一种家庭种植箱的低功耗控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及家庭种植箱技术领域，具体涉及一种家庭种植箱的低功耗控制系统。


背景技术：

2.家庭种植箱功能是对种植箱内的空气温度、相对湿度、光照强度等参数进行实时监测、自动调节，创造植物生长的最佳环境。
3.现有家庭种植箱耗电量大，日常使用成本高，增加了家庭开支，不适宜推广使用。
4.因此，发明一种家庭种植箱的低功耗控制系统很有必要。


技术实现要素：

5.为此，本实用新型提供一种家庭种植箱的低功耗控制系统，通过监测种植箱内的空气温度、相对湿度、光照强度等参数，动态控制家庭种植箱内电加热丝、风扇、补光灯、传输模块等硬件的工作状态，既能达到适宜植物生长的参数，又能极大地减少电量损耗，实现低功耗解决了现有家庭种植箱的不足。
6.为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
7.一种家庭种植箱的低功耗控制系统，包含家庭种植箱功能控制系统和家庭种植箱低功耗控制系统两部分。
8.所述家庭种植箱功能控制系统设有温度控制系统、光照控制系统和物联网通信系统，所述温度控制系统包括温度传感器、电加热丝和散热风扇，所述光照控制系统包括光敏元件和补光灯，所述温度控制系统用于控制家庭种植箱的温度以及动态检测家庭种植箱的温度，所述光照控制系统用于实时检测家庭种植箱的光照强度和控制家庭种植箱的光照强度，所述物联网通信系统通过传输模块以固定周期将温度、湿度、光照强度信息无线传输到阿里云服务器。
9.所述家庭种植箱的低功耗控制系统主要包含三个方面，分别为温度低功耗控制系统、光强低功耗控制系统、物联网通信低功耗控制系统。温度低功耗控制系统主要检测种植箱内外温度，按照植物生长适宜温度，动态控制电加热丝和风扇的工作状态。光强低功耗控制系统主要检测种植箱内光照强度并按照植物生长适宜光强控制补光灯的强弱。物联网通信低功耗控制系统主要控制传输模块在数据传输空闲时间进入休眠模式，有数据上报时再将传输模块从休眠模式唤醒。
10.优选的，所述光强低功耗控制系统，通过自动调节pwm占空比控制补光灯驱动电路的电压进行补光。
11.优选的，触摸按键用于设定家庭种植箱的温度和光照强度，以达到植物生长的最佳温度和光照强度。
12.优选的，所述物联网通信系统通过传输模块以固定周期将温度、湿度、光照强度等信息无线传输到阿里云服务器。
13.优选的，所述电加热丝通过控制驱动电路的pwm信号占空比来控制电加热丝的加热强度，所述散热风扇通过控制驱动电路的pwm信号占空比来控制散热效率。
14.优选的，所述物联网通信低功耗控制系统主要控制传输模块在数据传输空闲时间进入休眠模式，有数据上报时再将传输模块从休眠模式唤醒。
15.本实用新型的有益效果是：
16.1、能够通过触摸按键，设置植物生成的最佳温度、最佳光照强度、植物生长适宜温度边界等参数；
17.2、能够自动控制种植箱内的温度、光照强度温度，保证家庭种植箱能够达到植物生长的最佳温度、最佳光照强度；
18.3、既能合理控制了电加热丝和风扇的工作状态，极大减少了电加热丝和风扇的功率损耗，又能使种植箱内温度稳定在植物生长设定最佳温度；
19.4、能够通过pid控制器调节温度和光照强度，在偏离最佳温度或最佳光照强度时，能够以最快的速率达到最佳温度或最佳光照强度，节省电加热丝、风扇和补光灯引起的功率消耗；
20.5、通过rtc计时模组，可人工设置植物休眠时间，自动控制补光灯在固定时间段内停止工作，节省补光灯的功率损耗；
21.6、控制数据传输模块在数据传输空闲时间进入休眠模式，有数据上报时再将传输模块从休眠模式唤醒，来节省数据传输模块的功率损耗。
22.7、能够实时上报温度、湿度、光强等数据，用户可在阿里云平台或手机app 上实时监控温度、湿度、光照强度等信息；
23.8、通过监测种植箱内外环境参数，动态控制家庭种植箱内电加热丝、风扇、补光灯、传输模块等硬件的工作状态，既能达到适宜植物生长的空气温度、相对湿度、光照强度等参数，又能极大地减少电量损耗，实现低功耗控制。
附图说明
24.图1为本实用新型提供的线路框图；
25.图2为本实用新型提供的温度控制系统流程图；
26.图3为本实用新型提供的光照控制系统流程图；
27.图4为本实用新型提供的物联网通信控制系统流程图。
具体实施方式
28.以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
29.参照说明书附图1
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4，该实施例的一种家庭种植箱的低功耗控制系统，所述家庭种植箱的低功耗控制系统包含家庭种植箱功能控制系统和家庭种植箱低功耗控制系统两部分。
