無(wú)土栽培定時(shí)噴霧電路的設(shè)計(jì)

劉瑞娟，任黎明

（唐山職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河北唐山 063000）

無(wú)土栽培技術(shù)的出現(xiàn)，使人類(lèi)獲得了包括無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)條件在內(nèi)的，對(duì)作物生長(zhǎng)全部環(huán)境條件進(jìn)行精密控制的能力，從而使得某些農(nóng)業(yè)生產(chǎn)擺脫自然條件的制約，按照人的愿望，向著自動(dòng)化、機(jī)械化和工廠化的生產(chǎn)方式發(fā)展[1]。

無(wú)土栽培技術(shù)在走向?qū)嵱没倪M(jìn)程中也存在不少問(wèn)題，突出的問(wèn)題是成本高、一次性投資大。該文將介紹筆者所在的課題組設(shè)計(jì)的適于噴霧栽培的自動(dòng)控制系統(tǒng)間歇電路的設(shè)計(jì)，這種控制電路成本低，便于調(diào)節(jié)。

1 我國(guó)無(wú)土栽培情況

無(wú)土栽培(Soilless culture)是指不用天然土壤而用基質(zhì)或僅育苗時(shí)用基質(zhì)，在定植以后用營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行灌溉的栽培方法。我國(guó)無(wú)土栽培已有悠久歷史，如盆養(yǎng)水仙等，但是開(kāi)展無(wú)土栽培研究工作和應(yīng)用于生產(chǎn)的時(shí)間比較滯后。隨著近20年的發(fā)展，我國(guó)無(wú)土栽培面積有了較大增加，大部分用于蔬菜生產(chǎn)，小部分用于花卉生產(chǎn)。目前，根據(jù)水培的裝置系統(tǒng)、營(yíng)養(yǎng)液供氧方式的不同而有多種方法[2]：①營(yíng)養(yǎng)液膜法（NFT）。由貯液池、水泵、栽培槽、輸液管道和調(diào)控系統(tǒng)組成，營(yíng)養(yǎng)液通過(guò)水泵從貯液槽流向栽培槽（床）營(yíng)養(yǎng)液在栽培槽內(nèi)的深度為0.5～1.0 cm，與根系接觸，然后沿著栽培槽的自然坡度流回貯液池；②深液流法（DFT）。深液流法水耕栽培的裝置有貯液槽、栽培槽、水泵、營(yíng)養(yǎng)液自動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等；③動(dòng)態(tài)浮根法（DRF）。該裝置主要包括營(yíng)養(yǎng)液池、栽培槽（床）、空氣混入器、排液器、定時(shí)器以及水泵等。④浮板毛管水培法（FCH）。該裝置主要由貯液池、栽培床、循環(huán)系統(tǒng)和供液系統(tǒng)4部分組成；⑤魯SC水培系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)是由貯水池、栽培槽、供液和排液管、供液時(shí)間控制器及水泵等組成；⑥噴霧栽培法。該裝置是將作物根系置于霧化營(yíng)養(yǎng)液的黑暗密閉的環(huán)境條件下進(jìn)行無(wú)土栽培。

圖1 間歇控制電路原理

2 定時(shí)噴霧栽培電路的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)的定時(shí)噴霧栽培電路的組成

電路由5部分構(gòu)成，單相變壓器220 V/6 V降壓、整流濾波、時(shí)間調(diào)節(jié)、控制電路和單相抽水泵電機(jī)M。

2.2 電路的工作原理

接通單相交流電源，單相變壓器將220 V電壓降為6 V；6 V的交流電經(jīng)整流濾波環(huán)節(jié)變?yōu)檩^穩(wěn)定的直流電，電壓約為7.2 V左右，7.2 V的直流電源供給調(diào)時(shí)環(huán)節(jié)和控制環(huán)節(jié)；時(shí)間調(diào)整是通過(guò)改變4.7 MΩ電位器W1的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)（改變電位器大小就是調(diào)節(jié)電容C2充放電時(shí)間）；IC555定時(shí)器可控制雙向可控硅SCR導(dǎo)通關(guān)斷，從而控制抽水泵電機(jī)M的工作，達(dá)到間歇噴霧的目的。

2.3 間歇時(shí)間的調(diào)整范圍

2.3.1 噴霧時(shí)間TP的調(diào)節(jié)范圍[3]：

噴霧時(shí)間可以在9～334.7(S)之間調(diào)節(jié)。

2.3.2 停止時(shí)間Tt的調(diào)節(jié)范圍[3]：

Tt=0.693×(R1+R2+RW1)×C2；

R1的值為6.2 KΩ；

其他值同2.3.1。

Tt=0.693×[6.2+130+(0 ～ 4 700)]×103×100

2.3.3 調(diào)整范圍T：

T=9～335(S)；即間歇時(shí)間的調(diào)整范圍為9～335 s，此范圍完全能滿(mǎn)足苗的培育要求。時(shí)間范圍若不能滿(mǎn)足要求可以選擇更大的電位器。

3 電路的特點(diǎn)

（1）電路制作成本低，制作工藝簡(jiǎn)單[4];（2）間歇時(shí)間調(diào)節(jié)方便，可根據(jù)所培育的作物特性、溫度和季節(jié)要求進(jìn)行調(diào)節(jié);（3）采用雙向可控硅（無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)）對(duì)抽水電機(jī)進(jìn)行控制，控制過(guò)程無(wú)噪聲，并且壽命長(zhǎng)。

4 結(jié)論

通過(guò)試驗(yàn)對(duì)土豆苗的噴霧實(shí)際測(cè)試，噴30 s，停3 min，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。選擇可調(diào)電位器RW1時(shí)，要求選擇精度較高電位器作為調(diào)整時(shí)間旋鈕。使用時(shí)要注意控制電路防水，讓電路工作在干燥環(huán)境中，方法很簡(jiǎn)單，用防水的塑料包起來(lái)即可。該文介紹的所設(shè)計(jì)的間歇電路不但可以適用于較小規(guī)模作物的培育，如在實(shí)驗(yàn)室和家庭等，還可滿(mǎn)足較大規(guī)模的某些作物栽培，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

[1]張世超,稱(chēng)少雄,彭彥.無(wú)土栽培基質(zhì)研究概況[J].桉樹(shù)科技,2006,23(1):49-54.

[2]劉樹(shù)堂.無(wú)土栽培實(shí)用技術(shù)[M].濟(jì)南:黃河出版社,2003.

[3]張慶雙.555應(yīng)用電路精選[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[4]張建華.數(shù)字電子技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.