專利名稱：一種具有光控水位控制器的無土栽培裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種栽培植物時使用的裝置，尤其涉及一種具有光控水位控制器的無土栽培裝置。
背景技術(shù)：
無土栽培是指不用自然土壤，用培養(yǎng)液或營養(yǎng)液與基質(zhì)栽培作物。無土栽培是在人力控制下，充分滿足作物對營養(yǎng)、水分、氣體條件的要求，是一種技術(shù)集約的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，具有節(jié)水、節(jié)能、省工、省肥，減輕了生產(chǎn)過程中對土壤的污染，防止連作障礙，產(chǎn)品潔凈無污染，高產(chǎn)高效的優(yōu)點。 目前，無土栽培技術(shù)也越來越成熟，但仍面臨著許多問題，如營養(yǎng)液或培養(yǎng)液的水位控制問題，由于作物基質(zhì)下營養(yǎng)液或培養(yǎng)液量是作物正常生長根本保障，若不能實時監(jiān)控各個栽培作物的營養(yǎng)液用量情況，則會對作物生長進行監(jiān)控控制帶來不便，導(dǎo)致栽培作物營養(yǎng)不均衡，甚至部分死亡。還有栽培時用的基質(zhì)多采用草炭、珍珠巖等基本材料，或與蛭石、炭渣、發(fā)酵碳化的稻殼等材料簡單混合，雖然這些基質(zhì)的吸水力較強，但不能重復(fù)使用，利用率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有光控水位控制器的無土栽培裝置。為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種具有光控水位控制器的無土栽培裝置，包括盛有營養(yǎng)液的容器、儲液池、浮板以及照明裝置，所述容器與儲液池連通，所述浮板設(shè)置有通孔并且放置在盛有營養(yǎng)液的容器內(nèi)，所述照明裝置設(shè)置在所述容器的上方，所述無土栽培裝置還包括控制水泵從儲液池中抽取營養(yǎng)液至所述容器內(nèi)的光控水位控制器，其中所述光控水位控制器包括電源電路、與所述電源電路相連的水位控制電路，與所述水位控制電路相連的光控電路，與所述水位控制電路相連的、置于所述容器內(nèi)的低水位探測線、中間水位探測線、高水位探測線，與所述水位控制電路相連的、控制所述水泵的電源的繼電器；所述水位控制電路使用所述水位探測線測得所述容器中的營養(yǎng)液的液面高度，并且根據(jù)所述光控電路的信號以及測得的水位控制繼電器的狀態(tài)，從而控制所述水泵的電源。進一步地，所述電源電路包括變壓器、與所述變壓器二次繞線組連接的整流濾波電路。進一步地，所述中間水位探測線通過第一電阻與所述變壓器的輸出連接，所述高水位探測線直接與所述變壓器的輸出連接。進一步地，所述水位控制電路包括所述低水位探測線與接地點之間串聯(lián)的第二電阻和第一二極管，與所述低水位探測線串聯(lián)的第二二極管，與所述第二二極管及接地點之間并聯(lián)的第一電容器、第六電阻，與所述第二二極管串聯(lián)的第一施密特觸發(fā)電路，同時與所述第一施密特觸發(fā)電路連接的第一和第二 CMOS集成電路；所述第一和第二 COMS集成電路與繼電器連接。進一步地，所述光控電路包括由光敏電阻和第三電阻串聯(lián)的光線檢測電路，與所述第三電阻并聯(lián)的第二電容，與所述光線檢測電路相連的第二施密特觸發(fā)電路，與所述第二施密特觸發(fā)電路依次串聯(lián)的第五二極管和由第四電容和第十電阻組成的并聯(lián)電路，所述并聯(lián)電路與所述第一施密特電路相連。進一步地，所述電源電路還包括指示電源是否正常工作的第一發(fā)光二極管。進一步地，所述繼電器并聯(lián)第八電容。進一步地，所述繼電器的輸入端并聯(lián)有第十三電阻串連第二發(fā)光二極管組成的指示水泵工作狀態(tài)的電路。本發(fā)明的無土栽培裝置，由于浮盤中的基質(zhì)棒是包裹有親水層的，通過親水層的 毛細管效應(yīng)將營養(yǎng)液吸到基質(zhì)棒上，使種子在浸潤的營養(yǎng)液中發(fā)芽生長；又由于設(shè)置了光控水位控制器，該光控水位控制器可準確地控制營養(yǎng)液的水位變化，保證作物的營養(yǎng)需求，同時也不會造成由于營養(yǎng)液過量供應(yīng)的浪費。為作物的優(yōu)良生長提供了可靠保障。本發(fā)明裝置還具有光控水位控制器的電路簡單，其裝置本身的結(jié)構(gòu)也很簡單，因此極大地降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，具有廣泛的應(yīng)用性。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細說明。


