CN108496652A - 一种智能大棚卷膜机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能大棚卷膜机,包括行走机构、卷膜杆、驱动电机以及控制装置,控制装置包括:电流检测模块,电信号输出端与信号处理单元连接;信号处理单元,其电信号输入端还与电流检测模块的电信号输出端连接,信号处理单元的控制信号输出端与所述的驱动电机的控制器连接;存储模块,与所述的信号处理单元连接;远程传输模块,与信号处理单元连接;驱动电机控制模块,驱动电机控制模块的信号输入端与信号处理单元连接,驱动电机控制模块的信号输出端与驱动电机的信号输入端连接。本发明能够自动检测卷膜机的卷膜行程,能够防止卷膜杆过卷,而且操作更加方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种农机,尤其涉及一种智能大棚卷膜机。
背景技术
近些年来,随着农业技术的迅猛发展,我国温室大棚面积逐年增加,应用在育苗、蔬菜、果实等栽培。我国北方地区冬春季节昼夜温差大,温室大棚内保温措施采用晚间大棚上面铺有保温性能的薄膜方法。铺膜、卷膜作业是比较繁重、费时的作业,为此研究价格低廉,智能测距的卷膜机,以减轻农民的负担。
目前市面上的卷膜机都不带自测卷膜行程的功能,又因为每次卷膜机卷动一次全程的时间都很长,会增大操作人员的工作压力,如果操作人员稍微分神,就有可能导致卷膜机因过卷而卷翻得情况发生;而目前大棚也有采用电动卷膜机加装限位器或者行程开关来实现自动操作,但是也需要手动开关设备并且等待数分钟才可离开,十分不方便。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明的目的是提供一种智能大棚卷膜机,该智能大棚卷膜机不仅能够自动检测卷膜机的卷膜行程,能够防止卷膜杆过卷,而且操作更加方便。
本发明的一种智能大棚卷膜机,包括行走机构、设在行走机构上的卷膜杆、用于带动卷膜杆运动的驱动电机以及控制装置,其特点在于,所述的控制装置包括:
电流检测模块,其电信号输入端与所述驱动电机的电信号控制端连接,所述的电流检测模块的电信号输出端与信号处理单元连接,用于检测驱动电机在卷膜杆卷膜作业时的通电用时;
信号处理单元,其电信号输入端还与所述的电流检测模块的电信号输出端连接,所述的信号处理单元的控制信号输出端与所述的驱动电机的控制器连接;
存储模块,与所述的信号处理单元连接,用于存储所述的驱动电机在卷膜杆在卷膜作业时的通电时间以及所述的卷膜杆的当前位置地址;
远程传输模块,与所述的信号处理单元连接用于将信号处理单元的信息处理结果传输到远程用户终端;
驱动电机控制模块,用于控制驱动电机作正转、反转动作以及控制正转的转动速度,所述的驱动电机控制模块的信号输入端与所述的信号处理单元连接,所述的驱动电机控制模块的信号输出端与所述的驱动电机的信号输入端连接;
先通过所述的电流检测模块自动检测卷膜机从压膜线起点到压膜线终点N次展开和收拢的通电用时以获取N个通电用时样本,所述的信号处理单元计算N个通电用时样本的平均值Tī并将Tī存储于所述的存储模块,并设定Tī的偏离报警阈值;在工作时,所述的电流检测模块检测卷膜机的展开和收拢用时Ti,所述的信号处理单元将Ti与Tī的差值与所述的偏离报警阈值进行比较,若Ti与Tī的差值大于偏离报警阈值,所述的信号处理单元向所述的驱动电机控制模块发送停止指令,所述的远程传输模块控制驱动电机停止转动。
进一步的,所述的电流检测模块包括A/D电流转换电路,所述的A/D电流转换电路上设有时钟电路、电路电压放大器,所述的A/D电流转换电路将从驱动电机过来的电流经A/D转换后输入到电压放大器,所述的电路电压放大器将直流电进行电压放大处理后传输到信号处理单元。
进一步的,所述的信号处理单元为微控制单元(MUC)。
进一步的,所述的存储模块包括可擦可编程只读存储芯片。
进一步的,所述的远程传输模块为符合IEEE 802.15.4规范和ZigBeePRO通信协议的ZigBee模块。
进一步的,所述的驱动电机控制模块为变频器。
