CN107102629A - 一种基于风光绿色能源的农业大棚自动管控系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于风光绿色能源的农业大棚自动管控系统，包括主控模块、风光发电系统与电源综合模块、移动控制终端、温室大棚数据采集模块、存储模块、显示报警模块、温室大棚综合管控调节模块、无线通信模块。本发明的基于风光绿色能源的农业大棚自动管控系统一方面充分利用了风能和太阳能两种绿色无污染能源，将风能、太阳能转化为农业大棚所需的电能，缓解了能源压力，降低了污染达到了节能环保的效果，另一方面可以实时的监测温室大棚内的相关参数息，同时能够根据需要自动控制调节相关参数和环境温湿度，监控准确灵敏效率高、控制智能灵活耗能少，具有较高的实用价值和较广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及新能源应用技术领域，具体涉及一种基于风光绿色能源的农业大棚自动管控系统。
背景技术
随着社会不断进步，传统的农业生产模式已经不能满足现代文明发展的需要，新型的设施农业受到业界人士的追捧。所谓的农业装备，其实主要就是温室设施，它不受时间和空间的限制，可以在高原、深山、沙漠等特殊环境下进行农业生产。
一方面，当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。随着农业科技的不时进展，温室大棚的使用也越来越普遍，但大棚的升温、保温一向是搅扰农户的重点问题，大棚内所需的光照、温度对于农作物的影响非常重要，在大棚内所需的照明等电能的消耗也是非常巨大的，如何进行对农业大棚进行改进，使得其既保证农作物生长的光照和温度，又能实现能源的节约，是一项影响未来农业发展的重要问题。
随着国际能源危机和环境保护意识的加强，风能和太阳能光伏发电得到了广泛的推广。太阳能光伏发电由于需要的场地面积较大，常常会占用大量的土地面积，使得土地资源得不到充分的利用。农业大棚式的密集型光伏发电装置可以将光伏发电装置可与农业种植相结合，充分利用风能、太阳能光伏发电设备所占的地域，既能发电又能种植农业，增加单位面积的产出，使风能效益、光伏效益、农业效益和观光效益的四者综合收益均实现最大化成为可能，也有利于分布式发电系统在农业项目上的规模应用。
另一方面，传统农业设施环境监测系统主要采用有线传感，需要铺设电缆，由此带来布线复杂、预设接口破坏建筑、线路检测检修困难、线路扩容困难等一系列和传输途径的有关弊端，且日后维护保养都非常困难。同时现存的温室大棚监测系统在传感器种类上较少，不能实时准确地监控各类参数，数据采集后也没有进行后续操作，对相关参数进行调节修正，自动化水平有限。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于风光绿色能源的农业大棚自动管控系统，该系统一方面充分利用了风能和太阳能两种绿色无污染能源，将风能、太阳能转化为农业大棚所需的电能，缓解了能源压力，降低了污染达到了节能环保的效果，另一方面可以实时的监测温室大棚内的相关参数息，同时能够根据需要自动控制调节相关参数和环境温湿度，监控准确灵敏效率高、控制智能灵活耗能少，具有较高的实用价值和较广泛的应用前景。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明提供了一种基于风光绿色能源的农业大棚自动管控系统，包括主控模块、风光发电系统与电源综合模块、移动控制终端、温室大棚数据采集模块、存储模块、显示报警模块、温室大棚综合管控调节模块、无线通信模块；
所述主控模块用于处理温室大棚数据采集模块采集到的数据以及无线通信模块接收的移动控制终端发出的控制信号，并根据分析处理后的结果或者移动控制终端发出的信号对风光发电系统与电源综合模块、温室大棚综合管控调节模块、存储模块、显示报警模块发出相应的指令信号；
