CN203224807U - 一种用于日光温室的智能控制柜 - Google Patents

一种用于日光温室的智能控制柜 Download PDF

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诸刚
杨学坤
李小杰
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Abstract

本实用新型公开一种用于日光温室的智能控制柜,包括柜体、土壤与空气温湿度传感器、主控板、远程监控模块与驱动部分。其中,土壤湿度传感器与空气温湿度传感器分别用来实时采集日光温室中土壤湿度与空气温湿度;主控板用来获取空气温湿度数据与土壤湿度数据,并分别与内部设置的额定阈值进行对比,根据对比结果向通过驱动器驱动卷帘机、卷膜机以及滴灌电磁阀的工作;本实用新型的优点为:可根据温室植物的不同品种、不同生长阶段对环境因子空气温度、湿度,土壤湿度的要求,实现执行机构的自动开启,最终实现温室智能控制的操作,达到对温室环境的精确控制目的。

Description

一种用于日光温室的智能控制柜
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种控制设备,具体来说,是一种用于日光温室的智能控制柜。
背景技术
[0002] 温室是利用温室效应原理,采用自动控制技术、信息技术、机械技术、电子技术、接口技术等现代工程技术手段和工业化生产方式,为动植物生产提供可控制的适宜生长环境,充分利用土壤、气候和生物潜能,在有限的土地上获得较高产量、品质和效益的一种高效、集约化的农业设施。温室可以摆脱自然条件和气候条件的制约,延长生产时间,实现农作物的全天候生产。
[0003] 智能化温室拥有温室环境智能监控系统,可以准确地采集温室内大气温湿度、土壤湿度、光照强度溶液浓度、二氧化碳浓度、风向、风速以及作物生长状况等参数,将室内温、光、水、肥、气等诸多因素综合,根据不同作物、作物不同生长阶段对环境因子的不同要求,通过执行机构协调到最佳状态,节能最高可达50%,并有节水、节肥、节药的效果。智能温室的大量推广,对于目前我国正在建设资源节约型社会具有特殊意义。
[0004] 国外的现代温室,是于20世纪60年代开始建立并迅速发展起来的。20世纪70年代以来,西方发达国家在温室产业上的投入和补贴较多,温室发展十分迅速。荷兰、以色列、美国、日本等温室技术比较发达的国家,其温室硬件技术、智能控制技术、种苗技术、栽培技术、农产品深加工技术及农业自动化技术等都具有较高的技术水平,形成了完整的设施农业栽培技术体系,居世界领先地位。
[0005] 温室环境控制系统的发展大体经历了 “手动控制-机械控制-分散电动控制-集中电子控制-计算机集成控制”这样几个发展阶段。传统的控制方式,很难模拟出植物生长所需要的环境,也难以对相互作用着的环境因子进行及时的调节。进入20世纪80年代,计算机技术迅速发展并且价格大幅下降,使得计算机控制系统成为温室环境控制系统的主流。
[0006] 美国是发明计算机最早的国家,也是将计算机应用于温室控制和管理最早、最多的国家之一,温室综合环境控制技术水平非常高。系统对温室内环境状况(包括气温、水温、土壤温度、管道温度、保温幕状况、通窗状况、泵工作状况、CO2浓度等)、温室外环境状况(包括大气温度、太阳辐射强度、风向风速、相对湿度等)进行监控与调节,提高了决策水平,减轻了技术管理的难度和工作量,为种植带来了很大方便,同时也给种植者带来了可观的经济效益。荷兰是世界上温室环境智能控制系统最为先进的国家,集成化的工业技术在设施农业中被广泛应用。目前,荷兰有超过85%的温室拥有环境智能控制系统。系统通过人机交互界面进行参数设置和必要的信息显示,可绘制出历史数据曲线、实时测量的数据曲线,可以进行设定的时间段内的数据查询,并能直接在上位机软件进行操作,实现上位机与下位机之间的通信。上位机软件集信息显示、参数设置、控制等功能于一体,能够很好地完成温室内环境因子的控制和管理。以色列的温室设备材料、滴灌技术、种植技术及养殖品种的开发和培育均属世界一流。日本则是世界上温室面积最大的国家,其温室智能控制系统可以将温度、湿度、二氧化碳浓度和肥料等环境因子控制在最适合植物生长发育的水平上。
[0007] 近年来,国外信息技术、遥感技术、航空航天技术在农业领域的不断应用,推动温室自动控制技术朝着标准化、智能化、网络化、系统化的方向迅猛发展。农业设施工厂化已成为世界各国农业的重要标志,智能温室自动监控系统已经普遍应用。
