Способ управления облучением растений в теплице и устройство для его осуществления

(ч)5 А 01 О 9/26 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОЬРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ 4 НОЕ ОбЬЕДИНЕНИа Э.В, Феоачен ство СССР02, 1981. 1(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ОБЛУЧЕНИЕМ РАСТЕНИЙ В ТЕПЛИЦЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Использование: повышает качество рассады, выращиваемой в теплице, за счет оптимизации режима облучения растений. Сущность изобретения: измеряют уровень освещенности в теплице датчиком (преобразователь освещеиость - частота импульсов) 9 в режиме "День", заданном по времени таймером 1, Осуществляют автоматическое управление уровнем освещенности посредством искусственных источников видимого света, подключаемых первым исполнительным механизмом 11. Одновременно в течение суток измеряют значение температуры воздуха в теплице датчиком 12 температуры, сравнива 1 от.зто значение с заданным задатчиком 24 температуры и в случае превышения им заданного значения дополнительно облучают растения посред. ством источников ультрафиолетового излучения, подключаемых вторым исполнительным механизмом 16, Кроме того, источники ультрафиолетового излучения вкглочают в режиме "Ночь" при снижении температуры создуха в теплице ниже заданного значения, 2 с,п, ф-лы, 2 ил,Изобретение относится к сельскому хозлйстоу, в частности к устройствам, обеспечивающим автоматическое поддержание о теплицах и парциках задаццого микроклимата,Цель изобретецил - оптимизацил режима облученил растений.На фиг.1 представлена фукциоцальная схема устройства, реализующего способ; на фиг.2 - временная диаграмма работы устройства,Устройство содержит таймер 1, предназначен от длл заданил момецта - начаЛа длительности режима дця, а также для подачи тактовых и упраоллющих импульсов, к первому выходу которого подключена последовательная цепь логических элементов.первого элемента И 2,.реверсивного счетчика 3, второго элемента И 4 и первого инвертора 5, причем выход первого инвертора 5 подкл очец к второму входу первого элемента И 2. Третий выход таймера 1 подсоединен к входам второго ицвентора 6 и первого формирователя 7 импульсов, предназначенного длл формирования коротких импульсов по переднему фронту входных импульсоо, а также к второму входу третьего элемец,а И 8, Выход третьего элемента И 8 подключен к второму входу реверсивного счетчика 3, а первый вход третьего элемент та И 8 подключен к выходу функционального преобразователя 9 освещенность - частота импульсов, Выход первого формирователя 7 импульсов подключен к третьему входу входу общего сброса) реверсивного счетчика 3, К второму выходу таймера 1 подключена последооательцая цепь из четвертого элемента И 10 и первого исполнительного механизма 1" предназначенного для включения и выключения основных ламп, К выходу датчика 12 температуры.предназначенного для измерения температуры воздуха о теплице, подсоединена последооательцал цепь следующих элементов: элемента 13 сравнения, предназначенного длл определения отклонения фактической температуры воздуха в теплице от заданного значения, порогового уст.ройства 14, предназначенного длл выдачи логического сигнала о превышении температурой предельно допустимого уровня, . элемента ИЛИ 15 и второго исполнительного механизма 16,. предназначенного для включения и выключения ультрафиолетооых облучателей. Первые и оторые оходы пятого элемента И 17 и второго формирогателя 18 импульсоо, предназначенного длл фоомировэнил короткого импульса при определенном сочетании входных импульсов,3 э подключены соответственно к выходам второго элемента И 4 и второго иноертора б.8-вход и Я-вход первого БЗ-триггера 19подключены соответственно к выходам пя 5 того элемента И 17 и второго формирователя 18 импульсов. Инверсный выход пероогоВЯ-триггера 19 через третий формирооатель20 импульсов, предназначенцый для формирооанил короткого импульса по. заднему10 фронту входного логического сигнала, под,ключен к Я-входу второго ВЗ-триггера 21,й-вход которого свлзац с выходом третьего/.