CN107239055A - 一种基于远程控制的屋顶绿化给排水系统 - Google Patents

一种基于远程控制的屋顶绿化给排水系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于给排水自动控制领域,公开了一种基于远程控制的屋顶绿化给排水系统,包括:上位机系统,利用低功耗单片机微处理机处理与太阳照射时间、照射强度有关的数据,根据预先设定的程序使下位机系统运行;还通过两种方式用于控制下位机系统实现自动给水;发出在水质差的地方用电动方式控制,水质好的地方用电磁方式控制的指令;下位机系统,用于采集屋顶绿化给排水多系统的实时信息,并根据采集的实时信息进行相应的控制措施。通过上位机控制下位机来实现屋顶绿化给排水自动控制系统。本发明可以远程控制屋顶绿化的自动给排水过程,并有效地收集雨水及浇灌过多产生的余水,有效地避免了水资源的浪费,同时避免了人力资源的浪费。

Description

一种基于远程控制的屋顶绿化给排水系统
技术领域
本发明属于给排水自动控制领域,尤其涉及一种基于远程控制的屋顶绿化给排水系统。
背景技术
城市的绿化面积与绿化质量与城市居民的生活质量息息相关。在城市用地日趋紧张的今天,为了开辟更多的绿色空间,屋顶绿化逐渐走入视野。屋顶绿化不仅可以净化空气、隔声减噪、隔热保温,还具有延长屋顶保护层使用寿命,减少和阻止屋顶渗透现象发生、美化城市空中美景等多种作用。屋顶绿化属于特殊的立地条件,绿化植物的该排水技术成为绿化成败的一个重要环节。屋顶绿化对给排水的要求技术极高,如果给水不及时,就会造成植物枯萎,如果给水过多,植物根部会因排水不畅而腐烂,如果一直使用水管网直接供水,又会造成水资源的浪费。传统给排水常在屋顶设置高位水箱,水从地下水用水泵达到最高水箱。从高位水箱通过自然流动,将水输送到绿化地带。如果压力差较高,需要用降压阀将压力降低。
目前的单轴与双轴跟踪系统主要以自动追踪功能为主。在方向检测上通常采用光电实时监测方案或视日轨迹跟踪方案。而在一般采用MPPT方式的太阳控制器中,则通常为固定太阳能面板加MPPT控制器。
现有单轴与双轴跟踪系统的缺点:
1).在追踪方式上单独采用视日轨迹跟踪方案会有累计误差,单独采用光电传感器跟踪的方案受天气及外界光源干扰较大,且两种控制方案均未采用IMU(惯性姿态单元)反馈实际太阳能电池板实际角度。
2).目前市面上的MPPT控制器通常采用固定太阳能电池板的方案。相比双轴跟踪系统,固定面板的MPPT控制器在光能接收上便降低35%左右的效率。
3).市面上的双轴控制器功能通常较为单一,仅支持出厂时匹配的太阳能电池板及双轴驱动电机种类,成本较高、重复利用率低下。
4).目前市面上双轴跟踪系统多为光伏电站使用,非小型化。体积大,重量重,不适用于普通家居院落等环境。且需要市电供给系统运作,不能在野外环境使用。
综上所述,现有技术存在的问题是:绿化给水一般直接接通地下水水泵,水速及水流量难以控制,存在投资大、水资源浪费较大、人力浪费较大、水量难以控制、占地面积大等问题;而且智能化控制程度低,没有合理利用自然界的能源和资源。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种基于远程控制的屋顶绿化给排水系统。
本发明是这样实现的,一种基于远程控制的屋顶绿化给排水控制系统,所述基于远程控制的屋顶绿化给排水控制系统包括:
上位机系统,采用太阳能微电脑自动控制技术,利用低功耗单片机微处理机处理与太阳照射时间、照射强度有关的数据,根据预先设定的程序使下位机系统运行;还通过两种方式用于控制下位机系统实现自动给水;发出在水质差的地方用电动方式控制,水质好的地方用电磁方式控制的指令;
下位机系统,与上位机系统无线连接,用于采集屋顶绿化给排水多系统的实时信息,并根据采集的实时信息进行相应的控制措施;
所述上位机系统包括:
触摸屏,用于设定的使下位机系统运行程序;
太阳能工作站,与触摸屏连接,采用低功耗单片机微处理机处理与与太阳照射时间、照射强度时间有关的数据;
工控机,与触摸屏连接,用于执行触摸屏设定的运行程序指令;通过两种方式用于控制下位机系统实现自动给水;发出在水质差的地方用电动方式控制,水质好的地方用电磁方式控制的指令;
所述下位机系统包括:
控制单元,用于接收工控机的指令,对绿化给水系统、绿化收集水/排水系统进行控制,并实时采集绿化给水系统、绿化收集水/排水系统反馈的实时信息,对反馈的实时信息进行对比分析,做出相对应的控制指令;
所述绿化给水系统由多个气候感应器、水位传感器、储水水箱、水泵1/备用、水泵2/备用、电磁阀1/备用、电磁阀2/备用、多空压力补偿滴头组成;并采集相对应的实时信息;将采集的实时信息传输给控制单元;
所述绿化收集水/排水系统由传感器、水泵3/备用、储水水箱组成;并采集相对应的实时信息,将采集的实时信息传输给控制单元;
所述多个气候感应器由多个温度传感器和多个湿度传感器组成;温度传感器的整定值设为32℃,在超过80%的温度传感器达到的整定值时,绿化给水系统启动;不足80%的温度传感器达到整定值时,绿化给水系统取单个湿度传感器检测的湿度值来决定局部区域给水设施的启停;
给水系统采用直接式管网叠压供水系统;在用水量不断变化时,通过水泵1/备用、水泵2/备用的电机速度变化维持压力恒定;所述水泵1/备用、水泵2/备用的电机采用变频器调节电机速度、工作频率及工作压力;
所述绿化收集水/排水系统,当给水或雨水量过多时,通过传感器感应水量,进而由控制单元启动水泵3/备用,进行排水、收集水工作;
所述单片机微处理机包括:
环境感知模块,用于采集太阳能面板姿态信息和设备当前地理位置的经纬度信息;
