CN110692399B - 一种温室大棚卷膜电机精准控制和监测方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温室大棚卷膜电机精准控制和监测方法及其装置，其中，该装置包括供电电路单元、主控制芯片电路单元、数据通信电路单元、电压采集电路单元、电流采集电路单元、电机驱动单元、人机交互电路单元和存储电路单元，主控制芯片电路单元接收到来自控制系统的控制指令或设置参数时，进行指令解析，并将指令或设置参数存入存储电路单元内，以防止在系统异常状态下的指令或设置参数丢失。该方法无需对电机进行升级改造，便可实现限位反馈、行程位置反馈、状态监测、故障诊断等功能，并与自动控制系统中的各类传感器联合使用，进而实现完全自动、智能化的卷膜通风闭环控制系统。不仅更加智能，而且提高了计算精度，进而提高了用户体验。

Description

一种温室大棚卷膜电机精准控制和监测方法及其装置

技术领域

本发明涉及农业温室大棚控制技术领域，更为具体地，涉及一种温室大棚卷膜电机精准控制和监测方法及其装置。

背景技术

温室是现代农业的重要基础设施，而薄膜温室是最适用于我国国情的温室类型，薄膜温室通常使用卷膜开棚方式进行通风换气。在实际生产中常用使用手动或电动卷膜机进行卷膜开关棚，相比手动卷膜机电动卷膜机大大的减轻了人的劳动强度，但电动卷膜机仍然需要使用人工操作开启或关闭，而且在发生突然降雨、大风等紧急气象情况下，人工操作开启或关闭电动卷膜机的方式并不能满足实际管理需求。随着不断上涨的人工成本，以及不断提高的种植管理要求，种植管理中急切需要自动卷膜开关棚系统。然而当前市场上的卷膜电机绝大多数均为简单的直流电机，不具备限位反馈、启停状态反馈、行程位置反馈、状态监测、故障诊断等功能，难以实现自动化、精准化的卷膜开棚控制。若对电机进行升级改造，虽然使其具备上述功能，但仍然存在着成本高，布线复杂的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种温室大棚卷膜电机精准控制和监测方法及其装置，该方法无需对电机进行升级改造，便能实现限位反馈、启停状态反馈、行程位置反馈、状态监测、故障诊断等功能，还能够与自动控制系统中的各类传感器联合使用，从而实现完全自动、智能化的卷膜通风闭环控制系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种温室大棚卷膜电机精准控制和监测装置，包括供电电路单元、主控制芯片电路单元、数据通信电路单元、电压采集电路单元、电流采集电路单元、电机驱动单元、人机交互电路单元和存储电路单元，所述主控制芯片电路单元分别与所述数据通信电路单元、电压采集电路单元、电流采集电路单元、供电电路单元、人机交互电路单元、电机驱动单元和存储电路单元连接，所述主控制芯片电路单元通过数据通信电路单元与自动控制系统通信连接，其中，主控制芯片电路单元设置有看门狗电路和RTC；所述电流采集电路单元与卷膜电机所在的电路串联，所述电压采集电路单元与所述卷膜电机所在的电路并联，所述电机驱动单元的输入端与所述供电电路单元电连接，所述电机驱动单元的输出端与所述卷膜电机的供电电缆电连接。

进一步的，所述电压采集电路单元和所述电流采集电路单元内均设置有隔离电路。

进一步的，所述人机交互电路单元包括指示灯、模式切换开关、电机正反转手动控制按钮、功能按键、蜂鸣器和程序下载调试接口。

进一步的，数据通信传输单元采用无线数据通信方式或有线数据通信方式，具体实施时该装置能够实现为仅具备无线数据通信方式或有线通信方式的单模版本，也能实现为兼具无线数据通信方式和有线通信方式的双模版本。

