗温度在20-30之间。湿度：蔬菜种植户进行育苗栽培栽培时，往往只注重苗室保温，而忽视湿度管理。由于苗室内土壤的蒸发和植株的蒸腾作用,使空气湿度明显高于露地，相对湿度一般在8090%，夜间外界气温低，苗室内相对湿度甚至达100%，而湿度过大是诱发育苗蔬菜病害发生的主要因素之一。蔬菜育苗最适宜的相对湿度范围在5080%，降湿可以通风，通过通风,可调节改善室内的湿度状况。但在通风降湿的同时,也降低了室内的温度。空气湿度不够要加湿，加湿的方法有喷雾加湿、湿帘加湿等。在进行通风换气时，苗室内湿度高而较温暖的空气排

19、出去，外面的冷空气进入大棚。冷空气的绝对湿度较低，进入大棚后，温度升高，相对湿度降低，于是从周围吸收水分。随着苗室内外空气不断交换，苗室内湿度便逐渐降低了。苗室内土壤湿度和空气湿度是相互影响的。空气湿度高，蔬菜苗叶面蒸腾作用受到抑制，土壤温度也相对较高，尤其是晴天夜间，棚膜上层凝集大量水珠，当其积累到一定大小时，会形成“冷雨”降到地面，又增加土壤的湿度。反之，空气湿度较低时，土壤蒸发和植株蒸腾加强，土壤湿度也随之降低。目前，温湿度控制器技术比较成熟，控制采样和输出灵明度都比较理想，因此，在控制系统中我们采用了TDK0302智能温湿度控制器。其特点：、温湿度控制器选用高可靠性电脑芯片高精度温湿传

20、感器以智能化软件控制技术组合而成。、控制器具有抗干扰能力强，控制精度高，控制方式灵活，能根据不同的温湿度控制需要可对温湿度上下限，控制回差，控制方式分别进行设定，可适应绝大多数温湿度监控需要。（2）、补充光源植物的生命活动都与光照密不可分,因为人类赖以生存的物质基础是通过光合作用制造出来的。目前,苗室内的光照仍以自然光照为主,但光照强度一般较弱,这是因为自然光要透过透明屋面覆盖材料才能进入苗室内,这个过程中会由于覆盖材料吸收、反射、覆盖材料内表面结露的水珠折射、吸收等而降低透光率。如果透明材料不清洁,使用时间长而染尘、老化等因素,其透光率甚至不足自然光的50%。补光有调节蔬菜苗期的光合作用,促

21、进作物生长。据研究,当温室内苗床面上光照日总量小于100 W/m2时,或光照时数每天不足4.5h时,就应进行人工补光。因此,在北方冬季更需要这种补光,补光的光源是电光源，要求有一定的光谱能量分布或太阳光的连续光谱，可以模拟自然光照或采用类似蔬菜育苗生理辐射的光谱。 可见光（日光）波长： 光色- 波长（nm)- 代表波长 红（Red）- 780630 - 700 橙（Orange）- 630600 - 620 黄（Yellow）- 600570 - 580 绿（Green） - 570500 - 550 青（Cyan） - 500470 - 500 蓝（Blue） - 470420 - 470

22、紫（Violet） - 420380 - 420光谱范围对植物生理的影响： 280 - 315nm 对形态与生理过程的影响极小 315 - 400nm 叶绿素吸收少，影响光周期效应，阻止茎伸长 400 - 520nm（蓝） 叶绿素与类胡萝卜素吸收比例最大，对光合作用影响最大520 - 610nm（绿） 色素的吸收率不高610 - 720nm（红） 叶绿素吸收率低，对光合作用与光周期效应有显著影响 720 - 1000nm 吸收率低，刺激细胞延长，影响开花与种子发芽 1000nm 转换成为热量从上面的数据来看，不同波长的光线对于植物光合作用的影响是不同的，植物光合作用需要的光线，波长在400-7

