CN105136207B - 太阳能光伏温室检测控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种太阳能光伏温室检测控制系统及其控制方法，太阳能光伏温室检测系统包括传感器子系统、伺服子系统、数据采集子系统以及信息处理子系统；所述信息处理子系统将数据采集子系统传送的采自传感器子系统的数据与预设值进行比较分析，并根据分析结果向伺服子系统发出控制信号，所述控制信号中包括调节温度、湿度、光照度和二氧化碳浓度的调节量，所述第一集成多路开关用于将传感器子系统检测的数据传送至所述数据采集卡，所述第二集成多路开关用于将数据采集卡传送的控制信号传送至伺服子系统。本发明太阳能光伏温室检测控制系统，能够方便地采集并调节太阳能光伏温室内的环境参数，显著提高太阳能光伏温室内农作物的种植效益。

Description

太阳能光伏温室检测控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种控制系统，尤其涉及一种太阳能光伏温室检测控制系统。本发明还涉及一种太阳能光伏温室检测控制方法。

背景技术

科学家已经确定了影响植物生长有52种因素，但是起主要作用的包括：土壤有机质、土壤水分、根层深度、温度、湿度、光照度、风速等等。

“十二五”以来，精准农业已成为当今世界农业发展的新趋势，它是由现代信息技术支持的根据空间变异，定位、定时、定量地实施一整套现代化农事操作技术与管理的系统，它将推动农业生产由以前的粗放型农业向技术型、细化型的现代化农业转变。精准农业的基本思路是根据农作物在生长过程中所出现的优劣性而进行科学管理，实时地感知作物生长信息和作物生长环境信息，分析作物生长差异的原因，并按具体情况做出决策，准确地根据不同的情况进行针对性的管理，用最少或最节省的投入达到同等收入或更高的收入，并改善环境，高效地利用各类农业资源,优化生产管理体系，取得经济效益和环境效益。如何能方便、有效、快捷、准确地获取到农作物田间的环境参数，已经成为实施精准农业最为关键的问题，为此，需要大力开展适用于农作物的环境信息快速感知技术与传感仪器的研究。

因此，需要有一种相应的太阳能光伏温室检测控制系统以及相应的控制方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种太阳能光伏温室检测控制系统。

本发明的另一目的是提供一种太阳能光伏温室检测控制系统的控制方法。

根据本发明的一个方面，一种太阳能光伏温室检测控制系统，用于检测并控制太阳能光伏温室内的环境参数，其特征在于，包括传感器子系统、伺服子系统、数据采集子系统以及信息处理子系统；

所述传感器子系统设置于太阳能光伏温室，包括温度传感器、湿度传感器、光照度传感器以及二氧化碳浓度传感器；

所述伺服子系统设置于太阳能光伏温室内，包括温度调节机构、湿度调节机构、照明机构以及二氧化碳释放机构；

所述数据采集子系统包括第一集成多路开关、第二集成多路开关以及数据采集卡，所述第一集成多路开关用于将传感器子系统检测的数据传送至所述数据采集卡，所述数据采集卡用于将传感器子系统采集的数据进行I/O转换和采样并将采样数据传送至信息处理子系统，以调节太阳能光伏温室内的温度、湿度、光照度及二氧化碳浓度；

所述信息处理子系统将数据采集卡传送的数据进行比较分析，并根据分析结果向伺服子系统发出控制信号，所述控制信号中包括调节温度、湿度、光照度和二氧化碳浓度的调节量，所述第二集成多路开关用于将数据采集卡传送的控制信号传送至伺服子系统。

根据本发明的一实施方式，所述温度调节机构包括用于太阳能光伏温室内空气进行降温的降温设备和用于加热的加热设备；所述湿度调节机构包括温室天窗、侧窗启闭装置以及喷雾器。

所述信息处理子系统包括数据采集模块、信息处理和控制模块以及伺服模块；所述数据采集模块接收数据采集子系统采集的数据并将数据传送至信息处理和控制模块；所述信息处理和控制模块将数据采集模块传送的数据存储在数据缓冲区并备份存储在数据库中，并将数据缓冲区中的数据与预设值对比分析，当数据缓冲区中的数值与预设值相比大于或小于相应的设定阀值时，所述信息处理和控制模块向伺服模块发出控制信号，在控制信号中包含调节量，所述伺服模块根据控制信号向伺服子系统发出控制指令，以使伺服子系统调节太阳能光伏温室内的温度、湿度、光照度和二氧化碳浓度。

