CN105045318A - 卷帘机智能控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种卷帘机智能控制器，通过对卷帘机运行状态进行监测，能够实现卷帘机控制的全自动化。所述控制器包括：佩戴式监测设备和电机管理保护设备；其中，所述佩戴式监测设备通过套圈套挂在卷帘机的卷轴上，用于测量卷帘机运行参数和环境参数，并传输给所述电机管理保护设备；所述电机管理保护设备安装在所述卷帘机的电机上，用于根据所述佩戴式监测设备传输的数据，对所述卷帘机进行控制。

Description

卷帘机智能控制器

技术领域

本发明涉及卷帘机领域，具体涉及一种卷帘机智能控制器。

背景技术

目前，温室大棚已经在各类农产品、观赏植物等的种植中得到了广泛的应用，而卷帘机的出现极大地推动了温室大棚的机械化程度。温室大棚在使用过程中，白天通过卷帘机收起草帘或保温被，吸收太阳光的照射，使大棚内的温度升高；晚上气温较之白天低，需要通过卷帘机铺设草帘或保温被，来对大棚进行保温。

传统的卷帘机在管理方面很多是人工干预管理，定时开关，由于缺少对卷帘机运行状态进行监测，管理手段偏弱，难以脱离人工监测调整，实现自动控制。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种卷帘机智能控制器，通过对卷帘机运行状态进行监测，能够实现卷帘机控制的全自动化。

为此目的，本发明提出一种卷帘机智能控制器，包括：

佩戴式监测设备和电机管理保护设备；其中，

所述佩戴式监测设备通过套圈套挂在卷帘机的卷轴上，用于测量卷帘机运行参数和环境参数，并传输给所述电机管理保护设备；

所述电机管理保护设备安装在所述卷帘机的电机上，用于根据所述佩戴式监测设备传输的数据，对所述卷帘机进行控制。

本发明实施例所述的卷帘机智能控制器，利用佩戴式监测设备测量卷帘机运行参数和环境参数，利用电机管理保护设备根据所述佩戴式监测设备测量到的卷帘机运行参数和环境参数对卷帘机的电机进行控制，能够实现卷帘机控制的全自动化。

附图说明

图1为本发明卷帘机智能控制器一实施例的结构示意图；

图2为图1中的佩戴式监测设备的侧视图；

图3为图1中的电机管理保护设备一实施例的方框结构示意图；

图4为图1中的佩戴式监测设备一实施例的方框结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明卷帘机智能控制器一实施例的结构示意图，图中1为佩戴式监测设备，2为卷帘机的卷轴，3为中间推拉模式的卷帘机的电机，4为温室，5为一侧推拉模式的卷帘机的电机，6为电机管理保护设备，7为移动设备，8为无线网桥，9为远程PC；图2为图1中的佩戴式监测设备的侧视图，图中10为套圈，11为佩戴式监测设备壳体，12为超声波测距探头，13为环境测量透窗。

如图1所示，本实施例公开一种卷帘机智能控制器，包括：

佩戴式监测设备1和电机管理保护设备6；其中，

所述佩戴式监测设备1通过套圈10套挂在卷帘机的卷轴2上，用于测量卷帘机运行参数和环境参数，并传输给所述电机管理保护设备6；

所述电机管理保护设备6安装在所述卷帘机的电机上，用于根据所述佩戴式监测设备1传输的数据，对所述卷帘机进行控制。

本发明由佩戴式监测设备和电机管理保护设备组成，适用于卷帘机和卷膜机的智能控制。如图1所示，佩戴式监测设备利用重力原理，利用套圈套挂在卷帘/膜机的卷轴一侧(一侧推拉模式)或者两侧(中间推拉模式)，运行过程中基本保持重心在下，不随卷轴翻转，在卷帘/膜机运动或静止过程中测量其三轴加速度、气压、卷轴离地面高度、倾斜度及空气温湿度、光照度等参数，并可以通过433M无线方式与安装在电机上的电机管理保护设备通讯。电机管理保护设备负责电机用电状态的监测、电机的控制，以确保电机处于安全状态。同时该设备可以通过WIFI网络与移动设备通讯实现移动设备现场控制，亦能通过无线网桥进入网络实现远程控制管理，适用于大规模温室群，成本较低，便于推广。

