CN108803671A - 一种全自动采光的温室控制系统 - Google Patents

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贾国花
石颉
唐威
蒋洪亮
姜迎春
刘海明
张�浩
孙皓鸣
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Shenyang Agricultural University
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Abstract

本发明公开了一种全自动采光的温室控制系统，全自动采光的温室控制系统，包括传感器组件、控制组件和光伏板组件，所述的传感器组件包括充电电池单元、数字传感器单元和无线通讯单元，所述的控制组件包括光线采集单元、控制单元和驱动机构单元，系统能够根据预先设定的启停条件启动运行或停止运行，在启动条件下，能够根据光电传感器感知太阳光线入射角度的变化，将偏差值信号放大后输入控制单元，控制单元通过驱动机构单元调整光伏板的角度，从而使其与太阳入射角度垂直，提高太阳光的吸收率。

Description

一种全自动采光的温室控制系统
技术领域
本发明涉及农业技术领域，更具体地说，涉及一种全自动采光的温室控制系统
背景技术
我国是世界第一农业大国，农业生产是国民经济中重要的支柱产业，由于需求方式的转变，温室大棚在农业生产中的比重在逐年增加，成为农业生产的重要组成部分，物联网是新一代信息技术的重要组成部分，并逐渐渗透进入每一个行业，近些年农业物联网的概念被广泛接受，随着国家对农业的大力投入，以及智慧农业概念的提出，基于物联网技术的温室大棚控制技术逐渐成为研究热点。
太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的绿色环保能源，如果能在智能温室中加以充分利用，不仅能够促进农作物的生长，同时能够有效降低能耗。光伏技术在农业中的应用较少，基本为传统的固定式太阳能光伏板。这种采集模式没有充分利用太阳的能量，吸收效率相对较低。如果能够设计一种实施跟踪太阳光，保证太阳光实施与光伏板垂直入射，会大大提高太阳光的吸收率，其他行业已有研究表明，与固定采集模式相比，采用太阳能全自动跟踪技术能够使太阳能的吸收效率提高35%。
目前二代温室普遍存在能耗较高的问题，导致很多自动化设施被弃用，转而使用手动控制，未能有效地达到降低人力成本的目的。另外，若发生人员操作不当或者疏于管理，例如未及时关闭遮阳网等设施，会对农作物的生长造成影响，尤其对于名贵农作物，会对农业生产者造成重大的财产损失。
综上所述，如何提供一种全自动采光的温室控制系统，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种全自动采光的温室控制系统，能够根据光电传感器感知太阳光线入射角度的变化，将偏差值信号放大后输入控制单元，控制单元通过驱动机构单元调整光伏板的角度，从而使其与太阳入射角度垂直，提高太阳光的吸收率。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种全自动采光的温室控制系统，包括传感器组件、控制组件和光伏板组件，所述的传感器组件包括充电电池单元、数字传感器单元和无线通讯单元，所述的控制组件包括光线采集单元、控制单元和驱动机构单元，
所述的光伏板组件单元，包括光伏板，根据太阳照射角度，自动调节光伏板的方向，使其与太阳光线入射角度垂直，将太阳能转化为电能，给位于下方的充电电池单元充电；
所述的充电电池单元，与其位于下方的数字传感器单元和无线通讯单元相连接，并且提供电源；
所述的数字传感器单元包括放置于大棚中的空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、光照强度传感器、CO2浓度传感器，所述的数字传感器单元按照采样频率采集温室内的环境信息；
所述的无线通讯单元，采用基于ZigBee的网络现充总线或短距离局域网，将数字传感器的数据传输至信息采集单元和远程云服务器；
所述的光线采集单元，包括光电传感器，当光伏板与太阳光入射角出现角度偏差时，光电传感器的输出信号出现偏差，所述的偏差值经放大后送入控制单元；
所述的控制单元，根据光线采集单元输出的偏差值判断出太阳光线变化的大小和方向，然后控制驱动机构单元调整光伏板组件单元的角度，使其与太阳光线入射角垂直；
所述的驱动机构单元，包括水平方向步进电机和高度方向步进电机，所述的水平方向步进电机和高度方向步进电机根据控制单元的指令分别驱动光伏板在水平方向和高度方向调整角度。
优选的，所述的光伏板设置于调节支架顶端。
优选的，所述的光电传感器为4个，所述的光电传感器为光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管中的任意一种。
优选的，还包括信息采集单元，所述的信息采集单元实时采集、显示、上传各数字传感器的数据，设置参数报警阀值，同时具有能够添加、删除数字传感器。
优选的，还包括远程云服务器，所述的远程云服务器位于远端监控室，采集并存储大棚的数据，并能够提供终端的查询和调用。
本发明提供的一种全自动采光的温室控制系统，该系统能够根据预先设定的启停条件启动运行或停止运行，在启动条件下，能够根据光电传感器感知太阳光线入射角度的变化，将偏差值信号放大后输入控制单元，控制单元通过驱动机构单元调整光伏板的角度，从而使其与太阳入射角度垂直，提高太阳光的吸收率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的全自动采光的温室控制系统示意图；
图2为本发明所提供的全自动采光的温室控制系统驱动结构单元示意图；
图3为本发明所提供的全自动采光的温室控制系统光电传感器示意图；
上图1-3中：
1、传感器组件；11、充电电池单元；12、数字传感器单元；13、无线通讯单元；2、控制组件；21、光线采集单元；22、控制单元；23、驱动机构单元；231、高度方向步进电机；232、水平方向步进电机；3、光伏板组件；4、信息采集单元；5、远程云服务器。
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。
本发明的核心是提供一种全自动采光的温室控制系统，能够根据光电传感器感知太阳光线入射角度的变化，将偏差值信号放大后输入控制单元，控制单元通过驱动结构组件调整光伏板的角度，从而使其与太阳入射角度垂直，提高太阳光的吸收率。
