CN104111679A - 一种温室设备用智能控制器 - Google Patents

Abstract

一种温室设备用智能控制器，包括单片机、控制电控柜的控制电路、监测电控柜的监测电路和采集温室内环境信息的传感器电路，控制电路与电控柜用于控制温室内设备的控制开关并接，并由单片机的输出端口输出的信号控制，以实现智能控制器通过控制电路和电控柜对温室内设备的智能控制。本发明通过在交流触电器上设置辅助触点，以实现通过辅助触点判断交流接触器的吸合，进而判定该交流接触器所控制的电器设备的通断；通过使智能控制器的控制电路与电控柜控制开关并接，并由单片机的输出端口输出的信号控制，以实现智能控制器通过控制电路和电控柜对温室内设备的智能控制。

Description

一种温室设备用智能控制器

技术领域

本发明涉及到工业控制用的智能控制器，具体的说是一种温室设备用智能控制器。

背景技术

    近年来，我国的温室大棚产业得到迅猛的发展，以蔬菜大棚、花卉为主植物栽培设施在大江南北遍地开花，不同种类的蔬菜对温度及湿度等生长所需条件的要求也不尽相同。温室是一种可以改变植物生长环境、为植物生长创造最佳条件、避免外界四季变化和恶劣天气对其影响的场所，它以采光覆盖材料作为全部或部分结构材料，可在冬季或其他不适宜植物生长的季节栽培植物。而温室大棚要达到适宜植物生长的环境，关键技术是环境控制，环境控制是环境信息数据采集和设备控制的集合，要达到自动甚至智能控制，采集设备和控制设备是必不可少的设备。

冬季蔬菜大棚管理最重要的一个因素是温度的控制。温度管理一般把一天分为午前、午后、前半夜和后半夜4个时段来进行温度调节。午前以促进光合作用，增加同化量为主，一般将棚温保持在25-30℃为宜；午后光合作用呈下降趋势，应将温度比午前降低5℃左右，以20-25℃为好，避免高温下养分消耗过多。日落后4-5h内，要将棚内温度从20℃逐渐降到15℃上下，以促进体内同化物的运转。此后，再将夜温降到10-12℃，以抑制呼吸、减少消耗、增加积累。但不可把温度降得过低，以免发生低温危害。另外，阴雨天光照不足，光合作用不能正常进行，棚内温度也应比晴天低5℃左右，以降低呼吸消耗。

现代化农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行检测和控制。例如：空气的温度、湿度、光照强度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。温室环境与生物的生长、发育、能量交换密切相关，进行环境测控是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证，通过对监测数据的分析，结合作物生长发育规律，控制环境条件，使作物达到优质、高产、高效的栽培目的。今后，以蔬菜大棚为代表的农业设施在现代化农业生产中已经开始发挥着越来越大的作用，对大棚内的温度、湿度与光照强度等参数的自动、甚至智能控制显的非常重要。

发明内容

为了满足对大棚各项参数指标智能化控制的需求，本发明提供了一种温室设备用智能控制器，通过本智能控制器实现了对大棚内作物生长环境的智能调节。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为：一种温室设备用智能控制器，包括单片机、控制电控柜的控制电路、监测电控柜的监测电路和采集温室内环境信息的传感器电路，所述控制电路与电控柜用于控制温室内设备的控制开关并接，并由单片机的输出端口输出的信号控制，以实现智能控制器通过控制电路和电控柜对温室内设备的智能控制；

所述监测电路包括设置在电控柜的交流接触器中的辅助触点，并由电路将单片机的检测端口和辅助触点接通，以实现通过辅助触点判断交流接触器的吸合，进而判定该交流接触器所控制的电器设备的通断；

