智能立体种植园设计与研究

沈陆洋 徐丹

摘 要：基于对阳台种植园的深入研究，研制出“智能立体种植园”模型。此款智能种植园内置智能光照系统和智能驱鸟器。智能光照系统在垂直空间上进行了拓展，并利用智能控制照明电路系统实现对各种植区的补光，使植物达到最佳的生长状态。此文详细介绍了此款智能立体种植园地设计与制作。

关键词：智能补光；超声波传感器；环保；自动化控制

我国国土面积居世界第三，但是人口却居世界第一，导致我们人均耕地面积不足世界人均耕地面积地三分之一。加上我国山地多，土地资源分布不平衡等种种原因导致耕地面积越来越紧缺。此款智能立体种植园通过垂直空间的拓展实现种植空间的最大利用，考虑到多层设计会导致植物生长过程中光照不足，设计了智能光照系统。智能光照系统利用太阳能蓄电系统自然储存能量，并将其转化为电能，借助智能控制系统对植物进行人工补光。

智能光照系统

1 功能简介

“智能光照系统”通过并联电路的特点，借助数字逻辑电路将各路支路串联在控制电路上，并利用数个开关分别控制每一支路，从而达到可监控并且控制灯泡开关的目的。即解决了各层植物生长过程中关照不足的问题。

2 “智能光照系统”的主要结构（图1、图2）

3 “智能光照系统”的物理原理

智能光照系统借助arduino和数字逻辑器来完成控制。其中开关内部为二进位加法器电路和移位寄存器。当未按下按钮时其二进位加法器各位部分显示为“0”，表示灯暗；当按下按钮时，其相应加“1”，表示灯亮；再次按下时，内部表示为“2”，又因为在二进制中“2”表示为“10”，而系统设定只显示个位则又表示为“0”此时灯暗。如此反复个位的数字量寄存在移位寄存器中，对外展示为高低电平的变化，输出通过arduino来控制灯的灭和亮。

4 “智能光照系统”的制作方法

第一部分：电源接入系统。利用太阳能蓄电池通过变压器转变为电压为220v、50hz的交流电。在接入的干路上安装防过载装置和变压器，防止电路过载和引出控制电路的供电。再将各支路并联接入干路中，再将智能控制開关的总控制开关与各支路开关连接，方便利用总开关进行控制。

第二部分：并联支路上安装寄存器和加法器。相应的开关和用电设备。通过读取寄存器上的值来判断用电设备的值。利用mos管来控制灯的暗灭（实际大功率电器用继电器控制）。

第三部分：连接支路用电设备和控制器以及用接入干路，调试设备至可准确控制灯的亮暗。

第四部分：调试总控开关防止，将主控面板上显示的各个支路与实际支路相对应。

第五部分：美化及装饰。

5 “智能光照系统”的使用说明

在未按按钮之前，开关对个种植园电路并无多大影响，只需在离开时观察主控面板上各个电路的情况，根据实际情况方便快捷地对各个电路进行断开，以达到节约资源的目的。

参考文献：

[1]程晨.Arduino开发实战指南.机械工业出版社，2012.

[2]杨芳春.电机传动》.高等教育出版社，1995.

[3]谢作敏，等.智能窗的设计与研究.科技资讯，2010.

作者简介：沈陆洋（2002-），男，浙江湖州人，湖州中学学生。

指导老师：徐丹，男，湖州中学教师。