CN115413512A - 日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置及控制方法，装置包括：执行模块和控制模块，执行模块包括第一铺卷机构和第二铺卷机构；第一铺卷机构用于在温室外侧，检测第一卷帘的实时位置，还用于接收控制模块的控制指令，基于控制指令控制第一卷帘的开度；第二铺卷机构用于在温室内侧，检测控制对象的实时位置，还用于接收控制模块的控制指令，基于控制指令选择控制对象并控制控制对象的开度，控制对象包括多个膜布。本发明结合日光温室对不同覆盖物的功能需求，在前屋面结构上，设计了分为内外两侧的第一铺卷机构和第二铺卷机构，实现了日光温室前屋面覆盖物的精准铺卷，并通过控制模块实现多种覆盖物的自动协调铺卷。

Description

日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及农用设备技术领域，尤其涉及一种日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置及控制方法。

背景技术

日光温室作为一种具有代表性的农用设施，能大幅度提高土地的复种指数和财富贡献率，为解决农产品的周年生产和周年均衡供应问题提供了有效途径。前屋面作为日光温室的重要组成，生产者通过在其上铺放覆盖物实现对日光温室内部环境的有效控制。

目前，日光温室前屋面的覆盖物主要包括保温卷帘、通风卷膜以及遮阳网布三种功能材料。覆盖物在材质上虽然差异明显，但均能依据日光温室前屋面构造实现铺卷和覆盖动作。然而，现有方案多集中于单独覆盖物的铺设研究。由于不同的覆盖物在实际铺卷过程中会存在互相干涉、难以协调以及给实际生产带来不便等问题，对于多种覆盖物的协同铺卷，仍然是亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置及控制方法，用以解决现有技术中日光温室前屋面的覆盖物在实际铺卷时容易因材料和功能的不同，不易协同工作的缺陷，实现针对不同覆盖物的铺卷自动协调控制。

本发明提供一种日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置，包括：执行模块和控制模块，所述执行模块包括第一铺卷机构和第二铺卷机构；

所述第一铺卷机构用于在温室外侧，检测第一卷帘的实时位置，还用于接收所述控制模块的控制指令，基于所述控制指令控制所述第一卷帘的开度；

所述第二铺卷机构用于在温室内侧，接收所述控制模块的控制指令，基于所述控制指令选择控制对象并控制所述控制对象的开度，所述控制对象包括多个膜布；

所述第二铺卷机构的多个膜布的功能和开度范围不同，所述第一卷帘和所述第二铺卷机构的多个膜布的总开度范围覆盖温室前屋面；

所述控制模块用于基于所述第一铺卷机构检测到的所述第一卷帘的实时位置，向所述第一铺卷机构下发控制指令，还用于向所述第二铺卷机构下发控制指令。

根据本发明提供的一种日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置，所述第一铺卷机构，包括：所述第一卷帘、所述第一卷帘的第一卷帘轴、第一驱动单元、位置检测单元和支撑单元，所述第一驱动单元设置在支撑单元上，所述第一驱动单元的输出端连接所述第一卷帘轴，所述位置检测单元和所述第一卷帘轴相连接。

根据本发明提供的一种日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置，所述位置检测单元包括摆臂、防滑滚轮和第一编码器，所述摆臂、所述第一编码器和所述防滑滚轮同轴设置。

根据本发明提供的一种日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置，所述支撑单元包括伸缩摆杆和摆杆旋转座，所述伸缩摆杆的一端连接所述第一驱动单元，所述伸缩摆杆的另一端设置在摆杆旋转座上，所述伸缩摆杆可绕所述摆杆旋转座在所述温室的侧平面旋转。

根据本发明提供的一种日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置，所述第二铺卷机构，包括多个膜布、绳索牵引单元和第二驱动单元，所述绳索牵引单元包括多个绳索牵引组，每个绳索牵引组包括绕线杆、滑轮和绳索，所述每个绳索牵引组中滑轮的间隔和个数对应膜布的开度范围，每个绳索牵引组的绳索依次绕过所述滑轮和绕线杆，所述第二驱动单元的输出端连接所述各绳索牵引组的绕线杆。

根据本发明提供的一种日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置，所述第二驱动单元包括：电磁离合传动箱、联轴器、电机和第二编码器，所述电机通过联轴器连接电磁离合传动箱，所述电磁离合传动箱包括多个电磁离合器，所述电机通过所述电磁离合器分别来连接所述每个绳索牵引组的绕线杆，所述每个绕线杆上设置有所述第二编码器。

