植物电磁刺激装置

技术领域

本发明属于电磁场发生装置技术领域，具体涉及一种植物电磁刺激装置。

背景技术

研究表明，外加电磁场对植物种子的萌发、活力、生理、生化过程、幼苗生长、植株生育性状及产品质量、植物释放负离子含量等有关生物电磁效应都有影响。

专利号CN201120013063.2，专利名称是《一种刺激室内植物释放大量负离子的装置》提供一种刺激室内植物释放大量负离子的仪器装置，能产生高压电脉冲，利用高压电脉冲刺激特定植物产生负离子。该技术存在以下技术问题：1、高压脉冲电压幅值不可大范围可调；2、高压脉冲电压不能高精度控制；3、不能全数字式参数调整；4.高压电源与高压脉冲电源无法切换。

专利号为CN201220202819.2，专利名称是《一种便携式多参数可调植物电脉冲刺激仪》提供一种便携式多参数可调植物电脉冲刺激仪，能产生一定高压电脉冲，利用高压脉冲刺激特定植物能使其产生如释放空气负离子等相关生物电磁效应。该技术存在以下技术问题：1、高压电源与高压脉冲电源无法切换；2、脉冲电压不能高精度控制。

现有技术，Device for automated magnetic pulse stimulation of plantproduction processes，DmitriyKhort 1,Igor Smirnov 1,Alexey Kutyrev 1,*,andRostislavFilippov 1，该技术存在以下技术问题：1.磁场强度无法实现连续可调。由于MCP4231为10K，129细分数字电位计，程序控制时阻值不连续，导致DC-DC转换器输出电压不连续，从此磁场强度不连续变化。这也是现有磁场发生器普遍存在的问题。2.系统性能一般。现有技术中使用了ATmega 328p微控制器，闪存容量为32KB，存储容量严重制约系统性能。3.成本高。现有技术中用到了脉冲信号发生器，以及多个控制器。脉冲信号发生器通常采用信号发生器，此设备价值不菲，导致成本加高。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种植物电磁刺激装置，实现高压电场和脉冲磁场装置的集成，并实现磁脉冲强度的连续控制。

具体的技术方案为：

植物电磁刺激装置，包括高压电场发生器、脉冲磁场发生器；高压电场发生器连接铺设好的电网在植株区域形成高压电场，脉冲磁场发生器连接架设好的霍尔元件在植株区域形成脉冲磁场；

其中，高压电场发生器，包括AC转DC保护隔离电路、中控单片机、IGBT驱动，AC转DC保护隔离电路连接220V电源，AC转DC保护隔离电路分别为中控单片机和IGBT驱动供电；中控单片机与IGBT驱动连接，中控单片机发出信号控制IGBT驱动；IGBT驱动依次连接逆变电路模块、升压整流电路，IGBT驱动连接逆变电路模块，产生特定交流电信号，通过升压整流电路产生恒定或是脉冲高压电信号，升压整流电路与在农作物周围布置的电网连接，产生高压电场。

其中，脉冲磁场发生器，包括中控单片机、激光测距模块、红外编码模块；

还包括供电装置为中控单片机、激光测距模块、红外编码模块提供电能；

中控单片机分别与激光测距模块、开关控制电路连接，中控单片机产生频率、占空比可调的电脉冲控制开关控制电路；

中控单片机通过红外编码模块无线调控调数控电源模块，可调数控电源模块连接开关控制电路；

开关控制电路分别连接储能电路与输出控制电路，储能电路依次连接输出控制电路、亥姆霍兹线圈；亥姆霍兹线圈通电在空间中产生磁脉冲；

输出控制电路受开关控制电路控制，中控单片机通过读取激光测距模块测得的距离参数，控制可调数控电源模块输出不同电压值，从而控制储能电路存储的能量最大值，进而控制磁脉冲的强度。

进一步的，开关控制电路，包括第一继电器、第二继电器、晶体管组；中控单片机连接第一继电器的CH1通道，第一继电器连接输出控制电路，当电脉冲为高电平时，第一继电器连通输出控制电路的输出控制电路；第一继电器接第二继电器CH1通道，第二继电器连接晶体管组的栅极；晶体管组的源极与可调数控电源模块连接，漏极与储能电路连接，当电脉冲为低电平时，输出控制电路不导通，可调数控电源模块与储能电路相接，储能电路进行存储电能。

本发明与现有技术相比，实现高压电场和脉冲磁场装置的集成，并且实现磁脉冲强度的连续控制。

在电场部分，实现高压电源与高压脉冲电源的切换，实现脉冲电压的高精度控制，实现大范围高精度可调电场输出。

在磁场部分，实现磁场强度连续可调，满足大数据存储需求，保证了系统性能。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2为高压电场发生器的结构示意图；

图3为脉冲磁场发生器的结构示意图；

图4为开关控制电路的结构示意图。

具体实施方式

结合附图说明本发明的具体技术方案。

本发明植物电磁刺激装置，包括高压电场发生器、脉冲磁场发生器；高压电场发生器连接铺设好的电网在植株区域形成高压电场，脉冲磁场发生器连接架设好的霍尔元件在植株区域形成脉冲磁场。