进一步的,所述的信号处理单元向所述的驱动电机控制模块发送停止指令的同时发送反转指令,所述的远程传输模块控制驱动电机停止转动后反转1-3秒钟。
进一步的,所述的远程传输模块控制驱动电机停止转动后反转1秒钟。
进一步的,所述的信号处理单元带有寻址模块,所述的寻址模块用于读取所述的卷膜杆的当前位置地址。
进一步的,所述的信号处理单元根据寻址模块读取的卷膜杆的当前位置地址,控制行走机构带动卷膜杆从当前停止位置向压膜线终点运动。
借由上述方案,本发明至少具有以下优点:
(1)通过电流检测模块实时检测驱动电机在卷膜杆卷膜作业时的通电用时,一旦通电用时偏离报警阈值,可以判断出卷膜机控制器及外接设备发生异常,信号处理单元马上发送停止指令使驱动电机停止,或继而使驱动电机反转带动卷膜杆反向卷动数秒,这样可以防止卷膜机翻卷和意外情况发生,使用更加安全;
(2)本发明可以通过简单的指令,让卷膜机自动行走几分钟(例如:1分钟,3分钟,5分钟),也可以自定义卷膜机行走时间,遇到起点和终点自动停止,可以释放操作人员等待的时间;
(3)本发明的存储模块可以分别记录从压膜线起点运转到压膜线终点完整展开收拢用时,当前任务用时并支持意外断电恢复后继续执行命令,更加智能化,操作更加方便;
(4)本发明的信号处理单元,实时计算当前运行的速度及位置并生成位置地址存储于存储模块,作为下次运算的起点位置,有效解决在展开收拢阶段发生断电等意外事故导致系统中断后的自动复位功能。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明智能大棚卷膜机的结构示意图;
图2是本发明智能大棚卷膜机的控制装置结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
实施例1,参见图1和图2,发明一较佳实施例一种智能大棚卷膜机,包括行走机构、设在行走机构上的卷膜杆1、用于带动卷膜杆运动的驱动电机2以及控制装置,其改进点在于,所述的控制装置包括:
电流检测模块21,其电信号输入端与所述驱动电机的电信号控制端连接,所述的电流检测模块的电信号输出端与信号处理单元连接,用于检测驱动电机在卷膜杆卷膜作业时的通电用时;
信号处理单元22,其电信号输入端还与所述的电流检测模块的电信号输出端连接,所述的信号处理单元的控制信号输出端与所述的驱动电机的控制器连接;
存储模块23,与所述的信号处理单元连接,用于存储所述的驱动电机在卷膜杆在卷膜作业时的通电时间以及所述的卷膜杆的当前位置地址;
远程传输模块24,与所述的信号处理单元连接用于将信号处理单元的信息处理结果传输到远程用户终端,支持手机(ios、安卓系统)和配套智能网关安装app后远程控制设备进行薄膜的展开收拢作业;
驱动电机控制模块25,用于控制驱动电机作正转、反转动作以及控制正转的转动速度,所述的驱动电机控制模块的信号输入端与所述的信号处理单元连接,所述的驱动电机控制模块的信号输出端与所述的驱动电机的信号输入端连接;
先通过所述的电流检测模块自动检测卷膜机从压膜线起点到压膜线终点N次展开和收拢的通电用时以获取N个通电用时样本,所述的信号处理单元计算N个通电用时样本的平均值Tī并将Tī存储于所述的存储模块,并设定Tī的偏离报警阈值;在工作时,所述的电流检测模块检测卷膜机的展开和收拢用时Ti,所述的信号处理单元将Ti与Tī的差值与所述的偏离报警阈值进行比较,若Ti与Tī的差值大于偏离报警阈值,所述的信号处理单元向所述的驱动电机控制模块发送停止指令,所述的远程传输模块控制驱动电机停止转动。
进一步来看,所述的电流检测模块包括A/D电流转换电路,所述的A/D电流转换电路上设有时钟电路、电路电压放大器,所述的A/D电流转换电路将从驱动电机过来的电流经A/D转换后输入到电压放大器,所述的电路电压放大器将直流电进行电压放大处理后传输到信号处理单元。
进一步来看,所述的信号处理单元为微控制单元(MUC)。
进一步来看,所述的存储模块包括可擦可编程只读存储芯片。