根据本发明提供的一种日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置，所述控制模块的控制指令还基于环境信息确定，所述环境信息包括季节、天气和温度。

本发明还提供一种控制方法，该方法用于控制如上述任一种日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置，包括：

获取环境信息和实时位置信息；

基于所述环境信息，确定所述铺卷控制装置的控制策略；

基于所述实时位置信息以及所述控制策略，确定对所述第一铺卷机构和所述第二铺卷机构的控制指令；

基于所述控制指令对所述铺卷控制装置的执行模块进行控制。

根据本发明提供的一种控制方法，所述实时位置信息包括：

所述第一铺卷机构的位置检测模块所述第一卷帘的定点位置，以及所述第二铺卷机构的控制对象对应的定点位置。

根据本发明提供的一种控制方法，所述控制指令包括：

控制所述第一铺卷机构的第一卷帘对应的防滑滚轮的转动圈数的指令，以及控制所述第二铺卷机构的控制对象对应的绳索牵引组绕线杆转动圈数的指令。

本发明提供的日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置及控制方法，通过对常见的日光温室的结构进行研究，结合日光温室对不同覆盖物的功能需求，在前屋面结构上，设计了分为内外两侧的第一铺卷机构和第二铺卷机构，实现了日光温室前屋面覆盖物的精准铺卷，并通过控制模块实现多种覆盖物的自动协调铺卷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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进行简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置的模块示意图；

图2是本发明提供的温室前屋面结构示意图；

图3是本发明提供的日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置的结构示意图；

图4是本发明提供的第一铺卷机构的结构示意图；

图5是本发明提供的第一铺卷机构的位置检测单元示意图；

图6是本发明提供的防滑滚轮受力示意图；

图7是本发明提供的第一卷帘的位置检测原理示意图；

图8是本发明提供的第二铺卷机构的作业方式示意图；

图9是本发明提供的第二铺卷机构的结构示意图；

图10是本发明提供的第二驱动单元的结构示意图；

图11是本发明提供的第二驱动单元的传动方式示意图；

图12是本发明提供的控制方法的流程示意图；

图13是本发明提供的控制电路系统框图；

图14是本发明提供的日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置的工作流程示意图。

附图标记：

1：第一卷帘；2：驱动电机；3：电机安装座；4：第一联轴器；5：第一山墙坡面；6：伸缩摆杆；7：摆杆旋转座；8：防滑滚轮；9：第一编码器；10：摆臂；11：第一卷帘轴；12：第二山墙坡面；13：上通风绕线器；14：下通风绕线器；15：绕线杆A；16：绕线杆B；17：绕线杆C；18：遮阳绕线器；19：第二联轴器；20：电磁离合传动箱；21：减速电机；22：第二编码器；23：安装支架。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

当前日光温室前屋面的覆盖物主要包括保温卷帘、通风卷膜以及遮阳网布三种功能材料。前屋面覆盖物可以在雨雪冰雹等极端天气为日光温室室内种植作物提供必要的保护，为保障作物生产发挥重要作用。三种覆盖物所对应的机械化铺卷装置在工作原理方面存在明显相似之处。例如常见的侧卷式卷帘机和市场上常见的自动卷膜机在结构原理上完全相同，仅因为负载不同，两者在卷杆，支撑杆结构强度以及对应的电机动力输出强度方面存在区别，此外常见的绳索牵引铺卷方式也同时在卷帘和遮阳网上均有所应用。

但也是由基于这种特点，三种覆盖材料在具体应用时会存在干涉及难以协调的问题，例如遮阳网的覆盖跨越通风口范围影响通风效率；覆盖物控制难以实现系统化管理，出现机械化卷帘、手动机械卷膜、人工拉线遮阳等情况，给实际生产带来不便。且目前关于日光温室覆盖材料铺卷结构优化研究，多集中于对于独立单体对象研究，极少关注到覆盖材料及其铺卷结构之间的相互联系。

本发明实施例针对目前北方地区常见的单体半拱型结构的典型砖墙日光温室的前屋面常见覆盖物铺放方法进行，结合日光温室对这三种覆盖材料的功能需求，在前屋面结构简化基础上，设计了分为内外两侧的日光温室前屋面覆盖物精准铺卷装置，实现多种覆盖材料的协调铺卷。下面结合图1-图11描述本发明实施例的日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置。