23、20nm左右。400-520nm（蓝色）的光线以及610-720nm（红色）对于光合作用贡献最大。按照以上原理，补光光源应该做成红蓝组合，并且可单独工作于全蓝、全红模式，以提供蔬菜育苗所需的波长范围。红蓝灯色谱比例一般可选7或9：1的比例。白光大功率LED灯，最普遍的是使用紫外线激发黄色荧光粉，由此复合产生视觉上的白光效果。能量分布上，在445nm的蓝色区和550nm的黄绿色区存在两个峰值。而植物所需的610-720nm红光，则非常缺乏。我们选用波长峰值为470nm的蓝光和峰值为650nm的红光1W与3W大功率LED颗粒，排列组合构成补光光源。（3）、超导加热系统传统供热方式一般为火炉烟道加温

24、、沼气炉与土暖气供暖方式，这些方式虽然简单易行，但很难做到自动化控制。我们选取了水箱热交换方式，对水箱的加热能量来自暖气与电加热，热水在水箱里与热超导液进行热交换，然后送入苗床。超导育苗加热系统是由热交换单元、育苗架单元、超导加热管路单元、安全控制单元组成。、热交换单元热交换单元分为三个部分：箱体部分、水暖管路加热与电加热部分、箱体内集热排管热交换部分组成。水箱箱体选用6毫米的冷轧钢板焊接而成，在箱体内壁焊接有3厘米宽的加强板条与拉筋，内置有热交换管网、电加热器，外部有安全阀、压力表等，充分的考虑到箱体在一定的压力下的安全性。箱体主要使用水暖加热，在停暖季节和供暖不足时，使用箱体内的电加热系统

25、，保障了苗床上始终保持着稳定的设定温度。箱体内集热式热交换排管由无缝钢管焊接而成，采用容器加排管方式组合，既有较大的容积，又有足够热交换效率。通过热交换将箱体内的热量，传递给排管内的超导液，由超导液传输热量到苗床。、育苗架单元育苗架单元由国标角铁焊接而成，苗床分为三层，总高度1.5米，便于育苗盘操作。每层表面焊接有三根横向的角铁，用以放置育苗盘。在每层下约5厘米位置固定有超导加热管，用来给苗床加热。在育苗架两端设有2组低压强力排风扇，可使苗床除湿时空气对流。在苗床侧方，安装有1对LED双光源投光灯，用于补光照明。育苗架超导加热管与水箱箱体采用法兰盘连接，便于运输和维护。、超导加热管路单元超导加

26、热管路单元中的加热管，选用优质无缝钢管焊接而成。加热管安装在每层育苗架的底部，每层底部按一定比例横向排列三根加热管，三层加热管的连接是从高到低串接而成，这样的摆列和连接考虑到每层育苗架的任何位置温度是均衡的，有利于出苗和生长的一致性。、安全监控单元：安全监控单元分为：热交换箱体安全监控部分与超导加热管路安全监控部分。箱体压力安全控制部分，是为了保障在暖气加热与电加热过程中箱体在一个安全的条件下工作（多重压力安全保护）。安全部件有：压力安全阀、温度控制探头、温度保护探头、压力控制电磁阀、压力表。超导管路安全监控部分部件有压力安全阀、正压力表、负压力表。三、技术方案项目蔬菜育苗自动化控制系统中应用

27、单片机技术、测量模块技术、风机、微喷灌、真空热超导供热散热器和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。关键技术在于蔬菜育苗过程中温湿度及光照的自动控制和热超导供热系统。为解决关键技术，项目控制系统硬件由温湿度自动控制、光照自动控制、热源自动控制和人工干预控制四部分构成，编制了三套应用程序，解决了蔬菜育苗中的自动化监测与控制。1、温湿度控制本系统中温湿度控制单元可实时采集温室内温度和湿度的环境参数，以直观的数显方式显示给用户，并根据所育苗蔬菜品种需求设定温度与湿度区间值。当温湿度超过设定值的时候，自动开启或者关闭指定设备，直至回落到各回差设定值时为止。温湿度控制单元的硬件主

