一种淋水周期多段可变的全自动豆芽机控制装置及方法.pdf

本发明公开了一种淋水周期多段可变的全自动豆芽机控制装置及方法，该控制装置包括豆芽生长箱、水箱、控制器、设置于豆芽生长箱内部的温度传感器、箱体加热器、风机和淋水系统，设置于水箱内部的水温传感器、水位传感器、水箱加热器，所述温度传感器、箱体加热器、风机、淋水系统、水温传感器、水位传感器、水箱加热器均与控制器连接。本发明可以根据芽菜的品种不同，种植地域不同，生长各个时期对水量的需求不同，实现多段不同时间间隔的自动淋水而且根据实际情况每次淋水持续时间独立可调，淋水段数可增减；并可以自动存储每一次设置，从而明显缩短豆芽生产周期，提高豆芽生产质量。

权利要求书
1.  一种淋水周期多段可变的全自动豆芽机控制装置，包括豆芽生长箱和水箱，其特征在于：还包括控制器，设置于豆芽生长箱内部的温度传感器、箱体加热器、风机和淋水系统，设置于水箱内部的水温传感器、水位传感器、水箱加热器，所述温度传感器、箱体加热器、风机、淋水系统、水温传感器、水位传感器、水箱加热器均与控制器连接；
所述控制器预先设定豆芽生长箱内的温度、淋水时间间隔、每次淋水时长、淋水温度、水箱水位，温度传感器检测豆芽生长箱内的温度，在当前检测温度未达到预设值时，由箱体加热器对豆芽生长箱进行加热，在当前检测温度超过预设值时，利用风机或淋水系统对豆芽生长箱进行降温；水温传感器和水位传感器分别检测水箱内的水温和水位，在水温未达到淋水温度要求时，启动水箱加热器对水温进行加热，在水位低于预设的水箱水位时，对水箱进行补水。

2.  如权利要求1所述淋水周期多段可变的全自动豆芽机控制装置，其特征在于：所述豆芽生长箱外部设置有显示器，所述显示器与控制器连接。

3.  如权利要求1所述淋水周期多段可变的全自动豆芽机控制装置，其特征在于：所述水箱还包括进水管、出水管、进水电磁阀、出水水泵，进水电磁阀、出水水泵分别与控制器连接，出水水泵还与淋水系统连接，进水电磁阀用于控制进水管进水，出水水泵用于控制出水管出水。

4.  如权利要求1所述淋水周期多段可变的全自动豆芽机控制装置，其特征在于：所述控制器为IAP15F2K61S2型号单片机。

5.  如权利要求1所述淋水周期多段可变的全自动豆芽机控制装置，其特征在于：所述温度传感器、水温传感器的型号均为DS18B20。

6.  一种淋水周期多段可变的全自动豆芽机控制方法，利用如权利要求1所述淋水周期多段可变的全自动豆芽机控制装置实现，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，预先设定豆芽生长箱内每个生长期的温度、水箱内水位高度、淋水时间间隔、每次淋水时长、淋水温度；
步骤2，采集豆芽生长箱内的温度，并判断该温度是否超过预设的温度值，若超过则对豆芽生长箱进行降温，若未达到预设的温度值，则对豆芽生长箱进行加热；
步骤3，采集水箱内的水位和水温，当水位低于预设水位高度时，对水箱进行补水，当水箱内水温低于预设淋水温度时，对水箱进行加热。