基于此，本发明实施例设计了分为内外两侧的精准铺卷机构，实现日光温室卷帘、卷膜和遮阳网三种覆盖材料的协调铺卷，整体结构原理如图1和图3所示，该装置包括：执行模块101和控制模块102，执行模块包括第一铺卷机构1011和第二铺卷机构1012；

需要说明的是，铺卷是指自所述棚面的顶部向下铺开、或者自所述棚面的底部向上卷收。日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置需要配合温室结构进行设置，因此以常见的单体半拱型结构的典型砖墙日光温室的结构为例，结合图3对温室结构进行说明。如图3所示，前屋面结构被简化成一段圆弧，通过测定得到整体棚高H、整体棚宽L、前屋面水平宽度L₁等相关建筑参数，即可确定对应棚面圆弧圆心o的位置和相应的圆弧半径R，在此基础上，研究依据三种覆盖物的功能属性，对其铺放范围进行划分，并获得相对应的建筑参数。在此基础上，研究依据覆盖物的功能属性，对其铺放范围进行划分，并获得相对应的建筑参数。

第一铺卷机构1011用于在温室外侧，检测第一卷帘的实时位置，还用于接收控制模块的控制指令，基于控制指令控制第一卷帘的开度；

需要说明的是，第一卷帘一般为保温卷帘，保温卷帘多为人造纤维材料的复合保温被或是简单传统的温室草帘，主要用于温室的冬季保温。在本发明实施例中，第一铺卷机构是指外侧铺卷结构。

第二铺卷机构1012用于在温室内侧，检测控制对象的实时位置，还用于接收控制模块的控制指令，基于控制指令选择控制对象并控制控制对象的开度，控制对象包括多个膜布；

需要说明的是，在本发明实施例中，第二铺卷机构是指内侧铺卷结构。膜布可以能为卷膜或遮阳网布。卷膜按合成的树脂原料不同，可分为聚乙烯(PE)膜、聚氯乙烯(PVC)膜和乙烯醋酸乙烯(EVA)膜等，作为前屋面固定覆盖材料，在保证光照透入的同时形成日光温室的内部空气封闭环境，通过控制前屋面顶部和底部的活动卷膜(通风卷膜)部分实现日光温室内外环境的自然通风，用于除湿换气；遮阳网布的材质主要包括PE、高密度PE以及PVC等，其依据丝线截面形式、编织方式、颜色及网格尺寸等不同具有很多分类方式，主要用于夏季遮阳防晒，降低棚室温度。此外，前屋面覆盖物可以在雨雪冰雹等极端天气为日光温室室内种植作物提供必要的保护，为保障作物生产发挥重要作用。

第二铺卷机构1012的多个膜布的功能和开度范围不同，第一卷帘和第二铺卷机构1012的多个膜布的总开度范围覆盖温室前屋面；

需要说明的是，如图2所示，第一铺卷机构的第一卷帘为保温卷帘，铺放范围为整体棚面，l₁和θ₁代表保温卷帘铺放范围对应的棚面圆弧弧长和对应的圆心角。第二铺卷机构的控制对象包括上通风卷膜、下通风卷膜和遮阳网布。如图2所示，上通风卷膜铺放范围从棚室顶部沿棚面延伸一段范围，l₂和θ₂代表上通风卷膜铺放范围对应的棚面圆弧弧长和对应的圆心角；下通风卷膜铺放范围则是从棚室底部沿棚面延伸一段范围，l₄和θ₄代表上通风卷膜铺放范围对应的棚面圆弧弧长和对应的圆心角；而上、下通风卷膜之间的范围则是遮阳网布的活动范围，l₃和θ₃代表遮阳网布铺放范围对应的棚面圆弧弧长和对应的圆心角。

在此基础上，可以确定日光温室覆盖物铺放位置，即覆盖物铺放开度K的如式(1)所示：

其中，x表示对应的覆盖物类型，取值1，2，3，4分别代表保温卷帘、上通风卷膜、遮阳网布、下通风卷膜，Δl_x和Δθ_x表示相应覆盖物铺卷开启移动弧度距离和对应的圆心角变化值。