28、要包括：单片计算机，检测系统，显示电路，A/D电路、输出控制电路等。利用传感器测量苗室内的温湿度，经过信号处理，将传感器测得的数据送至控制系统（单片机），与预设的育苗蔬菜的温湿度值的上下限进行对比，并通过显示电路将测得的温湿度进行实时显示。控制系统根据比较的结果对调节系统发出相应的指令，启动控制相应的调节设备：微喷灌，换风风扇，热超导供热系统，这样就实现了对苗室温湿度的自动控制。温湿度控制原理图：单片机(微处理器） 检测电路 控制输出 显示电路 参数设定复位电路 单片机的CPU由运算器、控制器和若干个特殊功能寄存器组成，运算器可以加、减以及各种逻辑运算，还可以进行乘除运算。控制器在单片机内部协

29、调各功能部件之间的数据传送、数据运算等操作，并对单片机外部发出若干控制信息。测量温湿度所用的传感器为数字温湿度传感器DHT11。是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。 因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快

30、捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。控制器输出电路，采用继电器隔离输出方式，由单片机输出PWM控制温湿度输出电路。通过晶体管Q3的饱和导通与截止，由继电器作为输出元件，带动负载工作。继电器输出电路在上面的继电器输出电路，优点是电路简单，控制方便，但在大负载情况下，继电器触点容易烧熔，使控制失灵。针对这种情况，我们改进了输出电路如下：光隔离无触点输出由单片机输出PWM控制温湿度输出电路。当PWM端输出高电平时，晶体管饱和导通，光耦EL817导通，光耦输出电流使场效应管Q41饱和导通，负载得电工作；当PWM端输出低电平时，晶体管

31、截止，光耦EL817也截止，光耦输出电流为0，使场效应管Q41也截止，负载失电停止工作。2、超导加热系统真空超导加热技术是一种超导传热和高效换热新技术。无毒、无味、不腐蚀、不爆炸，技术利用单管真空封闭超导液循环传热的工作原理，克服了水暖的气阻、腐蚀水管和传递效率低缺点。它的起动温度极低，只须30度即可开始传温。超导供暖的传递速度是水暖的几十倍，每分钟可传递十余米，传热效率达95%以上。超导供热系统在零下40度都不会结冰，没有冰结之隐患，可正常运行。（1）、水箱体选用6毫米的冷轧钢板焊接而成，在钢板内壁焊接有3厘米宽的加强板条，箱体外设有补水管路。箱体的外部尺寸： 56*40*70厘米。箱体内集

32、热交换排管部分是由直径50厘米与32厘米壁厚2毫米的无缝钢管焊接而成，经过10个标准大气压的压力测试以后，封装在箱体内。（2）、育苗架由40*40毫米的角铁焊接而成，总长度3米、高度1.5米，育苗架分为三层、每层间隔0.7米，每层表面焊接有三根横向的角铁，用以放置育苗盘和固定超导加热管。超导加热管路中的加热管，选用直径32毫米壁厚2毫米的无缝钢管焊接而成。焊接完成后经过5个标准大气压压力测试。加热管安装在每层育苗架的底部，每层底部按一定比例横向摆列三根加热管，每根管长为3米。三层加热管的连接是从高到低串接而成，有利于每层育苗架的任何位置的温度的均衡。箱体的热交换排管与育苗架的超导加热管通过法兰

33、盘连接，便于运输和安装。集热交换排管内的超导液受热激发，将水箱内热量由超导液传输到育苗架管路。（3）、箱体压力安全控制部分，是为了保障在暖气加热与电加热过程中，箱体能始终在安全条件下工作。安全部件有：压力安全阀（设定在4标准大气压开启）、温度保护控制（设定在85度）、压力自动控制电磁阀、压力表等。在超导管路部分安装有压力安全阀（设定在4标准大气压开启）、正压力表、负压力表及排气阀。（4）、超导加热系统工作方式分为两种。一是，未送暖与停暖状态下，使用电加热自动化控制系统（220V电源）。该系统的工作程序为：首先关闭水暖进出管路的两个电磁阀，将水注入水箱。启动电热管控制器开关，箱体上的压力控制电磁