说明书一种淋水周期多段可变的全自动豆芽机控制装置及方法
技术领域
本发明涉及一种淋水周期多段可变的全自动豆芽机控制装置及方法，属于自动控制技术领域。
背景技术
豆芽具有丰富的营养价值和美容、抗癌、延寿等良好功效，备受群众青睐，因而生产豆芽具有很大的经济价值。采用传统手工方式生产周期长，夏季需要4-5天，冬季需要7-9天；手工生产的豆芽通常会出现上边叶大根长、周围和底短或不长、只有中间好，且易发生烂芽现象。
目前市场上的豆芽机所发出的豆芽采用固定模式浇水和控温，没有区分不同豆种、不同地域、不同季节、不同生长阶段洒水周期和温度等参数控制的不同，这样会导致豆芽成品纤维多，口感差。
中国专利公开了几种生产豆芽的方法，其中一种是《豆芽机控制电路》，其专利申请号201320583312.0，该专利通过“主控模块、温度检测模块、温湿调整模块，主控模块控制水泵定时开启淋水，保证豆种可以获得足够的水分。”该方法主要利用主控模块定时开启淋水功能单一且固定，不能实现淋水周期多段可变功能，且不适合规模化生产。另一种是《豆苗豆芽机及豆苗豆芽的栽培方法》，其专利申请号201210167298.6，该专利只能从已有的固定模式中选择运行模式，不能够根据需要设定新的模式，不能在更广泛的不同地域应用，实际推广应用受到限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种淋水周期多段可变的全自动豆芽机控制装置及方法，实现淋水周期多段可变，从而适应不同豆种、不同地域、不同季节、不同生长阶段豆芽洒水和温度控制需要，而不局限于几种固定模式。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种淋水周期多段可变的全自动豆芽机控制装置，包括豆芽生长箱和水箱，还包括控制器，设置于豆芽生长箱内部的温度传感器、箱体加热器、风机和淋水系统，设置于水箱内部的水温传感器、水位传感器、水箱加热器，所述温度传感器、箱体加热器、风机、淋水系统、水温传感器、水位传感器、水箱加热器均与控制器连接；
所述控制器预先设定豆芽生长箱内的温度、淋水时间间隔、每次淋水时长、淋水温度、水箱水位，温度传感器检测豆芽生长箱内的温度，在当前检测温度未达到预设值时，由箱体加热器对豆芽生长箱进行加热，在当前检测温度超过预设值时，利用风机或淋水系统对豆芽生长箱进行降温；水温传感器和水位传感器分别检测水箱内的水温和水位，在水温未达到淋水温度要求时，启动水箱加热器对水温进行加热，在水位低于预设的水箱水位时，对水箱进行补水。
进一步的，所述豆芽生长箱外部设置有显示器，所述显示器与控制器连接。
进一步的，所述水箱还包括进水管、出水管、进水电磁阀、出水水泵，进水电磁阀、出水水泵分别与控制器连接，出水水泵还与淋水系统连接，进水电磁阀用于控制进水管进水，出水水泵用于控制出水管出水。
优选的，所述控制器为IAP15F2K61S2型号单片机。
优选的，所述温度传感器、水温传感器的型号均为DS18B20。
一种淋水周期多段可变的全自动豆芽机控制方法，利用如上所述淋水周期多段可变的全自动豆芽机控制装置实现，包括以下步骤：
步骤1，预先设定豆芽生长箱内每个生长期的温度、水箱内水位高度、淋水时间间隔、每次淋水时长、淋水温度；
步骤2，采集豆芽生长箱内的温度，并判断该温度是否超过预设的温度值，若超过则对豆芽生长箱进行降温，若未达到预设的温度值，则对豆芽生长箱进行加热；
步骤3，采集水箱内的水位和水温，当水位低于预设水位高度时，对水箱进行补水，当水箱内水温低于预设淋水温度时，对水箱进行加热。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明淋水周期多段可变的全自动豆芽机控制装置及方法，自动控制豆芽机内温湿度，通过设置控制器针对不同豆种、不同地域、不同季节、不同生长阶段洒水周期和温度等参数控制的不同，实现淋水周期多段可变，从而使豆芽处于最佳生长温湿度环境，缩短豆芽生长周期，提高豆芽生长质量，减少烂芽，可用于豆芽规模化生产。
附图说明
图1是本发明豆芽生长箱和水箱的组成示意图。
图2是本发明淋水周期多段可变的全自动豆芽机控制装置的整体架构图。
图3是本发明淋水周期多段可变的全自动豆芽机控制装置的实际使用图。
图4是本发明控制器的内部流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
如图1、图2、图3所示，一种淋水周期多段可变的全自动豆芽机控制装置，包括豆芽生长箱和水箱，控制器，设置于豆芽生长箱内部的温度传感器、箱体加热器、风机和淋水系统，设置于水箱内部的水温传感器、水位传感器、水箱加热器，温度传感器、箱体加热器、风机、淋水系统、水温传感器、水位传感器、水箱加热器均与控制器连接，设置于豆芽生长箱外部的显示器，显示器与控制器连接；豆芽生长箱和水箱水平并列放置，且均位于机柜内，控制器置于二者上方。
控制器预先设定豆芽生长箱内的温度、淋水时间间隔、每次淋水时长、淋水温度、水箱水位，温度传感器检测豆芽生长箱内的温度，在当前检测温度未达到预设值时，由箱体加热器对豆芽生长箱进行加热，在当前检测温度超过预设值时，利用风机或淋水系统对豆芽生长箱进行降温；水温传感器和水位传感器分别检测水箱内的水温和水位，在水温未达到淋水温度要求时，启动水箱加热器对水温进行加热，在水位低于预设的水箱水位时，对水箱进行补水。