进一步来看,所述的远程传输模块为符合IEEE 802.15.4规范和ZigBeePRO通信协议的ZigBee模块,该模块能实现最多200台设备组网的同时还能设置中继节点,在多台组网设备的中心点找一台设备作为节点可以收发其他设备的信息,在多个大棚下只需保证节点设备网络通信顺畅即可,从而大大方便了安装和维护成本。
进一步来看,所述的驱动电机控制模块为变频器。
进一步来看,所述的信号处理单元向所述的驱动电机控制模块发送停止指令的同时发送反转指令,所述的远程传输模块控制驱动电机停止转动后反转1-3秒钟。
进一步来看,所述的远程传输模块控制驱动电机停止转动后反转1秒钟。
进一步来看,所述的信号处理单元带有寻址模块,所述的寻址模块用于读取所述的卷膜杆的当前位置地址。
进一步来看,所述的信号处理单元根据寻址模块读取的卷膜杆的当前位置地址,控制行走机构带动卷膜杆从当前停止位置向压膜线终点运动。
由于卷膜机只需驱动两侧所以使用刚性联轴器驱动保证角速度相同即可,当卷膜机需要收膜时就会使用蜗杆减速器带动卷膜杆转动,拴在卷膜杆上的薄膜被卷在杆上完成作业。为了保证蜗杆和卷膜杆保证共同旋转和提高扭矩,因此在两者之间选择用万向联轴器衔接。
智能电流检测和存储模块核心元器件为一块高精度直流/交流电电路电流检测芯片和一块可反复擦写数百万次的高可靠性电可擦可编程只读存储芯片组成。电流检测模块起到实时检测接入控制器的两根信号线电流变化,存储模块则负责记录和存储不同的时间来满足不同功能的正常使用。
电流检测模块核心元器件为一块高精度直流/交流电电路电流检测芯片,该芯片可以将输入的电流进行AD转换输出数字信号发送给MCU。当外接设备上电工作后,整个电路电压会增大,由于数值较小因此我们将数值放大1000倍提高精度可以更直观的判断出是否外部设备在工作。
基本公式为:a=Get_AD_Data();
Vo=(a*3300)/4096;
首先芯片AD转换后我们得到数字信号,因为MCU的AD口为12位,所以使用此公式进行换算,得到的值即为放大后的电压值,从而进行后续的判断。
设备上电电流检测模块初始化完成后将每隔t1(可设置)秒检测一次内部电路电流,当外部设备工作引起电压变化的同时存储模块开始工作记时t2。
智能存储模块使用了一块可反复擦写达400万次的高安全性电可擦可编程只读存储芯片。内部存储空间为1M,有充分的空间存储数据。该模块共需要三个地址来存储数据分别为A,B,C,D。
在智能电流检测模块工作后,MCU接收到外部设备开始工作则智能存储模块开始协同记录时间,每隔五秒将时间保存在地址位A里反复覆盖直到结束。
B地址所存数据为完整展开收拢时间,除校准指令外无法修改。
C地址所存数据为远程服务器命令,即用户使用app或智能主机下达命令的运行时间存入地址C,根据指令地址内数据修改。
D地址所存数据为断电恢复后优先工作时间,优先级为最高,自动由模块算得并存入,无法被修改。
在一般使用场景下(每天进行一次完整的展开收拢作业)可以正常工作长达91年。
本模块有以下三大特色功能:
1.简单的重新校准。
2.自动展开收拢并可自定义时间。
3.断电后任务可恢复。
下面将阐述每个功能的具体工作机制:
1.首次校准工作机制:
根据第一节电流检测模块获得每隔t1秒检测一次。这里我们取值5秒。它的完整展开或收拢一次时间为t2秒。这里我们取值为5min。
由于大棚行程开关或限位器可能存在不准的情况需要手动停止。
每隔5秒模块会将时间进行一次存储:记tick=每隔五秒存储的次数开始展开第5秒则t1=5s,tick=1次;
开始展开第10秒则t1=5s,tick=2次;·
·······
开始展开第5min则t1=5s,tick=60次;
可以得出tick=t2/t1;
按照展开一次时间需要5min计算,一天至少完整收展一次卷膜机为10min则tick=120次;按照模块支持400万次擦写计算,该模块支持
2.自定义时间工作机制
电流检测模块会将时间记录在存储器中,而当用户有特殊展开或收拢需求时,可以通过事先定义好的三个开关即展开四分之一、二分之一和四分之三,