控制模块102用于基于第一铺卷机构1011检测到的第一卷帘的实时位置，向第一铺卷机构1011下发控制指令，还用于向第二铺卷机构1012下发控制指令。

本发明实施例的日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置有效解决当前对于温室覆盖物铺卷缺乏位置检测方法和检测装置的问题。覆盖物的相应铺卷装置在设计时进行功能整合，可以为其进行相互之间的协调作业提供硬件基础。设计了分为内外两侧的第一铺卷机构和第二铺卷机构，实现了日光温室前屋面覆盖物的精准铺卷，并通过控制模块实现多种覆盖物的自动协调铺卷。

可以理解的是，第一铺卷机构，包括：第一卷帘1、第一卷帘的第一卷帘轴11、第一驱动单元、位置检测单元和支撑单元，第一驱动单元设置在支撑单元上，第一驱动单元的输出端连接第一卷帘轴11，位置检测单元与第一卷帘轴11的另一端相连接。

具体的，如图4所示，第一驱动单元包括驱动电机2和电机安装座3，第一驱动单元通过第一联轴器4与支撑单元相连接。第一驱动单元设置在第一山墙坡面5上。

需要说明的是，本发明实施例在现有的侧卷式卷帘结构为基础进行结构优化，如图4所示。在第一驱动单元的输出端增加位置检测单元可以实时检测卷铺位置，获取第一卷帘位置反馈信息。第一驱动单元包括电机安装座和驱动电机，驱动电机安装在电机安装座上，驱动电机输出端通过联轴器与第一卷帘轴同轴连接。支撑单元用于限制第一驱动单元带动的各单元的移动范围，支撑单元可以设计为滑轨或支撑杆，若设计为滑轨则第一驱动单元带动位置检测单元等将在滑轨中滚动，涉及为支撑杆，则第一驱动单元带动位置检测单元等将固定在支撑杆的一端，由支撑杆的摆动限制其移动区域。

可以理解的是，所述支撑单元包括伸缩摆杆6和摆杆旋转座7，所述伸缩摆杆6的一端连接所述第一驱动单元，所述伸缩摆杆6的另一端设置在摆杆旋转座7上，所述伸缩摆杆6可绕所述摆杆旋转座7在所述温室的侧平面旋转。伸缩摆杆6包括上伸缩摆杆和下伸缩摆杆，上伸缩摆杆和下伸缩摆杆套接，下伸缩摆杆设置在摆杆旋转座7上。

可以理解的是，如图5所示，位置检测单元包括摆臂10、防滑滚轮8和第一编码器9，所述摆臂10、所述第一编码器9和所述防滑滚轮8同轴设置。位置检测单元设置在第二山墙坡面12上。

需要说明的是，摆臂为编码器安装摆臂，防滑滚轮的材质为橡胶，编码器为高精度多圈编码器。卷帘铺卷过程中通过安装摆臂带动安装有编码器的防滑橡胶滚轮沿着圆弧棚面运动，操作人员可通过编码器转动圈数最终确定卷帘运动位置变化，获得卷帘开度数值。

由于摆杆旋转座的绝对约束，滚轮仅沿着圆弧棚面做竖直平面范围内的运动。在进行结构简化基础上，进行受力分析，如图6所示。

因受到摩擦力产生转动的滚轮其所受到的垂直棚面圆弧切线向下的压力主要来源于其自身重力G和编码器安装摆臂的牵引力F两者沿着压力方向的分解力F₁和F₄。但可以发现由于滚轮存在固定直径，且在进行卷帘铺放运动过程中，假设卷帘卷起叠加后厚度保持均匀不变，卷帘以卷帘轴为中心按照阿基米德螺旋规律运动，其所形成的圆柱体直径不断变化，最终引起的摆臂倾角α变化的影响导致卷帘运动过程中滚轮所受压力不断变化，且由于滚轮和棚面的接触面同样受到外界雨雪环境影响造成其摩擦系数变化。

摆臂此外，需要说明的是，由于卷帘包裹卷帘轴的整体厚度不断变化，使得卷帘运动距离和滚轮的实际运动距离存在偏差，因此需要根据得到的滚轮转动圈数j，进一步运算得到卷帘的移动行走路程Δl₁及其对应的实时开度K₁，如图7所示，o₁和o₂分别为滚轮和卷帘包裹卷帘轴形成圆柱体的圆心，D₁(R₁)、D₂(R₂)和D₃(R₃)则是其对应的直径(半径)，m和n则分别是其与棚面弧线的切点。首先做辅助线垂直于oo₁，假定其长度为h，同样做辅助线垂直于棚面圆弧两处切点连线。