所述传感器电路包括用于检测温室内环境参数的各传感器，并将各传感器检测的参数传递给单片机，以使单片机根据相应的参数通过控制电路实现对温室内相应设备的智能控制。

所述温室设备包括打开或关闭通风窗的电机，在通风窗打开和关闭的最大位置设置有限位开关，限位开关与单片机的输入端口连接以将信息传递给单片机，单片机根据接收的信息控制电机的停止，根据检测到的限位开关位置信息，判断窗户的开合状态，做智能控制的依据。也可以将信息传给远程的计算机、智能手机等终端设备，让远程管理人员及时了解温室中实际的工作情况，并且可以根据采集到的实时信息可以实现准确适当的远程控制。同理，其他温室内使用的往复运行的设备如内遮阳相同的控制原理。

除此之外，温室设备还包括大棚的一些其它辅助设备，如水泵、二氧化碳释放装置、通风装置、水肥装置、加温装置、遮阳装置、卷被机和补光灯等设施，这些设施的安装设置是本领域的常规设置方式，因此不做赘述。

本发明的智能控制器上还可以设置有显示屏，以显示各传感器检测的环境参数；设置操作键盘以控制参数的调节；设置存储器以储存和调用数据；还可以将其通过网络与外界计算机设备连接，以通过远程计算机实现对大棚内参数的远程监控和调整。

本发明中所述的控制电路与电控柜用于控制温室内设备的控制开关并接是指，在电控柜的交流接触器上设置辅助触点，单片机的检测端口与辅助触点连接，用于检测交流接触器的通断，控制电路打开一端的两个触点与单片机的两个输出打开端口连接，另一端的两个触点分别与电控柜用于控制温室内设备的控制开关并接；控制电路关闭一端的两个触点与单片机的两个输出关闭端口连接，另一端的两个触点与电控柜温室内设备的控制关闭开关串接。

本智能控制器可以实时监控设备的工作状态，确保生产安全。在交流接触器上增加辅助触点，将辅助触点连接在智能控制器的设备状态监测端口，内置的单片机通过监测交流接触器的吸合，识别设备的工作状态。当现场有工作人员根据现场情况，临时手动打开设备时，智能控制器可以自动监测到设备的开启，并将数据上传到远端服务器。解决了以往的温室控制器只能依靠自身按键的触动才能知道设备的工作状态，不能和现有设备完全融合的难题。

本智能控制器根据限位开关的闭合情况可以实时监测通风窗、外遮阳、卷被机等的是否处于开窗或者关窗的状态，便于自然环境下雨、大风，温室内环境需要等的智能控制开窗或者关窗操作。设置监测和限位开关，当开启通风窗时，待通风窗电机驱动通风窗打开以后，运行到最大开窗位置时，触碰开位置的限位监测开关闭合，控制电机停止运行，保护设备运行安全。当关闭通风窗时，待通风窗完全关闭以后，触碰关位置的限位开关闭合，控制电机停止运行，保护设备运行安全。同时限位开关的闭合信息经检测后，可以知道通风窗等的开合状态，此检测信息被传至远端服务器，使得远端技术人员可以知道通风窗等的开关状态并且可图示化的展示出来，便于技术人员和植物生长模型软件根据具体的需要智能做相应的操作。

本智能控制器具有自动监测传感器的数据是否异常的功能，对于异常的传感器提示，使得整套设备采集的环境数据真实，对于温室智能控制的准确性提供依据。智能控制的依据来自于温室现场环境的数据采集，若传感器故障导致采集的数据错误时，智能控制器将无法根据实际环境需要做出正确的工作指令输出，整套系统也将无法准确运行。故传感器的准确性将起到至关重要的作用。采用的方式是，智能控制器实时监测传感器的数据，当传感器的数据在5秒钟内变动值是整个量程的3%（可更改设置值）以上、10小时（可更改设置值）数值不变的、在24个小时内传感器数据仅在整个量程数值的3%（可更改设置值）（以内变动的时候，提示采集器数据异常，技术人员需要检查相应的传感器，以确保采集的数据准确性。