формирователя 20 импульсов через схему22 временной задержки, предназначенную15 для задержки импульсного сигнала ца заданный временной интервал, равный минимально допустимой паузе междуотключением и повторным включениемламп, которая предусмотрена техцическигли20 условиями на лампы, Прямые выходы первого и второго БЯ-триггера 19 и 21 подключены соответственно к первому и второмувходам шестого элемента И 23, выход которого подключен к второму входу элемента25 ИЛИ 15. Второй и третий входы четвертогоэлемента И 10 подключены соответстоеццок прямому выходу первого ВЯ-триггера 19 иинверсному выходу второго ЯЯ-триггера 21.К втсрому оыходу таймера 1 подключен так 30 же вход задатчика 24 температуры, которыйпредназначен длл заданил значений температуры воздуха о теплйце, оптимальных дллрежимоо "День" и "Ночь", и выходкоторогоподключен к второму входу элемента 1335 сравнения. Все логические элементы типаИ, ИЛИ, НЕ, ЯЯ-триггеры и реверсионыйсчетчик могут быть реализованы на базе,соответствующей микросхемам серии К 155.Функциональный преобразователь осое 40 щецность - частота импульсов может бытьреализован в виде управляемого ЯС-генератора на операционных усилитолях серииКУТ 401(А,Б) КУТ 402 А.Б), 1 УТ 531(А,Б), содержащих в управляющей цепи фотосопро 45 тиоление, например, типа ОСК.В качестве датчика температуры можетбыть использован термопреобразооательтипа ТСМ-01,Задатчики могут быть реализованы в ои 50 де переклю гаемых перемен алых рсгистроо.Злемецт сравнения и порсгооое устройствомогут быть реализованы ца операционныху илителлх КУТ 401(А,Б), КУТ 402(А,Б), 1 УТ531 А,Б)Таймер может реализооыоатьсл на55 элементах интегральной электроники серииК 155. Формирователи импульсоо могутбыть реализованы ца операционных усилителях - КУТ 401 А,Б), 1 УТ 531 А,Б), КУТ402(А,Б) с соответствующими оыпрлмительн ыми и диффеэен цирующими цепочками.Схема временной задержки может бытьвыполнена на цифровых интегральных элементах по схеме пересче гн ых декад.Исполнительные механизмы могут бытьреализованы в виде магнитных пускателей, например, типа ПМЕ.Устройство реализует способ следующим образом (его работа поясняется временными диаграммами сигналов, приведенными на фиг.2).С момента начала. режима День (11 нафиг.2) с второго выхода таймера 1 появляется единичный сигнал (И 2 на фиг.2), который задает длительность этого режима, Одновременно с первого выхода таймера 1 на первый вход элемента И 2 начинает поступать последовательность тактовых импульсов (И 1 на фиг.2), причем их частота соответствует заданной освещенности в масштабе функционального преобразователя 9 освещенность - частота импульсов, выходный импульсный сигнал которого имеет частоту, определяемую измеренной освещенностью и поступает на первый вход третьего 8 элемента И, начало и конец последовательности тактовых импульсов (11 и 12 на фиг,2) определяются импульсом, кото-, рый подается с второго выхода таймера 1 и который задает нацало и длительность режима дня (И 2 на фиг.2). А с третьего выхода таймера 1 поступает последовательность импульсов единичной скважности (с периодом, например, одна минута), управляющая работой реверсивного счетчика 3 (Из на фиг,2), Для этого управляющие импульсы с третьего выхода таймера 1 напрямую поступают на второй вход третьего элемента И 8; открывая его как ключ в первый полупериод для передачи сигнала с выхода функцио-.нального преобразователя 9 освещенность - частота импульсов на второй (плюсовой) вход реверсивного счетчика 3, и эти же импульсы через второй инвертор б поступают на третий вход первого элемента И 2 (И 4 нафиг,2). позволяя ему как ключу открыватьсяв тецение второго полупериода. По переднему фронту управляющих ммпульсов, по. ступающих с третьего выхода таймера 1,первый формирователь 7 импульсов формирует короткий импульс, поступающий на третий вход общего сброса реверсивного сцетчика 3 и обнуляющий его. Поэтому в течение первого полупериода реверсивный сцетчик 3 суммирует импульсы, поступающие через открытый. третий элемент И 8 с выхода функционального преобразователя 9 освещенность - частота имульсов. Во второй полупериод третий элемент И 8 как .