所述风光发电系统与电源综合模块包括风电机组、太阳能光伏电池板、逆变器模块、发电控制器模块、卸荷器模块、整流滤波器模块、增变压器模块、市电模块、稳压稳流模块、充电保护模块、蓄电池模块；所述风光发电系统与电源综合模块用于向主控模块、移动控制终端、温室大棚数据采集模块、存储模块、显示报警模块、温室大棚综合管控调节模块、无线通信模块提供所需要的稳压交流电或直流电；其中风电机组、太阳光伏电池板分别与逆变器模块连接，逆变器模块通过充放电保护模块与蓄电池模块连接，并与卸荷器模块连接，所述充电保护模块与蓄电池模块连接，用于保护电池且对电池实行恒流充电避免了过电流和过电压现象，有效提高了电池的使用寿命；发电控制器与逆变器模块、蓄电池模块、卸荷器模块、整流滤波器模块、增变压器模块连接，用于控制风电机组、太阳能光伏电池板对蓄电池以及蓄电池向负载供电，并进行实时发电、供电数据采集和检测，同时根据主控模块发出的指令信号，控制风光发电系统与电源综合模块合理进行电能输出；
所述移动控制终端用于实时接收无线通信模块发送的相关数据，并可根据人为设定环境参数回传给无线通信模块送入主控模块进行处理；
所述温室大棚数据采集模块用于采集光照强度、土壤PH值、土壤EC值、视频信息、空气温度湿度、土壤温湿度、二氧化碳浓度实时送入主控模块或者存储模块等待数据处理；
所述存储模块用来存储温室大棚数据采集模块采集的数据以及预先设置的控制程序，以供主控模块调用；
所述显示报警模块用来实时显示温室内部的光照强度、土壤PH值、土壤EC值、各区域视频信息、空气温度湿度、土壤温湿度、二氧化碳浓度参数信息，并可以根据情况分为不同的危险等级，并发出相应报警铃声；
所述温室大棚综合管控调节模块用于当被监测的参数数据超过预定阈值或者移动控制终端设定新的控制参数时，根据主控模块发出的指令信号做出相应的开关动作，用以保证温室大棚内部的相关监测参数数据在要求的范围之内；
所述无线通信模块用于向移动控制终端发送采集处理的温室内部的相关参数数据或者接收移动控制终端的指令信息送入主控模块以供调用。
优选地，所述主控模块为FPGA微处理器、DSP微处理器、ARM微处理器中的一种。
优选地，所述太阳能光伏电池板为薄膜式太阳电池板或多晶硅太阳能电池板中的一种。
优选地，所述移动控制终端包括移动智能设备和安装在设备上的温室大棚综合管控APP模块；
所述移动智能设备为智能手环、智能手机、平板电脑中的一种。
优选地，所述温室大棚数据采集模块由设置在温室大棚内的光照强度传感器、土壤PH值传感器、土壤EC值传感器、360度可旋转视频头、空气温度湿度传感器、土壤温湿度传感器、二氧化碳浓度传感器；所述各传感器和视频头的电力来源为可充电锂电池；所述各传感器和视频头内部还包含无线连接模块。
优选地，所述存储模块包括随机存储器模块、SD卡模块、USB接口模块，所述随机存储器模块用于与主控模块的配合使用以增加内存和数据处理的速度，所述SD卡模块用于长时间存储采集的各种数据，所述USB接口模块方便导出复制数据。
优选地，所述显示报警模块包括LED电子显示屏、视频监控屏幕墙、语音播报模块、报警灯以及报警呼叫器。
优选地，所述温室大棚综合管控调节模块包括伺服电机模块、光照模块、水肥循环滴灌模块、温湿度调节模块；
所述伺服电机模块控制温室大棚覆膜的升降、遮阳网的升降；
所述光照模块为安装在各个大棚顶端的补光灯；
所述水肥循环滴灌模块由蓄水池、混肥池、过漏网、施肥管道、微喷头、分配器阀门、加压泵组成，根据主控模块发出的指令信号进行施肥喷水动作；
所述温湿度调节模块包括安装在温室大棚外侧的进风口与出风口、与进出风口连接的通风管道、设置在通风管道上的通风扇、以及与通风管道连接的干燥过滤室。
优选地，所述无线通信模块为GPS通信模块、Zigbee 通信模块中的一种。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明的基于风光绿色能源的农业大棚自动管控系统采用的风光发电系统与电源综合模块，将风电机组和太阳能光伏电池板产生的电流进行汇流，通过控制器控制汇流电流的流向，汇流电流一方面为各个模块提供工作电流，另一方面通过逆变器将直流电转换为交流电并入电网，发电产生的多余电能通过充放电保护装置存储在蓄电池中，在无光照的条件下，控制器控制蓄电池放电，提供给农业大棚内部的照明和植物补光，同时使得在管控系统在停电情况下依然有效，有效提到了系统的抗风险能力。将风电机组、光伏发电与农业大棚种植相互接合，最大程度地利用土地资源和自然资源，能够有实现综合收益的最大化；模块化制作，安装方便快捷，施工时间短；易于实现，适合大规模推广应用。