圖I為無土栽培裝置一個優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明無土栽培裝置中光控水位控制器的電路圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。 如圖I所示，本發(fā)明提出的具有水位控制器的無土栽培裝置，包括盛有營養(yǎng)液4的容器5、儲液池10、浮板I以及照明裝置2，所述容器5與儲液池10連通，所述浮板I設(shè)置有通孔(圖中未示出)并且放置在盛有營養(yǎng)液的容器5內(nèi)，所述照明裝置2設(shè)置在所述容器5的上方，所述容器5安裝在溫室內(nèi)，該無土栽培裝置還包括設(shè)置在容器5上的控制水泵9從儲液池10中抽取營養(yǎng)液4至容器5內(nèi)的光控水位控制器8，其中所述光控水位控制器包括電源電路、與所述電源電路相連的水位控制電路，與所述水位控制電路相連的光控電路，與所述水位控制電路相連的、置于所述容器5內(nèi)的低水位探測線、中間水位探測線、高水位探測線，與所述水位控制電路相連的、控制所述水泵9的電源的繼電器；所述水位控制電路使用所述水位探測線測得所述容器中的營養(yǎng)液的液面高度，并且根據(jù)所述光控電路的信號以及測得的水位控制繼電器的狀態(tài)，從而控制所述水泵的電源。本發(fā)明提供的具有光控水位控制器的無土栽培裝置，當營養(yǎng)液液面低于低水位探測線時，控制電路輸出高電平，繼電器吸合，啟動水泵供水，當營養(yǎng)液液面處于高水位探測線與中間水位探測線之間時，控制電路保持原來狀態(tài)，繼電器處于吸合狀態(tài)，供水裝置繼續(xù)處于工作狀態(tài)，當營養(yǎng)液液面高于高水位探測線時，控制電路輸出低電平，繼電器斷開，水泵停止工作，這樣使得容器內(nèi)的營養(yǎng)液液面始終保持在低水位探測線的高度或以上，同時不高于高水位探測線的高度。本發(fā)明的具有光控水位控制器的無土栽培裝置結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，能夠保證無土栽培裝置的正常灌溉。其中，電源電路包括變壓器Tl、與變壓器二次繞線組連接的整流濾波電路。中間水位探測線B通過第一電阻Rl與變壓器Tl的輸出①連接，高水位探測線C直接與變壓器Tl的輸出①連接。水位控制電路包括低水位探測線A與接地點之間串聯(lián)的第二電阻R2和第一二極管D1，與低水位探測線A串聯(lián)的第二二極管D2，與第二二極管D2及接地點之間并聯(lián)的第一電容器Cl、第六電阻R6,與第二二極管D2串聯(lián)的第一施密特觸發(fā)電路，同時與第一施密特 觸發(fā)電路連接的第一 CMOS集成電路IClC和第二 CMOS集成電路IClF ;第一和第二 COMS集成電路與繼電器Ql連接。光控電路包括由光敏電阻RG和第三電阻串聯(lián)R3的光線檢測電路，與第三電阻R3并聯(lián)的第二電容C2，與光線檢測電路相連的第二施密特觸發(fā)電路，與第二施密特觸發(fā)電路依次串聯(lián)的第五二極管D5和由第四電容C4和第十電阻RlO組成的并聯(lián)電路，并聯(lián)電路與第一施密特電路相連。為了方便觀察電源電路的工作狀態(tài)，電源電路還包括指示電源是否正常工作的第一發(fā)光二極管D7。繼電器Ql并聯(lián)第八電容C8。為了方便觀察水泵工作狀態(tài)，本發(fā)明的繼電器Ql的輸入端并聯(lián)有第十三電阻R13串連第二發(fā)光二極管DlO管組成的指示水泵工作狀態(tài)的電路。水位探測線A、B、C接觸營養(yǎng)液的一端可以為電極。下面以本發(fā)明的光控水位控制器的電路圖為基礎(chǔ)，對光控水位控制器的工作原理進行詳細說明。