CN111108980B - 一种温室卷帘运行控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种温室卷帘运行控制系统及其控制方法，所述控制系统包括执行模块和控制模块，所述执行模块包括卷帘、位置控制装置和限位装置；所述位置控制装置的编码器连接卷帘的电机，所述限位装置包括限位部和卷帘伸缩杆，所述限位部包括设在温室大棚的侧墙的若干软限位部和设在温室大棚的棚面下方的若干防走偏限位部；所述卷帘伸缩杆设在所述侧墙，卷帘伸缩杆一端连接卷帘的电机，另一端活动连接地面；所述电机有线连接所述控制模块的电机控制组，所述编码器、卷帘伸缩杆、软限位部和防走偏限位部有线连接所述控制模块的ARM控制单元，记录电机圈数和限位信号。

Description

一种温室卷帘运行控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于温室大棚农用设备技术领域，具体涉及一种温室卷帘运行控制系统及其控制方法。

背景技术

随着现代农业技术的发展，粮食产量不断提高，农作物品种不断丰富，使得人们的食品供应日益充足。温室大棚作为重要的栽培作物的农业设施，在提高作物质量、增加非应季作物品种方面，发挥重要作用，对我国农业生产具有重要意义。温室大棚中最重要的部分就是具有保温作用的棚面覆盖物，在现代农业作业中已经用机械化的卷帘代替了棉被、保温膜等覆盖物，并对卷帘的控制和结构进行了探索。

专利CN201610629081.0提供了一种温室卷帘机综合控制系统，包括若干个现场监控分站，现场监控分站包括信号采集机构，信号采集机构的信号输出端连接有控制器机构，控制器机构控制连接有运动控制机构；控制器机构包括微处理控制器，微处理控制器的信号输入端与信号采集机构连接，微处理控制器的信号输出端控制连接运动控制机构。该发明能够对温室实现自动检测、控制、保护功能，实现对温室的集中控制。

专利CN201721109579.0提供了一种温室卷帘机用上行限位与信息分析装置，包括触发器、连动机构、承载部件，触发器与连动机构安装在承载部件上，触发器用于控制卷帘机，承载部件包括横杆，连动机包括触碰杆、垂直杆，横杆的前部设有转轴，触碰杆、垂直杆固定在转轴上，触碰杆与垂直杆所呈夹角的角度大于0度小于90度；触发器设有触发开关，当垂直杆被推动后，触碰杆向上转动，在极限位置时与触发开关接触，垂直杆在静止状态下与地面垂直。

目前，卷帘控制逐渐实现了自动化控制，然而在控制卷帘整体装置在温室大棚棚面上精确可控移动，同时精确控制卷帘自身的收卷和放卷，实现多维度的卷帘调节，尤其是根据作物的实时自然环境、温室环境情况，通过简单的装置即可调整卷帘的具体位置，避免在温室大棚上架设或安装大型复杂的控位装置，对于本领域技术人员是一个问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种温室卷帘运行控制系统及其控制方法，所述控制系统包括执行模块和控制模块，所述执行模块包括卷帘、位置控制装置和限位装置；所述位置控制装置的编码器连接卷帘的电机，所述限位装置包括限位部和卷帘伸缩杆，所述限位部包括设在温室大棚的侧墙的若干软限位部和设在温室大棚的棚面下方的若干防走偏限位部；所述卷帘伸缩杆设在所述侧墙，卷帘伸缩杆一端连接卷帘的电机，另一端活动连接地面；所述电机有线连接所述控制模块的电机控制组，所述编码器、卷帘伸缩杆、软限位部和防走偏限位部有线连接所述控制模块的ARM控制单元，记录电机圈数和限位信号。

优选的，所述控制系统还包括数据传输模块和决策分析模块，使得所述控制系统能够根据实际环境条件控制卷帘的运动位置和放卷情况。所述控制模块包括ARM控制单元、传感器组、电机控制组和第一LORA通信单元，所述数据传输模块包括ARM数据传输单元、第二LORA通信单元和4G通信单元，所述决策分析模块包括数据采集单元、数据分析单元、历史数据查询单元和控制指令下发单元；所述控制模块与执行模块有线连接，第一LORA通信单元与第二LORA通信单元无线连接，4G通信单元与数据采集单元、控制指令下发单元无线连接。

所述温室大棚包括从顶部延伸到底部的棚面和棚面两侧的侧墙，所述卷帘展开后覆盖所述棚面，所述温室大棚包括一个棚面和一面背墙。所述棚面的上部和下部分别设有上风口和下风口，用于棚内通风换气。

所述卷帘包括卷帘轴、电机和卷帘面，可以选择市场上常见的温室大棚卷帘，电机通电后，带动卷帘轴转动，即可实现卷帘的放卷和收卷。

所述电机设在温室大棚的一面侧墙的上方，电机的下方固定连接所述卷帘伸缩杆的顶部，卷帘伸缩杆的底部固定在地面上，所述卷帘伸缩杆为套管形式，通过套管和内管的相对伸缩运动，实现卷帘伸缩杆长度的调整，便于支撑电机始终在侧墙顶端运动。

