專利名稱：半導體凝水全自動澆花器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體凝水裝置，特別涉及一種從空氣中集水，用以自動控制土壤濕度的澆花器。
養(yǎng)植花卉草木以供觀賞，已成為人們日常生活的重要內容，此外，積極培育多種植物的新品種也是當今科學發(fā)展中的重要課題。這些活動中都需要科學地、正確地控制土壤的濕度，以滿足養(yǎng)植及科研所需的條件?，F有的生活及科研中使用的土壤保墑、花木灌溉方法有兩種一是引用自來水實施噴灑作業(yè)，另一則是人工利用各種可能利用的天然積水直接澆灌。這兩種方法都需要耗費大量的人工，尤其要消耗寶貴的水源，或在一定程度上造成對自然條件的依賴。特別是對于廣大非專業(yè)花卉養(yǎng)植愛好者來說，他們常為缺乏諸如控制土壤濕度的經驗而苦惱，往往難以充分保證養(yǎng)植效果。
中國實用新型專利CN 98 2 00378.1報道了一種利用太陽能從空氣中收集水的技術。這是一種制水的裝置，它用太陽能電池板接收太陽能，將其轉換成電流和電壓，經轉換電路送至半導體致冷器件。該裝置使用熱管的致冷端與所述半導體器件的冷卻面接觸，與熱管另一端接觸的翅片被冷卻后，便有空氣中的水分凝結于翅片上，從而可實現從空氣中收集水分。這種裝置需借助熱管技術實現空氣中水分的收集，致其成本提高，而且其中翅片間距較大，又使其凝水效率較低，難于滿足實用所需。
本發(fā)明的目的在于提供一種集水效率高，能夠充分利用空氣中所含的水分資源，并能準確控制土壤濕度的全自動澆花器。
為實現上述目的，本發(fā)明提出一種半導體凝水全自動澆花器，它包括冷凝器、散熱機構和土壤濕度控制裝置。所述散熱機構包含進氣道、出氣道和散熱翅片；所述冷凝器由致冷導熱基板、半導體致冷塊和散熱導熱基板依次相接組成，致冷導熱基板上設有冷凝翅片，所述散熱翅片設在散熱導熱基板上；
其中所述冷凝翅片的翅間距離很小，相應地在導熱基板上還固定有刮水器；所述土壤濕度控制裝置包括濕度控制電路和濕度報警單元。
采用本發(fā)明的半導體凝水全自動澆花器，以半導體器件為冷凝部件，可充分利用其致冷特性，特別因縮小冷凝翅片件的距離，并使用刮水器，更進一步提高了凝水效率。此外，由于采用濕度控制電路，可以準確地控制土壤的濕度。如此構成的本凝水全自動澆花器結構簡單，制水成本及維護成本都很低，特別因其集水效率高，可響應空氣的濕度，連續(xù)控制土壤的濕度，可充分滿足各種條件下的土壤濕度控制需求。
以下結合附圖，通過對實施例的詳細描述，將使本發(fā)明半導體凝水全自動澆花器的具體結構及其工作過程，以及優(yōu)點愈為清晰，其中


圖1a是本發(fā)明一種實施例半導體凝水全自動澆花器的總體結構縱剖面示意圖；
圖1b為
圖1a的A向視圖；圖2a-c表示
圖1a實施例澆花器中所用刮水器的結構，其中圖2a為該刮水器的剖面示意圖；圖2b為圖2a的B向視圖；圖2c為圖2b的A向視圖；圖3示出
圖1a實施例澆花器中所用干濕度感應部件及滴灌管的剖面圖；圖4示出
圖1a實施例中澆花器中控制電路圖。
參照
圖1，表示本發(fā)明一種實施例半導體凝水全自動澆花器的總體結構縱剖面圖。本實施例涉及的半導體澆花器在氣溫25℃及相對濕度80％條件下，可達每4ml/h的凝水量，即每晝夜上百毫升的凝水量。
潮濕空氣被軸流風扇1送入進氣道，氣流在此被分為兩路，一路氣流經風量孔2受導流板3的引導，流入冷凝翅片4組成的冷凝氣道，潮濕空氣中所含的水分在此凝結，然后干燥的空氣通過澆花器外殼上的出風口，流入大氣。另一路氣流經風量孔5流人散熱翅片6組成的散熱氣道，吸收散熱翅片6的熱量，再通過澆花器外殼上的另一出風口流入大氣，從而將熱量排入大氣。