本发明实施例所述的卷帘机智能控制器，利用佩戴式监测设备测量卷帘机运行参数和环境参数，利用电机管理保护设备根据所述佩戴式监测设备测量到的卷帘机运行参数和环境参数对卷帘机的电机进行控制，能够实现卷帘机控制的全自动化。

可选地，参看图2，在本发明卷帘机智能控制器的另一实施例中，所述佩戴式监测设备包括：

壳体11、超声波测距探头12和气压传感器；其中，

所述超声波测距探头12位于所述壳体11底部，用于测量所述卷轴离地面的距离，得到第一距离，并传输给所述电机管理保护设备，

所述气压传感器，用于采集环境气压值，并计算所述卷轴离地面的距离，得到第二距离，并传输给所述电机管理保护设备，

所述电机管理保护设备，还用于在所述第二距离与第一距离的差值在预设的第一范围内时，将所述第一距离作为所述卷轴离地面的距离，在在所述第二距离与第一距离的差值在预设的第二范围内时，进行报警。

如图2所示为图1中的佩戴式监测设备的侧视图，本发明实施例采用高度实现卷帘/膜机定位，超声波测距测量卷轴离地面的距离，气压传感器用于补偿超声波测距，主要防止被测距地面情况受到意外改变，可以设置当两种高度差值超过3米进行报警。本发明通过气压传感器和超声波探头测距，结构简单、准确，不易发生意外。

可选地，在本发明卷帘机智能控制器的另一实施例中，所述佩戴式监测设备，还包括：

倾角传感器(位于套圈顶部)，用于实时测量所述卷轴与水平面的夹角，并传输给所述电机管理保护设备，其中，

所述电机管理保护设备，包括：处理器和电机驱动电路，

所述电机驱动电路采用双向可控硅与电机供电线路连接，

所述处理器，用于在所述卷轴与水平面的夹角大于第一数值或者连续增加时，利用正弦脉冲宽度调制(SPWM)控制所述双向可控硅的开闭，并通过调整所述双向可控硅的开闭频率调节所述电机的速度，直至所述卷轴与水平面的夹角不再连续增加，且在预设的第三范围内。

本发明实施例中，倾角传感器用于测量卷轴与水平位置的角度，当测量角度连续出现增加情况或角度值超过第一数值(第一数值可以为5度)时(角度为正时为未卷到位，角度为负为卷过位)，可以通过对电机降速1/2返回，并监测角度和角度变化情况，如果未能有效则降速1/4返回，继续监测变化，如果问题未能解决则采用2倍速度返回，即以1/2速度变速前进来调整角度，直到角度值不再连续增加，或者小于2度，即误差要求内。

参看图3，智能电机管理保护设备可以采用三相计量芯片ADE7854监测电机供电电压、电流、功率(有功功率，视在功率)、测量电能质量(如短时低压或高压检测、短时高电流变化监测、供电线路电压周期测量以及相位电压与电流之间的角度测量等)；电机驱动电路采用双向可控硅与电机供电部分连接，控制电机开闭及调速；无线433M模块用于与佩戴式运动监测设备通讯；WIFI模块用于网络接入或直接和移动设备通讯；高精度实时时钟芯片为系统提供准确时间；看门狗电路用于避免电机开闭受到干扰，确保监测电路工作稳定；外接开关接口连接外部开关，实现电机直接干预控制；设备直接从三相电中取电，获得供电电压；核心处理器采用MSP430FR5969用于信息采集、通讯、电机监测、控制管理等。