优选的，所述卷帘伸缩杆设在所述侧墙旁边，并与侧墙平行，因此，卷帘伸缩杆能以自身底部为支点，沿侧墙的方向摆动，在摆动过程中，卷帘伸缩杆的顶部带动所述电机沿侧墙的方向运动，实现所述卷帘在温室大棚棚面上的运动，便于覆盖温室大棚棚面的不同位置。

所述卷帘不仅通过电机带动卷帘轴实现卷帘自身转动，而且通过卷帘伸缩杆带动电机实现卷帘整体在棚面的移动，在以上两个维度的卷帘运动中均伴随着卷帘的收卷/放卷，为了精确记录电机的收卷/放卷圈数，从而精确控制卷帘覆盖棚面的情况，本发明在电机的轴端连接编码器，然而在实际温室大棚应用中，大棚高度为3米左右，对应的侧墙长度为8-10米，发明人发现日间电机连接的编码器需要在如此长的侧墙顶端来回运动，导致编码器在长线控制方面出现偏差，影响卷帘控制精度。经过创造性劳动，发明人在侧墙上合理布置了所述软限位部，通过软限位部感应卷帘伸缩杆的方式，判断卷帘的位置，辅助编码器共同精确控制卷帘运动。

所述电机靠近侧墙的一端设有突出轴，所述突出轴另一端连接所述位置控制装置，所述位置控制装置包括联轴器、编码器和固定架，所述联轴器将突出轴与编码器连接在一起，所述固定架支撑固定突出轴、联轴器和编码器。所述编码器通过有线方式连接到所述控制模块的ARM控制单元，完成电机运转圈数的记录和位置的计算。

所述限位部包括设在所述侧墙的若干软限位部和设在温室大棚的棚面下方的若干防走偏限位部。

优选的，所述软限位部为4-8个，并沿卷帘伸缩杆的运动轨迹，在侧墙上布置。优选的，每个所述软限位部对应设置在一个T型固定架上，使得软限位部可在一定范围内摆动，感知卷帘伸缩杆的运动。具体的，所述T型固定架的头部横梁固定在侧墙上，尾部竖杆的顶部连接头部横梁的中心，底部悬空，因此尾部竖杆能够以自身顶部为支点，上下、左右或斜向摆动，所述软限位部为棒状，并固定在所述尾部竖杆上。

优选的，所述软限位部的摆动方向，即T型固定架的安装方向，与所述卷帘伸缩杆在该软限位部位置的运动方向相同。若干个所述软限位部的设置范围不小于卷帘伸缩杆的运动范围。

所述软限位部采用微动行程开关，并连接所述控制模块的ARM控制单元，通过软限位部的伸出头与卷帘伸缩杆的触碰，实现卷帘的限位控制，并通过所述决策分析模块的程序完成卷帘早上上卷阶段的控制，避免早间揭开卷帘时温度变化过快，对棚内作物生长产生的影响。

在本发明的一个具体实施方式中，所述软限位部的数量为四个，第一软限位部设在所述上风口的上沿在侧墙的对应位置，且位于所述卷帘伸缩杆运动起点的外侧；第二软限位部设在所述上风口下沿在侧墙的延长线上，侧墙顶部弧度最大处在侧墙的对应位置设置第三软限位部，第四软限位部设在侧墙底部，第一至第三软限位部对应的T型固定架的尾部竖杆的摆动方向平行于地面，第四软限位部对应的T型固定架的尾部竖杆的摆动方向垂直于地面。第一至第四软限位部采用微动行程开关，并连接所述控制模块，通过卷帘伸缩杆在带动卷帘摆动的过程中，与各个软限位部的伸出头的触碰，感应卷帘伸缩杆的位置，即感应卷帘的位置，将这些位置信息与编码器记录的电机圈数相配合，综合判断卷帘的精确位置，再通过所述数据传输模块和决策分析模块实现卷帘的精确限位控制。

一般温室大棚的长度在80-120米，而卷帘是由一端的电机控制运动的，因此在如此长度内，卷帘的另一端容易发生倾斜，尤其是来回快速运动时，更容易倾斜，本发明设计了所述防走偏限位部，用于提示卷帘走偏倾斜。

所述防走偏限位部设在所述棚面的下方，形状为竖直设立的短杆，优选的，所述防走偏限位部在棚面下方的温室大棚支撑架上均匀设置1-4行，每行均平行于地面，每行至少包括2个防走偏限位部。

所述防走偏限位部采用压力微动行程开关，并与控制模块相连，当卷帘经过同一行的防走偏限位部时，如果卷帘两侧同时经过同一行的每个防走偏限位部时，说明卷帘与地面平行，没有走偏；如果卷帘两侧先后经过同一行的每个防走偏限位部时，说明卷帘已经走偏，卷帘不同部位经过同一行防走偏限位部的时间间隔越大，说明卷帘倾斜程度越大，优选的，当所述时间间隔达到一定预设值时，所述控制系统提醒技术人员调整卷帘位置。