ключ закрывается, ибо на втором его входе сигнал обнуляется, А поскольку суммарный55 соответствующем и последующих циклах работы реверсивногр счетчика 3 обнуление будет происходить до окончания интервала спись 1 вания его показаний (Иб на фиг.2), Со 10 1520253035 40 сигнал реверсивного счетчика 3 уже отличен от нуля, то через его инверсные выходы навходы второго элемента И 4 будут поступать и нулевые сигналы и, следовательно, на выходе второго элемента И 4 в начале второгополупериода обязательно будет нуль, а на выходе первого инвертора 5 в . единица, Врезультате первый элемент И 2 как ключ в начале второго полупериода оказываетсяоткрытым для пропускания последовательности тактовых импульсов с первого выхода таймера 1 на первцй (минусовой) вход реверсивного счетчика 3 и начинается процесс вычитания из суммарных показаний в его регистре тактовых импульсов,Если в режиме "День" естественная освещенность превышает минимально допустимый заданный уровень (Е(1) на интервале11-1 з фиг,2), определяемый частотой такто вых импульсов с первого выхода таймера 1то в течение второго полупериода обнуления реверсивного счетчика 3 произойти не может. Поэтому с выхода второго элемента И 4 на первый вход пятого элемента И 17только в начале первого полупериода поступают короткие импульсы, возникающие в момент начального обнуления реверсивного счетчика 3 (И, на фиг,2), Но поскольку ключевой элемент И 17 открывается только во второй полупериод сигналом второго инвертара б, то при большой освещенности на его выходе будет нуль и, следовательно,первый ВЯ-триггер 19 и управляемый от него второй ВЯ-триггер 21 будут в .исходномсостоянии, когда у них на прямых выходахбудут нулевые сигналы. Нулевой сигнал первого КЯ-триггера 19 поступает на вход четвертого элемента И 10, закрывает его, препятствуя при большой освещенности подаче на первый исполнительный механизм 11 команды на включение основных ламп, При этом отсутствие во втором полупериоде импульсного сигнала на выходе второго элемента И 4 прлведет к тому, что второй формирователь 18 ймпульсов будетформировать по заднему фронту выходныхимпульсов второго инвертора б короткиеимпульсы (И 9 на фиг,2). которые, поступая .на Я-вход первого ЯЯ-триггера 19, в описываемой ситуации, т.е, при большой освещенности, не могут изменить состояние последнего,Если в течение режима "День" в какойто момент естественная освещенностьснизится до предельно допустимого уровня (момент з на фиг.2) и станет ниже, то вответственно в каждый момент такого обну- тельного механизма 11 снимается команда ления (например, в ц на фиг,2) на выходе на включение, и основные лампы выключа второго элемента И 4 сигнал будет стано- ются,виться единичным (И 7 на фиг.2) и оставать- В момент выключения основных ламп ся таковым до окончания второго 5 одновременно с обнулением сигнала на полупериода, после которого начинается прямом выходе первого ВЯ-триггера 19 сигновыйинтервалсуммирован на реверсив- нал на его инверсном выходе становится ном счетчике 3. Этот сигнал, во.первых, по- единичным (И 11 на фиг.2). Это изменение ступая на первый инвертор 5, обнуляет преобразуется третьимформирователем 20 выходной сигнал последнего, что вызывает 10 импульсов в короткий импульс (И 12 на закрытие первого элемента И 2 для пропу- фиг.2), поступающий на-Я-вход второго ВЯ- скания тактовых импульсов на первый(ми- триггера 21 и меняющий состояние этого нусовой) вход реверсивного счетчика 3 и блока, Этот же импульс с выхода третьего прекращает процесс вычитания и измене- формирователя 20 импульсов поступает и ния выходного сигнала реверсивного счет на вход схемы 22 временной задержки, по- чика 3 после его обнуления и до начала являясь на его выходе (И 1 з в момент 17 на следующего цикла работы, во-вторых, пер- фиг, 2) с определеннымвременнымсдвигом.вый такой широкий импульс с выходавторо- Поступление этого импульса на В-вход втого элемента И 4, поступая на первый вход рого ВЯ-триггера 21 вновь переводит его в пятого элемента И 17 синхронно с выход исходное состояние, при котором на его инным импульсом второго инвертора 6, изме-. версном выходе сигнал равен единице.нит с нуля на единицу, выходной сигнал Такимобразом,втечениеопределеннопятого элемента И 17 (Из на фиг.2), который, го периода (длительность которого опредепоступая, в свою очередь, на Я-вход первого ляется настройкой схемы 22 временной ВЯ-триггера 19, изменитего состояние., 25 задержки) после выключения ламп сигналТаким ббразом, соответствующее изме- на инверсном выходе второго ВЯ-триггеранение на прямом выходе первого ВЯ-тригге равен нулю,(И 15 на фиг.2)в результате ра 19 с нуля на единицу (И 1 о на фиг,2) чегочетвертыйэлементИ 10 оказываетсяна приведетктакомужеизменениювыходного это время закрытым для прохождения косигнала четвертого элемента И 10 (И 16 на 30 манд на включение основных ламп с прямофиг,2). т.