可选地，在本发明卷帘机智能控制器的另一实施例中，所述佩戴式监测设备，还包括：

第一温度传感器、湿度传感器和光照传感器；其中，

所述壳体上开有环境测量透窗，

所述第一温度传感器透过所述环境测量透窗采集环境温度数据，并传输给所述处理器，

所述湿度传感器透过所述环境测量透窗采集环境湿度数据，并传输给所述处理器，

所述光照传感器(位于套圈顶部)，用于采集环境光照数据，并传输给所述处理器，

所述处理器，还用于在所述第一温度传感器连续两次采集的环境温度数据或者所述湿度传感器连续两次采集的环境湿度数据或者所述光照传感器连续两次采集的环境光照数据的变化量大于第二数值时，通过所述电机驱动电路驱动所述电机运转，以关闭所述卷帘机。

本发明实施例中，温湿度、光照传感器主要用于测量室外环境变化，当温湿度，光照变化较大时，则需要关闭卷帘/膜机。本发明能够根据本地气候条件智能自动管理卷帘/膜电机。

可选地，在本发明卷帘机智能控制器的另一实施例中，所述佩戴式监测设备，还包括：

加速度计磁力计芯片，用于测量所述佩戴式监测设备晃动方向的加速度，并确定出风向，在所述佩戴式监测设备晃动方向的加速度大于第三数值时，且风向与应用卷帘机的通风口相对时，通过所述电机驱动电路驱动所述电机运转，以关闭卷帘机。

如图4所示，佩戴式运动监测设备采用低功耗设计，锂电池供电，低功耗MCU获取传感器数据并作出状态分析；加速度计磁力计芯片HML5883用于测量三个方向的速度、加速度，能够实现电机速度监测，从而能够用于电机调速；超声波测距模块KS108用于测量卷轴离地面距离；倾角传感器ADXL345用于测量卷轴相对水平的角度；气压传感器MS5611用于高度测量，以补偿超声波测量受外界干扰；温、湿度和光照传感器SHT25/ISL29013用于测量外部环境为电机管理保护设备控制提供决策依据；433M无线通讯模块用于与电机管理保护设备通讯。

本发明实施例中，当外界有较大风时会使佩戴式监测设备运动，可以监测到加速度，从而可以计算出风向，当风向与温室通风口相对时，同时加速度超过第三数值(比如3g)则主动关闭卷帘/膜机减少高风速对温室结构以及内部的影响。

可选地，在本发明卷帘机智能控制器的另一实施例中，所述电机管理保护设备，还包括：

电量计量芯片；其中，

所述电量计量芯片，用于实时监测三相电供电参数，并传输给所述处理器，

所述处理器，还用于在所述电量计量芯片监测到的供电参数在预设的第四范围内时，通过所述电机驱动电路启动所述电机，

记录所述电机前第四数值次启动过程的启动参数和前第五数值次运行过程的运行参数，并生成安全启动参数和安全运行参数，在所述电机启动或运行过程中，若所述电机的启动参数大于所述安全启动参数或者所述电机的运行参数大于所述安全运行参数，则通过所述电机驱动电路关闭所述电机。

本发明实施例中，通过实时监测三相电供电电压、电流、功率以及其它供电参数，监测供电网络环境，在供电指标符合电机参数条件下开启电机，电机安装调试成功后，可以记录前20次每次开启、运行参数(电流、功率等)，选择其中启动最大值×启动系数(比如1.5)为安全启动参数、运行最大值×运行系数(比如1.2)为安全运行参数，如果启动过程中启动参数超过安全启动参数则通过电机驱动电路关闭电机以防止出现卷帘/膜机载荷过大、空载、缺相、电机老化等问题，运行过程中运行参数超过安全运行参数则通过电机驱动电路关闭电机以防止出现的缺相、突发故障、以及人员与物卷入卷帘系统等问题，并进行报警。

