CN106718350A - 温室自动控制系统 - Google Patents

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    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/24—Devices or systems for heating, ventilating, regulating temperature, illuminating, or watering, in greenhouses, forcing-frames, or the like
    • A01G9/246—Air-conditioning systems
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    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/25—Greenhouse technology, e.g. cooling systems therefor

Abstract

本发明提供的温室自动控制系统，具有这样的特征，包括：上位机，进行监控和发出命令；数据采集接收器，采集和接收数据；机电控制操作单元；以及可编程逻辑控制器，与上位机、数据采集接收器、机电控制操作单元分别相连接，对上位机、数据采集接收器、机电控制操作单元进行控制，其中，可编程逻辑控制器，具有：输入模块，与上位机、数据采集接收器分别相连接；以及输出模块，与机电控制操作单元相连接，输入模块将数据采集接收器处理后的数据传至可编程逻辑控制器和上位机，可编程逻辑控制器模块将数据处理后传至输出模块，控制机电控制操作单元实施操作。

Description

温室自动控制系统
技术领域
本发明涉及一种温室环境控制和灌溉领域，特别涉及一种温室滴灌自动化生产和温室综合降温的温室自动控制系统。
背景技术
目前世界各国都在积极地研究温室综合智能控制技术对作物生产的影响和成本的优化，但是大量研究建立的灌溉系统或温室机电控制上，未对土壤信息输入变量、温室环境因子变量、作物蒸腾速率进行综合控制和数据分析。综合考虑到上述问题，本专利以土壤信息输入变量、温室环境因子变量、作物蒸腾速率作为控制系统的输入量，动态地确定触发温室生产的各要素变量，实现温室实时智能化控制。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种提高温室设施效率、控制精准的温室自动化计算机辅助控制系统，用于解决温室综合生产过程人工成本和能源成本过高，及生产过程控制信息不准确因素的温室自动控制系统。
本发明提供的温室自动控制系统，具有这样的特征，包括：上位机，进行监控和发出命令；数据采集接收器，采集和接收数据；机电控制操作单元；以及可编程逻辑控制器，与上位机、数据采集接收器、机电控制操作单元分别相连接，对上位机、数据采集接收器、机电控制操作单元进行控制，其中，可编程逻辑控制器，具有：输入模块，与上位机、数据采集接收器分别相连接；以及输出模块，与机电控制操作单元相连接，输入模块将数据采集接收器处理后的数据传至可编程逻辑控制器和上位机，可编程逻辑控制器模块将数据处理后传至输出模块，控制机电控制操作单元实施操作。
本发明提供的温室自动控制系统，还具有这样的特征：其中，数据采集接收器，具有：空气温度传感器，检测当前空气的温度；土壤温度传感器，检测当前土壤的温度；土壤湿度传感器，检测当前土壤的湿度；照度传感器，检测当前光照强度；空气湿度传感器，检测当前空气的湿度；以及土壤肥度传感器，检测当前土壤的肥沃程度。