34、阀自动打开（箱体内无压力），箱体内的电加热棒（220V/3000W）根据设定的温度开始工作，给箱体内的水加热，箱体内集热管中的超导液由液态变为气态，将热量迅速传递到育苗架管路中，给育苗盘加热。电热棒给水箱加热，温度设定值范围为70-80度，超温保护温度设置在85度，如果控温失效，水温到达85度，控制开关会自动切断电热棒电源。二是，使用暖气的热能在水箱进行热交换。其自动工作方式为压力控制电磁阀关闭（此时箱体为封闭状态），连接在水暖管路上的两个进出电磁阀打开，暖气的热水进入水箱与水箱中的集热排管产生热交换，交换后的热量由超导液进行传输，将热量带给育苗盘。育苗盘上设有温度感应探头，用以检测育苗温度，

35、通过控制暖气管路电磁阀的开启和关闭以达到调节温度的目的。3、自动补光系统阴天、雨雪等天气会造成育苗蔬菜光照不足，光合作用降低甚至中断，影响其正常发育生长。据研究，蔬菜苗期，波长峰值470nm左右的蓝光对叶绿素与类胡萝卜素吸收比例最大，对光合作用影响最大；波长峰值650nm左右的红光对叶绿素吸收率低，对光合作用与光周期效应有显著影响。补光光源做成红蓝组合，并且可单独工作于全蓝、全红模式，以提供蔬菜育苗所需的波长范围。因此在项目中，自动补光系统中的组合光源，由1W、3W的大功率蓝光和红光LED排列组合构成，可以单光源工作。原理图：太阳能电池470nm蓝光LED灯单片机89C2051650nm红光L

36、ED灯雨雪（结露）检测 自动补光系统由太阳能电池、雨雪检测、单片机和LED灯等构成。育苗自动控制系统中的太阳能电池，在补光系统中起着判断是白天还是黑夜的检测探头作用，使控制系统只在白天补光。雨雪检测探头通过判断下雨还是下雪（结露），来判断天气的晴、阴，然后在当天上午和下午多进行2小时的补光照明。所有的判断和处理由89C51单片机按编程完成，最后通过MOS管输出电路去分别控制两组大功率LED灯的点亮。蔬菜育苗自动补光、换气程序：;P1.4换气扇，p1.6补光LED，中断为雨雪天检测。org0000h ;起始地址jmp startorg 0003h ;int0中断入口（p32）jmp ext0 ;

37、到中断子程序org0030hstart:mov ie,#81h ;中断使能mov ip,#01h ;中断优先mov tcon,#00h ;中断为电平触发loop: mov p1,#0ffh END4、育苗系统手动控制功能在自动化控制过程中，难免会临时需要进行手动控制一些设备，如需要喷灌、换风、照明（或补光）。操作面板：通过控制面板示意图可以看出，在面板上设有不同的功能键，每按一次开关，都会让相应的设备工作一定的时间，取消工作只需要按一下复位即可，方便实用。电路原理图：蔬菜育苗手动功能键盘控制程序：;p3.0-p3.5为K1-K6输入，p1.2-p1.5输出;中断入口程序;ORG 0000H ;

38、程序执行开始地址LJMP START ;跳至START执行ORG 0003H ;外中断0中断入口地址RETI ;中断返回（不开中断）ORG 000BH ;定时器T0中断入口地址RETI ;中断返回（不开中断）ORG 0013H ;外中断1中断入口地址RETI ;中断返回（不开中断）ORG 001BH ;定时器T1中断入口地址RETI ;中断返回（不开中断）ORG 0023H ;串行口中断入口地址RETI ;中断返回（不开中断）;*; 初始化程序 ;*;CLEAR: mov p1,#0ffh MOV 20H,#00H ;20H单元内存清0（闪烁标志清0） RET ;子程序返回;*; 主 程 序

39、;*;START:ACALL CLEAR ;调用初始化子程序MAIN: LCALL KEYWORK ;调用键扫描子程序 JB 00H,FUN0 ;20H.0位为1时执行FUN0 JB 01H,FUN1 ;20H.1位为1时执行FUN1 JB 02H,FUN2 ;20H.2位为1时执行FUN2 JB 03H,FUN3 ;20H.3位为1时执行FUN3 JB 04H,FUN4 ;20H.4位为1时执行FUN4 JB 05H,FUN5 ;20H.5位为1时执行FUN5 AJMP MAIN ;返回主程序MAIN END200W/17V单晶硅太阳能电池防腐耐高温电磁阀 热超导供热前部 用于控制系统内嵌的