可选地，在本发明卷帘机智能控制器的另一实施例中，所述电机管理保护设备，还包括：

第二温度传感器，用于采集所述电机的温度数据，并传输给所述处理器，其中，

所述处理器，用于在所述第二温度传感器采集到的温度数据大于第六数值时，通过所述电机驱动电路对所述电机的速度进行调节，直至所述第二温度传感器采集到的温度数据不大于所述第六数值。

本发明实施例中，第二温度传感器(可以为PT1000)一直监测电机温度，当电机温度超过第六数值(比如90℃)，则降低电机速度，当温度降到适宜水平再提高速度，如果电机温度不能降低，则需要关闭电机直至电机冷却。

可选地，在本发明卷帘机智能控制器的另一实施例中，所述电机管理保护设备，还包括：

看门狗电路、外接开关接口和实时时钟芯片，其中，

所述看门狗电路，用于避免所述电机开闭时受到干扰，

所述外接开关接口，用于连接外部开关，通过所述外部开关对所述电机进行控制(可以通过开、关、自动三个档实现电机直接干预控制)，

所述实时时钟芯片，用于提供实时的时间信息。

可选地，在本发明卷帘机智能控制器的另一实施例中，还包括：

控制终端(可以为通过无线方式与电机管理保护设备进行通信的移动终端，也可以为通过远程桌面进行控制的远程PC机)，用于向所述电机管理保护设备发送控制指令，以使所述电机管理保护设备根据所述控制指令对所述电机进行控制。

本发明实施例中，可以根据温室电力情况实现电力管理调配，避免大规模同时运行大功率电机导致设备工作不正常。比如，可以在线测量供电线路电源情况，如果线路负载过大不能够满足继续打开电机设备，则会等线路情况稳定时再操作，以避开用电高峰。同时可以远程监管调度卷帘/膜机，分组调度开闭电机，以确保供电线路稳定。

此外，电机管理保护设备还有如下功能：在输入每个电机地理坐标位置之后，电机管理保护设备会计算出当地太阳升起、降落时间，从而可以设置太阳起降前后开关电机时间，从而能够最大程度发挥卷帘机保温被蓄热保温的作用。

本发明具有如下效果：

(a)佩戴式加上在电机上集成电机管理保护电路，不需要再增加大空间的配电柜，安装改造方便；

(b)能够监测电机运行速度、功率、载荷、温度、工作电压电流等状态参数，诊断电机过热、负载过大、空转、缺相、卷偏、不到位、干扰等问题，从而能够直接或者便于间接进行处理，确保电机工作于适宜范围，测距与运动监测结合确保可靠运动定位，能够大幅度降低人工成本；

(c)综合管理设备，实现保温被、通风膜智能管理，为温室作物提供适宜条件；

(d)云控制远程管理，无需人工干预，常规故障能够自行解决，同时根据温室电力情况实现远程电力管理调配，避免大规模同时运行大功率电机导致设备工作不正常。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (9)

1.一种卷帘机智能控制器，其特征在于，包括：

佩戴式监测设备和电机管理保护设备；其中，

所述佩戴式监测设备通过套圈套挂在卷帘机的卷轴上，用于测量卷帘机运行参数和环境参数，并传输给所述电机管理保护设备；

所述电机管理保护设备安装在所述卷帘机的电机上，用于根据所述佩戴式监测设备传输的数据，对所述卷帘机进行控制。

2.根据权利要求1所述的卷帘机智能控制器，其特征在于，所述佩戴式监测设备包括：

壳体、超声波测距探头和气压传感器；其中，

所述超声波测距探头位于所述壳体底部，用于测量所述卷轴离地面的距离，得到第一距离，并传输给所述电机管理保护设备，

所述气压传感器，用于采集环境气压值，并计算所述卷轴离地面的距离，得到第二距离，并传输给所述电机管理保护设备，

所述电机管理保护设备，还用于在所述第二距离与第一距离的差值在预设的第一范围内时，将所述第一距离作为所述卷轴离地面的距离，在在所述第二距离与第一距离的差值在预设的第二范围内时，进行报警。