一种温室大棚卷膜电机精准控制和监测方法，可通过运行在上述任一项所述的温室大棚卷膜电机精准控制和监测装置上实现，所述方法包括以下步骤：

S1，通过供电线缆将控制和监测装置与卷膜电机相连接；

S2，控制和监测装置接收到自动控制系统的控制指令、测量总行程指令和设置指令；

S3，控制和监测装置根据不同的指令分别完成指令内容，上传执行结果，并进行存储：

S31，当指令为设置指令时，由控制和监测装置解析设置指令，并对设置指令中的参数进行合法性判断，并进行存储；

S32，当指令为测量总行程，在完成测量总行程过程后，计算得出卷膜电机行程运行时间和卷膜电机工作电压、电流的动态系数，并进行存储；

S33，当指令为运动到目标位置指令时，所述控制和监测装置驱动卷膜电机运行到目标位置后自动停止并上报执行结果；

S4，当卷膜电机在运动过程中发生异常情况时，精准控制和监测装置将停止卷膜电机运动，并通过数据通信电路向自动控制系统发送异常报警消息；

S5，自动控制系统接到来自精准控制和监测装置的消息后，解析消息做进一步处理。

进一步的，根据卷膜电机行程运行时间和卷膜电机工作电压、电流的动态系数精准得出卷膜电机的精准行程位置。

进一步的，所述步骤S3中，当指令为测量总行程时，按下面步骤进行工作：

S321，控制和监测装置先驱动卷膜电机运动至第一限位；

S322，控制和监测装置根据卷膜电机的工作电流和工作电压的变化来判断卷膜电机是否已经到达了第一限位位置并且已经停止运动，即卷膜电机工作电流由非零值变为零值时，表示电机已经到达第一限位并且停止运动，对于此判断，控制和监测装置会使用程序算法对判断结果进行过滤和确认；

S323，控制和监测装置驱动卷膜电机运动到第二限位；

S324，控制和监测装置根据卷膜电机的工作电流和工作电压的变化来判断卷膜电机是否已经到达了第二限位位置并且已经停止运动，即卷膜电机工作电流由非零值变为零值时，表示电机已经到达第二限位并且停止运动，对于此判断，控制和监测装置会使用程序算法对判断结果进行过滤和确认；

S325，在控制和驱动卷膜电机运动过程中，控制和监测装置会持续监测卷膜电机工作参数，当卷膜电机的工作参数超出正常阈值后，触发后述步骤S4中的异常处理机制；

S326，根据卷膜电机在两个限位之间的工作参数计算行程运行时间和卷膜电机工作电压、电流的动态系数；

S327，存储行程运行时间和卷膜电机工作电压电流的动态系数，用于精准行程控制时使用。

进一步的，所述步骤S3中，当指令为控制指令时，按下面步骤进行工作：

S331，若控制指令为停止指令，如卷膜电机正在运行，则停止电机运行，同时通过数据通信电路向自动控制系统发送停止结果；

S332，若控制指令不为停止指令，则判断卷膜电机是否已经测量过总行程，若没有测量过总行程，则进行测量总行程流程，若已经测量过总行程，则由精准控制和监测装置驱动卷膜电机转动至目标行程位置；

S333，在卷膜电机运动过程中，精准控制和监测装置实时检测卷膜电机的状态参数，并使用统计回归算法，根据卷膜电机的工作参数计算出卷膜电机当前所处的行程位置，并周期性的通过数据通信电路将卷膜电机的行程位置和状态参数上报给自动控制系统；

S334，精准控制和监测装置会实时检测卷膜电机的状态参数，并与设置的阈值进行比较，若超出正常阈值，则会触发后述步骤S4中的异常处理机制；

S335，当卷膜电机正常运动到控制指令中的目标位置后，精准控制和监测装置将停止卷膜电机运动，并通过数据通信电路向自动控制系统发送执行完成消息。

进一步的，在步骤S333中，根据卷膜电机行程运行时间和卷膜电机工作电压、电流的动态系数精准得出卷膜电机的精准行程位置。

进一步的，所述步骤S3中，主控制芯片通过判断卷膜电机工作电流的有无来判断卷膜电机的启停状态，即当卷膜电机的工作电流由零值变为非零值时，表示卷膜电机开始运动，而当卷膜电机的工作电流由非零值变为零值时，表示卷膜电机已经停止运动；主控制芯片在通过卷膜电机的工作电流来判断卷膜电机的启停状态时，结合卷膜电机的工作电压值和动态行程运行时间，使用程序算法对电机启停状态判断结果进行过滤和确认。

本发明的有益效果是：

(1)本发明可作为一个典型的物联网应用实施案例，所涉及的温室大棚卷膜电机精准控制和监测装置由供电电路单元、主控制芯片电路单元、数据通信电路单元、电压采集电路单元、电流采集电路单元、电机驱动单元、人机交互电路单元和存储电路单元等组成，能够与自动控制系统进行通信，具备指令接收解析和存储，电机驱动和监测的功能。该发明所述的方法和装置具备执行结果反馈和异常报警功能，能够可靠的驱动和监测卷膜电机，从而实现可靠的温室大棚卷膜通风控制。