当模块收到指令后则会调出完整时间即t2=5min,展开四分之一时则展开二分之一时则展开四分之三时则由于市场上卷膜机型号繁乱,大棚规格也不尽相同,因此使用预定义好的量程可能有一定程度上的误差,因此我们增加了自定义时间按钮,用户可以在0≤t≤t2,内自由定义一个整数时间来控制卷膜的距离从而满足不同用户的需求。
3.意外断电后的恢复机制
当设备断电重连后会触发恢复机制,该机制主要原理为将智能存储模块的A地址和C地址进行比较,假设在断电之前存储模块收到命令需运转100秒,则100秒存入地址C,而断电之前实际运行时间通过A地址得出为60秒。断电恢复后智能存储模块触发恢复机制,将D=C-A得出需继续运行40秒存入地址D并处于最高优先级工作。
4.重新校准功能的步骤
1.首先将卷膜器收拢到压膜线位置。
2.打开手机上的app按下重新校准功能。
3.这时电流检测开始记录时间并自动开始展开薄膜。
4.到达完整展开或用户认为该位置符合完全展开则手动开关停止或APP停止。
5.模块检测到电动机停止工作结束记录同时上传时间,此时旧时间数据会被覆盖保留新的时间。
本次采用的所有功能模块整体性能配合如下:
低功耗工作电压:1.8V-5.5V
工作温度范围:–40to 85℃
常温下数据可擦写次数:400万次。
施工工作准备:
一般在工作现场,我们只能知道卷膜走过的总长度和起始位置,而卷帘机转速通常情况是恒定不变的,除非遇到故障或者卡机,才会停下或者变慢。
那么第一次工作的时候准备步骤如下:
1.将卷膜机收拢到起始位置;
2.安装控制器并接好线,等待app或智能网关显示该设备已上线;
3.app或智能网关按下校准按钮,控制器驱动卷膜机工作;
4.此时若客户安装了限位器则自动等待卷膜机展开到限位器结束即可,若没有安装限位器则到达终点位置时需手动点停止按钮。
普通工作流程:
1.登录app所属账号下进入卷膜机管理页面。
2.管理页面默认展开收拢按钮为完全展开和完全收拢。
3.管理页面提供自定义时间控制,预设宏为展开1/4,1/2,3/4。
4.如果断电或者下次再启动,则从当前的启动位置继续展开到预计位置。
5.使用一段时间后可以重新校准。
本发明的工作原理如下:通过电流检测模块实时检测驱动电机在卷膜杆卷膜作业时的通电用时,一旦通电用时偏离报警阈值,可以判断出卷膜机控制器及外接设备发生异常,信号处理单元马上发送停止指令使驱动电机停止,或继而使驱动电机反转带动卷膜杆反向卷动数秒,这样可以防止卷膜机翻卷和意外情况发生,使用更加安全;
本发明可以通过简单的指令,让卷膜机自动行走几分钟(例如:1分钟,3分钟,5分钟),也可以自定义卷膜机行走时间,遇到起点和终点自动停止,可以释放操作人员等待的时间;
本发明的存储模块可以分别记录从压膜线起点运转到压膜线终点完整展开收拢用时,当前任务用时并支持意外断电恢复后继续执行命令,更加智能化,操作更加方便;
本发明的信号处理单元,实时计算当前运行的速度及位置并生成位置地址存储于存储模块,作为下次运算的起点位置,有效解决在展开收拢阶段发生断电等意外事故导致系统中断后的自动复位功能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,并不用于限制本发明,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种智能大棚卷膜机,包括行走机构、设在行走机构上的卷膜杆、用于带动卷膜杆运动的驱动电机以及控制装置,其特征在于,所述的控制装置包括:
电流检测模块,其电信号输入端与所述驱动电机的电信号控制端连接,所述的电流检测模块的电信号输出端与信号处理单元连接,用于检测驱动电机在卷膜杆卷膜作业时的通电用时;
信号处理单元,其电信号输入端还与所述的电流检测模块的电信号输出端连接,所述的信号处理单元的控制信号输出端与所述的驱动电机的控制器连接;
存储模块,与所述的信号处理单元连接,用于存储所述的驱动电机在卷膜杆在卷膜作业时的通电时间以及所述的卷膜杆的当前位置地址;
远程传输模块,与所述的信号处理单元连接用于将信号处理单元的信息处理结果传输到远程用户终端;
驱动电机控制模块,用于控制驱动电机作正转、反转动作以及控制正转的转动速度,所述的驱动电机控制模块的信号输入端与所述的信号处理单元连接,所述的驱动电机控制模块的信号输出端与所述的驱动电机的信号输入端连接;