[0008] 我国的温室自动控制技术研究开始于20世纪80年代,90年代初期,中国农业科学院农业气象研究所和蔬菜花卉研究所研制开发了基于Windows操作系统的温室控制与管理系统;90年代中后期,江苏理工大学毛罕平教授等研制开发了可以对营养液系统、温度、光照等环境因子进行控制的温室软硬件控制系统,是当时温室计算机控制系统国产化较为典型的研究成果。2001年,“十五”攻关项目“温室环境智能控制关键技术与开发”启动,各高校和相关的研究机构研制出了一系列现代化温室环境智能控制系统等设施设备。
[0009] 经过30年的发展,我国的温室环境自动控制技术已取得了长足的进步,目前已经已经完成了从引进吸收、简单应用阶段到自主创新、综合应用阶段的过渡,但是同国外系统相比,无论技术水平还是应用水平,都存在较大差距。特别是对于目前应用较为普遍的日光温室,智能化控制系统的应用则更显薄弱。
[0010] 截至2009年,我国温室面积为1500余万亩,拥有环境智能监控系统的温室只占到0.4%左右,多数温室仍为简易设施,对环境因子的控制多为人工控制为主,缺乏科学的技术指标,更缺乏控制的手段和设备,盲目地补水、施肥、施药,不仅造成了产品品质下降,还会造成环境污染,危害农业的可持续发展。造成目前这种状况的原因有很多,资金和技术投入的相对不足是其中最主要的原因,研制一套符合我国国情、拥有独立知识产权、性价比高的温室环境智能监控系统,对于改变我国农业经济增长方式和实现农业的可持续发展具有十分重要的现实意义。
发明内容
[0011] 为了解决上述问题,本实用新型提出一种高智能化程度、操作简便直观、管理方式多样、系统可靠廉价的用于日光温室的智能控制柜,包括柜体,以及
[0012] 柜体外部设置的:
[0013] 用来实时采集日光温室中植物生长的土壤湿度的土壤湿度传感器。
[0014] 用来实时采集日光温室内的空气的温湿度空气温湿度传感器。
[0015] 柜体内部设置的:
[0016] 用来接收土壤湿度传感器与空气温湿度传感器采集的数据采集装置;
[0017] 用来获取空气温湿度数据与土壤湿度数据,并分别与内部设置的额定阈值进行对比的主控板,且主控板根据对比结果向卷帘机、卷膜机以及滴灌电磁阀的控制信号。
[0018] 用来根据主控板发送的控制信号驱动日光温室内卷帘机的起停、卷膜机的起停以及滴灌电磁阀的开闭的卷帘机驱动器、卷膜机驱动器、地罐电磁阀驱动器。
[0019] 用来供电的电源。
[0020] 本实用新型的优点在于:
[0021] 1、本实用新型智能控制柜可实现日光温室的自动滴灌、自动卷膜、自动卷帘等温室环境智能化监控技术,根据温室植物的不同品种、不同生长阶段对环境因子空气温度、湿度,土壤湿度的要求,实现执行机构的自动开启的程度,并将上述各种单项技术进行组装与集成,最终实现温室智能控制的操作,达到对温室环境的精确控制目的。
[0022] 2、本实用新型智能控制柜可有效节约生产成本,提高效益,降低生态代价,达到性能稳定、价格合理、农民用得起的目标。
[0023] 3、系统采用性价比较高的元器件,采用模块化设计方法,提高了系统的可靠性和可扩展性,整个系统价格比较低廉,适合在目前我国农村中进行应用和普及;
[0024] 4、根据温室种植的作物特点及生长发育规律,制订了相应的控制策略,即同时参照温室内各环境因子(室内温度和湿度、土壤温度和湿度)的变化及相互影响的规律,对执行机构(卷帘机、卷膜器及滴灌)进行控制,有效地避免了单一因素控制执行机构带来的一些弊端。
[0025] 5、控制器数据采集系统是通过温室室内温湿度实验来确定数据采集点的最佳位置,它解决了传感器在温室中的布点问题,既节省了成本,同时解决了多路信号采集造成的分析与计算问题,提高了系统的稳定性和响应时间。
附图说明
[0026] 图1为本实用新型整体结构示意图。
具体实施方式
[0027] 下面结合附图来对本实用新型做进一步说明。
[0028] 本实用新型智能控制柜,包括柜体以及柜体、数据采集装置以及柜体内部设置的由主控板、驱动部分、与电源构成的控制部分;驱动部分包括风机驱动器、卷膜机驱动器、卷帘机驱动器以及滴灌电磁阀驱动器。