由此可得：

h²＝|oo₂|²-|oa|²＝|o₁o₂|²-|o₁a|² (2)

式中，

|o₁a|＝|oo₁|-|oa| (3)

由此可以得到：

又由图5和半角的正弦公式可知：

式中，

将公式7带入公式6可知：

式中，

|oo₁|＝R+R₁ (8)

|oo₂|＝R+R₂ (9)

式中，|o₁o₂|为安装摆臂的实际固定长度L₂，R₁为滚轮固定半径，

假定卷帘作为不可压缩变形对象，即叠加后厚度保持均匀不变，且卷起过程中与贴合的圆弧棚面不发生移动。则实际计算卷帘转动圈数进行取整和取余运算，即：

j＝b-c (10)

式中，j则为卷帘轴的转动圈数，也是卷帘在卷帘轴上的包裹叠加层数，b为大于j的最小正整数，c则是运算得到的小于1的差值。由此可以得到卷帘包裹卷帘轴的形成的理想圆柱体实时半径R₂：

R₂＝R₃+bt (11)

式中，R₃为卷帘轴的半径，t是保温卷帘卷起叠加后的单层厚度。由此可得卷帘铺卷过程中，卷帘和滚轮两者在圆弧棚面落点的实时距离公式：

由公式(12)可知卷帘和滚轮两者在圆弧棚面落点距离取决于卷帘在卷帘轴上的包裹叠加层数b值，其和卷帘实时开度K₁的计算公式为：

通过公式(13)可以由从发出的开度值指令确定卷帘轴的转动圈数，而在通过编码器检测防滑橡胶滚轮圈速Q确定卷帘在棚面落点位置时需要考虑卷帘和滚轮两者在圆弧棚面落点距离从初始位置转动至当前位置的变化量△|mn|，从而计算卷帘实时开度K₁。

式中，Q—防滑橡胶滚轮转动的圈速，可由编码器直接获取；D₁—防滑橡胶滚轮直径。

在进行卷帘作业时，输入卷帘目标开度K₁会先换算为卷帘的转动圈数j，再计算确定影响参数值△|mn|，最后换算成编码器检测防滑橡胶滚轮转动圈速Q而在进行具体的卷帘开度控制。

需要说明的是，第一铺卷机构进行对第一卷帘作业时，位置检测单元计算当前位置，控制单元将第一卷帘的目标开度K₁作为输入，考虑到保温卷帘厚度的影响，获得编码器检测防滑橡胶滚轮转动圈速Q，生成控制指令发送给第一铺卷机构执行。

可以理解的是，为进一步保证检测的稳定性和精度，第一铺卷机构分别在圆弧棚面的顶部、中间、底部三个位置安装有限位器控制开关，在保证安全性的同时用于整体卷帘位置检测机构的位置校正。

可以理解的是，第二铺卷机构包括多个膜布、绳索牵引单元和第二驱动单元，绳索牵引单元包括多个绳索牵引组，每个绳索牵引组包括绕线杆、滑轮和绳索，每个绳索牵引组中滑轮的间隔和个数对应膜布的开度范围，每个绳索牵引组的绳索依次绕过滑轮和绕线杆，第二驱动单元的输出端连接各绳索牵引组的绕线杆。

需要说明的是，本发明实施例中，膜布具体包括上、下通风卷膜和遮阳网布，实际工作中膜布往往采用独立的卷杆铺卷或是绳索牵引的方式，遮阳网布为防止对覆盖薄膜产生影响甚至需要外设骨架进行铺放作业，卷膜和遮阳网布铺放作业自动化程度远低于卷帘作业，多采用人工手动方式，铺放作业效率较低，造成生产不便。另外，遮阳网布与上、下通风卷膜的使用季节时间及铺放活动范围均具有互补关系，两种覆盖物的材质又均属于轻质材料，因此本发明实施例将遮阳网布与上、下通风卷膜的铺放控制均采用绳索滑轮牵引的方式实现两者一体化控制，如图8所示。