所述传感器子系统、伺服子系统、数据采集子系统以及信息处理子系统由太阳能光伏温室的光伏组件供电。

根据本发明的另一个方面，一种太阳能光伏温室检测控制系统的控制方法，包括如下步骤：

利用设置于太阳能光伏温室内的传感器子系统检测太阳能光伏温室内的温度、湿度、光照度以及二氧化碳浓度；

将传感器子系统检测的数据通过数据采集子系统的第一集成多路开关传送至数据采集子系统的数据采集卡，利用数据采集卡将传感器子系统采集的数据进行I/O采样并将采样数据传送至信息处理子系统；

信息处理子系统将数据采集卡传送的数据进行比较分析，并根据分析结构向伺服子系统发出控制信号，控制信号中包括调节温度、湿度、光照度和二氧化碳浓度的调节量，利用数据采集子系统的第二集成多路开关将数据采集卡传送的控制信号传送至伺服子系统，以调节太阳能光伏温室内的温度、湿度、光照度及二氧化碳浓度。

根据本发明的一实施方式，所述信息处理子系统在对数据采集卡传送的数据进行比较分析时，首先通过数据采集模块接收数据采集子系统采集的数据并将数据传送至信息处理和控制模块，然后信息处理和控制模块将数据采集模块传送的数据存储在数据缓冲区并备份存储在数据库中，并将数据缓冲区中的数据与预设值对比分析，当数据缓冲区中的数值与预设值相比大于或小于相应的设定阀值时，所述信息处理和控制模块向伺服模块发出控制信号，在控制信号中包含调节量，所述伺服模块根据控制信号向伺服子系统发出控制指令。

由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：

本发明太阳能光伏温室检测控制系统及其控制方法，能够方便地采集并调节太阳能光伏温室内的环境参数，显著提高太阳能光伏温室内农作物的种植效益，利用光伏组件产生的电能进行供电，还能减少农作物生产过程中所使用能耗。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是本发明实施例的太阳能光伏温室检测控制系统的示意图；

图2是本发明实施例的太阳能光伏温室检测控制系统工作过程示意图。

图3为本发明实施例的太阳能光伏温室的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

参见图1至图3，本实施例公开了一种太阳能光伏温室检测控制系统，用于检测并控制太阳能光伏温室内的环境参数，包括传感器子系统、伺服子系统、数据采集子系统以及信息处理子系统。太阳能光伏温室内的环境参数包括温度、湿度、光照度以及二氧化碳浓度。传感器子系统、伺服子系统、数据采集子系统和信息处理子系统可由太阳能光伏温室内的光伏组件进行供电，以节约能源。

传感器子系统设置在太阳能光伏温室内部，包括温度传感器、湿度传感器、光照度传感器以及二氧化碳浓度传感器。

伺服子系统设置于太阳能光伏温室内，包括温度调节机构、湿度调节机构、照明机构以及二氧化碳释放机构。

温度调节机构可以改变太阳能光伏温室内的温度，在本实施例中，温度调节机构包括降温设备和加热设备，也就是说，温度调节机构由两种设备组成，降温设备可为风机，利用风机将太阳能光伏温室内的空气与外界空气进行交换，以达到降温的目的，加热设备可为热暖炉等，通过将太阳能光伏温室内空气进行加热，达到提高温度的目的。温度调节机构不限于本实施例公开的形式，也可以采用既能制冷又能加热的一体化温度调节机构。

湿度调节机构包括温室天窗、侧窗启闭装置以及喷雾器，通过温室天窗、侧窗启闭装置可以打开太阳能光伏温室的天窗和侧窗，以降低湿度，通过喷雾器可以相太阳能光伏温室内喷水，以提高其内部的湿度。湿度调节机构不限于本实施例公开的结构，例如湿度调节机构也可以采用风机，利用风机从太阳能光伏温室内向外抽风以降低太阳能光伏温室内的湿度。

数据采集子系统包括第一集成多路开关、第二集成多路开关以及数据采集卡。数据采集子系统可以对传感器子系统检测的数据进行采集。该数据采集子系统可以设置在太阳能光伏温室的内部或者外部，第一集成多路开关与传感器子系统相连接，用于将传感器子系统所检测的数据传送至数据采集卡。传感器子系统中的各个传感器可以分别通过第一集成多路开关中的一路连接至数据采集卡。数据采集卡用于将传感器子系统采集的数据进行I/O转换和采样，并将采样数据传送至信息处理子系统。为了满足实时性的要求，数据采集卡可以采用速度较高、具有多种采样触发方式并能够实现多路采样保持的多通道数据采集卡。