如圖2所示為本發(fā)明的一種光控水位控制器的電路圖，220V的市電經(jīng)變壓器Tl，由D8、D9全波整流，C7濾波后得到約14V左右的直流電壓供整機使用，D7用于電源指示。變壓器①、②繞組間的交流電壓還作為水位檢測的供電電源。當營養(yǎng)液液面低于電極B以下時，各電極間無檢測電流通過，Cl兩端的電壓為0V，IClA的(I)腳為低電平。R7、R9、IClA和IClB組成施密特觸發(fā)器，該觸發(fā)器的輸出端IClB的④腳輸出低電平，IClC的⑥腳和IClF的⑧腳均為高電平，固態(tài)繼電器Ql導(dǎo)通，水泵得電抽水，營養(yǎng)液液面逐漸升高，當液面高至電極B時，交流電正半周的電流由變壓器的①端流經(jīng)Rl —電極B—營養(yǎng)液一電極A — D2 — R6 —地一變壓器②端，同時對Cl充電，由于Rl和營養(yǎng)液的等效電阻串聯(lián)后與R6分壓，使Cl兩端得到的電壓仍低于施密特觸發(fā)器的閾值電壓，觸發(fā)器不發(fā)生翻轉(zhuǎn)，IClB的④腳仍為低電平，Ql仍然導(dǎo)通，水泵繼續(xù)運轉(zhuǎn)，交流電壓負半周時，電流由變壓器的②端一地一Dl — R2 —電極A —營養(yǎng)液一電極B — Rl —變壓器的①端，所以流過電極A和電極B的電流為交流電，調(diào)節(jié)R2的阻值大小，使流過水位檢測電極的正負半周的電流大小相等，可以避免水位檢測電極發(fā)生極化反應(yīng)，延長電極的使用壽命。當營養(yǎng)液液面升高至電極C時，交流電正半周的電流由變壓器的①端流經(jīng)電極B和C —營養(yǎng)液一電極A — D2 — R6 —地—變壓器②端，由于電極C參與導(dǎo)電，使Cl兩端的電壓高于施密特觸發(fā)器的閾值電壓。觸發(fā)器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，IClB的④腳輸出高電平，IClC的⑥腳和IClF的⑧腳均輸出低電平，使Ql截止，水泵停止抽取營養(yǎng)液。植物吸收營養(yǎng)液時，容器中的營養(yǎng)液液面逐漸降低，當液面在電極C以下、電極B以上時，由于施密特觸發(fā)器回差電壓的存在，此時Cl兩端仍保持高電平，施密特觸發(fā)器不發(fā)生翻轉(zhuǎn)。輸出端IClB的④腳仍為高電平，IClC的⑥腳和IClF的⑧腳均輸出低電平，使Ql繼續(xù)截止，水泵仍然停轉(zhuǎn)。當營養(yǎng)液液面低于電極B以下時，沒有電流通過各檢測電極，電容Cl兩端的電壓為0V，施密特觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，Ql導(dǎo)通，水泵又得電抽營養(yǎng)液。作為一個優(yōu)選實施例，本發(fā)明還具有光控工作功能。其工作原理是為本控制器是利用光敏電阻來檢測清晨(8點以前)天色從暗變亮的變化作為觸發(fā)信號使施密特發(fā)器發(fā)生翻轉(zhuǎn)、水泵得電啟動，從而保證每天在谷電供電時間內(nèi)實現(xiàn)自動抽液一次的功能。圖2中，R3和光敏電阻RG構(gòu)成光線檢測電路，R4、R5、IC1D、IClE也構(gòu)成一個施密特觸發(fā)器。光線較暗時，光敏電阻的阻值較大，C2兩端為低電平，施密特觸發(fā)器的輸出端IClE的⑩腳為低電平，此時D5截止，光控電路不起作用，當天色逐漸變亮時，光敏電阻的阻值隨之減小，C2兩端的電位不斷升高，當C2兩端的電位大于施密特觸發(fā)器的閾值電壓時，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)， IClE的⑩腳跳變?yōu)楦唠娖?，D5導(dǎo)通。由于C4兩端的電壓不能突變，所以IClB的③腳跳變?yōu)楦唠娖?，IClB的④腳為低電平，由于C5、Rll的延時作用，IClC的⑤腳和IClF的⑨腳并不會馬上跳變?yōu)榈碗娖健Ａ硗釯C1B(4)腳的低電平經(jīng)R9反饋送至IClA的①腳，①腳電平的高低取決于容器中營養(yǎng)液的液面情況，若營養(yǎng)液液面在電極C處時，IClA的①腳為高電平，IClB的④腳變?yōu)楦唠娖?，IClC的⑥腳和IClF的⑧腳為低電平，水泵仍停止工作；若營養(yǎng)液液面在電極C以下時，由于R9的反饋作用，使IClA的①腳跳變?yōu)榈碗娖?