执行器管理模块,用于驱动电机以控制太阳能面板以地面为参考,在X、Y两个轴向的转动;
能源管理模块,用于控制双电源对单片机微处理机进行切换供电,还用于控制太阳能电池对触摸屏和工控机供电及电池充电;
所述能源管理模块包括:
MPPT控制电路,用于实时监测太阳能电池板电压,并追踪最高电压电流值,使系统以最高效率对电池进行充电;
双电源切换电路,用于检测电源电路,并将一个或多个负载电路从一个电源自动转换到另一个电源;
过流过压保护电路,用于在电流电压超过安全值后控制电路及时断开保护电路各系统元件不受损坏;
欠压保护电路,用于在电路工作电压较低时及时断开或切换供电电原保证系统正常工作;
滤波电路,用于让某种频率的电流通过或阻止某种频率的电流通过,保证系统供电稳定;
所述触摸屏包括用于参数与系统运行状态显示的液晶显示器及用户输入按键;
所述环境感知模块包括:
九轴IMU姿态模块,用于获取太阳能面板以当前地面为参考面在X、Y轴轴向上的旋转角度;
GPS定位模块,用于获取设备当前所处地理位置的经度值与纬度值;
光电传感器,用于获取太阳能面板四角处分布的传感器的光照强度;
所述单片机微处理机还包括执行器管理模块,所述执行器管理模块包括:
数字信号隔离电路,用于隔离电路各个模块之间的电路噪声干扰;
直流电机全桥驱动电路,用于驱动直流减速电机速度闭环控制、旋转角度控制;
步进电机驱动电路,用于驱动步进电机以不同运行模式运行;
舵机信号隔离放大电路,用于隔离舵机产生的干扰信号回串干扰控制电路;
所述能源管理模块的控制方法为:
能源管理模块上电,通过IIC总线等待接收来自工控机的命令,决定是否退出休眠模式进入工作模式;若监测到外部电池电压高于充电临界值,则进入空闲模式,太阳能电源对外输出;若监测到电池端口电压低于临界值,则开启对应的充电模式;太阳能电池板的对外输出为经过MPPT算法调整后的输出,同时能源管理模块通过IIC总线将电源参数回传到中心控制模块;
所述环境感知模块的控制方法为:环境感知模块在接收到工控机的解除休眠命令以后,通过SPI通信总线的方式与GPS定位、IMU姿态模块通信,获取当前设备所在地的经纬度与当前太阳能面板的姿态角,将当前经纬度经过视日运动轨迹推算表,转换为当前执行器控制太阳能面板的期望达到的角度,并与光电传感器输出的差分值融合,再经过与IMU实际姿态角度进行PID控制运算以后,输出电机控制量,将控制量通过IIC总线发到工控机,再传输到执行器管理模块;
所述温度传感器的数字调制信号x(t)的分数低阶模糊函数表示为:
其中,τ为时延偏移,f为多普勒频移,0<a,b<α/2,x*(t)表示x(t)的共轭,当x(t)为实信号时,x(t)<p>=|x(t)|<p>sgn(x(t));当x(t)为复信号时,[x(t)]<p>=|x(t)|p-1x*(t);
所述湿度传感器的接收信号y(t)表示为:
y(t)=x(t)+n(t);
其中,x(t)为数字调制信号,n(t)为服从标准SαS分布的脉冲噪声,x(t)的解析形式表示为:
其中,N为采样点数,an为发送的信息符号,在MASK信号中,an=0,1,2,…,M-1,M为调制阶数,an=ej2πε/M,ε=0,1,2,…,M-1,g(t)表示矩形成型脉冲,Tb表示符号周期,fc表示载波频率,载波初始相位是在[0,2π]内均匀分布的随机数;
所述工控机的时频重叠MASK的信号模型表示为:
其中,N为时频重叠信号的信号分量个数,n(t)是加性高斯白噪声,si(t)为时频重叠信号的信号分量,表示为式中Ai表示信号分量的幅度,ai(m)表示信号分量的码元符号,p(t)表示成型滤波函数,Ti表示信号分量的码元周期,fci表示信号分量的载波频率,表示信号分量的相位;
所述控制单元利用得到的绿化给水系统、绿化收集水/排水系统传输的信号对回波信号进行直达波及多径的抑制按以下进行:
(1)对接收信号s(t)进行非线性变换,按如下公式进行:
其中A表示信号的幅度,a(m)表示信号的码元符号,p(t)表示成形函数,fc表示信号的载波频率,表示信号的相位,通过该非线性变换后得到:
(2)构造n个信号的多径空间为:
其中,Q为采样点数,K为最大时延,由最大探测距离Rmax/c得到,其中xreci(t)为参考信号,Rmax为最大探测距离,c为光速;
(3)然后利用最小二乘法原理抑制直达波及其多径,将求min||Ssur-Xref·α||2转化为求得出:
代入αestim,解得:
其中,Ssur为回波通道信号,α为自适应权值,αestim为α的估计值,为Xref的转置,Sother为回波通道中最终所剩的回波和噪声。
进一步,所述绿化收集水/排水系统的传感器接收信号的信号模型表示为:
r(t)=x1(t)+x2(t)+…+xn(t)+v(t)
其中,xi(t)为时频重叠信号的各个信号分量,各分量信号独立不相关,n为时频重叠信号分量的个数,θki表示对各个信号分量载波相位的调制,fci为载波频率,Aki为第i个信号在k时刻的幅度,Tsi为码元长度。
进一步,所述的基于远程控制的屋顶绿化给排水控制系统还包括与控制单元无线共享数据的移动终端;所述移动终端的共享方法包括:
获得分享请求;
根据所述分享请求,调用一流媒体服务,并确定一用于分享的第一数据;
基于所述流媒体服务,将所述第一数据转换为流媒体数据以及生成一通过流媒体协议能够获得所述流媒体数据的地址信息;
向控制单元设备发送所述地址信息;其中,所述地址信息用于使所述控制单元根据所述地址信息获得所述流媒体数据。
进一步,基于所述流媒体服务,当接收到所述控制单元的确认信息后,向所述控制单元输出所述流媒体数据。