信息处理子系统是本实施例的太阳能光伏温室检测控制装置的核心，它可采用微型计算机来实现，也可采用嵌入式计算机等来实现。功能包括预设置环境参数、信号处理和控制三部分。预设置环境参数时，一方面可以按照某一时间范围内农作物正常生长对温度、湿度、光照度和二氧化碳浓度的要求设置预设值，另一方面也可以按照农作物不同生长期对温度、湿度、光照度和二氧化碳浓度来设置预设值，进而对其数据进行拟合，以确保农作物在整个生长过程中所处的环境参数均符合要求。在信息处理子系统内安装有数据采样软件用于采集传感器子系统检测的数据。

信息处理子系统将数据采集卡传送的数据与预设值进行比较分析，并根据分析结果向伺服子系统发出控制信号，控制信号中包括调节温度、湿度、光照度和二氧化碳浓度的调节量，第二集成多路开关用于将数据采集卡传送的控制信号传送至伺服子系统。

在本实施例中，信息处理子系统包括数据采集模块、信息处理和控制模块以及伺服模块。数据采集模块接收数据采集子系统采集的数据并将数据传送至信息处理和控制模块。数据采集模块能够从数据采集子系统接收数据，并将所采集的数据传送至信息处理和控制模块，信息处理和控制模块根据检测数据做出控制决策并向伺服模块发出控制信号，伺服模块控制伺服子单元工作，达到调整太阳能光伏温室内的环境参数的目的。

本实施例的太阳能光伏温室检测控制系统的工作过程如下。

首先，信息处理子系统和数据采集卡初始化，在此过程中可以完成自检等工作，然后，信息处理子系统的采集软件发送接收指令，传感器子系统的各个传感器对太阳能光伏温室的环境参数进行检测，并将检测数据经过第一集成多路开关传送至数据采集子系统，数据采集卡将传感器子系统传送的温度、湿度、光照度以及二氧化碳浓度等数据进行I/O转换，其中主要是进行A/D转换，将这些测量值由模拟量转变为可供处理器处理的数字量。

然后，信息处理子系统的数据采集模块对数据采集卡转换后的数据进行读取。数据采集模块在读取数据时，可以用定时查询采样的方式，即，数据采集模块每隔一段时间就访问一次数据采集卡，将数据采集卡中的数据读出。除此之外，还可以一并采取中断采样的方式，即，当数据采集卡中的数据超过设定范围时，数据采集卡向数据采集模块发出一中断信号，数据采集模块收到该中断信号后马上读取数据采集卡中的数据。

数据采集模块将读取到的数据传送至信号处理和控制模块，在信号处理和控制模块内设有数据缓冲区，信号处理和控制模块将接收到的数据存储在数据缓冲区并将这些数据备份存储在数据库中。信号处理和控制模块根据这些数据缓冲区中的数据进行控制决策，信号处理和控制模块将数据缓冲区中的数据于预设置的本阶段环境参数值进行比对分析，为控制提供决策依据。当数据缓冲区中的数据的数值与预设值相比，大于或小于相应的阀值时，该信息处理和控制模块向伺服模块发出控制信号，在控制信号中包含调节量。当检测到的环境参数中某一项超出阀值时，控制信号可以包括对该项参数的具体调节量。伺服模块根据控制信号向伺服子系统发出控制指令，以使伺服子系统调节太阳能光伏温室内的温度、湿度、光照度和二氧化碳浓度。

伺服模块的控制指令可首先传送至数据采集卡，控制指令通过数据采集卡进行I/O转换，变成能够控制伺服子系统的开关量，然后通过第二集成多路开关发送至伺服子系统，用于启动相应的温度调节机构、湿度调节机构、照明机构或者二氧化碳释放机构。

太阳能光伏温室的温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度、通风量等技术参数决定着农作物的生产与产出，所以建立农作物生长环境监测监控系统对农作物的生产十分有利，同时还能减少农作物生产过程中所使用能耗，并与伺服子系统进行联动运行，自动调节农作物生产环境参数。能够提高植物的生长速率，是集低碳、节能、环保、旅游于一身的新型高科技农业生态建设项目。

本实施例的太阳能光伏温室检测控制系统的控制方法，包括如下步骤：

利用设置于太阳能光伏温室内的传感器子系统检测太阳能光伏温室内的温度、湿度、光照度以及二氧化碳浓度；

将传感器子系统检测的数据通过数据采集子系统的第一集成多路开关传送至数据采集子系统的数据采集卡，利用数据采集卡将传感器子系统采集的数据进行I/O采样并将采样数据传送至信息处理子系统；

信息处理子系统将数据采集卡传送的数据进行比较分析，并根据分析结构向伺服子系统发出控制信号，控制信号中包括调节温度、湿度、光照度和二氧化碳浓度的调节量，利用数据采集子系统的第二集成多路开关将数据采集卡传送的控制信号传送至伺服子系统，以调节太阳能光伏温室内的温度、湿度、光照度及二氧化碳浓度。

