CN104025952B - 一种温室大棚卷帘机及通风口一体化控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种温室大棚卷帘机及通风口一体化控制系统及方法，所述系统包括大棚、卷帘机、控制单元及保温被，所述保温被卷绕于卷帘机的卷帘轴上，所述大棚内设有温度传感器，大棚靠近顶部区域设有通风口，所述保温被展开时对应通风口部位固定有风口膜，所述电机和温度传感器分别与控制单元相连接。本发明中，风口膜随保温被卷起或放下，从而可以通过保温被带动风口膜的卷动控制通风口的开启、关闭或部分开启，实现了通风口与卷帘机一体化控制，大大降低了通风口自动化控制的成本，且控制系统整体成本低廉；棚内温度调节更为合理，避免了棚内温度骤降或骤升对棚内植物生长的不利影响。
Description
技术领域
本发明属于设施农业技术领域，涉及一种温室大棚卷帘机及通风口一体化控制系统及利用该系统实现温室大棚卷帘机及通风口一体化控制的方法。
背景技术
通风口是温室大棚增温保温的关键窗口，湿度过大时不及时开启容易导致棚内植物病害发生，温度过高时不及时开启会重挫植物生长发育，温度较低时不及时关闭植物会停止生长。天气太冷时通风口开启过大会冻伤植物，天气较热时通风口开启较迟棚内温度可达60℃以上，而如开启过大棚内温度几分钟内又可降至15℃以下，如此的大幅温差会大大影响植物的生长发育，给后续生长埋下极为不利的隐患。根据棚内温度合理控制大棚通风口的大小，可最大可能满足植物生长的温湿度条件，真正发挥温室大棚的增温保温效应。
而现有温室大棚通风口的控制往往采用人工作业，不但费工费时，任务繁重，而且可控性差，效果不理想，尽管国内也有温室大棚通风口的自动化控制设备，但都没有和卷帘机的自动化控制有效结合，而是自成体系，均因成本过高、实用性差、仍然离不开人工操作等原因难以推广利用。此外，在北方地区，大棚经常会遇到大风天气，而现有的大棚通风口自动化控制设备往往没有根据大风变化设定通风口的启闭条件，大风天气下经常需要人工控制通风口的启闭，而大风天气如下不及时关闭通风口，会因灌风给棚膜造成重大损失。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种成本低廉且运行可靠的温室大棚卷帘机及通风口一体化控制系统。
本发明的另一目的在于提供一种利用上述系统的温室大棚卷帘机及通风口一体化控制方法。
为此，本发明采用如下技术方案：
一种温室大棚卷帘机及通风口一体化控制系统，包括大棚、卷帘机、保温被及控制单元，所述卷帘机包括支撑杆、卷帘轴及电机，保温被卷绕于卷帘轴上，且所述大棚内设有温度传感器，大棚靠近顶部区域设有通风口，所述保温被展开时对应通风口部位固定有风口膜，所述电机和温度传感器分别与控制单元相连接。
进一步地，所述控制单元为单片机。
进一步地，所述大棚外设有风速传感器，所述风速传感器与控制单元相连接。
进一步地，所述通风口的上边缘与大棚的顶部相齐平。
一种温室大棚卷帘机及通风口一体化控制方法，采用上述控制系统，包括如下步骤：
（1）系统初始化设定：设定系统启动时间点t1、蓄热时间点t2及关闭时间点t3，设定系统运行第一阶段排湿时长T1，设定大棚上限温度值Q1、下限温度值Q2，且初始时保温被完全展开；
（2）系统运行第一阶段：当时间达到系统启动时间点t1时，系统开始运行，控制单元控制电机启动，保温被随同卷帘轴在电机带动下从大棚底端位置开始向上卷绕运行，当保温被和卷帘轴越过通风口一定位置时，控制单元控制电机关闭，保温被和卷帘轴停留在该位置，通风口被部分开启，大棚内的湿热空气通过通风口开启部分散失，当排湿时长达到T1时，控制电机开启，使保温被及卷帘轴向下卷动至通风口下边缘处；