进一步,根据所述分享请求确定用于分享的第一数据包括:
若从所述分享请求中获取到所述控制单元上存储的任一数据文件的文件信息,则确定所述任一数据文件为用于分享的第一数据;
若任一数据文件处理过程中,接收到分享请求,则将当前处理的任一数据文件确定为用于分享的第一数据;
获取所述任一数据文件当前处理的位置信息和参数信息,并将该位置信息和参数信息添加到所述流媒体文件中,使所述控制单元根据该位置信息和参数信息续播所述视频文件。
进一步,所述获得分享请求包括:
如果检测到用户执行设定操作的操作信息,则根据所述操作信息生成分享请求;
所述当接收到所述控制单元的确认信息后,终止所述任一数据文件的处理流程;
获得所述分享请求之后,
将实时输入的数据作为第一数据,基于所述调用流媒体服务将实时输入的第一数据转化为流媒体数据。
本发明的优点及积极效果为:通过太阳能微电脑自动控制技术,可以有效的节约能源;通过多个气候感应器,能校准的感应绿化植被的生长状况,及时为植被提供水源。
本发明智能化控制程度高,合理的利用了自然界的能源和资源。
本发明系统各个模块之间采用IIC总线方式连接,所有模块均通过IIC接口直接挂载在系统IIC总线上,各个模块电源相互隔离同时减小了各个模块之间的耦合性,在某一模块发生故障以后可以及时监测并被隔离,由于使用标准IIC通信接口,新的模块可以直接替换原有模块而无需在接口上做出改动。能有效减小设备后期的维护与检修成本。
本发明的角度追踪模块数据,是由光电检测模块采集到的光照角度偏移数据,与控制器通过视日追踪表中的太阳高度角解算出的当前控制角互补计算而来。在长时间的运行中增加光电检测模块输出角度的权重,减小视日轨迹计算输出控制角度数据的权重。相反在控制器经历短时间扰动,如在强风下设备的晃动,突然天气变化等情况下,更加信任视日轨迹计算输出角度的权重,减少光电检测模块数据权重。以此增加执行系统在运行时的稳定性以及减少执行系统在长时间运行情况下的累计误差。同时IMU模块反馈太阳能电池板的实际转角,可以实现角度的精确控制以及设置极限转角。
环境感知模块中包含GPS实时定位模块,可以在线获取设备当前所处位置的经纬度及时钟,再通过程序内视日追踪表查询当前位置与时刻的太阳高度角,然后解算出太阳能电池板相对地理北极在水平与垂直方向各自的转角。本功能可保证系统追踪整体的稳定性与意外扰动下的环境感知系统的抗干扰性。
本发明的执行器管理模块包含了直流电机、步进电机、舵机三种执行装置的驱动电路接口,可以方便接上以上任意一种电机并驱动,如此增加了机械传动装置设计的灵活性,以及实际环境的工作电机需求。增加了设备在不同机械支持装置中移植的灵活性,无须二次设计开发,减小了更换不同电机或机械支架时的成本。
本发明的能源管理模块能控制系统在双电源中无缝切换。平时太阳能电池板正常工作的时候,由太阳能电池板为控制系统提供能源,同时为两块铅酸电池充电。当遭遇连续阴雨天气时,太阳能电池板主要为铅酸电池充电,同时由一块电池为系统供电。当供电电池电量不足时,再瞬时切换两块电池,由电源充足的一块为系统供电,另一块电池则由太阳能电池板为其充电,且此过程系统进入低功耗状态。上述工作流程即可保证系统在允许的连续阴雨天内保持工作状态稳定,当阳光满足充电条件时,系统再立即被唤醒。能源管理模块将会读取GPS模块传回的时间,同时与环境光照度检测计协同工作:当在工作时间段(7:00am~18:00pm随地区改变)并且有充足阳光照度时系统才正常工作,否则进入低功耗模式,控制器关闭执行器电源,单片机控制器固定较低频率监测实时环境,当满足工作条件时所有模块再及时被唤醒。能源管理模块能延长设备在户外环境的使用时间,同时利用低功耗模式减少系统能耗,增加单位时间内装置的太阳能利用效率。
本发明集信号接收方法、数据共享、信号处理方法于一体,实现了功能多样化和完全智能化,提高了效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于远程控制的屋顶绿化给排水系统结构图;
图中:1、上位机系统;2、下位机系;3、触摸屏;4、太阳能工作站;5、工控机;6、控制单元;7、绿化给水系统;8、绿化收集水/排水系统;9、移动终端。
图2是本发明实施例提供的屋顶绿化给水系统图。
图3是本发明实施例提供的屋顶绿化排水/收集水系统图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
现有技术存在的问题是:绿化给水一般直接接通地下水水泵,水速及水流量难以控制,存在投资大、水资源浪费较大、人力浪费较大、水量难以控制、占地面积大等问题;而且智能化控制程度低,没有合理利用自然界的能源和资源。
下面结合附图对本发明的应用原理作进一步描述。
如图1所示,本发明实施例提供的基于远程控制的屋顶绿化给排水系统,
包括:
上位机系统1,采用太阳能微电脑自动控制技术,利用低功耗单片机微处理机处理与太阳照射时间、照射强度有关的数据,根据预先设定的程序使下位机系统运行;还通过两种方式用于控制下位机系统实现自动给水;发出在水质差的地方用电动方式控制,水质好的地方用电磁方式控制的指令;
下位机系统2,与上位机系统无线连接,用于采集屋顶绿化给排水多系统的实时信息,并根据采集的实时信息进行相应的控制措施;
所述上位机系统包括:
触摸屏3,用于设定的使下位机系统运行程序;
太阳能工作站4,与触摸屏连接,采用低功耗单片机微处理机处理与与太阳照射时间、照射强度时间有关的数据;
工控机5,与触摸屏连接,用于执行触摸屏设定的运行程序指令;通过两种方式用于控制下位机系统实现自动给水;发出在水质差的地方用电动方式控制,水质好的地方用电磁方式控制的指令;
所述下位机系统包括:
控制单元6,用于接收工控机的指令,对绿化给水系统、绿化收集水/排水系统进行控制,并实时采集绿化给水系统、绿化收集水/排水系统反馈的实时信息,对反馈的实时信息进行对比分析,做出相对应的控制指令;
所述绿化给水系统7由多个气候感应器、水位传感器、储水水箱、水泵1/备用、水泵2/备用、电磁阀1/备用、电磁阀2/备用、多空压力补偿滴头组成;并采集相对应的实时信息;将采集的实时信息传输给控制单元;
所述绿化收集水/排水系统8由传感器、水泵3/备用、储水水箱组成;并采集相对应的实时信息,将采集的实时信息传输给控制单元;
所述多个气候感应器由多个温度传感器和多个湿度传感器组成;温度传感器的整定值设为32℃,在超过80%的温度传感器达到的整定值时,绿化给水系统启动;不足80%的温度传感器达到整定值时,绿化给水系统取单个湿度传感器检测的湿度值来决定局部区域给水设施的启停;
给水系统采用直接式管网叠压供水系统;在用水量不断变化时,通过水泵1/备用、水泵2/备用的电机速度变化维持压力恒定;所述水泵1/备用、水泵2/备用的电机采用变频器调节电机速度、工作频率及工作压力;
所述绿化收集水/排水系统,当给水或雨水量过多时,通过传感器感应水量,进而由控制单元启动水泵3/备用,进行排水、收集水工作;
所述单片机微处理机包括:
环境感知模块,用于采集太阳能面板姿态信息和设备当前地理位置的经纬度信息;
执行器管理模块,用于驱动电机以控制太阳能面板以地面为参考,在X、Y两个轴向的转动;
能源管理模块,用于控制双电源对单片机微处理机进行切换供电,还用于控制太阳能电池对触摸屏和工控机供电及电池充电;
所述能源管理模块包括:
MPPT控制电路,用于实时监测太阳能电池板电压,并追踪最高电压电流值,使系统以最高效率对电池进行充电;
双电源切换电路,用于检测电源电路,并将一个或多个负载电路从一个电源自动转换到另一个电源;
过流过压保护电路,用于在电流电压超过安全值后控制电路及时断开保护电路各系统元件不受损坏;
欠压保护电路,用于在电路工作电压较低时及时断开或切换供电电原保证系统正常工作;
滤波电路,用于让某种频率的电流通过或阻止某种频率的电流通过,保证系统供电稳定;
所述触摸屏包括用于参数与系统运行状态显示的液晶显示器及用户输入按键;
所述环境感知模块包括:
九轴IMU姿态模块,用于获取太阳能面板以当前地面为参考面在X、Y轴轴向上的旋转角度;
GPS定位模块,用于获取设备当前所处地理位置的经度值与纬度值;
光电传感器,用于获取太阳能面板四角处分布的传感器的光照强度;
所述单片机微处理机还包括执行器管理模块,所述执行器管理模块包括:
数字信号隔离电路,用于隔离电路各个模块之间的电路噪声干扰;
直流电机全桥驱动电路,用于驱动直流减速电机速度闭环控制、旋转角度控制;
步进电机驱动电路,用于驱动步进电机以不同运行模式运行;
舵机信号隔离放大电路,用于隔离舵机产生的干扰信号回串干扰控制电路;
所述能源管理模块的控制方法为:
能源管理模块上电,通过IIC总线等待接收来自工控机的命令,决定是否退出休眠模式进入工作模式;若监测到外部电池电压高于充电临界值,则进入空闲模式,太阳能电源对外输出;若监测到电池端口电压低于临界值,则开启对应的充电模式;太阳能电池板的对外输出为经过MPPT算法调整后的输出,同时能源管理模块通过IIC总线将电源参数回传到中心控制模块;
所述环境感知模块的控制方法为:环境感知模块在接收到工控机的解除休眠命令以后,通过SPI通信总线的方式与GPS定位、IMU姿态模块通信,获取当前设备所在地的经纬度与当前太阳能面板的姿态角,将当前经纬度经过视日运动轨迹推算表,转换为当前执行器控制太阳能面板的期望达到的角度,并与光电传感器输出的差分值融合,再经过与IMU实际姿态角度进行PID控制运算以后,输出电机控制量,将控制量通过IIC总线发到工控机,再传输到执行器管理模块。
所述温度传感器的数字调制信号x(t)的分数低阶模糊函数表示为:
其中,τ为时延偏移,f为多普勒频移,0<a,b<α/2,x*(t)表示x(t)的共轭,当x(t)为实信号时,x(t)<p>=|x(t)|<p>sgn(x(t));当x(t)为复信号时,[x(t)]<p>=|x(t)|p-1x*(t);
所述湿度传感器的接收信号y(t)表示为:
y(t)=x(t)+n(t);
其中,x(t)为数字调制信号,n(t)为服从标准SαS分布的脉冲噪声,x(t)的解析形式表示为:
其中,N为采样点数,an为发送的信息符号,在MASK信号中,an=0,1,2,…,M-1,M为调制阶数,an=ej2πε/M,ε=0,1,2,…,M-1,g(t)表示矩形成型脉冲,Tb表示符号周期,fc表示载波频率,载波初始相位是在[0,2π]内均匀分布的随机数;
所述工控机的时频重叠MASK的信号模型表示为:
其中,N为时频重叠信号的信号分量个数,n(t)是加性高斯白噪声,si(t)为时频重叠信号的信号分量,表示为式中Ai表示信号分量的幅度,ai(m)表示信号分量的码元符号,p(t)表示成型滤波函数,Ti表示信号分量的码元周期,fci表示信号分量的载波频率,表示信号分量的相位;
所述控制单元利用得到的绿化给水系统、绿化收集水/排水系统传输的信号对回波信号进行直达波及多径的抑制按以下进行:
(1)对接收信号s(t)进行非线性变换,按如下公式进行:
其中A表示信号的幅度,a(m)表示信号的码元符号,p(t)表示成形函数,fc表示信号的载波频率,表示信号的相位,通过该非线性变换后得到:
(2)构造n个信号的多径空间为:
其中,Q为采样点数,K为最大时延,由最大探测距离Rmax/c得到,其中xreci(t)为参考信号,Rmax为最大探测距离,c为光速;
