智能立體種植園設計與研究

沈陸洋 徐丹

摘 要：基于對陽臺種植園的深入研究，研制出“智能立體種植園”模型。此款智能種植園內置智能光照系統和智能驅鳥器。智能光照系統在垂直空間上進行了拓展，并利用智能控制照明電路系統實現對各種植區的補光，使植物達到最佳的生長狀態。此文詳細介紹了此款智能立體種植園地設計與制作。

關鍵詞：智能補光；超聲波傳感器；環保；自動化控制

我國國土面積居世界第三，但是人口卻居世界第一，導致我們人均耕地面積不足世界人均耕地面積地三分之一。加上我國山地多，土地資源分布不平衡等種種原因導致耕地面積越來越緊缺。此款智能立體種植園通過垂直空間的拓展實現種植空間的最大利用，考慮到多層設計會導致植物生長過程中光照不足，設計了智能光照系統。智能光照系統利用太陽能蓄電系統自然儲存能量，并將其轉化為電能，借助智能控制系統對植物進行人工補光。

智能光照系統

1 功能簡介

“智能光照系統”通過并聯電路的特點，借助數字邏輯電路將各路支路串聯在控制電路上，并利用數個開關分別控制每一支路，從而達到可監控并且控制燈泡開關的目的。即解決了各層植物生長過程中關照不足的問題。

2 “智能光照系統”的主要結構（圖1、圖2）

3 “智能光照系統”的物理原理

智能光照系統借助arduino和數字邏輯器來完成控制。其中開關內部為二進位加法器電路和移位寄存器。當未按下按鈕時其二進位加法器各位部分顯示為“0”，表示燈暗；當按下按鈕時，其相應加“1”，表示燈亮；再次按下時，內部表示為“2”，又因為在二進制中“2”表示為“10”，而系統設定只顯示個位則又表示為“0”此時燈暗。如此反復個位的數字量寄存在移位寄存器中，對外展示為高低電平的變化，輸出通過arduino來控制燈的滅和亮。

4 “智能光照系統”的制作方法

第一部分：電源接入系統。利用太陽能蓄電池通過變壓器轉變為電壓為220v、50hz的交流電。在接入的干路上安裝防過載裝置和變壓器，防止電路過載和引出控制電路的供電。再將各支路并聯接入干路中，再將智能控制開關的總控制開關與各支路開關連接，方便利用總開關進行控制。

第二部分：并聯支路上安裝寄存器和加法器。相應的開關和用電設備。通過讀取寄存器上的值來判斷用電設備的值。利用mos管來控制燈的暗滅（實際大功率電器用繼電器控制）。

第三部分：連接支路用電設備和控制器以及用接入干路，調試設備至可準確控制燈的亮暗。

第四部分：調試總控開關防止，將主控面板上顯示的各個支路與實際支路相對應。

第五部分：美化及裝飾。

5 “智能光照系統”的使用說明

在未按按鈕之前，開關對個種植園電路并無多大影響，只需在離開時觀察主控面板上各個電路的情況，根據實際情況方便快捷地對各個電路進行斷開，以達到節約資源的目的。

參考文獻：

[1]程晨.Arduino開發實戰指南.機械工業出版社，2012.

[2]楊芳春.電機傳動》.高等教育出版社，1995.

[3]謝作敏，等.智能窗的設計與研究.科技資訊，2010.

作者簡介：沈陸洋（2002-），男，浙江湖州人，湖州中學學生。

指導老師：徐丹，男，湖州中學教師。