3.根据权利要求2所述的卷帘机智能控制器，其特征在于，所述佩戴式监测设备，还包括：

倾角传感器，用于实时测量所述卷轴与水平面的夹角，并传输给所述电机管理保护设备，其中，

所述电机管理保护设备，包括：处理器和电机驱动电路，

所述电机驱动电路采用双向可控硅与电机供电线路连接，

所述处理器，用于在所述卷轴与水平面的夹角大于第一数值或者连续增加时，利用正弦脉冲宽度调制控制所述双向可控硅的开闭，并通过调整所述双向可控硅的开闭频率调节所述电机的速度，直至所述卷轴与水平面的夹角不再连续增加，且在预设的第三范围内。

4.根据权利要求3所述的卷帘机智能控制器，其特征在于，所述佩戴式监测设备，还包括：

第一温度传感器、湿度传感器和光照传感器；其中，

所述壳体上开有环境测量透窗，

所述第一温度传感器透过所述环境测量透窗采集环境温度数据，并传输给所述处理器，

所述湿度传感器透过所述环境测量透窗采集环境湿度数据，并传输给所述处理器，

所述光照传感器，用于采集环境光照数据，并传输给所述处理器，

所述处理器，还用于在所述第一温度传感器连续两次采集的环境温度数据或者所述湿度传感器连续两次采集的环境湿度数据或者所述光照传感器连续两次采集的环境光照数据的变化量大于第二数值时，通过所述电机驱动电路驱动所述电机运转，以关闭所述卷帘机。

5.根据权利要求3所述的卷帘机智能控制器，其特征在于，所述佩戴式监测设备，还包括：

加速度计磁力计芯片，用于测量所述佩戴式监测设备晃动方向的加速度，并确定出风向，在所述佩戴式监测设备晃动方向的加速度大于第三数值时，且风向与应用卷帘机的通风口相对时，通过所述电机驱动电路驱动所述电机运转，以关闭卷帘机。

6.根据权利要求3所述的卷帘机智能控制器，其特征在于，所述电机管理保护设备，还包括：

电量计量芯片；其中，

所述电量计量芯片，用于实时监测三相电供电参数，并传输给所述处理器，

所述处理器，还用于在所述电量计量芯片监测到的供电参数在预设的第四范围内时，通过所述电机驱动电路启动所述电机，

记录所述电机前第四数值次启动过程的启动参数和前第五数值次运行过程的运行参数，并生成安全启动参数和安全运行参数，在所述电机启动或运行过程中，若所述电机的启动参数大于所述安全启动参数或者所述电机的运行参数大于所述安全运行参数，则通过所述电机驱动电路关闭所述电机。

7.根据权利要求3所述的卷帘机智能控制器，其特征在于，所述电机管理保护设备，还包括：

第二温度传感器，用于采集所述电机的温度数据，并传输给所述处理器，其中，

所述处理器，用于在所述第二温度传感器采集到的温度数据大于第六数值时，通过所述电机驱动电路对所述电机的速度进行调节，直至所述第二温度传感器采集到的温度数据不大于所述第六数值。

8.根据权利要求1所述的卷帘机智能控制器，其特征在于，所述电机管理保护设备，还包括：

看门狗电路、外接开关接口和实时时钟芯片，其中，

所述看门狗电路，用于避免所述电机开闭时受到干扰，

所述外接开关接口，用于连接外部开关，通过所述外部开关对所述电机进行控制，

所述实时时钟芯片，用于提供实时的时间信息。

9.根据权利要求1所述的卷帘机智能控制器，其特征在于，还包括：

控制终端，用于向所述电机管理保护设备发送控制指令，以使所述电机管理保护设备根据所述控制指令对所述电机进行控制。