本實施例的冷凝器中的半導體致冷塊8的致冷面81和放熱面82分別與冷凝導熱基板7及散熱導熱基板9接觸。工作時，流經冷凝翅片4的潮濕空氣中所含的熱量被冷凝翅片4吸收，并通過冷凝器導熱基板7傳導至半導體致冷塊8的致冷面81，在帕爾帖效應的作用下，半導體致冷塊8再將熱量自所述半導體致冷塊致冷面81傳導至半導體致冷塊8的放熱面82，并通過散熱導熱基板9傳導至散熱翅片6，最后由流經散熱翅片6的空氣將熱量帶入大氣。本實施例半導體致冷塊8由兩塊TECI-12704型致冷塊串聯而成。
流經冷凝翅片4的潮濕空氣所含的熱量受到冷凝翅片4的吸收，使空氣溫度降至露點溫度以下，該潮濕空氣中的水分便被析出，在冷凝翅片4的表面形成水珠，或結霜。
如前所述，冷凝器導熱基板7緊貼在半導體致冷塊8的致冷面81上，散熱導熱基板9緊貼在半導體致冷塊8的放熱面82上。為保證所述各接觸面的導熱性能良好，這兩對接觸表面上均涂覆導熱硅脂。根據產品不同功率的需要，冷凝器導熱基板7與散熱導熱基板9之間放置兩塊或多塊半導體致冷塊8，其間的空隙填充發(fā)泡塑料10。所述基板7和9用螺栓連接，再從下方嵌入澆花器外殼11上的定位槽中；裝上密封板35及軸流風扇1，并用螺釘將密封板，軸流風扇固定在澆花器的外殼內。定位槽的作用還在于使冷凝氣道與散熱氣道密封隔離。
冷凝導熱基板7與冷凝翅片4都由導熱性能良好的有色金屬，如鋁合金壓鑄而成，或由導熱性能好的有色金屬帶材彎曲成型，后種情況下，采用軟釬焊焊在冷凝器導熱基板7上；冷凝翅片4的表面噴涂諸如聚四氟已烯等低表面能材料；冷凝翅片的翅間距離小于或等于1.5mm。散熱翅片6是由有色金屬，如黃銅帶材彎曲成型，采用軟釬焊焊在散熱導熱基板9上；散熱翅片翅間距離小于或等于1.5mm。
設計冷凝翅片4的翅間距離較現有技術同類裝置的翅間距離小，可以提高澆花器的凝水效率，但這樣一來，翅片的表面凝水后，水的積聚會造成冷凝氣道堵塞，最終可使凝水停止。為解決這一問題，本實施例的澆花器增設刮水器。
刮水器12由刮水刷13、運動滑塊14、傳動螺桿15、導向槽16，齒輪17組成。如此組成的刮水器12通過導向槽16用螺釘安裝在冷凝導熱基板7上。
刮水刷13注塑成形，然后再鍍一層高表面能的金屬膜，或由高表面能的金屬絲(片)彎曲成型，將其套裝在運動滑塊14上。運動滑塊14有兩個傳動珠18，它們的軸向距離約1.5倍于螺距，分布于傳動螺桿兩側。兩個軸向運動導向孔與兩個傳動珠18相間。運動滑決14通過兩個軸向運動導向孔安裝在具有交錯螺旋的傳動螺桿15上。傳動螺桿15安裝在導向槽16兩端的軸孔內，一端由傳動螺桿凸臺19限位，一端由鋼珠20卡住傳動螺桿15的限位槽21實現軸向限位。鋼珠20則由螺塞22限制在導向槽16上的孔內。安裝在冷凝導熱基板7上的伺服電機23通過齒輪17驅動傳動螺桿15。如圖3a所示，由于傳動螺桿15具有交錯的、螺距相同的左旋傳動螺紋和右旋傳動螺紋，傳動螺桿15兩端螺紋結束處都有一個順螺紋方向將兩螺紋相連通的連接槽24，距傳動螺桿15兩端螺紋結束處約1.5倍于螺距處都有一個順螺紋方向將兩螺紋相連通的連接槽25。當傳動珠18從左螺紋進入右螺紋時，兩個傳動珠18的相對螺旋角發(fā)生變化，這時，安裝在彈簧止動片26一側的傳動珠18在螺旋力的作用下頂起限位鉚釘27，進入對面空位，從而適應相對螺旋角的變化。
于是，傳動螺桿15的單向旋轉，就能使運動滑塊14帶動刮水刷13在冷凝翅片4的間隙中作直線往返運動，將附著在冷凝翅片4表面上的結水刮下。被刮下的水滴落入冷凝器下方的接水槽(未示出)，經與接水槽連通的滴灌管(見圖3)，流入土壤。