请参考图1至图3，一种全自动采光的温室控制系统，包括传感器组件1、控制组件2和光伏板组件3，所述的传感器组件1包括充电电池单元11、数字传感器单元12和无线通讯单元13，所述的控制组件2包括光线采集单元21、控制单元22和驱动机构单元23，
所述的光伏板组件3，包括光伏板，根据太阳照射角度，自动调节光伏板的方向，使其与太阳光线入射角度垂直，将太阳能转化为电能，给位于下方的充电电池单元11充电；
所述的充电电池单元11，与其位于下方的数字传感器单元12和无线通讯单元13相连接，并且提供电源；
所述的数字传感器单元12包括放置于大棚中的空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、光照强度传感器、CO2浓度传感器，所述的数字传感器单元12按照采样频率采集温室内的环境信息，同时，所述的数字传感器单元12中的空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、光照强度传感器、CO2浓度传感器可根据实际情况自由组合，并安装于可调支架上，调整空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、光照强度传感器、CO2浓度传感器高度，检测所需高度的环境参数。
所述的数字传感器单元12包括放置于大棚中的空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、光照强度传感器、CO2浓度传感器，所述的数字传感器单元按照采样频率采集温室内的环境信息；
所述的无线通讯单元13，采用基于ZigBee的网络现充总线或短距离局域网，将数字传感器的数据传输至信息采集单元4和远程云服务器5；
所述的光线采集单元21，包括光电传感器，当光伏板与太阳光入射角出现角度偏差时，光电传感器的输出信号出现偏差，所述的偏差值经放大后送入控制单元22；
所述的控制单元22，根据光线采集单元21输出的偏差值判断出太阳光线变化的大小和方向，然后控制驱动机构单元23调整光伏板组件3的角度，使其与太阳光线入射角垂直；
所述的驱动机构单元23，包括水平方向步进电机232和高度方向步进电机231，所述的水平方向步进电机232和高度方向步进电机231根据控制单元22的指令分别驱动光伏板在水平方向和高度方向调整角度。
本发明进一步的，所述的光伏板设置于调节支架顶端，可以根据太阳照射角度，自动调节光伏板方向，使其与太阳光线入射角垂直，保证太阳光照射充分，并将太用能转化为电能，给位于其下方的充电电池单元11充电。
本发明进一步的，所述的光电传感器为为4个，所述的光电传感器为光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管中的任意一种。
优选的，还包括信息采集单元4，所述的信息采集单元4实时采集、显示、上传各数字传感器的数据，设置参数报警阀值，同时具有能够添加、删除数字传感器12。
优选的，还包括远程云服务器5，所述的远程云服务器5位于远端监控室，采集并存储大棚的数据，并能够提供终端的查询和调用。
本发明提供的一种全自动采光的温室控制系统，该系统能够根据预先设定的启停条件启动运行或停止运行，在启动条件下，能够根据光电传感器感知太阳光线入射角度的变化，将偏差值信号放大后输入控制单元，控制单元通过驱动机构单元调整光伏板的角度，从而使其与太阳入射角度垂直，提高太阳光的吸收率，同时能够根据系统的控制算法控制遮阳网、通风系统、喷淋系统、滴灌系统等相关设施及时工作，避免对农作物的生长造成影响，尤其对名贵农作物，可以避免对农作物造成重大财产损失，本发明操作简单，使用方便，成本低。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上对本发明所提供的全自动采光的温室控制系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种全自动采光的温室控制系统，其特征在于，包括传感器组件、控制组件和光伏板组件，所述的传感器组件包括充电电池单元、数字传感器单元和无线通讯单元，所述的控制组件包括光线采集单元、控制单元和驱动机构单元，
所述的光伏板组件单元，包括光伏板，根据太阳照射角度，自动调节光伏板的方向，使其与太阳光线入射角度垂直，将太阳能转化为电能，给位于下方的充电电池单元充电；
所述的充电电池单元，与其位于下方的数字传感器单元和无线通讯单元相连接，并且提供电源；
所述的数字传感器单元包括放置于大棚中的空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、光照强度传感器、CO2浓度传感器，所述的数字传感器单元按照采样频率采集温室内的环境信息；
所述的无线通讯单元，采用基于ZigBee的网络现充总线或短距离局域网，将数字传感器的数据传输至信息采集单元和远程云服务器；
所述的光线采集单元，包括光电传感器，当光伏板与太阳光入射角出现角度偏差时，光电传感器的输出信号出现偏差，所述的偏差值经放大后送入控制单元；
所述的控制单元，根据光线采集单元输出的偏差值判断出太阳光线变化的大小和方向，然后控制驱动机构单元调整光伏板组件单元的角度，使其与太阳光线入射角垂直；
所述的驱动机构单元，包括水平方向步进电机和高度方向步进电机，所述的水平方向步进电机和高度方向步进电机根据控制单元的指令分别驱动光伏板在水平方向和高度方向调整角度。
2.根据权利要求1所述的全自动采光的温室控制系统，其特征在于，
所述的光伏板设置于调节支架顶端。
3.根据权利要求2所述的全自动采光的温室控制系统，其特征在于，所述的光电传感器为4个，所述的光电传感器为光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管中的任意一种。
4.根据述的权利要求3所述的全自动采光的温室控制系统，其特征在于，还包括信息采集单元，所述的信息采集单元实时采集、显示、上传各数字传感器的数据，设置参数报警阀值，同时具有能够添加、删除数字传感器。
5.根据述的权利要求4所述的全自动采光的温室控制系统，其特征在于，还包括远程云服务器，所述的远程云服务器位于远端监控室，采集并存储大棚的数据，并能够提供终端的查询和调用。
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