40、TDK0302智能温湿度控制器及传感模块蓝、红双色LED补光灯自动补光控制电路板德国嘉丁自动灌溉旋转洒水器 DC17251 12v BL双滚珠直流轴流风机蔬菜育苗自动控制系统5、系统主要技术经济指标：指标类型计划指标完成后指标太阳能电池17V/200W17V/200W蓄电池12V/150Ah12V/150Ah光源类型LED组合（460nm490nm1组、630nm660nm1组）LED组合（460nm490nm1组、630nm660nm1组）光源功率12V/120W（60W2组）12V/120W（60W2组）光源寿命50000小时50000小时温度控制范围15301535加热方式暖气暖气/电热

41、（220V/3KW）导热介质真空热超导液真空热超导液湿度控制范围50%75%40%85%自动阴天补光上午2h,下午2h上午2h,下午2h控制面积30M230M2控制自动自动+手动四、关键技术及创新点关键技术在于：1、蔬菜育苗过程中温度、湿度及光照的自动测控。2、真空热超导技术开发苗床地热。3、热交换器的热源供给与压力容器的安全。4、移动微喷灌技术的应用。5、大功率LED组合光源的波长与光衰控制。为解决上述技术关键，项目控制系统硬件由温湿度自动控制、光照自动控制、热超导供热自动控制和人工干预控制四部分构成，编制了2套应用程序，圆满解决了蔬菜育苗中的自动化监测与控制。创新点（1）、太阳能光伏发电与

42、大功率LED组合光源在蔬菜育苗中应用。（2）、真空热超导供热在温室蔬菜育苗中应用。（3）、移动微喷灌技术在温室蔬菜育苗中应用。七、与国内外同类技术的对比分析等国外对温室环境控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温室控制技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。 从国内外温室控制技术的发展状况来看，温室环境控制技术主要有自动控制与智能化控制2种。自动控制，这种控制系统需要种植者输入温室作物生长

43、所需环境的目标参数，计算机根据传感器的实际测量值与事先设定的目标值进行比较，以决定温室环境因子的控制过程，控制相应机构进行加热、降温和通风等动作。通过改变温室环境设定目标值，可以自动地进行温室内环境气候调节，但是这种控制方式对作物生长状况的改变难以及时做出反应，难以介入作物生长的内在规律。目前我国绝大部分自主开发的大型现代化温室及引进的国外设备都属于这种控制方式。智能化控制，这是在温室自动控制技术和生产实践的基础上，通过总结、收集农业领域知识、技术和各种试验数据构建专家系统，以建立植物生长的数学模型为理论依据，研究开发出的一种适合不同作物生长的温室专家控制系统技术，环境控制朝着基于作物生长模型

44、、温室综合环境因子分析模型和农业专家系统的温室信息自动采集及智能控制趋势发展。我们研发的蔬菜育苗自动控制系统，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，有效解决了蔬菜育苗控制的自动化，不需要另外占用耕地，不需要增加传统能源消耗，在无电地区也可以正常使用，并且控制电路简单，可靠性高。大功率LED组合光源在蔬菜育苗中作为补充光照的应用，发光效率高，可用光谱集中，绿色节能环保，并且寿命可达50000小时；真空热超导供热在蔬菜育苗中的应用，克服了水暖的气阻、腐蚀水管和传递效率低缺点，减少了热量传输中的热量损耗，导热效率高、传递迅速，超导供热系统在零下40度都不会结冰，没有冰结之隐患；微喷灌系统的自动控制，浇灌均匀，同时雾化的水珠能够更好的改善蔬菜育苗微环境，既节约了水资源，又解放了劳动力，更降低了育苗成本。本项目研发的蔬菜育苗的自动控制系统，单位面积和时间培育出的壮苗率大大提高，从而也提高了蔬菜产量和质量。节能降耗、低碳减排、高新技术装备蔬菜育苗生产，不仅是降低成本，改善环境，同时使复杂技术便利化，便普及应用，可极大的促进蔬菜育苗及至整个蔬菜产业的发展。 QQ：1489143405