一种精准控制土壤温度的智能温床育苗系统

1.本发明涉及一种智能温床育苗系统，具体涉及一种精准控制土壤温度的智能温床育苗系统。


背景技术：

2.近年来，随着科学技术的发展，农业生产也逐渐智能化、现代化。要实现智慧农业，就需要能够自动化控制农业生产的一些重要的环境指标。而其中一项重要的环境指标就是土壤温度。土壤温度对作物的生长发育具有很强的调控作用，作物的种子必须在适宜温度范围的土壤内才能萌发，且在一定的温度范围内，土壤温度的提升能促进作物的生长发育，土壤低温或高温都可能对作物造成危害。土壤的温度会影响到土壤微生物与土壤肥力。无机盐、气体等物质在土壤中的溶解度，水、气的扩散能力，交换离子的活性，微生物的活动等均会受到土壤温度影响，这些因素的改变，都会不同程度地影响植物根系的生长。此外，作物一天各个时段及不同生长阶段的适宜土壤温度也是不断变化的，适宜的土壤温度可以使作物茁壮生长。
3.近年来，农业生产中已出现电热温床育苗的技术，然而多数电热温床的控温方式是确定幼苗生长的适宜温度后，预先计算具备某一恒定功率电热线的需求量，再将电热线埋于土壤中，电热线持续工作以保持土壤的恒定温度。这种方式的缺点在于根据目标温度理论计算得出的所需电热线的功率与使用数量易产生偏差，导致最终的土壤温度也偏离预期值，且一旦设定好目标土壤温度就无法调整，不能满足幼苗在一天各个时段及各个生长阶段的不同土壤温度需求，此外，电热线的选择不仅需要考虑功率还需考虑其长度以适应温床规模，导致应用难度提升。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种精准控制土壤温度的智能温床育苗系统，该系统能够实现不同时段下土壤温度的精准控制。
5.为达到上述目的，本发明所述的精准控制土壤温度的智能温床育苗系统包括温度传感器、土壤层、电热线、隔热层、主控板、wifi模块、mos场效应管、电源及导线；
6.土壤层位于隔热层上，温度传感器位于土壤层内，且位于土壤层内植物根部附近，温度传感器的输出端经导线与主控板相连接，电源的输出端经开关与电热线相连接，电热线位于土壤层内，主控板与开关的控制端相连接。
7.温度传感器的输出端经导线与主控板相连接。
8.开关为mos场效应管。
9.主控板连接有通信模块。
10.主控板通过通信模块与远程终端相连接。
11.通信模块为wifi模块。
12.在工作时，温度传感器实时检测植物根部附近的土壤温度信息，然后发送至主控
板上，主控板根据预设目标温度及当前土壤温度控制mos场效应管，以控制电源与电热线之间的通断，继而控制电热线在每个控制周期内的工作时间占比，改变电热线在每个控制周期内的热量产出，使得土壤温度维持在预设目标温度下。
13.主控板根据预设目标温度及当前土壤温度利用增量式pid控制算法控制mos场效应管。
14.本发明具有以下有益效果：
15.本发明所述的精准控制土壤温度的智能温床育苗系统在具体操作时，温度传感器实时检测植物根部附近的土壤温度信息，然后发送至主控板上，主控板根据预设目标温度及当前土壤温度控制开关，以控制电源与电热线之间的通断，继而控制电热线在每个控制周期内的工作时间占比，改变电热线在每个控制周期内的热量产出，使得土壤温度维持在预设目标温度下，实现对土壤温度的精准控制，还可根据幼苗一天不同时段的土壤温度需求灵活改变预设目标温度，大大降低幼苗因低温冻害对农民造成的损失，尤其在东北等春秋易受寒潮侵扰的地区，还可提高幼苗的存活率，促进幼苗的生长，促进农业生产的智能化及现代化。
附图说明
16.图1为本发明的原理图；
17.图2为本发明的结构示意图。
18.其中，1为温度传感器、2为土壤层、3为电热线、4为隔热层、5为主控板、6为wifi模块、7为mos场效应管、8为电源、9为导线。
具体实施方式
19.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
20.在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
21.参考图1及图2，本发明所述的精准控制土壤温度的智能温床育苗系统包括温度传感器1、土壤层2、电热线3、隔热层4、主控板5、wifi模块6、mos场效应管7、电源8及导线9；
22.土壤层2位于隔热层4上，温度传感器1位于土壤层2内，且位于土壤层2内植物根部附近，温度传感器1的输出端经导线9与主控板5相连接，电源8的输出端经mos场效应管7与电热线3相连接，电热线3位于土壤层2内，主控板5与mos场效应管7的控制端相连接，主控板5与wifi模块6相连接。
23.在工作时，将温度传感器1插于植物根部附近的土壤层2中，将土壤温度实时反馈至主控板5，主控板5根据预设目标温度及当前土壤温度利用增量式pid控制算法控制mos场效应管7，以控制电源8与电热线3之间的通断，继而以控制电热线3在每个控制周期内的工作时间占比，以改变电热线3在每个控制周期内的热量产出，实现土壤温度的精准控制。同时主控板5通过wifi模块6将当前土壤温度发送至远程终端，用户即可通过远程终端获知当前土壤温度，同时可以通过远程终端设置预设目标温度，使土壤保持在预设目标温度下，以营造最适宜幼苗生长的环境，降低冻害损失，促进种子萌发，提高育苗成功率。
24.具体的，主控板5通过控制施加于mos场效应管7的电压，以控制电源8与电热线3之间的通断，继而控制电热线3在每个控制周期内的工作时间占比，实现土壤温度的精确控制，电热线3在正常工作时可保持恒定功率。
25.温度传感器1插入根部附近，以实时反馈根部附近的土壤温度信息，从而准确可信的幼苗生长土壤温度信息。
26.实施例一
27.参考图2，先铺设隔热层4，隔热层4可用稻糠、稻草、木屑及马粪等，在隔热层4上方铺上3
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5cm厚的土壤，将电热线3等间隔均匀地铺设于土壤的上方，将电热线3接入电源8，随后铺下5
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10cm厚的土壤将电热线3掩埋并进行播种。在播种后，将温度传感器1插入靠近种子的土壤中,并通过导线9连接主控板5。主控板5连接mos场效应管7及wifi模块6，分别实现对电热线3的控制及远程数据的收发，系统开始运行后，用户只需在远程终端设定目标时间段及目标土壤温度，主控板5就能够自动在目标时间段控制电热线3工作，使土壤精确地维持在预设目标温度下。