由于大部分温室大棚的棚面为不规则圆弧面，所述侧墙的顶部也呈现相同的不规则圆弧面，不同部位的倾斜角度不同，具体的，侧墙中上部的弧度或坡度比较缓和，中下部的弧度或坡度较陡。在这种形状的侧墙顶部多次往返移动，在自然状态下，所述卷帘的速度一直在变化，在缓和坡度移动，卷帘的速度较慢，在较陡的坡度移动，卷帘的速度较快。当卷帘移动速度较快时，卷帘倾斜的概率和程度增大，为了更好地控制卷帘在侧墙不同坡度处的移动速度和倾斜情况，本发明中所述软限位部在侧墙上的布置、防走偏限位部在棚面下方的布置进行了设计。

优选的，所述上风口的上沿在侧墙的对应位置设置第一软限位部，上风口的下沿在侧墙的对应位置设置第二软限位部，第一软限位部和第二软限位部对应的侧墙顶部的倾斜角度代表了温室大棚顶部的弧面情况；侧墙顶部弧度最大处设置第三软限位部，卷帘运动到此处时，速度最大，需要所述卷帘伸缩杆给予较大的拉力，才能控制速度稳定，此处也是卷帘最容易发生倾斜的地方，所述第三软限位部在棚面对应的水平高度设置两个以上的防走偏限位部，第三软限位部与对应高度的防走偏限位部共同感应卷帘的位置，进而便于控制卷帘的平稳运动。

优选的，所述限位部还包括硬限位部，硬限位部为2-6个，均匀设在所述棚面的顶部和底部，防止卷帘的运动超出棚面范围而发生危险。所述硬限位部采用脚踏开关，并直接连接所述电机的供电装置，当卷帘触碰硬限位部时，切断电机的电源，卷帘运动停止。

本发明所述的卷帘不仅能够通过电机的转动，实现原地放卷和收卷，还能借助所述卷帘伸缩杆的摆动，实现卷帘在所述棚面上的移动。由于卷帘伸缩杆沿所述侧墙的摆动为无级运动轨迹，本发明通过在侧墙上设置若干所述软限位部，感应、指示并控制卷帘伸缩杆的运动，进而控制卷帘的运动和位置。作为辅助配合的所述硬限位部和防走偏限位部，配合控制卷帘的位置，在实现卷帘运动的同时，防止卷帘运动超过所述棚面以及走偏倾斜。本发明在通过所述位置控制装置控制卷帘的放卷和收卷，实现传统定位作用的基础上，配合设置所述限位装置实现卷帘在棚面上移动到任意所需的位置，并能精确控制移动位置和防止卷帘走偏的功能，使得人们能够根据不同的天气、自然条件、温室大棚内部条件多维度、灵活、精准的控制卷帘的位置和收/放卷。

通过所述控制模块采集实时环境数据，通过数据传输模块上报至决策分析模块，通过决策分析模块产生所述卷帘的控制方案，通过数据传输模块通知控制模块，再指挥执行模块完成卷帘的远程控制。通过所述位置控制装置和限位部提高了卷帘揭开或铺盖位置的准确度，实现了温室环境的准确、远程、批量调控。

所述控制模块包括控制模块外壳及部署在其中的ARM控制单元、传感器组、电机控制组和第一LORA通信单元。所述控制模块外壳包括第一电阻触摸屏屏幕、第一屏幕开关和第一箱体锁扣。

所述ARM控制单元包括ARM控制单元外壳及安装在其中的第一控制板，所述ARM控制单元外壳包括控制数据下载孔、第一屏幕连接孔、第一LORA天线孔、第一4G天线孔和第一4G插卡孔，所述的控制模块可以采用控制模块单独控制或联网控制两种模式。所述控制模块单独控制时，可以使用第一电阻触摸屏屏幕，实现现场的设备控制及采集数据展示，也可以通过第一电阻触摸屏屏幕设置本地控制策略，通过传感器组采集到的实时数据等进行判断，进而触发现场设备控制。所述控制模块联网控制时，可以通过第一LORA通信单元，形成本地组网，再借助4G技术与服务器连接；同时由于控制模块上预留了第一4G天线孔和第一4G插卡孔，使控制模块也可以不使用LORA组网模式，而采用4G技术直接与服务器连接。通过这种设计，使所述控制系统可以根据现场情况需要，选择不同的控制方式和传输模式。所述第一控制板通过第一STM32F103RCT6控制芯片与控制模块的其他组件连接，具体的，与所述传感器组通过RS485接口连接，完成传感器数据的采集；与所述电机控制组连接，完成电机的正/反转控制；与第一LORA通信单元连接，完成与所述数据传输模块的通信，包括采集数据上传和控制指令交互。

所述传感器组包括空气温度传感器、空气湿度传感器、光照度传感器、CO₂浓度传感器、土壤温度传感器和土壤湿度传感器。所述电机控制组连接所述电机，包括PNP光耦继电器和固态正反转继电器。