遮阳网布的铺卷作业同样通过类似于图6中布设滑轮和绳索牵引的方式完成。对图6中的滑轮所在位置从底部依次进行数字编号，用下标A、B、C分别表示上通风卷膜、下通风卷膜和遮阳网布所属的不同绳索牵引组，由此可以得到上、下通风卷膜和遮阳网布进行铺卷作业牵引绳索经过的滑轮编号如表1所示：

表1 通风卷膜和遮阳网布铺卷作业牵引绳索的滑轮编号

由表1可知，部分的滑轮位置会有多个绳组经过，需要采用单体多轮的滑轮结构。垂直方向上具体的滑轮布设数量和位置需要结合实际的内部棚室情况进行调整；水平方向上的绳组布设由于需要配合三个覆盖物的铺放动作，因此需要在考虑绳索受力强度的同时，避免绳索相互之间的干涉。

如图9所示，用于内侧铺卷的绳索最终会汇聚到三根绕杆上，为避免产生绳索缠绕混乱的情况，在绕杆均安装固定的绕线模块，且借助传动结构实现绳索的统一驱动。动力源采用双轴驱动电机，一端安装编码器采集绕杆的转动圈数，另一端则是输出动力，通过绳索牵引覆盖物动作，具体的传动方案如图11所示。

具体的，如图9所示，第二铺卷机构的绳索牵引单元包括：绕线杆A15、绕线杆B16和绕线杆C17，其中，上通风绕线器13和下通风绕线14分别设置在绕线杆B16和绕线杆C17上。遮阳绕线器18设置在绕线杆A15上。绳索牵引单元通过第二联轴器19连接第二驱动单元。

可以理解的是，如图10所示，第二铺卷机构的第二驱动单元包括：电磁离合传动箱20、第二联轴器19、减速电机21和第二编码器22，减速电机21通过第二联轴器19连接电磁离合传动箱20，电磁离合传动箱20包括多个电磁离合器，减速电机21通过电磁离合器分别来连接每个绳索牵引组的绕线杆，每个绕线杆上设置有第二编码器23。

具体的，联轴器包括联轴器A和联轴器B，电机为减速交流电机。

需要说明的是，牵引绳索在绕线模块上的螺纹沟槽中循环往复运动实现绳索的拉放，带动覆盖物进行铺卷作业。而绕线模块中的螺纹沟槽尺寸参数如下所示：

式中，p_x’表示绕线模块螺纹沟槽的导程；Q_x’表示螺纹沟槽圈数；Δl_x’表示覆盖物铺卷移动弧度距离；S_x’表示绕线模块螺纹沟槽的的底部沟宽；Ф_s表示牵引绳索线径；下标x’表示对应的覆盖物类型，取值2，3，4分别代表上通风卷膜、遮阳网布、下通风卷膜。进行实际作业前，需要调整绕线模块位置实现绳索张紧，并进行绳索的人为标记限位校正，且需要根据作业实际负载需求选择适宜型号的驱动异步交流电机。进行覆盖物铺卷作业时，通过控制三个电磁离合器Z_A、Z_B和Z_C的通断，决定铺卷覆盖物控制对象，电机通过齿轮传动的方式转动绕杆牵引绳索带动覆盖物到达预定位置，依次完成所有内侧覆盖物的铺卷作业。

具体的，覆盖物开度控制计算公式为：

式中，d_x’表示绕线模块的螺纹的中径，n表示驱动电机转动圈数，由同轴安装的编码器测量获取；i_x’表示相应的齿轮传动比。

夏季时，上下通风卷膜均处于常开状态，期间日光温室生产需要针对部分种植作物铺设遮阳网布进行遮阳降温处理，研究在内侧铺卷结构设计基础上，借助传动结构实现其动力源的统一性，第二驱动单元的传动路线为：交流电动机—联轴器—减速机—联轴器—电磁离合传动箱—绕线杆—编码器。依据相应的传动方案以及作业实际负载需求，即可选定适宜型号的驱动异步交流电机，确定相关的输出功率、转速等参数。具体工作时，减速电机保持转动，覆盖物到达预定位置时，对应的电磁离合器断开，相应绕线杆停止工作，直至所有的内侧铺卷覆盖物均到达预定位置，电机停车断电。