本发明提供的温室自动控制系统，还具有这样的特征：其中，机电控制操作单元，具有：风机，增加温室内的风力；遮阴帘，遮挡阳光；内保温帘，保证温室内的温度；数字比例泵，按比例输送液体物料；水泵，向温室内提供水；以及电动开窗，使温室内保持通风，可编程逻辑控制器设定有光照强度阈值、空气温度阈值、土壤湿度阈值、土壤肥沃程度阈值、空气湿度阈值、土壤温度阈值，当可编程逻辑控制器接收到数据采集接收器采集到的数据后并判断为大于光照强度阈值时，控制遮阴帘开启，当可编程逻辑控制器接收到数据采集接收器采集到的数据后并判断为小于空气温度阈值时，控制内保温帘开启，当可编程逻辑控制器接收到数据采集接收器采集到的数据后并判断为大于空气温度阈值时，控制风机和电动开窗开启，当可编程逻辑控制器接收到数据采集接收器采集到的数据后判断为小于土壤湿度阈值时，控制水泵开启，当可编程逻辑控制器接收到数据采集接收器采集到的数据后判断为小于土壤肥沃程度阈值时，控制数字比例泵开启，当可编程逻辑控制器接收到数据采集接收器采集到的数据后判断为小于空气湿度阈值时，控制水泵开启，当可编程逻辑控制器接收到数据采集接收器采集到的数据后判断为大于土壤温度阈值时，控制风机开启。
本发明提供的温室自动控制系统，还具有这样的特征：其中，上位机通过光纤电缆监控和优先命令可编程逻辑控制器。
发明作用和效果
根据本发明所涉及温室自动控制系统，作物模型确立生产决策体系，写入可编程逻辑控制器模块，环境因子达到触发控制条件，系统自动开启操作单元避免环境对植株的胁迫作用发生；多个检测外部气象的传感器数值可以直接进入上位机，触发环境控制条件，由上位机直接命令可编程逻辑控制器模块启动温室设施运行；可编程逻辑控制器模块中写入基础程序，可以实现本地物联网直接控制；上位机可以进行模式调整和修正命令优先；可编程逻辑控制器模块具备存储功能，在系统故障或上位机故障时提供本地储存数据，故障修复后数据提供上传服务；可以做到精准控制给肥量和按需施肥，避免过量肥料带来土壤危害；基于蒸腾速率变化率，同时设有各类传感器，并通过上位机进行控制，实现温室的精准灌溉和环境控制，明显提高了温室生产效率，减少温室生产运行成本。
附图说明
图1是本发明在实施例中的温室自动控制系统的结构框图。
具体实施方式
以下参照附图及实施例对本发明所涉及的温室自动控制系统作详细的描述。
图1是本发明在实施例中的温室自动控制系统的结构框图。
如图1所示，温室自动控制系统具有：上位机1、数据采集接收器2、机电控制操作单元3和可编程逻辑控制器4。
上位机1通过光纤电缆监控和优先命令可编程逻辑控制器4，对温室自动控制系统进行监控和发出命令。
数据采集接收器2具有：空气温度传感器2-1、土壤温度传感器2-2、土壤湿度传感器2-3、照度传感器2-4、空气湿度传感器2-5和土壤肥度传感器2-6。数据采集接收器2用于采集和接收数据。
空气温度传感器2-1用于检测当前空气的温度，并传输给可编程逻辑控制器4。
土壤温度传感器2-2用于检测当前土壤的温度，并传输给可编程逻辑控制器4。
土壤湿度传感器2-3用于检测当前土壤的湿度，并传输给可编程逻辑控制器4。
照度传感器2-4用于检测当前光照强度，并传输给可编程逻辑控制器4。
空气湿度传感器2-5用于检测当前空气的湿度，并传输给可编程逻辑控制器4。
土壤肥度传感器2-6用于检测当前土壤的肥沃程度，并传输给可编程逻辑控制器4。
机电控制操作单元3具有：风机3-1、遮阴帘3-2、内保温帘3-3、数字比例泵3-4、水泵3-5和电动开窗3-6。机电控制操作单元3避免环境对植株的胁迫作用发生。
风机3-1用于增加温室内的风力。
遮阴帘3-2用于遮挡阳光。