先通过所述的电流检测模块自动检测卷膜机从压膜线起点到压膜线终点N次展开和收拢的通电用时以获取N个通电用时样本,所述的信号处理单元计算N个通电用时样本的平均值Tī并将Tī存储于所述的存储模块,并设定Tī的偏离报警阈值;在工作时,所述的电流检测模块检测卷膜机的展开和收拢用时Ti,所述的信号处理单元将Ti与Tī的差值与所述的偏离报警阈值进行比较,若Ti与Tī的差值大于偏离报警阈值,所述的信号处理单元向所述的驱动电机控制模块发送停止指令,所述的远程传输模块控制驱动电机停止转动。
2.根据权利要求1所述的智能大棚卷膜机,其特征在于:所述的电流检测模块包括A/D电流转换电路,所述的A/D电流转换电路上设有时钟电路、电路电压放大器,所述的A/D电流转换电路将从驱动电机过来的电流经A/D转换后输入到电压放大器,所述的电路电压放大器将直流电进行电压放大处理后传输到信号处理单元。
3.根据权利要求1所述的智能大棚卷膜机,其特征在于:所述的信号处理单元为微控制单元(MUC)。
4.根据权利要求1所述的智能大棚卷膜机,其特征在于:所述的存储模块包括可擦可编程只读存储芯片。
5.根据权利要求1所述的智能大棚卷膜机,其特征在于:所述的远程传输模块为符合IEEE 802.15.4规范和ZigBeePRO通信协议的ZigBee模块。
6.根据权利要求1所述的智能大棚卷膜机,其特征在于:所述的驱动电机控制模块为变频器。
7.根据权利要求1-6任一项所述的智能大棚卷膜机,其特征在于:所述的信号处理单元向所述的驱动电机控制模块发送停止指令的同时发送反转指令,所述的远程传输模块控制驱动电机停止转动后反转1-3秒钟。
8.根据权利要求7所述的智能大棚卷膜机,其特征在于:所述的远程传输模块控制驱动电机停止转动后反转1秒钟。
9.根据权利要求7所述的智能大棚卷膜机,其特征在于:所述的信号处理单元带有时间判断模块,所述的寻址模块用于读取所述的卷膜杆的当前位置地址。
10.根据权利要求9所述的智能大棚卷膜机,其特征在于:所述的信号处理单元根据寻址模块读取的卷膜杆的当前位置地址,控制行走机构带动卷膜杆从当前停止位置向压膜线终点运动。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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CB02 | Change of applicant information | ||
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Address after: 215000 Room 303, Room 301, Wuluo Science Park, No. 393, chunshenhu Middle Road, Yuanhe street, Xiangcheng District, Suzhou City, Jiangsu Province Applicant after: SUZHOU LINKDOTTER DATA TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 215000 Room 203, A7 building, biological nano Park, 218 Xing Hu Street, Suzhou Industrial Park, Jiangsu. Applicant before: SUZHOU LINKDOTTER DATA TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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GR01 | Patent grant | ||
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