可以理解的是，控制模块的控制指令还基于环境信息确定，环境信息包括季节、天气和温度。

需要说明的是，第一卷帘和其他膜布同时依赖日光温室的前屋面的构造面实现铺卷动作，但其具体的行动轨迹范围存在互补性的特点。此外，由于日光温室生产过程中，依据温室外界环境变化，通过控制前屋面的覆盖材料铺卷改变室内外环境沟通交流状态，从而改变室内环境满足种植作物的环境生长需求。因此，使用三种覆盖材料的外界环境条件和相应时间季节往往是相似的。除此之外，在不同时间季节里，大多数的日光温室对于三种覆盖物的使用频次是相仿也具有共通性。因此，环境信息还包括，三种覆盖物的使用频次。

为研究上述包含三种覆盖物的铺卷控制装置的协调铺卷控制策略方法和更多的覆盖物控制组合模式，本发明实施例还提出了一种控制方法，下面对本发明提供的控制方法进行描述，如图11所示，下文描述的该方法可用于控制上述实施例中任一种日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置，包括：

步骤201、获取环境信息和实时位置信息；

步骤202、基于所述环境信息，确定所述铺卷控制装置的控制策略；

步骤203、基于所述实时位置信息以及所述控制策略，确定对所述第一铺卷机构和所述第二铺卷机构的控制指令；

步骤204、基于所述控制指令对所述铺卷控制装置的执行模块进行控制。

需要说明的是，环境信息与以上任一实施例中的环境信息相同，包括但不限于铺卷控制装置的覆盖物使用频次、不同时间季节的间隔和以及覆盖物之间的互补特性。

本发明实施例的控制方法，通过对常见的日光温室的结构进行研究，以及对环境信息与不同覆盖物的工作场景进行分析，在前屋面结构上，设计了分为内外两侧的第一铺卷机构和第二铺卷机构，利用三种前屋面覆盖物的使用频次不同时间季节的间隔和互补特性，制定了不同的控制策略，再结合实时位置信息可以得到精确的控制指令，实现了日光温室前屋面覆盖物的精准铺卷，并实现多种覆盖物的自动协调铺卷。

需要说明的是，本实施将三种覆盖物按照是否需要进行铺卷控制分为作业和非作业两种工作状态，并以此构建整体的日光温室覆盖物系统控制模型为如式17所示：

f(T)＝C₁+C₂+C₃+C₄ (17)

式中，C₁，C₂，C₃，C₄分别表示保温卷帘、上通风卷膜、遮阳网布、下通风卷膜的工作状态。具体作业时则是需要进行赋值处理，且为避免数值重合造成发生含义歧异，需要分别从低到高进行递增式的赋值处理。

具体的，本实施例利用三种前屋面覆盖物的使用频次不同时间季节的间隔和互补特性，制定了三种工作模式，其中C₁，C₂，C₃，C₄按照作业和非作业两种工作状态的赋值结果依次为：1和0，4和2，7和6，14和13。最终，依据不同的模型f(T)结果，确定三种覆盖物铺放控制状态，实现彼此之间的相互协调控制，结果如表2所示：

表2 依据不同时间季节里的使用频次差异确定的三种覆盖物控制模式

可以理解的是，本发明实施例的控制方法对应的控制电路如图13所示，采用STM32F103主控制板和继电器模块直接驱动电机，内侧铺卷结构的电磁离合器控制也是由继电器模块直接控制，主控制板和PC端连接，用于接收系统控制指令，而安装的RS485型编码器，通过线路转换为USB接口和PC端连接，用于接收覆盖物铺卷的位置信息。

在以上基础，可以得到日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置的工作流程示意图，如图14所示，包括：