(2)本发明所涉及的温室大棚卷膜电机精准控制和监测装置的电压采集电路单元和电流采集电路单元均设置有隔离电路，通过隔离电路使得采集的电压信号和电流信号不与主控制芯片电路单元中的主控芯片I/O口直接连接，从而保证主控制芯片的抗干扰性、电磁兼容性和稳定性。

(3)人机交互电路单元包括指示灯、模式切换开关、电机正反转手动控制按钮、功能按键、蜂鸣器和程序下载调试接口，可通过蜂鸣器和指示灯指示设备的工作和通信状态，通过指示灯的颜色、闪烁频率，以及蜂鸣器的鸣叫频率进行状态指示，能够指示正常、异常、故障等多种状态，再通过电机正反转手动控制按钮实现手动控制卷膜电机的正转或反转。上述设置和功能使得该装置更加智能，提高了用户使用体验。

综上所述，该温室大棚卷膜电机精准控制和监测方法无需对电机进行升级改造，仅通过卷膜电机的供电电缆连接而无需连接其他传感器，便能实现限位反馈、行程位置反馈、状态监测、故障诊断和异常报警等功能，还能够与自动控制系统中的各类传感器联合使用，从而实现完全自动、智能化的卷膜通风闭环控制系统。这样，不仅无需增加成本，而且无需进行复杂的布线。此外，主控制芯片电路单元能够测量和记录卷膜电机的全行程运动时间和当前运动时间，根据当前动态运动时间、卷膜电机实时工作电压、卷膜电机实时工作电流和行程校准系数，使用经过统计回归分析得到的算法，可计算得出当前卷膜电机的精准行程位置，提高控制精度。

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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为温室大棚卷膜电机精准控制和监测装置的外部连接示意图；

图2为温室大棚卷膜电机精准控制和监测装置的整体电气连接框图；

图3为电流采集电路单元中卷膜电机工作电流采集电路的部分电路原理图；

图4为电压采集电路单元中卷膜电机工作电压采集电路的部分电路原理图；

图5为温室大棚卷膜电机精准控制和监测方法的流程图。

图中，100-温室大棚卷膜电机精准控制和监测装置，101-主控制芯片电路单元，102-人机交互电路单元，103-电机驱动电路单元，104-数据通信电路单元，105-存储电路单元，106- 供电电路单元，107-电压采集电路单元，108-电流采集电路单元，200-自动控制系统，300- 卷膜电机。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

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作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。

在对实施例进行描述之前，需要对一些必要的术语进行解释。例如：

若本申请中出现使用“第一”、“第二”等术语来描述各种元件，但是这些元件不应当由这些术语所限制。这些术语仅用来区分一个元件和另一个元件。因此，下文所讨论的“第一”元件也可以被称为“第二”元件而不偏离本发明的教导。应当理解的是，若提及一元件“连接”或者“联接”到另一元件时，其可以直接地连接或直接地联接到另一元件或者也可以存在中间元件。相反地，当提及一元件“直接地连接”或“直接地联接”到另一元件时，则不存在中间元件。

在本申请中出现的各种术语仅仅用于描述具体的实施方式的目的而无意作为对本发明的限定，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式意图也包括复数形式。

当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包括有”时，这些术语指明了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是也不排除一个以上其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在和/或附加。

如图1和图2所示，一种温室大棚卷膜电机精准控制和监测装置100，包括供电电路单元106、主控制芯片电路单元101、数据通信电路单元104、电压采集电路单元107、电流采集电路单元108、电机驱动电路单元103、人机交互电路单元102和存储电路单元105，主控制芯片电路单元101分别与数据通信电路单元104、电压采集电路单元107、电流采集电路单元108、供电电路单元106、人机交互电路单元102、电机驱动电路单元103和存储电路单元 105连接，主控制芯片电路单元101通过数据通信电路单元104与自动控制系统200通信连接，接收自动控制系统200的控制指令和设置参数。主控制芯片电路单元101接收到来自控制系统200的控制指令或设置参数时，进行指令解析，并将指令或设置参数存入存储电路单元105内，以防止在系统异常状态下的指令或设置参数丢失。控制指令包含驱动卷膜电机300 运动到目标行程位置指令和停止转动指令，自动控制系统200接到来自温室大棚卷膜电机精准控制和监测装置100的消息后，解析消息做进一步处理。