如图4所示，该控制装置通电后，首先由控制器采集水箱水位信息并通过A/D转换后将信号送至显示板显示当前水位，这里控制器采用单片机IAP15F2K61S2，并根据采集到水箱水位判断水箱是否是预设水位，当检测到水箱水位未达到预设水位时，将发送控制信号控制进水电磁阀给水箱补水，直到水箱水位达到要求为止，水位达到要求后水位检测仍处于工作状态，一旦检测到水位低于预设水位将自动补水直到水箱达到预设水位为止。
之后控制器将根据豆芽生长箱的启停状态决定是否开启水箱加热，检测到有豆芽生长箱处于开启工作状态，控制器将启动水箱加热器在DS18B20水温传感器的配合下，产生装置所需温度的水，以备豆芽生长箱淋水使用。
以下是淋水周期多段可变的豆芽机自动控制装置的详细工作步骤：
步骤A，假设豆芽生长箱处于开启状态，分别设定温度、水位的判断阀值，根据豆芽生长过程中所需最佳温湿度环境分别设定合适的多段可变淋水时间间隔及每次淋水时长；
步骤B，将处理好的豆种放入豆芽生长箱，单片机内的定时器开始计时，豆芽机内温度传感器持续采集温湿度并将数据发送至单片机，单片机分别判断温度信息是否超过步骤A设定的阀值，当判断结果超过步骤A设定的阀值，进入步骤C；
步骤C，豆芽使用自身的电能加热装置使机内产生一定温度，并对自动进入水箱内的水进行加热，使水温达到指定要求；
步骤D，单片机判断定时器此次计时是否结束达到淋水间隔阀值并判断水箱内水位、水温，如果此次计时结束且水箱内水位、水温合适，淋水系统开始用水泵从水箱抽水向生长箱内淋水并开始淋水延时，补充豆种发芽所需要的水分，延时结束水泵停止工作，淋水系统停止淋水，计时器开始下一个周期的计时，重复步骤B、C、D。
在执行步骤A、B、C、D期间，控制器持续采集豆芽生长箱的温度送显示板显示并判断豆芽生长箱的温度是否达到设定温度，如果没有达到则将启动箱体加热器进行加热直到箱体温度达到豆芽生长箱设定温度值。是否再次启动加热由系统设定的箱体加热温度回差决定。
为防止箱体温度过高损坏豆芽，该控制装置设立了两级防高温措施。通常豆芽生长箱温度为22°C至24°C，第1级高温保护门限为28°C，当温度达到该门限时，控制器将启动豆芽生长箱内的风机实现降温，如果温度继续升高，当温度达到35°C时将启动高温淋水，利用淋水系统实现豆芽生长箱的降温，同时启动高温报警以停止工作,工作人员可查看豆芽机工作状态，防止持续高温损坏豆芽。
豆芽生长箱可以有多个，每个生长箱都配有独立的显示器，用于显示箱体温度、淋水间隔、淋水时长。在生长箱未启动工作状态下，还可以启动淋水系统给豆芽生长箱的箱体进行清洗。
本装置所有温度采集均采用DS18B20，DS18B20是MAXIM-DALLAS出产的一款数字温度传感器，突出的特点是一线接口，即多个DS18B20可以挂在一条总线上通讯，每个DS18B20都有独特的地址码，寻址方便，大大地节简了多点测温的布线工程。此外，可采用数据线供电（寄生供电），从而实现2根线工作。为减少系统连接线，本系统采用2根线工作方式。DS18B20的编程实现关键是产生正确的控制时序，不正确的时序将导致通信控制失败无法读取采集温度。
水位采集采用目前太阳能系统常用的电极式检测法，原理是利用水的导电性能。水位测量系统原理中K1-K4模拟为水电阻导电开关，R1、R2、R3、R4为传感器内电阻，R5、R6为传感器调理电阻。当水位达到某个电极时该电极以下开关都认为短路。缺水时，所有开关均不闭合此时传感器电阻为R1、R2、R3、R4四个电阻的串联叠加总阻值为60k；第1档K1闭合，传感器阻值为30k；第2档K1、K2闭合阻值为20k；第3档K1、K2、K3闭合阻值为10k；第4档K1、K2、K3、K4均闭合阻值为0。采用外接电阻R5、R6与传感器串联组成分压式检测电路。IO口接单片机的AD转换接口。单片机根据采集的电压推断是哪几个开关闭合从而确定是哪个水位，然后将水位信息送显示和水位控制。
电磁阀、出水水泵及风机属于大功率器件，单片机控制这类器件不合理的设计将导致大功率器件对单片机的干扰。为减少干扰，本装置采用光耦加继电器隔离驱动设计。R2_1是一个5脚的排阻作为4个光耦的限流电阻，光耦采用通用的PC847。由于需要驱动控制220V大功率器件，因此本装置选用功率较大的继电器作为功率开关。由于大功率继电器驱动电流较大，光耦无法直接驱动，为此在光耦和继电器之间设计添加一个集成驱动芯片ULN2004实现驱动放大。另外，在单片机与光耦输入接口设计为了减小单片机功耗，采用低电平有效的灌电流控制方式。
考虑到豆芽机控制系统湿度较大对液晶屏可靠性不利，本装置采用数码管作为显示元件。由于控制器需要控制多路定时，而且定时要求较严格，而且本装置使用的数码管较多，这种场合容易产生显示跳动、闪烁等不稳定现象，为了减少定时与显示刷新之间的冲突，本装置采用串行控制的集成按键显示驱动芯片控制系统的显示。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。