如图1，本发明通过高压电场发生器1输出高压电信号或高压脉冲信号，分别将正极与负极连接至事先搭建好的电网3上，形成高压电场；通过脉冲磁场发生器2生成脉冲电信号，通过霍尔元件4产生磁场，最终作用于植株5上，能够帮助植株生长发育，并提高其产量。

下面将分开介绍高压电场发生器部分和脉冲磁场发生器部分。

高压电场发生器，能产生固定高压电场或特定高压脉冲电场，利用高压电场刺激特定植物能使其产生如植株强健、产量提高和释放空气负离子等相关生物电磁效应，这对于深入研究植物尤其是野外条件下植物的生物电磁效应具有重要的意义。

如图2，高压电场发生器，包括AC转DC保护隔离电路、中控单片机、IGBT驱动及逆变电路、升压整流模块，AC转DC保护隔离电路连接220V电源，AC转DC保护隔离电路分别为中控单片机和IGBT驱动供电；中控单片机与IGBT驱动连接，中控单片机发出信号控制IGBT驱动；IGBT驱动依次连接逆变电路模块、升压整流电路，IGBT驱动连接逆变电路模块，产生特定交流电信号，通过升压整流电路产生恒定或是脉冲高压电信号，升压整流电路与在农作物周围布置的电网连接，产生高压电场。

高压电场发生器采用“高低压分离”的结构布局：控制盒、升压整流部分，整机电源供电可由市电直接供电，体积小巧，具有便携性。

高压电场发生器能根据不同的实验要求和环境电场的需要，通过按键设定稳定高压或是脉冲高压以及高压脉冲的幅值、脉冲间隔时间、脉冲宽度，以达到最佳的刺激效果。

高压电场发生器有熔断保护及半桥隔离电路，能够有效的保护电路，并在元件老化或是人为失误操作时起到保护作用

高压电场发生器采用IGBT驱动及逆变电路，包括滤波电容的设计，能够有效提高高压脉冲的精确度，包括脉冲幅度、脉冲时间、以及脉冲宽度，能构建一个稳定的高压电场环境。

高压电场发生器采用“高低压分离”的结构布局，AC转DC保护隔离电路包括交流转直流降压电路，用以将220V市电转为适合该刺激仪使用的电压；IGBT驱动及逆变电路与升压整流电路连接；该升压模块两端由圆形电源连接器插口引出，连接到所布置的电网上，形成一个高压脉冲电场环境，使植物生长得更加茁壮，提高植株产量，提高种植效益及单位种地的经济价值。

脉冲磁场发生器中，供电装置为中控单片机，激光测距模块，红外编码模块提供电能。

以中控单片机为中心起点，中控单片机产生频率、占空比可调的电脉冲控制开关控制电路；开关控制电路衔接可调数控电源模块与储能电路；储能电路外接输出控制电路、输出控制电路外接亥姆霍兹线圈；亥姆霍兹线圈通电在空间中产生磁脉冲。输出控制电路受开关控制电路控制，通过电信号进行调控。

同时，中控单片机连接激光测距模块，红外编码模块。中控单片机通过读取激光测距模块测得的距离参数，控制可调数控电源模块输出不同电压值，从而控制储能电路存储的能量最大值，进而控制磁脉冲的强度。

控制可调数控电源模块输出不同电压值，具体实现方法为：中控单片机通过读取激光测距模块测得的距离参数，程序内部计算得出可调数控电源模块应输出的电压值，通过红外编码模块输出该电压值对应的NEC信号编码，可调数控电源模块接收到该编码后，由其集成电路控制输出电压。

其中，开关控制电路，如图4，中控单片机输出电脉冲连接第一继电器的CH1通道，当电脉冲为高电平时，第一继电器导通即第一继电器引脚5、6相接。由于第一继电器引脚7接第二继电器CH1通道，第一继电器引脚7悬空，所以此时第二继电器CH1为低电平，所以第二继电器不导通，第二继电器引脚5接晶体管组栅极，所以晶体管组栅极为低电平，晶体管处于不导通状态，源极与栅极之间断路，可调数控电源模块与储能电路之间断路，储能电路存储的电能释放。

同时，电脉冲为高电平时，第一继电器引脚5、6相接，由于引脚6接5V高电平，引脚5接输出控制电路触发极3，输出控制电路导通，向外释放电脉冲；通过外接的亥姆霍兹线圈在空间中产生磁场，从而产生磁脉冲。

当电脉冲为低电平时，输出控制电路不导通，此时可调数控电源模块与储能电路相接，对储能电路进行存储电能。

本发明有效解决了磁场发生器中普遍存在的磁场强度调节不连续问题，对现有电场刺激技术进行了改善，可产生脉冲电场，恒定电场，电场发生部分相较于现有技术大大提高了精度。本发明可用于实现作物的遗传潜在生产力的研究、解决农业生产的经济效益的问题。