以下參照圖3和圖4說明本實施例澆花器對土壤濕度的控制過程。所述控制是通過滴灌管與控制電路實現的。其中圖3示出本實施例所用的干濕度感應部件及滴灌管28。該滴灌管28的下方(圖3中的右方)安裝土壤干濕度感應部件，即圖3中右端以圓圈M表示的部分。土壤干濕度感應部件M由兩個導電電極29、30與隔離該二導電電極的絕緣體31、32構成。所述感應部件M的一個導電電極是滴灌管的金屬殼體29，另一導電電極是金屬針30。金屬針30固定在塑料絕緣構件31中，塑料絕緣構件32使用過盈配合將金屬針30固定在滴灌管28的金屬殼體29中。
把上述土壤干濕度感應部件M插入土壤中，土壤就會填充在土壤干濕度感應部件兩個導電電極29、30之間，并形成介質。由于土壤導電性能與土壤含水量密切相關，通過感應流經土壤電流的大小，便可測知土壤的濕度。
圖4表示本實施例澆花器所用的控制電路，其中土壤干濕度檢測控制單元I使經交流變壓器降壓后的交流信號經交流阻抗干濕度探頭Rh送至橋式整流電路D-D2整流，經三極管T1放大后，再經其發(fā)射極流向由電容器C2與可變電阻RW1并朕形成的電壓取樣電路。這個電壓經由電壓比較器IC5、電阻R1、R2組成的感壓開關感應，形成電壓開關信號，經二極管D6輸出給控制刮水器伺服電機23(即圖4中以字母M1表示的部件)的上升沿J-K觸發(fā)器IC1的RD1端(圖4-Ⅴ)。
當土壤濕度超過可變電阻RW1設定的預設值時，三極管T5的基極處于高電平，使三極管T5導通，同時，繼電器J3動作，停止給半導體致冷塊及其它電路供電。
當土壤濕度低于可變電阻RW1設定的預設值時，電壓比較器IC5的輸出端處于低電平，使三極管T5截止，同時，繼電器J3恢復常閉點導通，使冷凝器正常制水。
本實施例的澆花器還具有除霜的功能。仍然參照圖4，當環(huán)境溫度較低時，附著在冷凝翅片4表面上的水滴會冷凝成霜(或冰)。為保證刮水器正常工作，必須除霜。冷凝翅片4表面的水滴是否冷凝成霜，由冷凝部件溫度感應電路(圖4-Ⅳ)確定。冷凝部件溫度感應電路(圖4-Ⅳ)包括由電阻式熱敏傳感器Rt和可變電阻RW組成的溫度校準電路、電壓比較器IC6、IC7，以及由電阻R8、R9、R10組成的參考電壓電路。
延時電壓信號從時基集成電路IC4的3端被送往與門G4的A端，來自感應溫度的電壓比較器IC7的信號送到與門G4的B端。與門G4的Y端信號經二極管D8送往上升沿J-K觸發(fā)器IC2的CP2端(圖4-Ⅵ)。
經過一段時間的凝水后，電容器C4完成充電，使時基集成電路IC4的輸出端3翻轉，產生高電平信號，并送往與門G4的A端。若此時冷凝器的溫度低于結霜溫度點t1，則溫度感應電路的電壓比較器IC7就產生高電平信號，并達到與門G4的B端，于是與門G4的Y端產生一個高電平信號，觸發(fā)上升沿J-K觸發(fā)器IC2的CP2端，使上升沿J-K觸發(fā)器IC2的Q2端處于高電平。這個高電平信號經功率三極管T3轉換為驅動兩個繼電器J1和J2的工作電流。由于致冷塊電極正端接繼電器J1的選通點，負端接繼電器J2的選通點；而給致冷塊8供電的直流電源正極接繼電器J1的常閉點與繼電器J2的常開點，負極接繼電器J1的常開點與繼電器J2的常閉點，所以，當兩個繼電器在驅動電流的作用下，其選通點同時與各自常開點接通時，通向半導體致冷塊8的電流方向就翻轉，使致冷塊8原來的致冷面81發(fā)熱，而致冷塊8原來的放熱面82制冷。