，觸發(fā)器輸出端IClB④腳也為低電平，VCC經(jīng)R11、IClB④腳對C5充電，使IClC的(5)腳和IClF的⑨腳的電位不斷降低，經(jīng)過一段時間后(約3秒)，使IClC的(5)腳和IClF的⑨腳變?yōu)榈碗娖?，IClC的⑥腳和IClF的⑧腳跳變?yōu)楦唠娖剑琎l導(dǎo)通，水泵得電啟動，直至營養(yǎng)液液面升至IJ電極C處，IClA①腳又變?yōu)楦唠娖剑琁ClA②腳變?yōu)榈碗娖?，接著IClE的⑩輸出的高電平經(jīng)R8和導(dǎo)通的D5，對C4充電，使IClB的③腳電位不斷下降，當IClB的③腳變?yōu)榈碗娖綍r，C5兩端充得的電荷經(jīng)Vcc、Rll和IClB的④腳放電，使IClC的⑤腳和IClF的⑨腳的電位不斷上升，當IClC的⑤腳和IClF的⑨腳變?yōu)楦唠娖綍r，IClC的⑥腳和IClF的⑩腳變?yōu)榈碗娖剑琎l截止，水泵停止工作。電路中Kl是手動控制開關(guān)、CS用于保護固態(tài)繼電器Q1。進一步地，本發(fā)明還可以設(shè)置延時電路，以保護電路中的電器設(shè)備。延時電路的工作原理為停電后重新恢復(fù)供電時，若營養(yǎng)液液面在電極C處，由于此時Cl兩端的電壓為0V，而流過檢測電極的正半周交流電對Cl的充電，要經(jīng)過大約I 2秒鐘才能建立正常電壓，所以在這I 2秒內(nèi)，IClA的輸入端為低電平，若無C5、R11組成的延時電路，此時IClC的⑥腳和IClF的⑧腳輸出高電平，水泵會轉(zhuǎn)動，但1-2秒后，Cl兩端的電壓趨于正常的高電平，施密特觸發(fā)器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，水泵又停止轉(zhuǎn)動，為了克服水泵的短時轉(zhuǎn)動現(xiàn)象，特地設(shè)置了由C5、Rll構(gòu)成的延時電路，延時大約3秒左右，在這3秒鐘內(nèi)，不管液面情況如何，水泵都不轉(zhuǎn)動，3秒鐘之后，Cl兩端已建立了正常的電壓，所以水泵也不會轉(zhuǎn)動了。如果液面在電極B以下，要經(jīng)過3秒鐘后，水泵才能得電啟動工作，直到營養(yǎng)液的液面滿至電極C處，同時這個電路對減小停電后恢復(fù)供電瞬間的沖擊電流也有積極作用。
電路中各元器件參數(shù)如附圖2標識，Tl可選用雙12V、3W的變壓器，Ql為10A/480V、直流控制電壓為3 32V的固態(tài)繼電器(可選用拆機件，若無也可采用觸點電流IOA吸合電壓為12V的繼電器)，RG采用cp3或Cp5的光敏電阻均可，水位檢測電極可用不銹鋼材料制作(用電爐絲制作的水位檢測電極，使用效果也很好)。需要說明是，ICl選用⑶4069六非門CMOS集成電路，焊接時電烙鐵應(yīng)注意接地，整個電路焊接完成后，把印刷電路板裝入一個大小合適的塑料盒內(nèi)，并在塑料盒前面板的適當位置上固定好電源指示發(fā)光管D7和水泵工作狀態(tài)指示發(fā)光管D10，先不要接上固態(tài)繼電器Q1，光敏電阻的引腳與導(dǎo)線連接好后( 引腳套上絕緣套管)，裝到一個長度為5cm左右的塑料管中(可截取長度合適的圓珠筆桿代替)，并在塑料管口上貼上透明膠帶紙，以防雨水流入，安裝塑料管時把光敏電阻的感光面對向天空，再用一根雙芯電纜線把水位檢測電極與控制器連接起來，注意電纜線與電阻Rl及各水位檢測電極之間的接頭處應(yīng)用硅膠或熱熔膠做防水處理，最后把電極A插入營養(yǎng)液中，電極B和電極C懸空，此時DlO不發(fā)光，再用黑膠布摁住裝光敏電阻的塑料管口，然后再松開黑膠布，DlO應(yīng)能發(fā)光，接著把電極B插入營養(yǎng)液中，DlO應(yīng)能繼續(xù)發(fā)光，再把電極C插入營養(yǎng)液中，DlO熄滅，至此整個電路調(diào)試完畢。若調(diào)試過程中出現(xiàn)異常。應(yīng)重點檢查設(shè)計的印刷電路板是否正確、選用的元器件的質(zhì)量是否有問題、焊點是否可靠等，只要仔細檢查，一般故障都會順利排除。最后接上固態(tài)繼電器和水泵，并在Ql兩端并接一個耐壓為630V容量為0. I ii F的滌綸電容C8，就可投入使用了。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍；如果不脫離本發(fā)明的精神和范圍，對本發(fā)明進行修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍當中。