（2）本发明的基于风光绿色能源的农业大棚自动管控系统的主控模块采用了FPGA微处理器、DSP微处理器、ARM微处理器中的一种，其功耗较小、可靠性性较高、编程简单、效率较高、价格较低、数据处理速度较快，能够有效提高管控系统的灵敏度和可靠性，降低的能耗，节约了资源。
（3）本发明的基于风光绿色能源的农业大棚自动管控系统中采用温室大棚数据采集模块利用若干个设置在温室大棚内相关位置上的无线传感器将光照强度、土壤PH值、土壤EC值、视频信息、空气温度湿度、土壤温湿度、二氧化碳浓度实时的传输给了微处理器，一方面能够保证准确有效的采集到真实的数据，另一方面无线传感器的使用也减少了布线，降低了施工的难度，而且无线传感器的使用也为后续增加传感器的数目提供了良好的基础；360度视频头的应用使得监测人员能远程高效的对大棚内作物进行评估监测、同时还具有防盗安防的效果。
（4）本发明的基于风光绿色能源的农业大棚自动管控系统中采用的显示报警模块包括LED电子显示屏、视频监控屏幕墙、语音播报模块、报警灯以及报警呼叫器，能够使工作人员直观的掌握到厨房内部各消防参数信息和温湿度信息，报警系统能够及时有效的引起外部人员的注意，并能根据危险等级进行语音播报和鸣笛警报，大大提高了整个管控系统的效率。
（5）本发明的基于风光绿色能源的农业大棚自动管控系统中采用的温室大棚综合管控调节模块包括伺服电机模块、消防喷水模块、空气过滤模块、紫外线杀菌模块、温湿度调节模块。伺服电机模块控制温室大棚覆膜的升降、遮阳网的升降从而控制光照度；所述光照模块为安装在各个大棚顶端的补光灯，能够根据需要进行作物补光；水肥主控模块发出的指令信号进行施肥喷水动作一方面节省了肥料和施肥时间，另一方面减少了过施肥造成的水体污染问题； 根据各参数的具体情况各模块可以同时也可以单独作用，确保了管控的效果和速度，将人工干预到最低，大大提高了系统的自动化程度和可靠性。
（6）本发明的基于风光绿色能源的农业大棚自动管控系统采用的无线通信模块为GPS通信模块、Zigbee 通信模块中的一种，一方面减少了施工难度，另一方面能够实时的与移动控制终端进行通信，将温室大棚内部的相关信息传送给移动控制终端的同时还能够接收移动控制终端的控制信号，大大提高了发明的管控系统的管控效果。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的一种基于风光绿色能源的农业大棚自动管控系统示意图；
图2为本发明的一种基于风光绿色能源的农业大棚自动管控系统的风光发电系统与电源综合模块示意图；
图3为本发明的一种基于风光绿色能源的农业大棚自动管控系统的温室大棚综合管控调节模块示意图。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
如图1-3所示，本发明提供了一种基于风光绿色能源的农业大棚自动管控系统，包括主控模块1、风光发电系统与电源综合模块2、移动控制终端3、温室大棚数据采集模块4、存储模块5、显示报警模块6、温室大棚综合管控调节模块7、无线通信模块8；
所述主控模块1用于处理温室大棚数据采集模块4采集到的数据以及无线通信模块8接收的移动控制终端3发出的控制信号，并根据分析处理后的结果或者移动控制终端3发出的信号对风光发电系统与电源综合模块2、温室大棚综合管控调节模块7、存储模块5、显示报警模块6发出相应的指令信号；
所述风光发电系统与电源综合模块2包括风电机组201、太阳能光伏电池板202、逆变器模块203、发电控制器模块204、卸荷器模块205、整流滤波器模块206、增变压器模块207、市电模块208、稳压稳流模块209、充电保护模块210、蓄电池模块211；所述风光发电系统与电源综合模块2用于向主控模块1、移动控制终端3、温室大棚数据采集模块4、存储模块5、显示报警模块6、温室大棚综合管控调节模块7、无线通信模块8提供所需要的稳压交流电或直流电；其中风电机组201、太阳光伏电池板202分别与逆变器模块203连接，逆变器模块203通过充放电保护模块210与蓄电池模块211连接，并与卸荷器模块205连接，所述充电保护模块210与蓄电池模块211连接，用于保护电池且对电池实行恒流充电避免了过电流和过电压现象，有效提高了电池的使用寿命；发电控制器204与逆变器模块203、蓄电池模块211、卸荷器模块205、整流滤波器模块206、增变压器模块207连接，用于控制风电机组201、太阳能光伏电池板202对蓄电池以及蓄电池向负载供电，并进行实时发电、供电数据采集和检测，同时根据主控模块1发出的指令信号，控制风光发电系统与电源综合模块2合理进行电能输出；