例如，所述电机控制组具体包括现场固态继电器、现场卷帘控制设备、现场/智能卷帘设备选择继电器、正/反转选择继电器和380V40A正/反转固态继电器，完成现场或远程的电机控制。所述现场卷帘控制设备为三项倒顺开关，通过人工扳动扳手，实现卷帘的现场卷起或铺开。为避免现场与远程控制之间电路冲突，安装现场/智能卷帘设备选择继电器和380V40A正/反转固态继电器，控制现场卷帘控制设备是否启用，现场/智能卷帘设备选择继电器为3.3V驱动光耦隔离PNP继电器。正/反转选择继电器为3.3V驱动光耦隔离PNP继电器。

所述电机有线连接所述控制模块的电机控制组，实现对电机的具体控制。所述编码器、卷帘伸缩杆、软限位部和防走偏限位部有线连接所述控制模块的ARM控制单元，通过ARM控制单元的IO接口进行通信，记录电机圈数和限位信号，具体的，所述限位信号为不同的软限位部与卷帘伸缩杆触碰感应时发出的信号和卷帘面经过同一行防走偏限位部时的信号时差。

优选的，每个温室大棚配置一套所述执行模块和控制模块。

所述数据传输模块包括传输模块外壳及部署在其中的ARM数据传输单元、第二LORA通信单元和4G通信单元。所述传输模块外壳包括第二电阻触摸屏屏幕、第二屏幕开关和第二箱体锁扣。

所述ARM数据传输单元包括ARM数据传输单元外壳及安装在其中的第二控制板，所述ARM数据传输单元外壳包括传输数据下载孔、第二屏幕连接孔、第二LORA天线孔、第二4G天线孔和第二4G插卡孔。所述第二控制板通过第二STM32F103RCT6控制芯片与数据传输模块的其他组件连接，具体的，所述第一LORA通信单元与第二LORA通信单元无线连接，实现数据传输模块与控制模块之间的数据相互传输；第二控制板与第二LORA通信单元连接，完成与多个温室大棚的控制模块的通信，包括采集数据上传和控制指令交互；第二控制板与4G通信单元连接，完成与决策分析模块的通信，包括采集数据上传和控制指令交互；第二控制板与第二电阻触摸屏屏幕连接，完成多个温室大棚的控制模块通信地址及信道的管理。

所述决策分析模块包括数据采集单元、数据分析单元、历史数据查询单元和控制指令下发单元，能够通过与Web端和/或APP端连接，而实现数据的展示及所述控制系统的控制。

所述数据采集单元与数据传输模块的4G通信单元无线连接，将实时采集到的环境信息数据进行展示；所述历史数据查询单元记录和展示每个温室大棚的控制模块采集到的全部历史环境信息数据；所述控制指令下发单元完成控制指令的下发，控制模式选自手工控制或策略控制模式；所述数据分析单元，根据数据采集单元和历史数据查询单元的环境数据以及执行模块的控制动作进行综合预测，并形成控制指令，通过控制指令下发单元下发至数据传输模块，通过数据传输模块判断并转发给控制模块，由控制模块控制执行模块完成指令。具体的，所述数据采集单元与数据分析单元、历史数据查询单元之间相互连接，数据分析单元与控制指令下发单元连接，控制指令下发单元再与4G通信单元无线连接，将控制指令下发至数据传输模块。

所述执行模块和控制模块的安装位置选自所述侧墙或背墙，优选的，所述数据传输模块和决策分析模块安装在所述集中控制室，便于技术人员对多个温室大棚的卷帘集中控制。

本发明还提供了所述控制系统的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

(1)所述电机控制组控制电机带动卷帘轴转动，同时编码器记录电机圈数，并将圈数数据传输给所述ARM控制单元；

(2)所述ARM控制单元控制卷帘伸缩杆向一个方向摆动，同时卷帘伸缩杆顶部带动电机在侧墙顶部向一个方向运动，实现卷帘在棚面上的运动；

(3)所述卷帘伸缩杆触碰软限位部时，相应的软限位部将限位信号传输到ARM控制单元，ARM控制单元将限位信号与编码器记录的电机圈数进行对比，并校正卷帘运动距离与所述圈数的关系；

(4)所述卷帘伸缩杆触碰侧墙顶部大坡度位置对应的软限位部时，相应的软限位部将限位信号传输到ARM控制单元，ARM控制单元通过卷帘伸缩杆控制电机的运动速度；同时侧墙顶部大坡度位置对应的防走偏限位部感应卷帘面到达的时间差，并将时间数据传输到ARM控制单元，与预设时间差比较，判断卷帘倾斜程度。