(3)然后利用最小二乘法原理抑制直达波及其多径,将求min||Ssur-Xref·α||2转化为求得出:
代入αestim,解得:
其中,Ssur为回波通道信号,α为自适应权值,αestim为α的估计值,为Xref的转置,Sother为回波通道中最终所剩的回波和噪声。
所述绿化收集水/排水系统的传感器接收信号的信号模型表示为:
r(t)=x1(t)+x2(t)+…+xn(t)+v(t)
其中,xi(t)为时频重叠信号的各个信号分量,各分量信号独立不相关,n为时频重叠信号分量的个数,θki表示对各个信号分量载波相位的调制,fci为载波频率,Aki为第i个信号在k时刻的幅度,Tsi为码元长度。
所述的基于远程控制的屋顶绿化给排水控制系统还包括与控制单元无线共享数据的移动终端9;所述移动终端的共享方法包括:
获得分享请求;
根据所述分享请求,调用一流媒体服务,并确定一用于分享的第一数据;
基于所述流媒体服务,将所述第一数据转换为流媒体数据以及生成一通过流媒体协议能够获得所述流媒体数据的地址信息;
向控制单元设备发送所述地址信息;其中,所述地址信息用于使所述控制单元根据所述地址信息获得所述流媒体数据。
基于所述流媒体服务,当接收到所述控制单元的确认信息后,向所述控制单元输出所述流媒体数据。
根据所述分享请求确定用于分享的第一数据包括:
若从所述分享请求中获取到所述控制单元上存储的任一数据文件的文件信息,则确定所述任一数据文件为用于分享的第一数据;
若任一数据文件处理过程中,接收到分享请求,则将当前处理的任一数据文件确定为用于分享的第一数据;
获取所述任一数据文件当前处理的位置信息和参数信息,并将该位置信息和参数信息添加到所述流媒体文件中,使所述控制单元根据该位置信息和参数信息续播所述视频文件。
所述获得分享请求包括:
如果检测到用户执行设定操作的操作信息,则根据所述操作信息生成分享请求;
所述当接收到所述控制单元的确认信息后,终止所述任一数据文件的处理流程;
获得所述分享请求之后,
将实时输入的数据作为第一数据,基于所述调用流媒体服务将实时输入的第一数据转化为流媒体数据。
如图2所示,本发明的屋顶绿化给水系统图。由多个气候感应器感应屋顶绿化的温度和湿度。多个气候感应器由多个温度传感器和多个湿度传感器,温度传感器的整定值设备32℃,32-42℃的高温会导致光合作用的急剧下降以及减弱植物的降温效果,在超过80%的温度传感器达到系统的整定值是,绿化给水系统启动;不足80%的温度传感器达到系统的整定值时,系统取单个温度传感器的湿度值来决定局部区域给水设施的启停。多个气候感应器感应到信号,发送给控制单元,控制单元由单片机进行控制。控制单元接收给水信号后,直接通过储水水箱的水位感应器来判断储水水箱内是否有水,如果有水,则启动水泵1/备用,水泵出口连接电磁阀1/备用的入口,电磁阀出口连接多空压力补偿滴头,控制滴头进行喷水。如水位感应器感应不到储水水箱内有水,则控制单元直接启动水管网的水泵2/备用,进而启动电磁阀2/备用控制多空压力补偿滴头进行给水。管网采用直接式管网叠压供水系统。在用水量不断变化时,水泵速度变化,维持压力恒定,保证供水的稳定性。此外用变频器调节水泵速度,变频器可以显示水泵的工作状况,电机的工作频率、工作压力。
如图3所示,本发明的绿化排水系统图。控制单元时时接收传感器传来的信号,一旦水量过多,则启动水泵3/备用,进行排水收集工作,将排水收集至储水水箱,达到循环再利用的效果。尤其是在雨季时,能有效地收集雨水,在保证屋顶绿化温湿度的基础上收集雨水作为循坏使用水。
本发明通过太阳能微电脑自动控制技术,可以有效的节约能源;通过多个气候感应器,能校准的感应绿化植被的生长状况,及时为植被提供水源。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于远程控制的屋顶绿化给排水控制系统,其特征在于,所述基于远程控制的屋顶绿化给排水控制系统包括:
上位机系统,采用太阳能微电脑自动控制技术,利用低功耗单片机微处理机处理与太阳照射时间、照射强度有关的数据,根据预先设定的程序使下位机系统运行;还通过两种方式用于控制下位机系统实现自动给水;发出在水质差的地方用电动方式控制,水质好的地方用电磁方式控制的指令;
下位机系统,与上位机系统无线连接,用于采集屋顶绿化给排水多系统的实时信息,并根据采集的实时信息进行相应的控制措施;
所述上位机系统包括:
触摸屏,用于设定的使下位机系统运行程序;
太阳能工作站,与触摸屏连接,采用低功耗单片机微处理机处理与太阳照射时间、照射强度时间有关的数据;
工控机,与触摸屏连接,用于执行触摸屏设定的运行程序指令;通过两种方式用于控制下位机系统实现自动给水;发出在水质差的地方用电动方式控制,水质好的地方用电磁方式控制的指令;
所述下位机系统包括:
控制单元,用于接收工控机的指令,对绿化给水系统、绿化收集水/排水系统进行控制,并实时采集绿化给水系统、绿化收集水/排水系统反馈的实时信息,对反馈的实时信息进行对比分析,做出相对应的控制指令;
所述绿化给水系统由多个气候感应器、水位传感器、储水水箱、水泵1/备用、水泵2/备用、电磁阀1/备用、电磁阀2/备用、多空压力补偿滴头组成;并采集相对应的实时信息;将采集的实时信息传输给控制单元;
所述绿化收集水/排水系统由传感器、水泵3/备用、储水水箱组成;并采集相对应的实时信息,将采集的实时信息传输给控制单元;
所述多个气候感应器由多个温度传感器和多个湿度传感器组成;温度传感器的整定值设为32℃,在超过80%的温度传感器达到的整定值时,绿化给水系统启动;不足80%的温度传感器达到整定值时,绿化给水系统取单个湿度传感器检测的湿度值来决定局部区域给水设施的启停;