内保温帘3-3用于保证温室内的温度。
数字比例泵3-4具有：流量计3-4-1。数字比例泵3-4用于按比例输送液体物料。流量计3-4-1用于测量肥料的流量。
水泵3-5具有：压力传感器3-5-1。水泵3-5用于向温室内提供水。压力传感器3-5-1用于测量水泵中的水压。
压力传感器3-5-1具有：喷雾阀门3-5-1-1和滴灌阀门3-5-1-2。
电动开窗3-6用于使温室内保持通风。
可编程逻辑控制器4具有：输入模块4-1和输出模块4-2。可编程逻辑控制器4与上位机1、数据采集接收器2、机电控制操作单元3分别相连接，对上位机1、数据采集接收器2、机电控制操作单元3进行控制。可编程逻辑控制器设定有光照强度阈值、空气温度阈值、土壤湿度阈值、土壤肥沃程度阈值、空气湿度阈值、土壤温度阈值。
输入模块4-1与上位机1、数据采集接收器2分别相连接。
输出模块4-2与机电控制操作单元4相连接，
输入模块4-1将数据采集接收器2处理后的数据传至可编程逻辑控制器模块4和上位机1，可编程逻辑控制器模块4将数据处理后传至输出模块4-2，控制机电控制操作单元3实施操作。
当可编程逻辑控制器4接收到数据采集接收器2的照度传感器2-4采集到的数据后并判断为大于光照强度阈值时，可编程逻辑控制器4控制遮阴帘3-2开启。
当可编程逻辑控制器4接收到数据采集接收器2的空气温度传感器2-1采集到的数据后并判断为小于空气温度阈值时，可编程逻辑控制器4控制内保温帘3-3开启。
当可编程逻辑控制器4接收到数据采集接收器2的空气温度传感器2-1采集到的数据后并判断为大于空气温度阈值时，可编程逻辑控制器4控制风机3-1和电动开窗3-6开启。
当可编程逻辑控制器4接收到数据采集接收器2的土壤湿度传感器2-3采集到的数据后判断为小于土壤湿度阈值时，可编程逻辑控制器4控制水泵3-5的滴灌阀门3-5-2开启。
当可编程逻辑控制器4接收到数据采集接收器2的土壤肥度传感器2-6采集到的数据后判断为小于土壤肥沃程度阈值时，可编程逻辑控制器4控制数字比例泵3-4开启。
当可编程逻辑控制器4接收到数据采集接收器2的空气湿度传感器2-5采集到的数据后判断为小于空气湿度阈值时，可编程逻辑控制器4控制水泵3-5的喷雾阀门3-5-1的开启。
当可编程逻辑控制器4接收到数据采集接收器2的土壤温度传感器2-2采集到的数据后判断为大于土壤温度阈值时，可编程逻辑控制器4控制风机3-1开启。
温室自动控制系统工作原理：植株主要通过蒸腾作用消耗水分，植物在单位时间内单位面积通过蒸腾作用所散失的水量，一般用g/(m2·h)表示。周围环境因子的变化会影响作物的蒸腾速率，导致作物对水分需求量发生变化。所以测定作物周围气象因子，通过喷雾、通风、遮阳等技术手段，创造最合适作物生长的环境条件。通过计算蒸腾速率公式计算出作物的蒸腾速率，再通过土壤含水量和丢失水重的变化判断作物对水需求量。当蒸腾速率大且蒸腾速率变化率正向变大时，说明作物的耗水速率大，此时动态提高土壤湿度下限值，提前进行滴灌或通过调节环境因子例如遮阳、喷雾干预叶面蒸发速率。相反，当蒸腾速率小且蒸腾速率变化率负向变大时，动态降低土壤湿度下限值，缩短滴灌时间。通过作物模型确立生产决策体系，编写程序进入可编程逻辑控制器模块，环境因子达到触发控制条件，系统自动开启操作单元避免环境对植株的胁迫作用发生。
数据采集接收器2采集到的数据通过TCP/IP协议采用可编程逻辑控制器4控制，各个传感器的采集信号输入到软件系统中，通过A/I转换成数字量。输入输出电路采用耦合器实现隔离，可以防止外部信号干扰可编程逻辑控制器模块的正常工作。可编程逻辑控制器4将各类采集数据打包成CAN格式输出，发送到上位机1控制系统。
实施例的作用与效果