所述移动控制终端3用于实时接收无线通信模块8发送的相关数据，并可根据人为设定环境参数回传给无线通信模块8送入主控模块1进行处理；
所述温室大棚数据采集模块4用于采集光照强度、土壤PH值、土壤EC值、视频信息、空气温度湿度、土壤温湿度、二氧化碳浓度实时送入主控模块1或者存储模块5等待数据处理；
所述存储模块5用来存储温室大棚数据采集模块采集4的数据以及预先设置的控制程序，以供主控模块1调用；
所述显示报警模块6用来实时显示温室内部的光照强度、土壤PH值、土壤EC值、各区域视频信息、空气温度湿度、土壤温湿度、二氧化碳浓度参数信息，并可以根据情况分为不同的危险等级，并发出相应报警铃声；
所述温室大棚综合管控调节模块7用于当被监测的参数数据超过预定阈值或者移动控制终端3设定新的控制参数时，根据主控模块1发出的指令信号做出相应的开关动作，用以保证温室大棚内部的相关监测参数数据在要求的范围之内；
所述无线通信模块8用于向移动控制终端3发送采集处理的温室内部的相关参数数据或者接收移动控制终端3的指令信息送入主控模块以供调用。
本实施例中主控模块1为FPGA微处理器。
本实施例中太阳能光伏电池板202为多晶硅太阳能电池板。
本实施例中述移动控制终端3包括移动智能设备和安装在设备上的温室大棚综合管控APP模块；
所述移动智能设备为平板电脑中。
本实施例中温室大棚数据采集模块4由设置在温室大棚内的光照强度传感器、土壤PH值传感器、土壤EC值传感器、360度可旋转视频头、空气温度湿度传感器、土壤温湿度传感器、二氧化碳浓度传感器；所述各传感器和视频头的电力来源为可充电锂电池；所述各传感器和视频头内部还包含无线连接模块。
本实施例中存储模块5包括随机存储器模块、SD卡模块、USB接口模块，所述随机存储器模块用于与主控模块的配合使用以增加内存和数据处理的速度，所述SD卡模块用于长时间存储采集的各种数据，所述USB接口模块方便导出复制数据。
本实施例中显示报警模块6包括LED电子显示屏、视频监控屏幕墙、语音播报模块、报警灯以及报警呼叫器。
本实施例中温室大棚综合管控调节模块7包括伺服电机模块71、光照模块72、水肥循环滴灌模块73、温湿度调节模块74；
所述伺服电机模块71控制温室大棚覆膜的升降、遮阳网的升降；
所述光照模块72为安装在各个大棚顶端的补光灯；
所述水肥循环滴灌模块73由蓄水池、混肥池、过漏网、施肥管道、微喷头、分配器阀门、加压泵组成，根据主控模块发出的指令信号进行施肥喷水动作；
所述温湿度调节模块74包括安装在温室大棚外侧的进风口与出风口、与进出风口连接的通风管道、设置在通风管道上的通风扇、以及与通风管道连接的干燥过滤室。
本实施例中无线通信模块8为GPS通信模块。
本发明的基于风光绿色能源的农业大棚自动管控系统一方面充分利用了风能和太阳能两种绿色无污染能源，将风能、太阳能转化为农业大棚所需的电能，缓解了能源压力，降低了污染达到了节能环保的效果，另一方面可以实时的监测温室大棚内的相关参数息，监测时避免了许多人为的误差，数据越限时可自动进行相应处理，使整个系统更为自动化，相对减少了人力物力的消耗。长远来看可有效避免温室大棚参数处理不及时带来的农作物受损减产问题。该系统具有开放式、模块化的特点，实用性高，可广泛用于温室大棚监测和管理，具有较高的实用价值和广泛地应用前景。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种基于风光绿色能源的农业大棚自动管控系统，其特征在于，包括主控模块、风光发电系统与电源综合模块、移动控制终端、温室大棚数据采集模块、存储模块、显示报警模块、温室大棚综合管控调节模块、无线通信模块；
所述主控模块用于处理温室大棚数据采集模块采集到的数据以及无线通信模块接收的移动控制终端发出的控制信号，并根据分析处理后的结果或者移动控制终端发出的信号对风光发电系统与电源综合模块、温室大棚综合管控调节模块、存储模块、显示报警模块发出相应的指令信号；