优选的，所述控制方法包括以下步骤：

(1)所述控制模块的传感器组监测到的环境数据，通过第一LORA通信单元和第二LORA通信单元传输到数据传输模块的ARM数据传输单元；

(2)所述环境数据通过4G通信单元和数据采集单元传输到决策分析模块，并存入历史数据查询单元；

(3)所述数据分析单元将所述环境数据与历史数据查询单元中的数据以及预设数据值进行比较分析，形成卷帘运动决策；

(4)所述控制指令下发单元将所述卷帘运动决策通过4G通信单元传输到数据传输模块，再通过第二LORA通信单元、第一LORA通信单元传输到控制模块；

(5)根据所述卷帘运动决策，所述电机控制组控制电机带动卷帘轴转动，同时编码器记录电机圈数，并将圈数数据传输给所述ARM控制单元；

(6)根据所述卷帘运动决策，所述ARM控制单元控制卷帘伸缩杆向一个方向摆动，同时卷帘伸缩杆顶部带动电机在侧墙顶部向一个方向运动，实现卷帘在棚面上的运动；

(7)所述卷帘伸缩杆触碰软限位部时，相应的软限位部将限位信号传输到ARM控制单元，ARM控制单元将限位信号与编码器记录的电机圈数进行对比，并校正卷帘运动距离与所述圈数的关系；

(8)所述卷帘伸缩杆触碰侧墙顶部大坡度位置对应的软限位部时，相应的软限位部将限位信号传输到ARM控制单元，ARM控制单元通过卷帘伸缩杆控制电机的运动速度；同时侧墙顶部大坡度位置对应的防走偏限位部感应卷帘面到达的时间差，并将时间数据传输到ARM控制单元，与预设时间差比较，判断卷帘倾斜程度。

附图说明

图1为执行模块示意图。

图2为位置控制装置示意图。

图3为温室卷帘运行控制系统的示意图。

图4为ARM控制单元外壳示意图，其中，(a)为正面图，(b)为背面图。

图5为控制模块外壳示意图。

附图中，1-电机，2-卷帘轴，3-位置控制装置，4-限位部，401-第一软限位部，402-第二软限位部，403-第三软限位部，404-第四软限位部，405-第一硬限位部，406-第二硬限位部，407-第一防走偏限位部，408-第二防走偏限位部，5-卷帘面，6-上风口，7-下风口，8-卷帘伸缩杆，9-突出轴，10-联轴器，11-编码器，12-固定架，14-第一T型固定架，1401-第二T型固定架，1402-第三T型固定架，1403-第四T型固定架，15-控制数据下载孔，16-第一屏幕连接孔，17-第一LORA天线孔，18-第一4G天线孔，19-第一4G插卡孔，20-第一电源连接孔，21-第一电阻触摸屏屏幕，22-第一屏幕开关，23-第一箱体锁扣，24-棚面，25-侧墙。

具体实施方式

实施例1控制系统

本实施例的温室卷帘运行控制系统示意图如图1-5所示，所述控制系统包括执行模块、控制模块、数据传输模块和决策分析模块，执行模块包括卷帘、位置控制装置3和限位装置，限位装置包括限位部4和卷帘伸缩杆8。

温室大棚包括从顶部延伸到底部的棚面24和棚面两侧的侧墙25，卷帘展开后覆盖棚面，温室大棚包括一个棚面24和一面背墙。棚面24的上部和下部分别设有上风口6和下风口7，用于棚内通风换气。

卷帘包括卷帘轴2、电机1和卷帘面5，为市场上常见的温室大棚卷帘，电机1通电后，带动卷帘轴2转动，即可实现卷帘的放卷和收卷。

电机1设在温室大棚的一面侧墙25的上方，电机1的下方固定连接卷帘伸缩杆8的顶部，卷帘伸缩杆8的底部固定在地面上，卷帘伸缩杆8为套管形式，通过套管和内管的相对伸缩运动，实现卷帘伸缩杆8长度的调整，便于支撑电机1始终在侧墙顶端运动。卷帘伸缩杆8设在侧墙25旁边，并与侧墙25平行，因此，卷帘伸缩杆8能以自身底部为支点，沿侧墙25的方向摆动，在摆动过程中，卷帘伸缩杆8的顶部带动电机1沿侧墙的方向运动，实现卷帘在温室大棚棚面24上的运动，便于覆盖温室大棚棚面的不同位置。

电机1靠近侧墙的一端设有突出轴9，突出轴9另一端连接位置控制装置3，位置控制装置3包括联轴器10、编码器11和固定架12，联轴器10将突出轴9与编码器11连接在一起，固定架12支撑固定突出轴9、联轴器10和编码器11。编码器11通过有线方式连接到控制模块的ARM控制单元，完成电机运转圈数的记录和位置的计算。

限位部4包括分别设在温室大棚顶部和底部的硬限位部、设在侧墙25的软限位部、设在棚面24下方的防走偏限位部。硬限位部为2个，第一硬限位部405和第二硬限位部406分别设在棚面24的顶部和底部，防止卷帘的运动超出棚面范围而发生危险。硬限位部采用脚踏开关，并直接连接电机1的供电装置，当卷帘触碰硬限位部时，切断电机的电源，卷帘运动停止。