當除霜完畢，冷凝器溫度高于化霜溫度點t2，溫度感應電路的電壓比較器IC6就產生高電平信號，送往上升沿J-K觸發(fā)器IC2的K2端，同時又經過反向器G9變成低電平信號，送往上升沿J-K觸發(fā)器IC2的J2端，再經過反向器G8的Y端變成高電平信號，一路(另一路送往刮水器控制電路)經過二極管D9送往上升沿J-K觸發(fā)器IC2的CP2端，使處于高電平的上升沿J-K觸發(fā)器IC2的Q2端翻轉，成為低電平，于是功率三極管T3中斷驅動繼電器J1和J2的電流，使通向半導體致冷塊8的電流方向恢復正常。
如圖4所示，該圖還示出本實施例澆花器所用刮水器的控制電路，它由延時電路，邏輯電路，功率放大電路組成。所述延時電路(圖4-Ⅲ)由電容器C4，電阻R6、R7以及時基集成電路IC4組成。其中，延時電壓信號被送往與門G2的A端，而來自溫度開關(圖4-Ⅳ)的信號經反向器G1達到與門G2的B端。與門G2的Y端信號經二極管D4送往上升沿J-K觸發(fā)器IC1的CP1端。
經過一段時間凝水后，電容器C4完成充電，然后被放電，當時基集成電路IC4的輸出瑞3翻轉成為高電平時，所產生的高電平信號被送往與門G2的A端。若此時冷凝器溫度高于結霜溫度點t1，則溫度感應電路的電壓比較器IC7產生低電平信號，經反向器G1后，變成高電平信號，達到與門G2的B端。于是，與門G2的Y端產生的高電平信號經二極管D4，觸發(fā)上升沿J-K觸發(fā)器IC1的CP1端，使上升沿J-K觸發(fā)器IC1的Q1端處于高電平。所述高電平信號經功率三極管T4轉換為驅動刮水器伺服電機23(即圖4中的字母M1所示者)的電流。若此時冷凝器溫度低于結霜溫度點t1，則溫度感應電路的電壓比較器IC7產生高電平信號，使除霜電路被觸發(fā)。待除霜完畢時，冷凝器溫度高于化霜溫度點t2，則溫度感應電路的電壓比較器IC6產生高電平信號，送給與門G7的A端。與門G7的B端信號來自所述上升沿J-K觸發(fā)器IC1的-Q端。由于當刮水執(zhí)行部件在原位未動時，上升沿J-K觸發(fā)器IC1的-Q端處于高電平，與門G7的Y端產生高電平信號，經過二極管D2觸發(fā)上升沿J-K觸發(fā)器IC1的CP1端，使處于低位的上升沿J-K觸發(fā)器IC1的Q1端翻轉成為高電平。這個高電平信號經功率三極管T4轉換為驅動刮水器伺服電機23(即圖中的M1)的電流。
當刮水執(zhí)行部件回到原位時，光電開關GD發(fā)出一個高電平信號，并送至上升沿J-K觸發(fā)器IC1的J1端和K1端，再經過反向器G3變成低電平信號。其中一路送往上升沿J-K觸發(fā)器IC1的SD1端，再經過二極管D5到達該觸發(fā)器的RD1端；另一路經過反向器G5變成高電平信號，并送往與門G6的A端，與門G6的B端信號來自所述上升沿J-K觸發(fā)器IC1的Q1端。由于當刮水執(zhí)行部件回到原位的瞬間，上升沿J-K觸發(fā)器IC1的Q1端處于高電平，所以與門G6的Y端便產生一個高電平信號，經過二極管D3觸發(fā)上升沿J-K觸發(fā)器IC1的CP1端，使處于高電平的上升沿J-K觸發(fā)器IC1的Q1端翻轉成為低電平，于是功率三極管T4中斷驅動刮水器伺服電機23(即圖中M1)的電流。
圖4-Ⅱ為控制電路的土壤濕度報警單元，具體地說，這是凝水不足的報警電路，它由時基集成電路IC3，電阻R3、R4、R5、電容器C3、發(fā)光二極管D1和三極管T2組成。
經過一段時間的凝水后，電容器C3完成充電，然后再放電，使時基集成電路IC3的輸出瑞3翻轉至低電平。如果此時土壤濕度沒有達到預定值(即較干燥)，則電壓比較器IC5輸出低電平信號，經反向器G10后變成高電平。于是三極管T2被導通，驅動發(fā)光二極管D1發(fā)光報警。