根据本实施例所涉及温室自动控制系统，作物模型确立生产决策体系，写入可编程逻辑控制器模块，环境因子达到触发控制条件，系统自动开启操作单元避免环境对植株的胁迫作用发生；多个检测外部气象的传感器数值可以直接进入上位机，触发环境控制条件，由上位机直接命令可编程逻辑控制器模块启动温室设施运行；可编程逻辑控制器模块中写入基础程序，可以实现本地物联网直接控制；上位机可以进行模式调整和修正命令优先；可编程逻辑控制器模块具备存储功能，在系统故障或上位机故障时提供本地储存数据，故障修复后数据提供上传服务；可以做到精准控制给肥量和按需施肥，避免过量肥料带来土壤危害；基于蒸腾速率变化率，同时设有各类传感器，并通过上位机进行控制，实现温室的精准灌溉和环境控制，明显提高了温室生产效率，减少温室生产运行成本。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种温室自动控制系统，其特征在于，包括：
上位机，进行监控和发出命令；
数据采集接收器，采集和接收数据；
机电控制操作单元；以及
可编程逻辑控制器，与所述上位机、所述数据采集接收器、所述机电控制操作单元分别相连接，对所述上位机、所述数据采集接收器、所述机电控制操作单元进行控制，
其中，可编程逻辑控制器，具有：
输入模块，与所述上位机、所述数据采集接收器分别相连接；以及
输出模块，与所述机电控制操作单元相连接，
所述输入模块将所述数据采集接收器处理后的所述数据传至所述可编程逻辑控制器和所述上位机，所述可编程逻辑控制器模块将所述数据处理后传至所述输出模块，控制所述机电控制操作单元实施操作。
2.根据权利要求1所述的温室自动控制系统，其特征在于：
其中，所述数据采集接收器，具有：
空气温度传感器，检测当前空气的温度；
土壤温度传感器，检测当前土壤的温度；
土壤湿度传感器，检测当前所述土壤的湿度；
照度传感器，检测当前光照强度；
空气湿度传感器，检测当前所述空气的湿度；以及
土壤肥度传感器，检测当前所述土壤的肥沃程度。
3.根据权利要求2所述的温室自动控制系统，其特征在于：
其中，所述机电控制操作单元，具有：
风机，增加温室内的风力；
遮阴帘，遮挡阳光；
内保温帘，保证所述温室内的温度；
数字比例泵，按比例输送液体物料；
水泵，向所述温室内提供水；以及
电动开窗，使所述温室内保持通风，
所述可编程逻辑控制器设定有光照强度阈值、空气温度阈值、土壤湿度阈值、土壤肥沃程度阈值、空气湿度阈值、土壤温度阈值，
当所述可编程逻辑控制器接收到所述数据采集接收器采集到的数据后并判断为大于所述光照强度阈值时，控制所述遮阴帘开启，
当所述可编程逻辑控制器接收到所述数据采集接收器采集到的数据后并判断为小于所述空气温度阈值时，控制所述内保温帘开启，
当所述可编程逻辑控制器接收到所述数据采集接收器采集到的数据后并判断为大于所述空气温度阈值时，控制所述风机和所述电动开窗开启，
当所述可编程逻辑控制器接收到所述数据采集接收器采集到的数据后判断为小于所述土壤湿度阈值时，控制所述水泵开启，
当所述可编程逻辑控制器接收到所述数据采集接收器采集到的数据后判断为小于所述土壤肥沃程度阈值时，控制所述数字比例泵开启，
当所述可编程逻辑控制器接收到所述数据采集接收器采集到的数据后判断为小于所述空气湿度阈值时，控制所述水泵开启，
当所述可编程逻辑控制器接收到所述数据采集接收器采集到的数据后判断为大于所述土壤温度阈值时，控制所述风机开启。
4.根据权利要求1所述的温室自动控制系统，其特征在于：
其中，所述上位机通过光纤电缆监控和优先命令所述可编程逻辑控制器。
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