软限位部的数量为四个，第一软限位部401设在上风口6的上沿在侧墙的对应位置，且位于卷帘伸缩杆8运动起点的外侧；第二软限位部402设在上风口6下限在侧墙的延长线上，第一软限位部401和第二软限位部402对应的侧墙顶部的倾斜角度代表了温室大棚顶部的弧面情况。侧墙顶部弧度最大处设置第三软限位部403，卷帘1运动到此处时，速度最大，需要卷帘伸缩杆8给予较大的拉力，才能控制速度稳定，此处也是卷帘1最容易发生倾斜的地方。第四软限位部404设在侧墙25底部，四个软限位部均布置在卷帘伸缩杆8的运动轨迹上。每个软限位部对应设置在一个T型固定架上，使得软限位部可在一定范围内摆动，感知卷帘伸缩杆8的运动。T型固定架的头部横梁固定在侧墙25上，尾部竖杆的顶部连接头部横梁的中心，底部悬空，因此尾部竖杆能够以自身顶部为支点摆动，软限位部为棒状，并固定在尾部竖杆上。

第一T型固定架14、第二T型固定架1401、第三T型固定架1402的尾部竖杆的摆动方向平行于地面，设在侧墙底部的第四T型固定架1403的尾部竖杆的摆动方向垂直于地面。第一软限位部401、第二软限位部402、第三软限位部403和第四软限位部404采用微动行程开关，并连接控制模块的ARM控制单元，通过卷帘伸缩杆8在带动卷帘摆动的过程中，与各个软限位部的伸出头的触碰，感应卷帘伸缩杆的位置，即感应卷帘的位置，再通过数据传输模块和决策分析模块实现卷帘的限位控制，并通过决策分析模块的程序完成卷帘早上上卷阶段的控制，避免早间揭开卷帘时温度变化过快，对棚内作物生长产生的影响。

第一防走偏限位部407和第二防走偏限位部408设在棚面下方的温室大棚支撑架上，且平行于地面，其顶部接触棚面用于感应卷帘面，形状为竖直设立的短杆。第一防走偏限位部407和第二防走偏限位部408在在棚面对应的水平高度于第三软限位部403相同，即它们处于同一水平线，第三软限位部403与对应高度的防走偏限位部共同感应卷帘1的位置，进而便于控制卷帘1的平稳运动，尽量减少卷帘倾斜。

第一防走偏限位部407和第二防走偏限位部408采用压力微动行程开关，并与控制模块的ARM控制单元相连，当卷帘经过同一行的防走偏限位部时，卷帘两侧同时经过同一行的每个防走偏限位部时，说明卷帘与地面平行，没有走偏；当卷帘两侧先后经过同一行的每个防走偏限位部时，说明卷帘已经走偏，卷帘不同部位经过同一行防走偏限位部的时间间隔越大，说明卷帘倾斜程度越大；当时间间隔达到一定预设值时，控制系统提醒技术人员调整卷帘位置。

控制模块包括控制模块外壳及部署在其中的ARM控制单元、传感器组、电机控制组和第一LORA通信单元。控制模块外壳包括第一电阻触摸屏屏幕21、第一屏幕开关22和第一箱体锁扣23。

ARM控制单元包括ARM控制单元外壳及安装在其中的第一控制板，ARM控制单元外壳包括控制数据下载孔15、第一屏幕连接孔16、第一LORA天线孔17、第一4G天线孔18和第一4G插卡孔19，第一4G天线孔18和第一4G插卡孔19的配置，使得所述控制系统可以采用控制模块单独控制或联网控制两种模式。第一控制板通过第一STM32F103RCT6控制芯片与控制模块的其他组件连接，具体的，与传感器组通过RS485连接，完成传感器数据的采集；与电机控制组连接，完成电机的正/反转控制；与第一LORA通信单元连接，完成与数据传输模块的通信，包括采集数据上传和控制指令交互。

传感器组包括空气温度传感器、空气湿度传感器、光照度传感器、CO₂浓度传感器、土壤温度传感器和土壤湿度传感器。电机控制组连接电机1，包括PNP光耦继电器和固态正反转继电器。电机控制组具体包括现场固态继电器、现场卷帘控制设备、现场/智能卷帘设备选择继电器、正/反转选择继电器和380V40A正/反转固态继电器，完成现场或远程的电机控制。现场卷帘控制设备为三项倒顺开关，通过人工扳动扳手，实现卷帘的现场卷起或铺开。为避免现场与远程控制之间电路冲突，安装现场/智能卷帘设备选择继电器和380V40A正/反转固态继电器，控制现场卷帘控制设备是否启用，现场/智能卷帘设备选择继电器为3.3V驱动光耦隔离PNP继电器。正/反转选择继电器为3.3V驱动光耦隔离PNP继电器。

电机1有线连接控制模块的电机控制组，实现对电机的具体控制。编码器11、卷帘伸缩杆8、软限位部和防走偏限位部有线连接控制模块的ARM控制单元，通过ARM控制单元的IO接口进行通信，记录电机圈数和限位信号，具体的，限位信号为不同的软限位部与卷帘伸缩杆8触碰感应时发出的信号和卷帘面5经过同一行防走偏限位部时的信号时差。