设置参数包括电流异常阈值、电压异常阈值、超时时间、行程动态校正参数、数据通信传输单元参数、工作模式。其中，主控制芯片电路单元101设置有看门狗电路和RTC，看门狗电路能在程序跑飞或硬件死机时自动进行复位操作，保证系统的稳定性；RTC可以提供实时时间、闹钟、定时器，从而实现定时控制，异常超时计时等功能。供电电路单元106用于将外接电源分别转换为用于给本发明所述装置提供工作的电压，并用于驱动卷膜电机300。供电电路单元106通过供电电缆适配接入5至110V直流电源，供电电路单元106内部设置正反接适功能，以防止因接线失误造成的设备损坏。供电电路单元106将外接电源转换为24V、12V、5V、3.3V和1.3V几种直流电压，从而为不同用途的器件提供合适电压。电机驱动电路单元103设置有保险丝，在手动模式下或者精准控制和监测装置失效情况下，当电机运动电流过大时进行熔断保护。

如图3和图4所示，电流采集电路单元108与卷膜电机300所在的电路串联，电流采集电路单元108一端串联M300-(即卷膜电机300的负极)，电流采集电路单元108另一端串联主控芯片模拟电压输入接口V101。电压采集电路单元107与卷膜电机300所在的电路并联，电压采集电路单元107一端并联M300-(即卷膜电机300的负极)和主控芯片模拟电压输入接口V101，电压采集电路单元107另一端并联M300+(即卷膜电机300的正极)和主控芯片模拟电压输入接口V101。电压采集电路单元107、电流采集电路单元108分别用于采集卷膜电机300的工作电压和工作电流。作为较佳实施例，电压采集电路单元107和电流采集电路单元108内均设置有隔离电路，通过隔离电路使得采集的电压信号和电流信号不与主控制芯片电路单元中的主控芯片I/O口直接连接，从而保证主控制芯片的抗干扰性、电磁兼容性和稳定性。

电机驱动单元103的输入端与供电电路单元106电连接，供电电路单元106用于给电机驱动单元103供电，电机驱动电路单元103的输出端与卷膜电机300的供电电缆电连接。人机交互电路单元102包括指示灯、模式切换开关、电机正反转手动控制按钮、功能按键、蜂鸣器和程序下载调试接口。主控制芯片电路单元101通过蜂鸣器和指示灯指示设备的工作和通信状态，通过指示灯的颜色、闪烁频率，以及蜂鸣器的鸣叫频率进行状态指示，能够指示正常、异常、故障等多种状态。卷膜电机300具备电机正反转手动控制按钮，用户能够手动操作卷膜电机300正转或反转，主控制芯片电路单元101也将实时监测手动操作时卷膜电机300的各类状态，同步跟踪并计算出卷膜电机300的行程位置，并上报给自动控制系统200；功能按键用于在本地对设备进行复位、重置、数据通信复位等操作。

精准控制和监测装置在接收到自动控制系统发送的控制指令后，通过主控芯片的I/O口的电平高低控制电机驱动电路单元103进行动作，因电机驱动电路单元103的输出端与卷膜电机300相连接，同时电机驱动电路单元103具备正、反转驱动功能，从而主控制芯片能通过不同I/O口的电平高低控制卷膜电机300的正转或反转。程序下载调试接口用于进行程序下载和调试。

在驱动电机运动的过程中，主控制芯片电路单元101通过将实时采集到的卷膜电机300 的实时工作电压、实时工作电流、当前运动时间与存储的异常阈值进行比较，如果发生异常，通过数据通信电路单元向自动控制系统200发送异常报警信息，如果未发生异常，按设置的状态上报频率定期将卷膜电机300的工作状态数据(实时工作电压、实时工作电流、当前运动时间、当前行程位置)上报至自动控制系统200，自动控制系统200接到来自该精准控制和监测装置的消息后，解析消息做进一步处理。

进一步的，数据通信传输单元104采用无线数据通信方式或有线数据通信方式与动控制系统200通信。无线数据通信方式在ISM频段进行通信，有线数据通信方式使用以太网或 RS485介质进行通信，在使用前根据实施成本优先选择配备上述两种通信方式的一种，或两种均配备。