（3）系统运行第二阶段：当温度传感器监测到大棚内温度达到上限温度值Q1时，控制单元控制电机启动，保温被及卷帘轴重新向上卷动并当运行至通风口中部位置时，控制单元控制电机关闭，一段时间后温度传感器对大棚内温度进行监测，当大棚内温度大于上限温度值Q1时，控制单元控制电机启动，使保温被及卷帘轴继续向上卷动至大棚顶部并停留在该位置；一段时间后温度传感器对大棚内温度再次进行监测，如大棚内温度仍然高于上限温度值Q1时，系统不启动，如温度低于下限温度值Q2时，控制单元控制电机启动，使保温被及卷帘轴向下卷动至通风口中部位置；
一段时间后，如果温度传感器监测到大棚内温度保持在Q1与Q2之间，电机不启动；如果大棚内温度高于上限温度值Q1，控制使保温被及卷帘轴卷动至大棚顶部；如果大棚内温度低于下限温度值Q2，控制使保温被及卷帘轴向下卷动至通风口下边缘位置；如此不断进行温度监测和控制卷帘机运行；
（4）系统运行第三阶段：当时间达到系统蓄热时间点t2时，此时不论大棚内温度高低，如果保温被及卷帘轴位于通风口下边缘位置处，则电机不启动；如果保温被及卷帘轴不在通风口下边缘位置处，则电机启动，控制使保温被及卷帘轴回到通风口下边缘位置处；此时通风口处于完全关闭状态，大棚内温度开始上升，并不断积聚热量；
（5）系统关闭：当时间达到系统关闭时间点t3时，电机启动，控制使保温被及卷帘轴回到初始位置即大棚底端位置处，然后系统自动停止工作直至达到系统开启时间点t1，重新开始步骤（2）操作，以此实现系统循环控制。
进一步地，所述步骤（3）中，温度传感器监测大棚内温度的监测时间间隔为5-10min。
进一步地，当所述控制系统包括风速传感器后，所述控制方法包括温度控制模式和风力控制模式两种模式，通常情况下，系统按照温度控制模式进行控制，当测定到的外部风速达到设定条件值时，系统转入风力控制模式进行控制，具体如下：
（一）温度控制模式，同前述控制方法的步骤；
（二）风力控制模式，包括如下控制步骤：
（1）设定风力控制模式响应风速V；
（2）根据温度控制模式设定的系统启动时间点t1、蓄热时间点t2及关闭时间点t3，在t3-t1时间段内，风力控制模式和温度控制模式均不启动，系统关闭；
在t1-t3时间段内，每隔一定时间风速传感器测定一次大棚外风速，若风速小于响应风速V，则系统按照温度控制模式进行控制；若风速大于或等于响应风速V，则系统不再按照温度控制模式进行控制，控制单元控制保温被和卷帘轴向下卷动至通风口下方并停止不动，其具体停止位置可事先进行设定，只要满足完全关闭通风口即可；当测定到风速小于响应风速V时，系统重新按照温度控制模式进行控制。
进一步地，所述风力控制模式的步骤（2）中，风速传感器测定风速的间隔时间为5-10min。
本发明温度模式步骤（2）中设置排湿时长T1的原因在于，大棚经过一整夜的密闭，棚内空气湿度很大，通过一定时间进行排湿，可使棚内湿气快速排出，否则当保温被卷起后，大棚内温度上升，湿气会凝聚在大棚的棚膜上，然后滴落下来，滴到作物的叶片上时，会对作物造成危害。
温度控制模式步骤（4）中，在保温被完全放下前，通过关闭通风口进行增温蓄热操作，可以给大棚内蓄积一定的热量，这样，当晚上外界温度下降后，大棚内温度不会快速下降，有利于作物的生长。
上述步骤中，由于卷帘轴和保温被的卷动行程及电机的转速一定，因此，卷帘轴和保温被的卷动停留位置可通过设定和控制电机的动作时间进行相应设定和控制，且具体停留位置根据不同情况进行具体设定。
另外，本发明中，系统启动时间点t1、蓄热时间点t2、关闭时间点t3，系统运行第一阶段排湿时长T1，大棚上限温度值Q1及下限温度值Q2可以根据不同季节气候特点及不同作物的需要随时进行设定。且一般情况下，Q1取值在26-30℃之间，Q2取值在18-22℃之间。
综上，本发明的有益效果在于：风口膜随保温被卷起或放下，从而可以通过保温被带动风口膜的卷动控制通风口的开启、关闭或部分开启，实现了通风口与卷帘机一体化控制，大大降低了通风口自动化控制的成本，且控制系统整体成本低廉；棚内温度调节更为合理，避免了棚内温度骤降或骤升对棚内植物生长的不利影响；通风口和卷帘机全程自动控制，大大节省了大棚管理的人力投入；并同时以温度和风速为控制条件，确保了大棚在大风情况下的安全。