数据传输模块包括传输模块外壳及部署在其中的ARM数据传输单元、第二LORA通信单元和4G通信单元。传输模块外壳包括第二电阻触摸屏、第二屏幕开关和第二箱体锁扣，其外形与控制模块外壳相同。

ARM数据传输单元包括ARM数据传输单元外壳及安装在其中的第二控制板，ARM数据传输单元外壳两侧侧面设有传输数据下载孔、第二屏幕连接孔、第二LORA天线孔、第二4G天线孔和第二4G插卡孔。第二控制板通过第二STM32F103RCT6控制芯片与数据传输模块的其他组件连接，具体的，第一LORA通信单元与第二LORA通信单元无线连接，实现数据传输模块与控制模块之间的数据相互传输；第二控制板与第二LORA通信单元连接，完成与温室大棚的控制模块的通信，包括采集数据上传和控制指令交互；第二控制板与4G通信单元连接，完成与决策分析模块的通信，包括采集数据上传和控制指令交互；第二控制板与第二电阻触摸屏连接，完成温室大棚的控制模块通信地址及信道的管理。

决策分析模块包括数据采集单元、数据分析单元、历史数据查询单元和控制指令下发单元，能够通过与Web端或APP端连接，而实现数据的展示及控制系统的控制。

数据采集单元与数据传输模块的4G通信单元无线连接，将实时采集到的环境信息数据进行展示；历史数据查询单元记录和展示温室大棚的控制模块采集到的全部历史环境信息数据；控制指令下发单元完成控制指令的下发，控制模式为策略控制模式；数据分析单元，根据数据采集单元和历史数据查询单元的环境数据以及执行模块的控制动作进行综合预测，并形成控制指令，通过控制指令下发单元下发至数据传输模块，通过数据传输模块判断并转发给控制模块，由控制模块控制执行模块完成指令。具体的，数据采集单元与数据分析单元、历史数据查询单元之间相互连接，数据分析单元与控制指令下发单元连接，控制指令下发单元再与4G通信单元无线连接，将控制指令下发至数据传输模块。

执行模块和控制模块安装在温室大棚的背墙上，数据传输模块和决策分析模块安装在远离温室大棚的集中控制室，便于技术人员对多个温室大棚的卷帘集中控制。

实施例2控制方法

本实施例的控制系统为实施例1的温室卷帘运行控制系统，温室大棚种植的作物为玉米，种植地为天津，其控制方法包括以下步骤：

(1)控制模块的传感器组监测到的环境数据，通过第一LORA通信单元和第二LORA通信单元传输到数据传输模块的ARM数据传输单元；

(2)环境数据通过4G通信单元和数据采集单元传输到决策分析模块，并存入历史数据查询单元；

(3)数据分析单元将环境数据与历史数据查询单元中的数据以及预设数据值进行比较分析，形成卷帘运动决策；

(4)控制指令下发单元将卷帘运动决策通过4G通信单元传输到数据传输模块，再通过第二LORA通信单元、第一LORA通信单元传输到控制模块；

(5)根据卷帘运动决策，电机控制组控制电机带动卷帘轴转动，同时编码器记录电机圈数，并将圈数数据传输给ARM控制单元；

(6)根据卷帘运动决策，ARM控制单元控制卷帘伸缩杆向一个方向摆动，同时卷帘伸缩杆顶部带动电机在侧墙顶部向一个方向运动，实现卷帘在棚面上的运动；

(7)卷帘伸缩杆触碰软限位部时，相应的软限位部将限位信号传输到ARM控制单元，ARM控制单元将限位信号与编码器记录的电机圈数进行对比，并校正卷帘运动距离与圈数的关系；

(8)卷帘伸缩杆触碰侧墙顶部大坡度位置对应的软限位部时，相应的软限位部将限位信号传输到ARM控制单元，ARM控制单元通过卷帘伸缩杆控制电机的运动速度；同时侧墙顶部大坡度位置对应的防走偏限位部感应卷帘面到达的时间差，并将时间数据传输到ARM控制单元，与预设时间差比较，判断卷帘倾斜程度。

Claims (6)

1.一种温室卷帘运行控制系统，其特征在于，所述控制系统包括执行模块和控制模块，所述执行模块包括卷帘、位置控制装置和限位装置；所述位置控制装置的编码器连接卷帘的电机，所述限位装置包括限位部和卷帘伸缩杆，所述限位部包括设在温室大棚的侧墙的4-8个软限位部、均匀设在温室大棚的棚面下方的温室大棚支撑架上的1-4行防走偏限位部和均匀设在所述棚面的顶部和底部的2-6个硬限位部；所述卷帘伸缩杆设在所述侧墙，卷帘伸缩杆一端连接卷帘的电机，另一端活动连接地面；所述电机有线连接所述控制模块的电机控制组，所述编码器、卷帘伸缩杆、软限位部和防走偏限位部有线连接所述控制模块的ARM控制单元，记录电机圈数和限位信号；