е. к подаче на вход первого испол- го выхода первого В,-триггера 19, Этим нительного механизма 11 команды на вклю-обеспечивается минимально необходимая чение основных ламп, При этом ипульсные пауза между выключением и повторным сигналы с выхода второго элемента И 4, включением основных ламп. Поэтому, если .поступающие на первый вход второго фор естественная освещенность после увеличемирователя 18 импульсов синхронно с посту- ния быстро снизится до предельного уровня пающими на его второй вход импульсами с (тв на фиг.2) и во втором полупериоде очевыхода второго инвертора 6, закрывают вто- редного цикла работы реверсивного счетчирой формиро атель 18 импульсов, предотв- . ка 3 появится при его обнулении (в момент ращая подачу его выходных сигналов на 40 т 9 нафиг.2) на выходе второго элемента И 4 В-вход первого ВЯ-триггера 19. импульс, это, как было показано ранее, выЕсли в течение режима "День" естест- зовет появление единичного сигнала навенная освещенность вновь превысит за- прямом выходе первого ВЯ-триггера 19(И 1 о данный уровень (момента на фиг.2),чего в на фиг.2), но это при нулевом сигнале на очередной цикл работы реверсивного счет третьем входе четвертого элемента И 10 уже чика 3 обнуления во втором полупериоде не вызовет появления команды на включеопять не будет, первый короткий импульс ние первого исполнительного механизма начального обнуления.(общего сброса) ре, Эта команда появится позднее (момент версивного счетчика 3, появившийся на вы- у на фиг.2), когда закончится время задерходе второго элемента И 4 (И 7 в момент Ь 50 жки, вводимое схемой 22 временной задернафиг,2), вызоветпоявлениесоответствую- " жки, и второй ВЯ-триггер 21 вернется в щего импульса на выходе второго формиро- исходное состояние с единичным сигналом вателя 18 импульсов ( И 9 на фиг, 2 ), на инверсном выходе, который открывает который, поступая на В-вход первого ВЯ- . четвертый элемент И 10 для пропускания триггера 19, меняет его состояние: Следова команды на включение.тельно, сигнал на прямом выходе первого В момент окончания режима "День" (12 ВЯ-триггера 19 в этот момент обнуляется на фиг.2 прекращается подача тактовых и (И 1 о на фиг,2), в результате чего обнуляетсяуправляющих импульсов с первого и треть- выходной сигнал четвертого элемента И 10 его выходов таймера 1, а также обнуляется (И 16 на фиг,2), т,е, с входа первогоисполни- сигнал на втором его выходе(И 1, Из, И 2 на1748735 510 15 20 30 35 40 45 50 55 фиг,2), который поступает на четвертый элемент И 10. В результате этот ключевой элемент И 10 оказывается закрытым в течение всего режима "Ночь" и, следовательно, в этом режиме подача команды на включение основных ламп на входе первого исполнительного механизма 11 (если она была) прекращается и в дальнейшем невозможна до начала режима "День",Если в режиме "День" температура воздуха в теплице близка к заданной или значительно ниже ее, то будет равен нулю выходной сигнал порогового устройства 14, на вход которого поступает сигнал разности между фактической и заданной температурой, определяемый элементом 13 сравнения по показаниям датчика 12 температуры и задатчика 24 температуры. Соответственно, при нулевом выходном сигнале шестого элемента И 23 будет нулевым и выходной сигнал элемента ИЛИ 15, т,е. на входе второго исполнительного механизма 16 будетотсутствовать команда на включение ультрафиолетовых облучателей. Если температура воздуха в теплице в какой-то момент (11 о на фиг,2) превысит предельно допустимое значение, то выходной сигнал порогового устройства 14 становится единичным (Ип на фиг,2), а следовательно, станет равным единице выходной сигнал элемента ИЛИ 15 (И 9 на фиг:2). т.е произойдет подача на вход второго исполнительного механизма 16 команды на включение ультрафиолетовых облучателей, Если затем температура опустится ниже указанного уровня (1 и на фиг.2), то выходной сигнал порогового устройства 14 обнулится и, следовательно, подача команды на включе-. ние ультрафиолетовых облучателей с выхода элемента ИЛИ 15 на вход второго исполнительного механизма 16 прекратится (ультрафиолетовые облучатели выключаются). Аналогичным образом при повышении и понижении температуры воздухабудет происходить включение и отключение ультрафиолетовых облучателей как в режиме "Ночь", так и в режиме "День", причем независимо от того. включены или от.