附图说明
图1为本发明温室大棚的外部结构示意图；
图2为本发明温室大棚保温被的展开示意图；
图3为本发明温室大棚卷帘机及通风口一体化控制系统的结构示意图；
图4为本发明卷帘机电机驱动电路的电路结构图；
图中，1-大棚，2-卷帘机，201-第一支撑杆，202-第二支撑杆，203-卷帘轴，204-电机，3-保温被，4-通风口，5-风口膜，6-控制单元，7-温度传感器，8-电机驱动电路，9-风速传感器。
具体实施方式
如图1-3所示，一种温室大棚卷帘机及通风口一体化控制系统，包括大棚1、卷帘机2、保温被3及控制单元6，卷帘机2包括支撑杆、卷帘轴203及电机204，支撑杆由相互铰接的第一支撑杆201和第二支撑杆202构成，电机204安装于卷帘轴203上并可驱动卷帘轴203进行正传或反转，第二支撑杆202自由端与电机204相连接，保温被3卷绕于卷帘轴203上；大棚1内设有温度传感器7，大棚1靠近顶部区域设有通风口4，保温被3展开时对应通风口部位固定有风口膜5，通风口4的上边缘与大棚1的顶部相齐平（图1中保温被未示出）；温度传感器7与控制单元6相连接，电机204通过电机驱动电路8与控制单元6相连接；控制单元6为单片机，且其型号为STC89C52RC.
一种温室大棚卷帘机及通风口一体化控制方法，采用上述控制系统，包括温度控制模式和风力控制模式两种模式，通常情况下，系统按照温度控制模式进行控制，当测定到的外部风速达到设定条件值时，系统转入风力控制模式进行控制，具体如下：
（一）温度控制模式，包括如下控制步骤：
（1）系统初始化设定：设定系统启动时间点t1、蓄热时间点t2及关闭时间点t3，设定系统运行第一阶段排湿时长T1，设定大棚上限温度值Q1、下限温度值Q2，且初始时保温被完全展开；具体设定时，t1秋冬季为上午9:00，春夏季为上午8:00；t2秋冬季为下午16: 30，春夏季为下午17:30；t3秋冬季为下午17:00时，春夏季为下午18:00；T1为5分钟； Q1为28℃，Q2为20℃；
（2）系统运行第一阶段：以秋冬季为例，当时间达到上午9:00时，系统开始运行，控制单元控制电机启动，保温被随同卷帘轴在电机带动下从大棚底端位置开始向上卷绕运行，当保温被和卷帘轴越过通风口一定位置时，控制单元控制电机关闭，保温被和卷帘轴停留在该位置，通风口被部分开启，大棚内的湿热空气通过通风口开启部分散失，当排湿时长达到5分钟时，控制电机开启，使保温被及卷帘轴向下卷动至通风口下边缘处；
（3）系统运行第二阶段：当温度传感器监测到大棚内温度达到上限温度值Q1时，控制单元控制电机启动，保温被及卷帘轴重新向上卷动并当运行至通风口中部位置时，控制单元控制电机关闭，5分钟后温度传感器对大棚内温度进行监测，当大棚内温度大于上限温度值Q1时，控制单元控制电机启动，使保温被及卷帘轴继续向上卷动至大棚顶部并停留在该位置；5分钟后温度传感器对大棚内温度再次进行监测，如大棚内温度仍然高于上限温度值Q1时，系统不启动，如温度低于下限温度值Q2时，控制单元控制电机启动，使保温被及卷帘轴向下卷动至通风口中部位置；
5分钟后，如果温度传感器监测到大棚内温度保持在Q1与Q2之间，电机不启动；如果大棚内温度高于上限温度值Q1，控制使保温被及卷帘轴卷动至大棚顶部；如果大棚内温度低于下限温度值Q2，控制使保温被及卷帘轴向下卷动至通风口下边缘位置；如此不断进行温度监测和控制卷帘机运行；
（4）系统运行第三阶段：当时间达到下午16：30时，此时不论大棚内温度高低，如果保温被及卷帘轴位于通风口下边缘位置处，则电机不启动；如果保温被及卷帘轴不在通风口下边缘位置处，则电机启动，控制使保温被及卷帘轴回到通风口下边缘位置处；此时通风口处于完全关闭状态，大棚内温度开始上升，并不断积聚热量；