如图5所示，一种温室大棚卷膜电机精准控制和监测方法，通过运行在上述温室大棚卷膜电机精准控制和监测装置上实现，所述方法包括以下步骤：

S1，将温室大棚卷膜电机精准控制和监测装置通过供电线缆与卷膜电机相连接；

S2，温室大棚卷膜电机精准控制和监测装置接收到自动控制系统的控制指令、测量总行程指令或设置指令：

测量总行程指令(初始化行程)：在实际应用中，不同的温室大棚所需的卷膜开窗高度不同，卷膜电机在使用时需要调节其上下限位，从而确定其行程的起止位置，不同的行程起止位置对应着卷膜电机不同的总行程转动圈数和运动时间，因此在卷膜电机安装后需要使用测量总行程(初始化行程)指令来测量卷膜电机在当前限位调节状态下的全行程运动时间，和各个行程位置的特征工作电压和工作电流，从而根据统计回归算法动态计算出卷膜电机在某一时刻所处的行程位置。

设置指令包括：电流异常阈值、电压异常阈值、超时运动时间、数据通信电路单元参数、工作模式。

控制指令包括：卷膜电机运动至某个目标行程位置、卷膜电机运动至上限位、卷膜电机运动至下限位、停止卷膜电机运动。

S3，控制和监测装置根据不同的指令分别完成指令内容，上传执行结果，并进行存储；

S31，当指令为设置指令时，由控制和监测装置解析设置指令，并对设置指令中的参数进行合法性判断，并进行存储；

S32，当指令为测量总行程，在完成测量总行程过程后，计算得出卷膜电机行程运行时间和卷膜电机工作电压、电流的动态系数，并进行存储；

S33，当指令为运动到目标位置指令时，控制和监测装置驱动卷膜电机运行到目标位置后自动停止卷膜电机运动并上传执行结果；

S4，当卷膜电机在运动过程中发生异常情况时，精准控制和监测装置将停止卷膜电机运动，将通过数据通信电路向自动控制系统发送异常报警消息；

S5，自动控制系统接到来自精准控制和监测装置的消息后，解析消息做进一步处理。

在步骤S3中，当指令为测量总行程时，按下面步骤进行工作：

S321，控制和监测装置先驱动卷膜电机运动至第一限位(上限位或下限位，因为电机安装方向不同，上下限位并不绝对，因此步骤描述中称为“第一个限位”和“第二限位”)；

S322，控制和监测装置根据卷膜电机的工作电流和工作电压的变化来判断卷膜电机是否已经到达了第一限位位置并且已经停止运动，即卷膜电机工作电流由非零值变为零值时，表示电机已经到达第一限位并且停止运动，对于此判断，控制和监测装置会使用程序算法对判断结果进行过滤和确认；

S323，控制和监测装置驱动卷膜电机运动到第二限位；

S324，控制和监测装置根据卷膜电机的工作电流和工作电压的变化来判断卷膜电机是否已经到达了第二限位位置并且已经停止运动，即卷膜电机工作电流由非零值变为零值时，表示电机已经到达第二限位并且停止运动，对于此判断，控制和监测装置会使用程序算法对判断结果进行过滤和确认；

S325，在控制和驱动卷膜电机运动过程中，控制和监测装置会持续监测卷膜电机工作参数，工作参数包括工作电压、工作电流和工作时间，当卷膜电机的工作参数超出正常阈值后，触发后述步骤S4中的异常处理机制；

S326，根据卷膜电机在两个限位之间的工作参数计算行程运行时间和卷膜电机工作电压、电流的动态系数；

S327，存储行程运行时间和卷膜电机工作电压电流的动态系数，用于精准行程控制时使用。

在步骤S3中，当指令为控制指令时，按下面步骤进行工作：

S331，若控制指令为停止指令，如卷膜电机正在运行，则停止电机运行，同时通过数据通信电路向自动控制系统发送停止结果；

S332，若控制指令不为停止指令，则判断卷膜电机是否已经测量过总行程，若没有测量过总行程，则进行测量总行程流程，若已经测量过总行程，则由精准控制和监测装置驱动卷膜电机转动至目标行程位置；

S333，在卷膜电机运动过程中，精准控制和监测装置实时检测卷膜电机的状态参数，状态参数包括工作电压、工作电流和运行时间，并使用统计回归算法，根据卷膜电机的工作参数计算出卷膜电机当前所处的行程位置(即根据前述的行程运行时间和卷膜电机工作电压、电流的动态系数，通过卷膜电机的工作参数计算出卷膜电机当前所处的行程位置)，并周期性的通过数据通信电路将卷膜电机的行程位置和状态参数上报给自动控制系统；