本控制器可以检测设备运行状态是否正常，方法是在发出设备启动运行命令后，检测设备运行状态，若设备没有正常运行，视为故障。在未发出设备停止信息（包括人工和手动停止控制），而设备运行停止，视为故障，此时发出提示信息，指导工作人员检查和维修。

有益效果：本发明通过在交流触电器上设置辅助触点，以实现通过辅助触点判断交流接触器的吸合，进而判定该交流接触器所控制的电器设备的通断；通过使智能控制器的控制电路与电控柜控制开关合理连接，并由单片机的输出端口输出的信号控制，以实现智能控制器通过控制电路和电控柜对温室内设备的智能控制，从而实现了智能控制器根据传感器的监测数据自动控制各附属设备进行参数调节，实现了大棚生产的自动化智能控制。同时，因为本智能控制器和现有配电柜的完美结合，保护了农业企业原有投入的配电柜设备在从手动控制升级到智能控制后仍能继续使用，从而大大节约了成本，有着明显的社会效益和经济效益。

附图说明

图1为本发明智能控制器的电器控制原理图；

图2为智能控制器输出与电控柜连接线路图；

图3为电控柜控制的各设备行程开关的线路连接图；

附图标记：1、主MCU，2、操作键盘，3、存储器，4、与电控柜连接的输出接口，5、设备状态监测模块，6、限位监测模块，7、输入接口，8、MX485接口，9、从MCU，10、各项参数传感器，11、远程计算机，12、网络，13、网络接口，14、故障检测模块，15、显示屏，16、智能控制器，17、输出开控制线路，18、输出关控制线路，19、监测线路，20行程开关。

具体实施方式

    一种温室设备用智能控制器，包括单片机、控制电控柜的控制电路、监测电控柜的监测电路和采集温室内环境信息的传感器电路，所述控制电路与电控柜用于控制温室内设备的控制开关并接，并由单片机的输出端口输出的信号控制，以实现智能控制器通过控制电路和电控柜对温室内设备的智能控制；

所述监测电路包括设置在电控柜的交流接触器中的辅助触点，并由电路将单片机的检测端口和辅助触点接通，以实现通过辅助触点判断交流接触器的吸合，进而判定该交流接触器所控制的电器设备的通断；

所述传感器电路包括用于检测温室内环境参数的各传感器，并将各传感器检测的参数传递给单片机，以使单片机根据相应的参数通过控制电路实现对温室内相应设备的智能控制；

所述温室设备包括打开或关闭通风窗的电机，在通风窗打开和关闭的最大位置设置有限位开关，限位开关与单片机的输入端口连接以将信息传递给单片机，单片机根据接收的信息控制电机的停止；同时根据该行为开关的闭合信息采集后判断通风窗的打开或者改变状态检测。

本发明在具体应用时，如图1所示，包括一主MCU1，主MCU1上设置有显示屏15、操作键盘2、数据存储器3和故障检测模块14，故障检测模块14检测传感器和设备运行故障，主MCU1的输出接口4与大棚用设备的电控柜连接，主MCU1的输入接口7与设备状态监测模块5和限位监测模块6连接，且设备状态监测是指从电控柜的交流接触器辅助触点接入；各项参数传感器10通过从MCU9和MX485接口8与主MCU1通讯，主MCU1通过其上的网络接口13和网络12与远程计算机11进行数据通讯，以实现远程计算机11通过智能控制器的输出接口4对大棚内各设备的远程智能控制。

图2为智能控制器输出与电控柜连接线路图，即智能控制器的输出开关与电控柜的控制开关并接；

图3为电控柜控制的各设备行程开关的线路连接图，也就是通过监测各设备行程开关20的状态得到各设备的运行状况信息（主要是指位置状态信息，根据检测到行程开关开合状态，可以知道例如窗户是开的还是关闭的状态，遮阳棚是展开还是合拢状态，使得远程使用人员可以根据位置信息图示化的展示温室内设备的工作状态）。