（5）系统关闭：当时间达到下午17:00时，电机启动，控制使保温被及卷帘轴回到初始位置即大棚底端位置处，然后系统自动停止工作直至达到次日上午9:00，重新开始步骤（2）操作，以此实现系统循环控制；
（二）风力控制模式，包括如下控制步骤：
（1）设定风力控制模式响应风速V；本实施例中，设定响应风速V为10m/s（6级以上大风）；
（2）根据温度控制模式设定的系统启动时间点t1、蓄热时间点t2及关闭时间点t3，在t3-t1时间段内，即下午17：00至次日上午9:00时，风力控制模式和温度控制模式均不启动，系统关闭；
在t1-t3时间段内，即上午9:00至该日下午17：00时，每隔一定时间风速传感器测定一次大棚外风速，若风速小于响应风速V，则系统按照温度控制模式进行控制；若风速大于或等于响应风速V，则系统不再按照温度控制模式进行控制，控制单元控制保温被和卷帘轴向下卷动至通风口下方并停止不动，当测定到风速小于响应风速V时，系统重新按照温度控制模式进行控制。
Claims (5)
1.一种温室大棚卷帘机及通风口一体化控制方法，其特征在于，采用温室大棚卷帘机及通风口一体化控制系统，所述控制系统包括大棚、卷帘机及保温被，所述卷帘机包括支撑杆、卷帘轴及电机，所述保温被卷绕于卷帘轴上，所述控制系统还包括控制单元，且所述大棚内设有温度传感器，大棚靠近顶部区域设有通风口，所述保温被展开时对应通风口部位固定有风口膜，所述电机和温度传感器分别与控制单元相连接；
所述控制方法包括如下步骤：
（1）系统初始化设定：设定系统启动时间点t1、蓄热时间点t2及关闭时间点t3，设定系统运行第一阶段排湿时长T1，设定大棚上限温度值Q1、下限温度值Q2，且初始时保温被完全展开；
（2）系统运行第一阶段：当时间达到系统启动时间点t1时，系统开始运行，控制单元控制电机启动，保温被随同卷帘轴在电机带动下从大棚底端位置开始向上卷绕运行，当保温被和卷帘轴越过通风口一定位置时，控制单元控制电机关闭，保温被和卷帘轴停留在该位置，通风口被部分开启，大棚内的湿热空气通过通风口开启部分散失，当排湿时长达到T1时，控制电机开启，使保温被及卷帘轴向下卷动至通风口下边缘处；
（3）系统运行第二阶段：当温度传感器监测到大棚内温度达到上限温度值Q1时，控制单元控制电机启动，保温被及卷帘轴重新向上卷动并当运行至通风口中部位置时，控制单元控制电机关闭，一段时间后温度传感器对大棚内温度进行监测，当大棚内温度大于上限温度值Q1时，控制单元控制电机启动，使保温被及卷帘轴继续向上卷动至大棚顶部并停留在大棚顶部位置；一段时间后温度传感器对大棚内温度再次进行监测，如大棚内温度仍然高于上限温度值Q1时，系统不启动，如温度低于下限温度值Q2时，控制单元控制电机启动，使保温被及卷帘轴向下卷动至通风口中部位置；
一段时间后，如果温度传感器监测到大棚内温度保持在Q1与Q2之间，电机不启动；如果大棚内温度高于上限温度值Q1，控制使保温被及卷帘轴卷动至大棚顶部；如果大棚内温度低于下限温度值Q2，控制使保温被及卷帘轴向下卷动至通风口下边缘位置；如此不断进行温度监测和控制卷帘机运行；
（4）系统运行第三阶段：当时间达到系统蓄热时间点t2时，此时不论大棚内温度高低，如果保温被及卷帘轴位于通风口下边缘位置处，则电机不启动；如果保温被及卷帘轴不在通风口下边缘位置处，则电机启动，控制使保温被及卷帘轴回到通风口下边缘位置处；此时通风口处于完全关闭状态，大棚内温度开始上升，并不断积聚热量；
（5）系统关闭：当时间达到系统关闭时间点t3时，电机启动，控制使保温被及卷帘轴回到初始位置即大棚底端位置处，然后系统自动停止工作直至达到系统开启时间点t1，重新开始步骤（2）操作，以此实现系统循环控制。
2.根据权利要求1所述的一种温室大棚卷帘机及通风口一体化控制方法，其特征在于，所述步骤（3）中，温度传感器监测大棚内温度的监测时间间隔为5-10min。