所述软限位部对应设置在一个T型固定架上，使得软限位部能够摆动，软限位部的伸出头感知卷帘伸缩杆的运动；

所述T型固定架的头部横梁固定在所述侧墙上，尾部竖杆的顶部连接头部横梁的中心，底部悬空，所述尾部竖杆以自身顶部为支点，上下、左右或斜向摆动，所述软限位部为棒状，并固定在所述尾部竖杆上；

所述软限位部的摆动方向，与所述卷帘伸缩杆在该软限位部位置的运动方向相同；

所述棚面的上部和下部分别设有上风口和下风口，所述上风口的上沿在侧墙的对应位置设置第一软限位部，上风口的下沿在侧墙的对应位置设置第二软限位部，所述第一软限位部和第二软限位部对应的侧墙顶部的倾斜角度代表了温室大棚顶部的弧面情况；

侧墙顶部弧度最大处设置第三软限位部，所述第三软限位部在棚面对应的水平高度设置两个以上的防走偏限位部，所述第三软限位部与对应高度的防走偏限位部共同感应卷帘的位置，进而便于控制卷帘的平稳运动；

所述防走偏限位部的形状为竖直设立的短杆，每行防走偏限位部均平行于地面，每行至少包括2个防走偏限位部；

所述防走偏限位部采用压力微动行程开关，并与控制模块的ARM控制单元相连，当卷帘经过同一行的防走偏限位部时，如果卷帘两侧同时经过同一行的每个防走偏限位部时，说明卷帘与地面平行，没有走偏；如果卷帘两侧先后经过同一行的每个防走偏限位部时，说明卷帘已经走偏，卷帘不同部位经过同一行防走偏限位部的时间间隔越大，说明卷帘倾斜程度越大；

所述硬限位部用于防止卷帘的运动超出棚面范围而发生危险；所述硬限位部采用脚踏开关，并直接连接所述电机的供电装置，当卷帘触碰硬限位部时，切断电机的电源，卷帘运动停止。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述卷帘包括卷帘轴、电机和卷帘面，所述电机设在所述侧墙的上方，电机的下方固定连接所述卷帘伸缩杆的顶部，卷帘伸缩杆的底部固定在地面上，所述卷帘伸缩杆为套管形式，所述卷帘伸缩杆设在所述侧墙旁边，并与侧墙平行，卷帘伸缩杆的顶部带动所述电机沿侧墙的方向运动。

3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述电机靠近侧墙的一端设有突出轴，所述突出轴另一端连接所述位置控制装置，所述位置控制装置包括联轴器、编码器和固定架，所述联轴器将突出轴与编码器连接在一起，所述固定架支撑固定突出轴、联轴器和编码器；所述编码器通过有线方式连接到所述控制模块，完成电机运转圈数的记录和位置的计算。

4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制模块包括ARM控制单元、传感器组、电机控制组和第一LORA通信单元，所述电机有线连接所述电机控制组，实现对电机的具体控制；所述编码器、卷帘伸缩杆、软限位部和防走偏限位部有线连接所述ARM控制单元，通过ARM控制单元的IO接口进行通信，记录电机圈数和限位信号，所述限位信号为不同的软限位部与卷帘伸缩杆触碰感应时发出的信号和卷帘面经过同一行防走偏限位部时的信号时差。

5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括数据传输模块和决策分析模块，所述数据传输模块包括ARM数据传输单元、第二LORA通信单元和4G通信单元，所述决策分析模块包括数据采集单元、数据分析单元、历史数据查询单元和控制指令下发单元；

所述第一LORA通信单元与第二LORA通信单元无线连接，实现数据传输模块与控制模块之间的数据相互传输；所述数据采集单元与数据分析单元、历史数据查询单元之间相互连接，数据分析单元与控制指令下发单元连接，控制指令下发单元再与4G通信单元无线连接，将控制指令下发至数据传输模块。

6.权利要求1-5任一项所述的一种温室卷帘运行控制系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

（1）所述电机控制组控制电机带动卷帘轴转动，同时编码器记录电机圈数，并将圈数数据传输给所述ARM控制单元；

（2）所述ARM控制单元控制卷帘伸缩杆向一个方向摆动，同时卷帘伸缩杆顶部带动电机在侧墙顶部向一个方向运动，实现卷帘在棚面上的运动；

（3）所述卷帘伸缩杆触碰软限位部时，相应的软限位部将限位信号传输到ARM控制单元，ARM控制单元将限位信号与编码器记录的电机圈数进行对比，并校正卷帘运动距离与所述圈数的关系；

（4）所述卷帘伸缩杆触碰侧墙顶部大坡度位置对应的软限位部时，相应的软限位部将限位信号传输到ARM控制单元，ARM控制单元通过卷帘伸缩杆控制电机的运动速度；同时侧墙顶部大坡度位置对应的防走偏限位部感应卷帘面到达的时间差，并将时间数据传输到ARM控制单元，与预设时间差比较，判断卷帘倾斜程度。

Images