农业种植管理者可以实时的查看大棚内温度、湿度、二氧化碳、土壤水分、土壤温度、光照度数据，设备状态信息，并且根据当前种植的植物生长需求自动或者人工控制温室大棚相应的设备，使得温室大棚内的环境信息符合植物的生长条件，大棚的相应设备主要有：

1）温度、湿度、二氧化碳、土壤水分、土壤温度、光照度传感器用于采集温室大棚内部的实时数据，同时预留氮气等6路传感器添加的数据位，便于增加传感器类型；

2）水泵控制，根据植物生长模型中的土壤水分需求范围和植物生长习性，智能的调节浇水，使得土壤湿度控制在该农作物适宜的范围；

3）水肥混合，将肥料倒入水肥混合池，或者通过自动加料机自动按量加进水肥混合池，并由搅拌机充分搅匀；

4）施肥控制，根据农作物的需要，将混合后的水肥通过滴灌管路滴灌入土壤根部区域，即增加植物的吸收，提高水肥利用率，又不破坏土壤结构；

5）二氧化碳释放装置控制，当大棚内采集到的二氧化碳数据值较低时，或者依据植物生长模型中的二氧化碳施肥数据，根据植物的各生长期特点，释放二氧化碳调节达到增产的目的；

6）外遮阳展开合拢控制，当大棚光照度采集到的数据过强使得大棚内温度过高而采用的一种技术手段，通过合拢或者展开遮阳部件遮挡一部分阳光调节光照度和大棚内的温度；

7）加温设备，此设备分两种，大棚内土壤温度加热和大棚内环境空气温度加热，冬季连续雨雪天气，土壤温度较低时，减弱植物是生长，通过在大棚外安装太阳能集热器，大棚土壤内根部以下埋设管道以及安装蓄热水桶，根据集热器温度结合植物生长需要的温度值，控制泵的启动热循环加热大棚内土壤温度，温度适宜后自动停止加温，在天黑后将集热器热水保存在大棚的蓄水桶内，晚上缓慢释放保持夜间土壤温度，大棚内环境温度加温通过控制打开热风机等加热设备达到植物生长适宜的环境温度；

8）内遮荫展开合拢控制，当大棚光照度采集到的数据过强使得大棚内温度较高而采用的一种技术手段，通过合拢或者展开遮阳部件遮挡一部分阳光调节光照度和大棚的温度；

9）卷被机控制，冬季日光温室夜晚保温用，当夜晚来临，温室大棚控制软件检测到小型气象站数据得到大棚外光照度低于植物生长要求的光合作用光照度预定值，控制卷被机放下保护日光温室的热量，清晨时，通过小型气象站检测到的大棚外环境光照度达到预定值，控制卷被机卷起；

10）太阳能集热器，北方的冬季，当空气温度低于零下时，土地会产生冻土层，冻土层的深度随地区不同而有变化，冻土的产生破坏植物的根部，所以温室大棚一方面需要夜晚保护温室内的空气温度，也需要提高土壤温度，利于植物生长。太阳能集热器安装于大棚外，白天采集太阳辐射的热量加热集热器内的水，控制电磁阀打开循环水泵，循环热水通过埋在大棚土壤内的管道加温植物根部区域的土壤温度，促进植物生长；

11）风机，有两个用途，其一强制通风，其二配合湿帘降温，在要求的风速下，达到将冷气在温室大棚内部循环的目的；

12）补光灯，当光照度不够时，控制主机根据植物生长需要打开补光灯，促进植物生长；

13）屋顶通风窗，温室大棚内空间狭小，加上农药和肥料的使用，致使温室大棚内二氧化碳含量不断降低，越来越多的聚集有害气体，造成温室大棚内农作物病害的发送，给温室大棚内作物的生长发育带来不利的影响，所以，当温室大棚内的空气成分含量达不到棚内作物的生长需求时，必须进行通风处理，配出棚内的污浊空气，同时，将棚外的新鲜空气置换进来，控制中心软件检测小型气象站和温室大棚内采集器采集的数据，进行对比，自动控制打开关闭通风窗；