S334，精准控制和监测装置会将实时检测到的卷膜电机状态参数与设置的阈值进行比较，若超出正常阈值后，则会触发后述步骤S4中的异常处理机制；

S335，当卷膜电机正常运动到控制指令中的目标位置后，精准控制和监测装置将停止卷膜电机运动，并通过数据通信电路向自动控制系统发送执行完成消息。

作为较优的实施方式，在步骤S3中，主控制芯片通过判断卷膜电机工作电流的有无来判断卷膜电机的启停状态，即当卷膜电机的工作电流由零值变为非零值时，表示卷膜电机开始运动，而当卷膜电机的工作电流由非零值变为零值时，表示卷膜电机已经停止运动；主控制芯片在通过卷膜电机的工作电流来判断卷膜电机的启停状态时，结合卷膜电机的工作电压值和动态行程运行时间，使用程序算法对判断结果进行过滤和确认。

根据卷膜电机行程运行时间和卷膜电机工作电压、电流的动态系数精准得出卷膜电机的精准行程位置。主控制芯片电路单元能够测量和记录卷膜电机的全行程运动时间和当前运动时间，根据当前运动时间、卷膜电机实时工作电压、卷膜电机实时工作电流和行程校准系数，使用经过统计回归分析得到的算法，可计算得出当前卷膜电机的精准行程位置，实际应用显示，通过这种方式计算得出的卷膜电机运动行程位置精度可达1％。

作为较佳的实施方法，在驱动电机运动的过程中，主控制芯片电路单元通过将实时采集到的卷膜电机的实时工作电压、实时工作电流、当前运动时间与存储的异常阈值进行比较，如果发生异常，进行步骤S4，通过数据通信电路单元向自动控制系统发送异常报警信息，如果未发生异常，按设置的状态上报频率定期将卷膜电机工作状态数据上报至自动控制系统，工作状态数据包括实时工作电压、实时工作电流、当前运动时间和当前行程位置。

在本实施例中的其余技术特征，本领域技术人员均可以根据实际情况进行灵活选用以满足不同的具体实际需求。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的组成，结构或部件，均在本发明的权利要求书请求保护的技术方案限定技术保护范围之内。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”均是广义含义，本领域技术人员应作广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是活动连接，或整体地连接，或局部地连接，可以是机械连接，也可以是电性连接，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，还可以是两个元件内部的连通等，对于本领域的技术人员来说，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义，即，文字语言的表达与实际技术的实施可以灵活对应，本发明的说明书的文字语言(包括附图)的表达不构成对权利要求的任何单一的限制性解释。

本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。在以上描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的技术，例如具体的施工细节，作业条件和其他的技术条件等。

Claims (7)

1.一种温室大棚卷膜电机精准控制和监测装置，其特征在于：包括供电电路单元、主控制芯片电路单元、数据通信电路单元、电压采集电路单元、电流采集电路单元、电机驱动单元、人机交互电路单元和存储电路单元，所述主控制芯片电路单元分别与所述数据通信电路单元、电压采集电路单元、电流采集电路单元、供电电路单元、人机交互电路单元、电机驱动单元和存储电路单元连接，所述主控制芯片电路单元通过数据通信电路单元与自动控制系统通信连接，其中，主控制芯片电路单元设置有看门狗电路和RTC；所述电流采集电路单元与卷膜电机所在的电路串联，所述电压采集电路单元与所述卷膜电机所在的电路并联，所述电机驱动单元的输入端与所述供电电路单元电连接，所述电机驱动单元的输出端与所述卷膜电机的供电电缆电连接；

一种基于所述温室大棚卷膜电机精准控制和监测装置的温室大棚卷膜电机精准控制和监测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1，通过供电线缆将控制和监测装置与卷膜电机相连接；

