一种基于太阳能的土壤增温自动控制装置

1.本发明涉及自动控制技术领域，具体为一种基于太阳能的土壤增温自动控制装置。


背景技术：

2.温度是影响植被生长期变化的最主要驱动因子之一，野外自然条件下的陆地生态系统增温实验是研究全球变暖与陆地生态系统关系的主要方法之一；然而，在一些偏远没有电力的地区，温室和开顶箱仅能实现被动增温；由于这种被动增温装置温度升高的幅度不能很好地控制，且较为封闭，影响小气候(光照、风速、湿度和雨雪等)环境，这些环境因子可能存在复杂的相互作用，无法真实地模拟气候变暖对植被的影响；因此，被动增温装置增温效果不稳定，无法很好地模拟全球变暖效应；目前，亟需一种稳定的增温装置来增加我们关于陆地生态系统对全球变暖的响应和适应机制的理解，以解决稳定增温的难题，满足科学研究的实际需求。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种基于太阳能的土壤增温自动控制装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于太阳能的土壤增温自动控制装置，包括基座，所述基座的上表面固定连接有t形支撑杆，t形支撑杆上安装有h形框架，h形框架上固定连接有太阳能电池板，t形支撑杆上固定连接有固定架，固定架的上表面固定连接有配电箱，配电箱的内壁上固定连接有太阳能充电控制器，太阳能充电控制器的输入端电性连接有第一导线，且第一导线的另一端电性连接于太阳能电池板的输出端。
5.优选的，所述t形支撑杆上安装有抱箍，且h形框架通过抱箍固定连接于t形支撑杆上。
6.优选的，所述基座的一侧设置有地埋箱，地埋箱的内部安装有蓄电池，蓄电池的上表面设置有第一接线端子和第二接线端子，太阳能充电控制器的输出端电性连接有第二导线和第三导线，且第二导线的另一端电性连接于第一接线端子，第三导线的另一端电性连接于第二接线端子。
7.优选的，所述太阳能充电控制器的一侧电性连接有温度控制器，温度控制器的输出端电性连接有第四导线，第四导线的另一端电性连接有第一探头。
8.优选的，所述温度控制器的输出端电性连接有第五导线，第五导线的另一端电性连接有第二探头。
9.优选的，所述温度控制器的输出端电性连接有第六导线，第六导线的另一端电性连接有电热线。
10.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过太阳能电池板为蓄电池充能，再由蓄电池为电热线供电，结构简单，无需外接电源，有效解决偏远地区没有电力的难题，
本发明通过探头监测温度，由温度控制器进行温度调控，实现自动控制太阳能对电热线加热的功能，实现了陆地生态系统稳定增温的要求。
附图说明
11.图1为本发明的整体立体结构示意图；
12.图2为图1中a区域的结构放大图；
13.图3为本发明的温度控制器调控原理图；
14.图4为太阳能土壤增温装置地下5cm和15cm土壤日平均温度对比对照组的效果图；
15.注：图4中红色点线为增温处理，黑色点线为对照处理；
16.图中：1、基座；10、t形支撑杆；11、固定架；12、抱箍；13、h形框架；2、配电箱；20、太阳能充电控制器；200、第一导线；201、第二导线；202、第三导线；21、温度控制器；210、第四导线；211、第五导线；212、第六导线；3、太阳能电池板；4、地埋箱；40、蓄电池；400、第一接线端子；401、第二接线端子；5、第一探头；6、第二探头；7、电热线。
具体实施方式
17.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实施例，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。