14）侧通风窗，功能同上，同时打开屋顶通风窗和侧通风窗可以产生空气对流，效果更好；

15）湿帘降温，温室大棚内温度过高时降温用，由湿帘箱、循环水系统、轴流式风机、控制电路组成，湿帘—风扇强制降温系统是利用水的蒸发降温原理实现降温目的，降温系统的核心是能让水蒸发的湿帘，湿帘由波纹状的纤维纸粘结而成，特制的输水湿帘能确保水均匀地淋湿整个降温湿帘墙，保证有大的湿表面与流过的空气接触，当空气穿透湿帘介质时，与湿润介质表面进行的水气交换将空气的显热转化为汽化潜热，从而实现对空气的加湿与降温，与湿帘相配合的风机实现温室内外空气的流动，将室内高温高湿气体排出，并补充足够的新鲜空气，控制中心软件在检测棚外小型气象站数据和棚内温湿度传感器采集的信息对比后，根据植物生长模型中的参数需要，启动风机，将温室内的空气强制抽出，造成负压；同时，启动水泵将水打在安装在风机对面的湿帘墙上，室外空气被负压吸入室内时，以一定的速度从湿帘的缝隙穿过，导致水分蒸发、降温，冷空气流经温室，吸收室内热量后，经风扇排出，从而达到降温目的，同时也经循环风更新了大棚外的新鲜空气；

由以上可知，温室智能控制器可以实现大棚内温度、湿度、二氧化碳、土壤水分、土壤温度、光照度的数据采集，同时相应的采集器自身故障可以判断，手动、自动控制大棚内的设备（卷被机、侧通风窗、水泵浇水、内遮荫、屋顶通风窗、滴灌、喷淋、风机、湿帘降温、补光灯、二氧化碳释放装置、加温设备），通过上位机程序可以实现智能化控制。大棚内的设备状态信息经采集后传给显示单元，使得管理者可以实时的看到大棚内图像信号、温度、湿度、二氧化碳、土壤水分、土壤温度、光照度数据，设备状态信息，并且根据当前种植的植物生长模型自动控制相应的设备使得大棚内的环境信息符合植物的生长条件。

本发明将温室环境数据采集和控制集成为一个设备，提高了设备的可靠性和降低了产品本身的价格。同时，由于将温湿度等环境数据采集和设备控制集成，并和温室内原有电气控制柜有机结合，保护了使用者在原有设备仍正常使用的情况下升级为远程智能控制系统，极大的降低了升级成本和节约了材料，对社会资源的有效利用起到举足轻重的作用。为农业技术的科技化进程推广大幅降低了使用费用。

Claims (2)

1.一种温室设备用智能控制器，包括单片机、控制电控柜的控制电路、监测电控柜的监测电路和采集温室内环境信息的传感器电路，其特征在于：所述控制电路与电控柜用于控制温室内设备的控制开关并接，并由单片机的输出端口输出的信号控制，以实现智能控制器通过控制电路和电控柜对温室内设备的智能控制；

所述监测电路包括设置在电控柜的交流接触器中的辅助触点，并由电路将单片机的检测端口和辅助触点接通，以实现通过辅助触点判断交流接触器的吸合，进而判定该交流接触器所控制的电器设备的通断；

所述传感器电路包括用于检测温室内环境参数的各传感器，并将各传感器检测的参数传递给单片机，以使单片机根据相应的参数通过控制电路实现对温室内相应设备的智能控制。

2.根据权利要求1所述的一种温室设备用智能控制器，其特征在于：所述温室设备包括打开或关闭通风窗的电机，在通风窗打开和关闭的最大位置设置有限位开关，限位开关与单片机的输入端口连接以将信息传递给单片机，单片机根据接收的信息控制电机的停止，同时，根据所检测到的限位开关的状态显示出通风窗是关闭或者开启的状态。