S2，控制和监测装置接收到自动控制系统的控制指令、测量总行程指令和设置指令；

S3，控制和监测装置根据不同的指令分别完成指令内容，上传执行结果，并进行存储：

S31，当指令为设置指令时，由控制和监测装置解析设置指令，并对设置指令中的参数进行合法性判断，并进行存储；

S32，当指令为测量总行程，在完成测量总行程过程后，计算得出卷膜电机行程运行时间和卷膜电机工作电压、电流的动态系数，并进行存储；

S33，当指令为运动到目标位置指令时，所述控制和监测装置驱动卷膜电机运行到目标位置后自动停止并上报执行结果；

S4，当卷膜电机在运动过程中发生异常情况时，精准控制和监测装置将停止卷膜电机运动，并通过数据通信电路向自动控制系统发送异常报警消息；

S5，自动控制系统接到来自精准控制和监测装置的消息后，解析消息做进一步处理；

所述步骤S3中，当指令为控制指令时，按下面步骤进行工作：

S331，若控制指令为停止指令，如卷膜电机正在运行，则停止电机运行，同时通过数据通信电路向自动控制系统发送停止结果；

S332，若控制指令不为停止指令，则判断卷膜电机是否已经测量过总行程，若没有测量过总行程，则进行测量总行程流程，若已经测量过总行程，则由精准控制和监测装置驱动卷膜电机转动至目标行程位置；

S333，在卷膜电机运动过程中，精准控制和监测装置实时检测卷膜电机的状态参数，并使用统计回归算法，根据卷膜电机的工作参数计算出卷膜电机当前所处的行程位置，并周期性的通过数据通信电路将卷膜电机的行程位置和状态参数上报给自动控制系统；

S334，精准控制和监测装置会实时检测卷膜电机的状态参数，并与设置的阈值进行比较，若超出正常阈值，则会触发后述步骤S4中的异常处理机制；

S335，当卷膜电机正常运动到控制指令中的目标位置后，精准控制和监测装置将停止卷膜电机运动，并通过数据通信电路向自动控制系统发送执行完成消息。

2.根据权利要求1所述的温室大棚卷膜电机精准控制和监测装置，其特征在于：所述电压采集电路单元和所述电流采集电路单元内均设置有隔离电路。

3.根据权利要求1所述的温室大棚卷膜电机精准控制和监测装置，其特征在于：所述人机交互电路单元包括指示灯、模式切换开关、电机正反转手动控制按钮、功能按键、蜂鸣器和程序下载调试接口。

4.根据权利要求1所述的温室大棚卷膜电机精准控制和监测装置，其特征在于：数据通信传输单元采用无线数据通信方式或有线数据通信方式。

5.根据权利要求1所述的温室大棚卷膜电机精准控制和监测装置，其特征在于：所述步骤S3中，当指令为测量总行程时，按下面步骤进行工作：

S321，控制和监测装置先驱动卷膜电机运动至第一限位；

S322，控制和监测装置根据卷膜电机的工作电流和工作电压的变化来判断卷膜电机是否已经到达了第一限位位置并且已经停止运动，即卷膜电机工作电流由非零值变为零值时，表示电机已经到达第一限位并且停止运动，对于此判断，控制和监测装置会使用程序算法对判断结果进行过滤和确认；

S323，控制和监测装置驱动卷膜电机运动到第二限位；

S324，控制和监测装置根据卷膜电机的工作电流和工作电压的变化来判断卷膜电机是否已经到达了第二限位位置并且已经停止运动，即卷膜电机工作电流由非零值变为零值时，表示电机已经到达第二限位并且停止运动，对于此判断，控制和监测装置会使用程序算法对判断结果进行过滤和确认；

S325，在控制和驱动卷膜电机运动过程中，控制和监测装置会持续监测卷膜电机工作参数，当卷膜电机的工作参数超出正常阈值后，触发后述步骤S4中的异常处理机制；

S326，根据卷膜电机在两个限位之间的工作参数计算行程运行时间和卷膜电机工作电压、电流的动态系数；

S327，存储行程运行时间和卷膜电机工作电压电流的动态系数，用于精准行程控制时使用。

6.根据权利要求1所述的温室大棚卷膜电机精准控制和监测装置，其特征在于：在步骤S333中，根据卷膜电机行程运行时间和卷膜电机工作电压、电流的动态系数精准得出卷膜电机的精准行程位置。

7.根据权利要求1所述的温室大棚卷膜电机精准控制和监测装置，其特征在于：所述步骤S3中，主控制芯片通过判断卷膜电机工作电流的有无来判断卷膜电机的启停状态，即当卷膜电机的工作电流由零值变为非零值时，表示卷膜电机开始运动，而当卷膜电机的工作电流由非零值变为零值时，表示卷膜电机已经停止运动；主控制芯片在通过卷膜电机的工作电流来判断卷膜电机的启停状态时，结合卷膜电机的工作电压值和动态行程运行时间，使用程序算法对电机启停状态判断结果进行过滤和确认。

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