30.所述家庭种植箱功能控制系统设有温度控制系统、光照控制系统和物联网通信系统，所述温度控制系统包括温度传感器、电加热丝和散热风扇，所述光照控制系统包括光敏元件和补光灯，所述温度控制系统用于控制家庭种植箱的温度以及动态检测家庭种植箱的
温度，所述光照控制系统用于实时检测家庭种植箱的光照强度和控制家庭种植箱的光照强度，所述物联网通信系统通过传输模块以固定周期将温度、湿度、光照强度信息无线传输到阿里云服务器。
31.所述家庭种植箱的低功耗控制系统主要包含三个方面，分别为温度低功耗控制系统、光强低功耗控制系统、物联网通信低功耗控制系统。温度低功耗控制系统主要检测种植箱内外温度，按照植物生长适宜温度，动态控制电加热丝和风扇的工作状态。光强低功耗控制系统主要检测种植箱内光照强度并按照植物生长适宜光强控制补光灯的强弱。物联网通信低功耗控制系统主要控制传输模块在数据传输空闲时间进入休眠模式，有数据上报时再将传输模块从休眠模式唤醒。
32.光敏元件设置为tsl2581型号；补光灯设置为0603型号，散热风扇的型号设置为4567型号。
33.进一步地，所述光强低功耗控制系统，通过自动调节pwm占空比控制补光灯驱动电路的电压进行补光。
34.进一步地，所述光强低功耗控制系统，通过rtc计时模组，可人工设置植物休眠时间，自动控制补光灯在固定时间段内停止工作，节省补光灯的功率损耗。
35.进一步地，所述物联网通信低功耗控制系统通过控制传输模块在数据传输空闲时间进入休眠模式，有数据上报时再将传输模块从休眠模式唤醒，来节省数据传输模块的功率损耗。
36.进一步地，触摸按键用于设定家庭种植箱的温度和光照强度，以达到植物生长的最佳温度和光照强度。
37.进一步地，所述物联网通信系统通过传输模块以固定周期将温度、湿度、光照强度等信息无线传输到阿里云服务器；使用户可在阿里云平台或手机app 上实时监控温度、湿度和光照强度信息。
38.进一步地，所述电加热丝通过控制驱动电路的pwm信号占空比来控制电加热丝的加热强度，所述散热风扇通过控制驱动电路的pwm信号占空比来控制散热效率。
39.实施场景具体为：
40.电加热丝通过控制驱动电路的pwm信号占空比来控制电加热丝的加热强度，散热风扇通过控制驱动电路的pwm信号占空比来控制散热效率；植物生长设定最佳温度记为tg，植物生长适宜温度范围上限记为th，种植箱内温度传感器测得实时温度记为tc，种植箱外温度传感器测得实时温度记为tw；
41.由于电加热丝的加热方式加热惯性不明显，如果加热情况下温度达到tg即关闭电加热丝，当向外部低温环境传导散热时，会造成tc立刻降低，使得tc 一直低于tg，其稳态值一直无法达到tg；为此引入升温停止阈值，记为ta，箱内温度达到ta时再关闭电加热丝；
42.温度低功耗控制采用如下分段控制策略：
43.1、当tc<ta时，电加热丝工作，pid控制器自动调节pwm占空比控制电加热丝驱动电路的电压，进而控制电加热丝的加热强度，风扇保持关闭；
44.2、当ta<tc<th时，电加热丝关闭，风扇关闭，利用热传导向箱外散热使得种植箱内温度自动降低到tg；
45.3、当tc>th时，电加热丝关闭，风扇开启工作，pid控制器自动调节 pwm占空比控制
风扇驱动电路的电压，进而控制风扇的散热强度；
46.其中，ta＝k*(tg
‑
tw) tg，k为比例系数；
47.上述策略既能保证箱内温度的稳态控制，又能较大程度上降低电加热丝和风扇的工作能耗。
48.光照控制系统监测到种植箱内的光照强度低于植物生长设定最佳光照强度时，将监测到的光照强度信号传递给pid控制器，通过调节pwm占空比控制补光灯驱动电路的电压进行补光，使箱内保持在植物生长最佳光照强度状态，上述动态补光机制极大减少了补光灯的功率损耗；此外光照控制系统包含rtc计时模组，可人工设置植物休眠时间，自动控制补光灯在固定时间段内停止工作，节省功率损耗。
49.物联网通信系统通过自动切换控制传输模块的休眠与唤醒实现，利用rtc 的定时中断功能周期性控制物联网通信模块的休眠与唤醒，当rtc定时中断触发时把传输模块从休眠模式唤醒进行数据发送，当数据发送完毕时立即将传输模块切换为休眠模式，休眠模式下电流很小，极大地节省功耗。
50.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案对本实用新型加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本实用新型的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本实用新型要求保护的范围。