- ключены основные лампы. В частности, такое включение ультрафиолетовых облучателей обязательно будет происходить в момент начала режима "Ночь", когда обнуление сигнала, поступающего с второго выхода таймера 1 на вход задатчика 24 температуры, вызывает на входе последнего скачкообразное уменьшение заданной температуры. Ультрафиолетовые облучатели будут включены на всем интервале охлаждения теплицы до нового заданного значения температуры (И 1 о на интервале т 2-ц 2 фиг,2). Если в режиме "День" после отключения основных ламп необходимость их повторного включения возникает раньше, чем окончится минимально необходимая пауза, задаваемая схемой 22 временной задержки (19 на фиг.2), то в этой ситуации, как было показано выше, на прямых выходах первого и второго ВЯ-триггеров 19 и 21 сигналы будут равны единице. Следовательно, в этом случае будет единичным и выходной сигнал шестого элемента И 23, который через элемент ИЛИ 15 попадает.на вход второго исполнительного механизма 16, вызывая включение ультрафиолетовых облучателей. По окончании времени задержки состояние второго ВЯ-триггера 21 меняется, что приведет (в момент т 7) к одновременному включению основных ламп и отключению ультрафиолетовйх облучателей(И 6 и Ия на фиг.2),Формула изобретения 1, Способ управления облучением растений в теплице, включающий задание вре менной программой режима День",задание необходимого уровня освещенности в видимом диапазоне в режиме "День", измерение текущего уровня освещенности в видимом диапазоне, сравнение его с заданным и регулирование уровня освещенности в видимом диапазоне до равенства текущего и заданного уровней освещенности в режиме "День", о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью оптимизации режима облучения растений, задают температуру воздуха в теплице, измеряют текущее значение температуры, сравнивают его с заданным и в случае превышения текущего значения температуры относительно заданного в режимах "День" и "Ночь" облучают растения излучением в ультрафиолетовом диапазоне.2, Устройство управления облучениемрастений в теплице, содержащее соединенные последовательно таймер, первый элемент И, реверсивный счетчик, второй элемент И и первый инвертор, выход которого связан с вторым входом первого элемента И, при этом функциональный преобразователь освещенность - частота импульсов через третий элемент И подключен к второму входу реверсивного счетчика, второй выход таймера посредством четвертого элемента И связан с первым исполнительным механизмом, а третий выход таймера подключен к третьему входу первогоэлемента И через второй инвертор и к второму входу третьего элемента И непосредственно. отл ич а ю щ ее с я тем, что, с целью оптимизации режима. облучения растений, оно снабжено датчиком и задатУ чиком температуры, элементом сравнения, пороговой схемой, пятым и шестым элементами И. элементом ИЛИ, вторым исполнительным механизмом, двумя ВЯ-триггерами, тремя формирователями импульсов и схемой временной задержки, при этом выходы датчика и задатчика температуры посредством включенных последовательно элемента сравнения, пороговой схемы и элемента ИЛИ подключены к входу второго исполнительного механизма, вход задатчика температуры связан с вторым выходом таймера, а второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом шестого элемента И, первый и второй входы которого связаны с прямыми выходами первого и второго ВЯ- триггеров, причем прямой выход первого ВЯ-триггера подключен к второму входучетвертого элемента И, третий вход которого соединен с инверсным выходом второго ВЯ- триггера, кроме того, выход второго элемента И связан с первыми входами пятого 5 элемента И и второго формирователя импульсов, выходы которых соединены соответственно с Я- и В-входами первого ВЯ-триггера, к инверсному выходу которого подключен третий формирователь импуль сов, при этом его выход соединен с Я-входом и посредством схемы временной задержки с В-входом второго ВЯ-триггера, а вторые входы пятого элемента И и второго формирователя импульсов связаны с выхо дом второго инвертора, причем третий выход таймера посредством первого формирОвателя подключен к третьему входуреверсивного счетчика.