步骤301、系统上电；

步骤302、读取系统工作模式指令f(T)；

步骤303、计算确定四个覆盖物的铺放控制状态C₁、C₂、C₃、C₄；

步骤304、对于第一铺卷机构(即外侧铺卷结构)：

将第一卷帘移动至底部、终点或顶部三者中任一校正位置；

系统校正为相应卷帘开度；

读取第一卷帘开度K₁；

通过编码器采集检测滚轮转动圈数Q；

步骤305、针对第二铺卷机构(即内侧铺卷结构)：

确定第二驱动模块的离合器模式状态Z_A、Z_B、Z_C；

将相应覆盖物移动至定点位置进行位置校正；

读取相应覆盖物开度K_x’；

第二编码器采集驱动电机转动圈数n；

步骤306、覆盖物铺卷到达预定位置，电机停车；

步骤307、系统断电。

需要说明的是，本发明实施例通过对不同覆盖材料在不同季节的使用频次分析，设计了相应的协调控制方法，并能进行精准的卷铺操作。

可以理解的是，所述实时位置信息包括：

所述第一铺卷机构的位置检测模块所述第一卷帘的定点位置，以及所述第二铺卷机构的控制对象对应的定点位置。

可以理解的是，所述控制指令包括：

控制所述第一铺卷机构的第一卷帘对应的防滑滚轮的转动圈数的指令，以及控制所述第二铺卷机构的控制对象对应的绳索牵引组绕线杆转动圈数的指令。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置，其特征在于，包括：执行模块和控制模块，所述执行模块包括第一铺卷机构和第二铺卷机构；

所述第一铺卷机构用于在温室外侧，检测第一卷帘的实时位置，还用于接收所述控制模块的控制指令，基于所述控制指令控制所述第一卷帘的开度；

所述第二铺卷机构用于在温室内侧，检测控制对象的实时位置，还用于接收所述控制模块的控制指令，基于所述控制指令选择所述控制对象并控制所述控制对象的开度，所述控制对象包括多个膜布；

所述第二铺卷机构的多个膜布的功能和开度范围不同，所述第一卷帘和所述第二铺卷机构的多个膜布的总开度范围覆盖温室前屋面；

所述控制模块用于基于所述第一铺卷机构检测到的所述第一卷帘的实时位置，向所述第一铺卷机构下发控制指令，还用于向所述第二铺卷机构下发控制指令。

2.根据权利要求1所述的日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置，其特征在于，所述第一铺卷机构，包括：所述第一卷帘、所述第一卷帘的第一卷帘轴、第一驱动单元、位置检测单元和支撑单元，所述第一驱动单元设置在支撑单元上，所述第一驱动单元的输出端连接所述第一卷帘轴，所述位置检测单元和所述第一卷帘轴相连接。

3.根据权利要求2所述的日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置，其特征在于，位置检测单元包括摆臂、防滑滚轮和第一编码器，所述摆臂、所述第一编码器和所述防滑滚轮同轴设置。

4.根据权利要求2所述的日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置，其特征在于，所述支撑单元包括伸缩摆杆和摆杆旋转座，所述伸缩摆杆的一端连接所述第一驱动单元，所述伸缩摆杆的另一端设置在摆杆旋转座上，所述伸缩摆杆可绕所述摆杆旋转座在所述温室的侧平面旋转。

5.根据权利要求1所述的日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置，其特征在于，所述第二铺卷机构，包括多个膜布、绳索牵引单元和第二驱动单元，所述绳索牵引单元包括多个绳索牵引组，每个绳索牵引组包括绕线杆、滑轮和绳索，所述每个绳索牵引组中滑轮的间隔和个数对应膜布的开度范围，每个绳索牵引组的绳索依次绕过所述滑轮和绕线杆，所述第二驱动单元的输出端连接所述各绳索牵引组的绕线杆。

6.根据权利要求5所述的日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置，其特征在于，所述第二驱动单元包括：电磁离合传动箱、联轴器、电机和第二编码器，所述电机通过联轴器连接电磁离合传动箱，所述电磁离合传动箱包括多个电磁离合器，所述电机通过所述电磁离合器分别来连接所述每个绳索牵引组的绕线杆，所述每个绕线杆上设置有所述第二编码器。

7.根据权利要求1至6任一所述的日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置，其特征在于，所述控制模块的控制指令还基于环境信息确定，所述环境信息包括季节、天气和温度。

8.一种控制方法，其特征在于，该方法用于控制如权利要求1至7中任一种日光温室前屋面覆盖物的铺卷控制装置，包括：

获取环境信息和实时位置信息；

基于所述环境信息，确定所述铺卷控制装置的控制策略；

基于所述实时位置信息以及所述控制策略，确定对所述第一铺卷机构和所述第二铺卷机构的控制指令；

基于所述控制指令对所述铺卷控制装置的执行模块进行控制。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述实时位置信息包括：

所述第一铺卷机构的位置检测模块所述第一卷帘的定点位置，以及所述第二铺卷机构的控制对象对应的定点位置。

10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述控制指令包括：

控制所述第一铺卷机构的第一卷帘对应的防滑滚轮的转动圈数的指令，以及控制所述第二铺卷机构的控制对象对应的绳索牵引组绕线杆转动圈数的指令。

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