给水系统采用直接式管网叠压供水系统;在用水量不断变化时,通过水泵1/备用、水泵2/备用的电机速度变化维持压力恒定;所述水泵1/备用、水泵2/备用的电机采用变频器调节电机速度、工作频率及工作压力;
所述绿化收集水/排水系统,当给水或雨水量过多时,通过传感器感应水量,进而由控制单元启动水泵3/备用,进行排水、收集水工作;
所述单片机微处理机包括:
环境感知模块,用于采集太阳能面板姿态信息和设备当前地理位置的经纬度信息;
执行器管理模块,用于驱动电机以控制太阳能面板以地面为参考,在X、Y两个轴向的转动;
能源管理模块,用于控制双电源对单片机微处理机进行切换供电,还用于控制太阳能电池对触摸屏和工控机供电及电池充电;
所述能源管理模块包括:
MPPT控制电路,用于实时监测太阳能电池板电压,并追踪最高电压电流值,使系统以最高效率对电池进行充电;
双电源切换电路,用于检测电源电路,并将一个或多个负载电路从一个电源自动转换到另一个电源;
过流过压保护电路,用于在电流电压超过安全值后控制电路及时断开保护电路各系统元件不受损坏;
欠压保护电路,用于在电路工作电压较低时及时断开或切换供电电原保证系统正常工作;
滤波电路,用于让某种频率的电流通过或阻止某种频率的电流通过,保证系统供电稳定;
所述触摸屏包括用于参数与系统运行状态显示的液晶显示器及用户输入按键;
所述环境感知模块包括:
九轴IMU姿态模块,用于获取太阳能面板以当前地面为参考面在X、Y轴轴向上的旋转角度;
GPS定位模块,用于获取设备当前所处地理位置的经度值与纬度值;
光电传感器,用于获取太阳能面板四角处分布的传感器的光照强度;
所述单片机微处理机还包括执行器管理模块,所述执行器管理模块包括:
数字信号隔离电路,用于隔离电路各个模块之间的电路噪声干扰;
直流电机全桥驱动电路,用于驱动直流减速电机速度闭环控制、旋转角度控制;
步进电机驱动电路,用于驱动步进电机以不同运行模式运行;
舵机信号隔离放大电路,用于隔离舵机产生的干扰信号回串干扰控制电路;
所述能源管理模块的控制方法为:
能源管理模块上电,通过IIC总线等待接收来自工控机的命令,决定是否退出休眠模式进入工作模式;若监测到外部电池电压高于充电临界值,则进入空闲模式,太阳能电源对外输出;若监测到电池端口电压低于临界值,则开启对应的充电模式;太阳能电池板的对外输出为经过MPPT算法调整后的输出,同时能源管理模块通过IIC总线将电源参数回传到中心控制模块;
所述环境感知模块的控制方法为:环境感知模块在接收到工控机的解除休眠命令以后,通过SPI通信总线的方式与GPS定位、IMU姿态模块通信,获取当前设备所在地的经纬度与当前太阳能面板的姿态角,将当前经纬度经过视日运动轨迹推算表,转换为当前执行器控制太阳能面板的期望达到的角度,并与光电传感器输出的差分值融合,再经过与IMU实际姿态角度进行PID控制运算以后,输出电机控制量,将控制量通过IIC总线发到工控机,再传输到执行器管理模块;
所述温度传感器的数字调制信号x(t)的分数低阶模糊函数表示为:
<mrow> <mi>&amp;chi;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;tau;</mi> <mo>,</mo> <mi>f</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msubsup> <mo>&amp;Integral;</mo> <mrow> <mo>-</mo> <mi>&amp;infin;</mi> </mrow> <mi>&amp;infin;</mi> </msubsup> <msup> <mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>x</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mi>&amp;tau;</mi> <mo>/</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mrow> <mo>&lt;</mo> <mi>a</mi> <mo>&gt;</mo> </mrow> </msup> <msup> <mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msup> <mi>x</mi> <mo>*</mo> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mi>&amp;tau;</mi> <mo>/</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mrow> <mo>&lt;</mo> <mi>b</mi> <mo>&gt;</mo> </mrow> </msup> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mi>j</mi> <mn>2</mn> <mi>&amp;pi;</mi> <mi>f</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msup> <mi>d</mi> <mi>t</mi> <mo>;</mo> </mrow>
其中,τ为时延偏移,f为多普勒频移,0<a,b<α/2,x*(t)表示x(t)的共轭,当x(t)为实信号时,x(t)<p>=|x(t)|<p>sgn(x(t));当x(t)为复信号时,[x(t)]<p>=|x(t)|p-1x*(t);