如果在電容器C3完成充電后再放電，并使時基集成電路IC3的輸出端3翻轉為低電平之前，土壤濕度已達到預定值(即較潮濕)，則干濕度檢測控制電路的電壓比較器IC5輸出高電平信號，經反向器G10后變成低電平。于是，三極管T2被截止，同時由于時基集成電路IC3的設置端4為低電平，內部觸發(fā)器翻轉，使電容器C3所充的電荷被釋放。于是，發(fā)光二極管D1在電容器C3充電的周期不發(fā)光報警，而電容器C3進入下一充電周期。
權利要求1．一種半導體凝水全自動澆花器，它包括冷凝器、散熱機構和土壤濕度控制裝置。所述散熱機構包含進氣道、出氣道和散熱翅片；所述冷凝器由致冷導熱基板、半導體致冷塊和散熱導熱基板依次相接組成，致冷導熱基板上設有冷凝翅片，所述散熱翅片設在散熱導熱基板上；其特征在于，所述冷凝翅片的翅間距離很小，相應地在導熱基板上還固定有刮水器；所述土壤濕度控制裝置包括濕度控制電路和濕度報警單元。
2．一種如權利要求1所述的半導體凝水全自動澆花器，其特征在于，所述冷凝翅片(4)的翅間距離小于或等于1.5mm。
3．一種如權利要求1或2所述的半導體凝水全自動澆花器，其特征在于，所述散熱翅片(6)的翅間距離小于或等于1.5mm。
4．一種如權利要求1所述的半導體凝水全自動澆花器，其特征在于，所述半導體致冷塊(8)的致冷面(81)和放熱面(82)分別與冷凝導熱基板(7)及散熱導熱基板(9)接觸。
5．一種如權利要求4所述的半導體凝水全自動澆花器，其特征在于，所述半導體致冷塊(8)由兩塊TECI-12704型致冷塊串聯使用。
6．一種如權利要求1所述的半導體凝水全自動澆花器，其特征在于，所述刮水器(12)包括運動滑塊(14)和固定于其上的刮水刷(13)，運動滑塊(14)套裝在傳動螺桿(15)上；還包括伺服電機(23)，它通過齒輪(17)驅動傳動螺桿(15)；傳動螺桿(15)軸向兩側與運動滑塊(14)之間分別裝有傳動珠(18)，傳動珠(18)位于傳動螺桿(15)上的螺紋內。
7．一種如權利要求6所述的半導體凝水全自動澆花器，其特征在于，所述傳動螺桿(15)具有交錯的、螺距相同的左旋傳動螺紋和右旋傳動螺紋；其兩端螺紋結束處有順螺紋方向將兩螺紋連通的連接槽(24)，距傳動螺桿(15)兩端螺紋結束處約1.5倍于螺距處都有一個順螺紋方向將兩螺紋相連通的連接槽(25)。
8．如權利要求1所述的半導體凝水全自動澆花器，其特征在于，還包括干濕度感應部件/滴灌管(28)，所述滴灌管下方安裝有土壤干濕度感應部件M；土壤干濕度感應部件M由兩個導電電極(29,30)與隔離該二導電電極的絕緣體(31,32)構成。
9．如權利要求1所述的半導體凝水全自動澆花器，其特征在于，還包括冷凝部件溫度感應電路，該電路包括由電阻式熱敏傳感器Rt和可變電阻RW組成的溫度校準電路、電壓比較器IC6、IC7，以及由電阻R8、R9、R10組成的參考電壓電路。
10．如權利要求1或9所述的半導體凝水全自動澆花器，其特征在于，還包括土壤濕度報警單元，由時基集成電路IC3，電阻R3、R4、R5、電容器C3、發(fā)光二極管D1和三極管T2組成。
專利摘要半導體凝水全自動澆花器包括冷凝器、散熱機構和土壤濕度控制裝置。散熱機構包含進/出氣道和散熱翅片;冷凝器由致冷導熱基板、半導體致冷塊和散熱導熱基板依次相接組成,致冷導熱基板上設有冷凝翅片,所述散熱翅片設在散熱導熱基板上。所述冷凝翅片的翅間距離小于1.5mm;致冷導熱基板上固定有刮水器。本澆花器還包括土壤濕度報警單元,能準確控制土壤濕度,并且集水效率高,能夠充分利用空氣中所含水分資源。
文檔編號A01G27/00GK2455372SQ0025829
公開日2001年10月24日 申請日期2000年10月24日 優(yōu)先權日2000年10月24日
發(fā)明者張征宇, 朱旦 申請人:張征宇