3. 一种温室大棚卷帘机及通风口一体化控制方法，其特征在于，采用温室大棚卷帘机及通风口一体化控制系统，所述控制系统包括大棚、卷帘机及保温被，所述卷帘机包括支撑杆、卷帘轴及电机，所述保温被卷绕于卷帘轴上，所述控制系统还包括控制单元，且所述大棚内设有温度传感器，大棚靠近顶部区域设有通风口，所述保温被展开时对应通风口部位固定有风口膜，所述电机和温度传感器分别与控制单元相连接；所述大棚外设有风速传感器，所述风速传感器与控制单元相连接；
所述控制方法包括温度控制模式和风力控制模式两种模式，通常情况下，系统按照温度控制模式进行控制，当测定到的外部风速达到设定条件值时，系统转入风力控制模式进行控制，具体如下：
（一）温度控制模式，包括如下控制步骤：
（1）系统初始化设定：设定系统启动时间点t1、蓄热时间点t2及关闭时间点t3，设定系统运行第一阶段排湿时长T1，设定大棚上限温度值Q1、下限温度值Q2，且初始时保温被完全展开并覆盖至大棚底端；
（2）系统运行第一阶段：当时间达到系统启动时间点t1时，系统开始运行，控制单元控制电机启动，保温被随同卷帘轴在电机带动下从大棚底端位置开始向上卷绕运行，当保温被和卷帘轴越过通风口一定位置时，控制单元控制电机关闭，保温被和卷帘轴停留在该位置，通风口被部分开启，大棚内的湿热空气通过通风口开启部分散失，当排湿时长达到T1时，控制单元控制电机开启，使保温被及卷帘轴向下卷动至通风口下边缘处；
（3）系统运行第二阶段：当温度传感器监测到大棚内温度达到上限温度值Q1时，控制单元控制电机启动，保温被及卷帘轴重新向上卷动并运行至通风口中部位置时，控制单元控制电机关闭，一段时间后温度传感器对大棚内温度进行监测，当大棚内温度大于上限温度值Q1时，控制单元控制电机启动，使保温被及卷帘轴继续向上卷动至大棚顶部并停留在大棚顶部位置；一段时间后温度传感器对大棚内温度再次进行监测，如大棚内温度仍然高于上限温度值Q1时，系统不启动，如温度低于下限温度值Q2时，控制单元控制电机启动，使保温被及卷帘轴向下卷动至通风口中部位置；
一段时间后，如果温度传感器监测到大棚内温度保持在Q1与Q2之间，电机不启动；如果大棚内温度高于上限温度值Q1，控制使保温被及卷帘轴卷动至大棚顶部；如果大棚内温度低于下限温度值Q2，控制使保温被及卷帘轴向下卷动至通风口下边缘位置；如此不断进行温度监测和控制卷帘机运行；
（4）系统运行第三阶段：当时间达到系统蓄热时间点t2时，此时不论大棚内温度高低，如果保温被及卷帘轴位于通风口下边缘位置处，则电机不启动；如果保温被及卷帘轴不在通风口下边缘位置处，则电机启动，控制使保温被及卷帘轴回到通风口下边缘位置处；此时通风口处于完全关闭状态，大棚内温度开始上升，并不断积聚热量；
（5）系统关闭：当时间达到系统关闭时间点t3时，电机启动，控制使保温被及卷帘轴回到初始位置即大棚底端位置处，然后系统自动停止工作直至达到系统开启时间点t1，重新开始步骤（2）操作，以此实现系统循环控制；
（二）风力控制模式，包括如下控制步骤：
（1）设定风力控制模式响应风速V；
（2）根据温度控制模式设定的系统启动时间点t1、蓄热时间点t2及关闭时间点t3，在t3-t1时间段内，风力控制模式和温度控制模式均不启动，系统关闭；
在t1-t3时间段内，每隔一定时间风速传感器测定一次大棚外风速，若风速小于响应风速V，则系统按照温度控制模式进行控制；若风速大于或等于响应风速V，则系统不再按照温度控制模式进行控制，控制单元控制保温被和卷帘轴向下卷动至通风口下方并停止不动，当测定到风速小于响应风速V时，系统重新按照温度控制模式进行控制。
4.根据权利要求3所述的一种温室大棚卷帘机及通风口一体化控制方法，其特征在于，所述温度控制模式的步骤（3）中，温度传感器监测大棚内温度的监测时间间隔为5-10min。
5.根据权利要求3所述的一种温室大棚卷帘机及通风口一体化控制方法，其特征在于，所述风力控制模式的步骤（2）中，风速传感器测定风速的间隔时间为5-10min。
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