權(quán)利要求
1.一種具有光控水位控制器的無土栽培裝置，包括盛有營養(yǎng)液的容器、儲液池、浮板以及照明裝置，所述容器與儲液池連通，所述浮板設(shè)置有通孔并且放置在盛有營養(yǎng)液的容器內(nèi)，所述照明裝置設(shè)置在所述容器的上方，其特征在于，所述無土栽培裝置還包括控制水泵從儲液池中抽取營養(yǎng)液至所述容器內(nèi)的光控水位控制器，所述光控水位控制器包括 電源電路、與所述電源電路相連的水位控制電路，與所述水位控制電路相連的光控電路，與所述水位控制電路相連的、置于所述容器內(nèi)的低水位探測線、中間水位探測線、高水位探測線，與所述水位控制電路相連的、控制所述水泵的電源的繼電器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無土栽培裝置，其特征在于，所述電源電路包括變壓器、與所述變壓器二次繞線組連接的整流濾波電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無土栽培裝置，其特征在于，所述中間水位探測線通過第一電阻與所述變壓器的輸出連接，所述高水位探測線直接與所述變壓器的輸出連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無土栽培裝置，其特征在于，所述水位控制電路包括所述低水位探測線與接地點之間串聯(lián)的第二電阻和第一二極管，與所述低水位探測線串聯(lián)的第二二極管，與所述第二二極管及接地點之間并聯(lián)的第一電容器、第六電阻，與所述第二二極管串聯(lián)的第一施密特觸發(fā)電路，同時與所述第一施密特觸發(fā)電路連接的第一和第二 CMOS集成電路；所述第一和第二 COMS集成電路與繼電器連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無土栽培裝置，其特征在于，所述光控電路包括由光敏電阻和第三電阻串聯(lián)的光線檢測電路，與所述第三電阻并聯(lián)的第二電容，與所述光線檢測電路相連的第二施密特觸發(fā)電路，與所述第二施密特觸發(fā)電路依次串聯(lián)的第五二極管和由第四電容和第十電阻組成的并聯(lián)電路，所述并聯(lián)電路與所述第一施密特電路相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無土栽培裝置，其特征在于，所述電源電路還包括指示電源是否正常工作的第一發(fā)光二極管。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無土栽培裝置，其特征在于，所述繼電器并聯(lián)第八電容。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無土栽培裝置，其特征在于，所述繼電器的輸入端并聯(lián)有第十三電阻串連第二發(fā)光二極管組成的指示水泵工作狀態(tài)的電路。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有光控水位控制器的無土栽培裝置，包括盛有營養(yǎng)液的容器、儲液池、浮板以及照明裝置，所述容器與儲液池連通，所述浮板設(shè)置有通孔并且放置在盛有營養(yǎng)液的容器內(nèi)，所述照明裝置設(shè)置在所述容器的上方，所述無土栽培裝置還包括控制水泵從儲液池中抽取營養(yǎng)液至所述容器內(nèi)的光控水位控制器。本發(fā)明裝置的光控水位控制器的電路簡單，而且該裝置本身的結(jié)構(gòu)也很簡單，因此極大地降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，并且性能可靠，具有廣泛的應(yīng)用性。
文檔編號G05D9/12GK102771364SQ201110117789
公開日2012年11月14日 申請日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月11日
發(fā)明者沈建彬 申請人:太倉市祥和蔬菜專業(yè)合作社