所述湿度传感器的接收信号y(t)表示为:
y(t)=x(t)+n(t);
其中,x(t)为数字调制信号,n(t)为服从标准SαS分布的脉冲噪声,x(t)的解析形式表示为:
其中,N为采样点数,an为发送的信息符号,在MASK信号中,an=0,1,2,…,M-1,M为调制阶数,an=ej2πε/M,ε=0,1,2,…,M-1,g(t)表示矩形成型脉冲,Tb表示符号周期,fc表示载波频率,载波初始相位是在[0,2π]内均匀分布的随机数;
所述工控机的时频重叠MASK的信号模型表示为:
<mrow> <mi>x</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi> </munderover> <msub> <mi>s</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mi>n</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>
其中,N为时频重叠信号的信号分量个数,n(t)是加性高斯白噪声,si(t)为时频重叠信号的信号分量,表示为式中Ai表示信号分量的幅度,ai(m)表示信号分量的码元符号,p(t)表示成型滤波函数,Ti表示信号分量的码元周期,fci表示信号分量的载波频率,表示信号分量的相位;
所述控制单元利用得到的绿化给水系统、绿化收集水/排水系统传输的信号对回波信号进行直达波及多径的抑制按以下进行:
(1)对接收信号s(t)进行非线性变换,按如下公式进行:
<mrow> <mi>f</mi> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>s</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>s</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>*</mo> <mi>l</mi> <mi>n</mi> <mo>|</mo> <mi>s</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>|</mo> </mrow> <mrow> <mo>|</mo> <mi>s</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>|</mo> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <mi>s</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>c</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>
其中A表示信号的幅度,a(m)表示信号的码元符号,p(t)表示成形函数,fc表示信号的载波频率,表示信号的相位,通过该非线性变换后得到:
<mrow> <mi>f</mi> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>s</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>=</mo> <mi>s</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mfrac> <mrow> <mi>l</mi> <mi>n</mi> <mo>|</mo> <mi>A</mi> <mi>a</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>m</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>|</mo> </mrow> <mrow> <mo>|</mo> <mi>A</mi> <mi>a</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>m</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>|</mo> </mrow> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>
(2)构造n个信号的多径空间为:
Xref=[Xref1 Xref2 ... Xrefn];
其中,Q为采样点数,K为最大时延,由最大探测距离Rmax/c得到,其中xreci(t)为参考信号,Rmax为最大探测距离,c为光速;
(3)然后利用最小二乘法原理抑制直达波及其多径,将求min||Ssur-Xref·α||2转化为求得出:
代入αestim,解得:
<mrow> <msub> <mi>S</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>t</mi> <mi>h</mi> <mi>e</mi> <mi>r</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>s</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>u</mi> <mi>r</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>X</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>f</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>s</mi> <mi>t</mi> <mi>i</mi> <mi>m</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>S</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>u</mi> <mi>r</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>X</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>f</mi> </mrow> </msub> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>X</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>f</mi> </mrow> <mi>H</mi> </msubsup> <msub> <mi>X</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>f</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> <msub> <mi>X</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>f</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>S</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>u</mi> <mi>r</mi> </mrow> </msub> <mo>;</mo> </mrow>
其中,Ssur为回波通道信号,α为自适应权值,αestim为α的估计值,为Xref的转置,Sother为回波通道中最终所剩的回波和噪声。
2.如权利要求1所述的基于远程控制的屋顶绿化给排水控制系统,其特征在于,所述绿化收集水/排水系统的传感器接收信号的信号模型表示为:
r(t)=x1(t)+x2(t)+…+xn(t)+v(t)
<mrow> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mi>k</mi> </munder> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <msub> <mi>&amp;pi;f</mi> <mi>c</mi> </msub> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>&amp;theta;</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>g</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>kT</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中,xi(t)为时频重叠信号的各个信号分量,各分量信号独立不相关,n为时频重叠信号分量的个数,θki表示对各个信号分量载波相位的调制,fci为载波频率,Aki为第i个信号在k时刻的幅度,Tsi为码元长度。
3.如权利要求1所述的基于远程控制的屋顶绿化给排水控制系统,其特征在于,所述的基于远程控制的屋顶绿化给排水控制系统还包括与控制单元无线共享数据的移动终端;所述移动终端的共享方法包括:
获得分享请求;
根据所述分享请求,调用一流媒体服务,并确定一用于分享的第一数据;
基于所述流媒体服务,将所述第一数据转换为流媒体数据以及生成一通过流媒体协议能够获得所述流媒体数据的地址信息;
向控制单元设备发送所述地址信息;其中,所述地址信息用于使所述控制单元根据所述地址信息获得所述流媒体数据。
4.如权利要求3所述的基于远程控制的屋顶绿化给排水控制系统,其特征在于,基于所述流媒体服务,当接收到所述控制单元的确认信息后,向所述控制单元输出所述流媒体数据。
5.如权利要求3所述的基于远程控制的屋顶绿化给排水控制系统,其特征在于,根据所述分享请求确定用于分享的第一数据包括:
若从所述分享请求中获取到所述控制单元上存储的任一数据文件的文件信息,则确定所述任一数据文件为用于分享的第一数据;
若任一数据文件处理过程中,接收到分享请求,则将当前处理的任一数据文件确定为用于分享的第一数据;
获取所述任一数据文件当前处理的位置信息和参数信息,并将该位置信息和参数信息添加到所述流媒体文件中,使所述控制单元根据该位置信息和参数信息续播所述视频文件。
6.如权利要求3所述的基于远程控制的屋顶绿化给排水控制系统,其特征在于,所述获得分享请求包括:
如果检测到用户执行设定操作的操作信息,则根据所述操作信息生成分享请求;
所述当接收到所述控制单元的确认信息后,终止所述任一数据文件的处理流程;
获得所述分享请求之后,
将实时输入的数据作为第一数据,基于所述调用流媒体服务将实时输入的第一数据转化为流媒体数据。
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