所述风光发电系统与电源综合模块包括风电机组、太阳能光伏电池板、逆变器模块、发电控制器模块、卸荷器模块、整流滤波器模块、增变压器模块、市电模块、稳压稳流模块、充电保护模块、蓄电池模块；所述风光发电系统与电源综合模块用于向主控模块、移动控制终端、温室大棚数据采集模块、存储模块、显示报警模块、温室大棚综合管控调节模块、无线通信模块提供所需要的稳压交流电或直流电；其中风电机组、太阳光伏电池板分别与逆变器模块连接，逆变器模块通过充放电保护模块与蓄电池模块连接，并与卸荷器模块连接，所述充电保护模块与蓄电池模块连接，用于保护电池且对电池实行恒流充电避免了过电流和过电压现象，有效提高了电池的使用寿命；发电控制器与逆变器模块、蓄电池模块、卸荷器模块、整流滤波器模块、增变压器模块连接，用于控制风电机组、太阳能光伏电池板对蓄电池以及蓄电池向负载供电，并进行实时发电、供电数据采集和检测，同时根据主控模块发出的指令信号，控制风光发电系统与电源综合模块合理进行电能输出；
所述移动控制终端用于实时接收无线通信模块发送的相关数据，并可根据人为设定环境参数回传给无线通信模块送入主控模块进行处理；
所述温室大棚数据采集模块用于采集光照强度、土壤PH值、土壤EC值、视频信息、空气温度湿度、土壤温湿度、二氧化碳浓度实时送入主控模块或者存储模块等待数据处理；
所述存储模块用来存储温室大棚数据采集模块采集的数据以及预先设置的控制程序，以供主控模块调用；
所述显示报警模块用来实时显示温室内部的光照强度、土壤PH值、土壤EC值、各区域视频信息、空气温度湿度、土壤温湿度、二氧化碳浓度参数信息，并可以根据情况分为不同的危险等级，并发出相应报警铃声；
所述温室大棚综合管控调节模块用于当被监测的参数数据超过预定阈值或者移动控制终端设定新的控制参数时，根据主控模块发出的指令信号做出相应的开关动作，用以保证温室大棚内部的相关监测参数数据在要求的范围之内；
所述无线通信模块用于向移动控制终端发送采集处理的温室内部的相关参数数据或者接收移动控制终端的指令信息送入主控模块以供调用。
2.根据权利要求1所述的基于风光绿色能源的农业大棚自动管控系统，其特征在于，所述主控模块为FPGA微处理器、DSP微处理器、ARM微处理器中的一种。
3.根据权利要求1所述的基于风光绿色能源的农业大棚自动管控系统，其特征在于，所述太阳能光伏电池板为薄膜式太阳电池板或多晶硅太阳能电池板中的一种。
4.根据权利要求1所述的基于风光绿色能源的农业大棚自动管控系统，其特征在于，所述移动控制终端包括移动智能设备和安装在设备上的温室大棚综合管控APP模块；
所述移动智能设备为智能手环、智能手机、平板电脑中的一种。
5.根据权利要求1所述的基于风光绿色能源的农业大棚自动管控系统，其特征在于，所述温室大棚数据采集模块由设置在温室大棚内的光照强度传感器、土壤PH值传感器、土壤EC值传感器、360度可旋转视频头、空气温度湿度传感器、土壤温湿度传感器、二氧化碳浓度传感器；所述各传感器和视频头的电力来源为可充电锂电池；所述各传感器和视频头内部还包含无线连接模块。
6.根据权利要求1所述的基于风光绿色能源的农业大棚自动管控系统，其特征在于，所述存储模块包括随机存储器模块、SD卡模块、USB接口模块，所述随机存储器模块用于与主控模块的配合使用以增加内存和数据处理的速度，所述SD卡模块用于长时间存储采集的各种数据，所述USB接口模块方便导出复制数据。
7.根据权利要求1所述的基于风光绿色能源的农业大棚自动管控系统，其特征在于，所述显示报警模块包括LED电子显示屏、视频监控屏幕墙、语音播报模块、报警灯以及报警呼叫器。
8.根据权利要求1所述的基于风光绿色能源的农业大棚自动管控系统，其特征在于，所述温室大棚综合管控调节模块包括伺服电机模块、光照模块、水肥循环滴灌模块、温湿度调节模块；
所述伺服电机模块控制温室大棚覆膜的升降、遮阳网的升降；
所述光照模块为安装在各个大棚顶端的补光灯；
所述水肥循环滴灌模块由蓄水池、混肥池、过漏网、施肥管道、微喷头、分配器阀门、加压泵组成，根据主控模块发出的指令信号进行施肥喷水动作；
所述温湿度调节模块包括安装在温室大棚外侧的进风口与出风口、与进出风口连接的通风管道、设置在通风管道上的通风扇、以及与通风管道连接的干燥过滤室。
9.根据权利要求1所述的基于风光绿色能源的农业大棚自动管控系统，其特征在于，所述无线通信模块为GPS通信模块、Zigbee 通信模块中的一种。
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