18.请参阅图1-4，本发明提供的一种实施例：一种基于太阳能的土壤增温自动控制装置，包括基座1，基座1的上表面固定连接有t形支撑杆10，t形支撑杆10上安装有h形框架13，h形框架13上固定连接有太阳能电池板3，t形支撑杆10上固定连接有固定架11，固定架11的上表面固定连接有配电箱2，配电箱2的内壁上固定连接有太阳能充电控制器20，太阳能充电控制器20的输入端电性连接有第一导线200，且第一导线200的另一端电性连接于太阳能电池板3的输出端；t形支撑杆10上安装有抱箍12，且h形框架13通过抱箍12固定连接于t形支撑杆10上；基座1的一侧设置有地埋箱4，地埋箱4的内部安装有蓄电池40，蓄电池40的上表面设置有第一接线端子400和第二接线端子401，太阳能充电控制器20的输出端电性连接有第二导线201和第三导线202，且第二导线201的另一端电性连接于第一接线端子400，第三导线202的另一端电性连接于第二接线端子401；太阳能充电控制器20的一侧电性连接有温度控制器21，温度控制器21的输出端电性连接有第四导线210，第四导线210的另一端电性连接有第一探头5；温度控制器21的输出端电性连接有第五导线211，第五导线211的另一端电性连接有第二探头6；温度控制器21的输出端电性连接有第六导线212，第六导线212的另一端电性连接有电热线7。
19.工作原理：根据实验要求，将装置安置于待研究区域，装置中的t形支撑杆10嵌入基座1中，太阳能电池板3正负极接入第一导线200，太阳能电池板3固定于h形框架13上，同时将抱箍12设置在h形框架13上，然后利用抱箍12对太阳能电池板3进行角度调整并固定在t形支撑杆10上；将配电箱2固定在固定架11上，将蓄电池40放入地埋箱4中，将第二导线201和第三导线202从地埋箱4的穿线孔穿出，用配套的紧固件收紧，连接上太阳能充电控制器20；将装有蓄电池40的地埋箱4密封后直接埋在地下；根据已设定的增温样地，在样地两侧
挖沟槽，在沟槽中将电热线7埋入到土壤中，平行布设，电热线7水平间距为20cm，根据野外的实际需求可进行适当的调整，尽量减少对植物根系和土壤微生物的扰动，电热线7布设完成后，将电热线7通过第六导线212与温度控制器21相连接，将第一探头5通过第四导线210连接到温度控制器21，将第二探头6通过第五导线211连接到温度控制器21，将两个探头分别埋设在增温和对照样地土壤中；装置安装完毕后，先关闭配电箱2里的所有开关，保证安装人员的人身安全，太阳能充电控制器20先连接蓄电池40的第一接线端子400和第二接线端子401，等太阳能充电控制器20完成识别过程(即显示屏显示出蓄电池40的电量后)，再连接太阳能电池板3的接线端子，闭合太阳能电池板3的开关，待显示器屏显示出电池板图标后，在断开电热线7开关的情况下，蓄电池40通过控制开关连接电热线7，闭合电热线7的开关，显示屏显示电热线7的图标，即完成增温装置的安装；其中，太阳能电池板3采用三十六片单晶硅太阳能电池片进行串联，形成12v输出组件，并根据当地的太阳能辐射参数和负载特性，确定太阳能电池方阵的输出功率，保证太阳能电池板3输出功率充足，依据所设计装置负载电压和负载加热电流要求，确定太阳能电池方阵串并联的组件数量；太阳能充电控制器20是由专用处理器cpu、电子元器件和显示器等组成，太阳能充电控制器20控制太阳能电池板3对蓄电池40充电，以及蓄电池40给电热线7供电，具有低压断开、负载短路保护、过流保护、电池反向连接保护，蓄电池40向太阳能电池板3方向放电保护；蓄电池40将太阳能电池板3输出的电能储存起来，为电热线7供电；电热线7采用七芯铜绞线，绝缘材料用改性聚丙烯，护套材料采用聚氯乙烯；温度控制器21采用热敏电阻将温度信号转换成阻值信号，对外部电热线7通过加热电路进行控制，从而自动调节温度，温度控制器21通过第一探头5和第二探头6监测土壤的温度，以监测的温度信号控制电热线7的开关，将土壤温度控制在一定的范围之内，即当增温和对照温差≥2℃(可根据实际需求调整)，温度控制器21断开电热线7的接触器，土壤停止加热；当增温土壤温度回落，增温和对照温差≤1℃，温度控制器21闭合电热线7的接触器，土壤重新加热，如此循环，实现了土壤增温自动控制的功能。
20.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。