信息处理子系统在对数据采集卡传送的数据进行比较分析时，首先通过数据采集模块接收数据采集子系统采集的数据并将数据传送至信息处理和控制模块，然后信息处理和控制模块将数据采集模块传送的数据存储在数据缓冲区并备份存储在数据库中，并将数据缓冲区中的数据与预设值对比分析，当数据缓冲区中的数值与预设值相比大于或小于相应的设定阀值时，信息处理和控制模块向伺服模块发出控制信号，在控制信号中包含调节量，伺服模块根据控制信号向伺服子系统发出控制指令。

以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。

Claims (5)

1.一种太阳能光伏温室检测控制系统，用于检测并控制太阳能光伏温室内的环境参数，其特征在于，包括传感器子系统、伺服子系统、数据采集子系统以及信息处理子系统；

所述传感器子系统设置于太阳能光伏温室，包括温度传感器、湿度传感器、光照度传感器以及二氧化碳浓度传感器；

所述伺服子系统设置于太阳能光伏温室内，包括温度调节机构、湿度调节机构、照明机构以及二氧化碳释放机构；

所述数据采集子系统包括第一集成多路开关、第二集成多路开关以及数据采集卡，所述第一集成多路开关用于将传感器子系统检测的数据传送至所述数据采集卡，所述数据采集卡用于将传感器子系统采集的数据进行I/O转换和采样并将采样数据传送至信息处理子系统，以调节太阳能光伏温室内的温度、湿度、光照度及二氧化碳浓度；

所述信息处理子系统将数据采集卡传送的数据进行比较分析，并根据分析结果向伺服子系统发出控制信号，所述控制信号中包括调节温度、湿度、光照度和二氧化碳浓度的调节量，所述数据采集卡将控制信号进行I/O转换，变成能够控制伺服子系统的开关量，所述第二集成多路开关用于将数据采集卡传送的控制信号传送至伺服子系统；

所述信息处理子系统包括数据采集模块、信息处理和控制模块以及伺服模块；所述数据采集模块接收数据采集子系统采集的数据并将数据传送至信息处理和控制模块；所述信息处理和控制模块将数据采集模块传送的数据存储在数据缓冲区并备份存储在数据库中，并将数据缓冲区中的数据与预设值对比分析，当数据缓冲区中的数值与预设值相比大于或小于相应的设定阀值时，所述信息处理和控制模块向伺服模块发出控制信号，在控制信号中包含调节量，所述伺服模块根据控制信号向伺服子系统发出控制指令，以使伺服子系统调节太阳能光伏温室内的温度、湿度、光照度和二氧化碳浓度。

2.根据权利要求1所述的太阳能光伏温室检测控制系统，其特征在于，所述温度调节机构包括用于太阳能光伏温室内空气进行降温的降温设备和用于加热的加热设备；所述湿度调节机构包括温室天窗、侧窗启闭装置以及喷雾器。

3.根据权利要求1所述的太阳能光伏温室检测控制系统，其特征在于，所述传感器子系统、伺服子系统、数据采集子系统以及信息处理子系统由太阳能光伏温室的光伏组件供电。

4.一种如权利要求1至3任一所述太阳能光伏温室检测控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

利用设置于太阳能光伏温室内的传感器子系统检测太阳能光伏温室内的温度、湿度、光照度以及二氧化碳浓度；

将传感器子系统检测的数据通过数据采集子系统的第一集成多路开关传送至数据采集子系统的数据采集卡，利用数据采集卡将传感器子系统采集的数据进行I/O采样并将采样数据传送至信息处理子系统；

信息处理子系统将数据采集卡传送的数据进行比较分析，并根据分析结构向伺服子系统发出控制信号，控制信号中包括调节温度、湿度、光照度和二氧化碳浓度的调节量，利用数据采集子系统的第二集成多路开关将数据采集卡传送的控制信号传送至伺服子系统，以调节太阳能光伏温室内的温度、湿度、光照度及二氧化碳浓度。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述信息处理子系统在对数据采集卡传送的数据进行比较分析时，首先通过数据采集模块接收数据采集子系统采集的数据并将数据传送至信息处理和控制模块，然后信息处理和控制模块将数据采集模块传送的数据存储在数据缓冲区并备份存储在数据库中，并将数据缓冲区中的数据与预设值对比分析，当数据缓冲区中的数值与预设值相比大于或小于相应的设定阀值时，所述信息处理和控制模块向伺服模块发出控制信号，在控制信号中包含调节量，所述伺服模块根据控制信号向伺服子系统发出控制指令。