[0029] 所述主控板为核心CPU,主控板通过接口电路与卷膜机驱动器、卷帘机驱动器、滴灌电磁阀驱动器以及数据采集装置相连;电源通过电源开关连接主控板,用来为本发明控制柜供电。其中,数据采集装置包括空气温湿度传感器,土壤湿度传感器;空气温湿度传感器设置于日光温室内部,用来实时采集日光温室内的空气的温湿度;土壤湿度传感器设置在日光温室中植物生长的土壤中,用来实时采集日光温室中植物生长的土壤湿度。上述空气温湿度传感器采用AM2301型号,供电电压是5VDC,温度测量范围是温度0°C〜50°C,湿度测量范围为0%〜100%RH,输出信号为数字信号,精度为温度±0.5°C,湿度±3%RH,精度高,低漂移,响应速度快,抗干扰能力强,性能可靠,使用寿命长,而且输出信号线性很好,可远距离传输。土壤湿度传感器采用FDS-100型号,供电电压为24VDC,测量范围为0%〜100%RH,测量精度为±3%,输出信号为O〜20mA,测量区域为:以中央探针为中心,围绕中央探针的直径为7cm、高为7cm的圆柱体,体积小巧,携带方便,安装、操作及维护简单;结构设计合理,不绣钢探针保证使用寿命;外部以环氧树脂纯胶体封装,密封性好,可直接埋入土壤中使用,且不受腐蚀;土测量精度高,性能可靠,确保正常工作;响应速度快,数据传输效率高。
[0030] 主控板以PIC16F877A型主控板为控制核心,对接收到的空气温湿度数据与土壤湿度数据与主控板内设置的额定阈值进行对比,从而通过主控板控制卷帘机驱动器、卷膜机驱动器与滴灌电磁阀驱动器分别驱动日光温室内卷帘机的起停、卷膜机的起停、滴灌电磁阀的开闭;当空气温度数据低于冻伤温度额定阈值al时,则主控板通过卷膜机驱动器控制日光温室内卷膜机展开卷膜;当空气温度高于冻伤温度额定阈值al,且空气湿度数据高于额定阈值时,则主控板通过卷膜机驱动器控制日光温室内卷膜机收回卷膜;当空气温度高于灼伤温度额定阈值a2时,则主控板通过卷膜机驱动器控制日光温室内卷膜机收回卷膜;当空气温度数据高于额定阈值当土壤湿度数据小于额定阈值,且空气温度高于灌溉温度额定阈值a3时,则主控板通过滴灌电磁阀驱动器控制日光温室内滴灌电磁阀开启,实施灌溉。主控板在24小时内某一时刻Tl (早上7点)开始,将每间隔tl时刻的空气温度数据变化量与空气变化量阈值进行比对,若高于空气变化量阈值时,则主控板通过卷帘机驱动器控制卷帘机展开卷帘,随后主控板停止空气温度数据变化量与空气变化量阈值bl的比对;当在24小时内的某一时刻T2 (下午3点)时,每间隔tl时刻的空气温度数据变化量与空气变化量阈值进行比对,若低于空气变化量阈值b2时,则主控板通过卷帘机驱动器控制卷帘机收回卷帘,随后主控板停止空气温度数据变化量与空气变化量阈值b2的比对。[0031 ] 本实用新型中在柜体内部还设置有远程监控模块,内部集成有SIM卡,使远程监控模块对应有一个手机号码;由此通过外部手机对SIM卡对应的手机号码,按照在监控模块内设置的格式发送空气温湿度查询代码与土壤湿度查询代码。远程监控模块与主控板相连,将空气温湿度查询代码与土壤湿度查询代码发送给主控板,由主控板向远程监控模块反馈当前时刻空气温湿度数据与土壤湿度数据,并通过远程监控模块发送到外部手机中,实现日光温室内空气与土壤温室度的远程监视。同时还可通过外部手机向远程监控模块发送驱动代码(包括日光温室内风机驱动代码、卷帘机驱动代码、卷膜机驱动代码以及滴灌电磁阀驱动代码),通过远程监控模块将驱动代码发送主控板中,由此通过主控板根据接收至IJ的驱动代码,控制日光温室中风机、卷帘机、卷膜机、滴灌电磁阀的工作,实现日光温室内各个设备的远程控制。
[0032] 本实用新型中在柜体侧壁嵌入有显示器;显示器与主控板相连,由此主控板将接收到的空气温湿度数据与土壤湿度数据在显示器中进行显示,实现使用者对日光温室内空气的温湿度与土壤的温湿度进行直观的了解。
[0033] 本实用新型通过在柜体上安装控制面板,可实现控制柜的手动控制。所述控制面板包括由控制面板开关、控制模式触发开关、风机控制开关、卷帘机控制开关、卷膜机控制开关、滴灌电磁阀控制开关构成的开关组以及控制模式触发器。其中,控制面板开关与电源相连,并与控制模式触发开关、风机开关、卷帘机控制开关、卷膜机控制开关、滴灌电磁阀控制开关以及控制模式触发器相连,控制模式触发开关、风机开关、自动控制开关、手动控制开关、卷帘机控制开关、卷膜机控制开关、滴灌电磁阀控制开关均与主控板相连;由此通过控制面板开关将电源输出的220VAC转换为12VDC,实现控制面板的上电;控制模式触发开关用来向主控板发送自动控制触发信号与手动控制触发信号,实现控制模式的切换;当主控板接受到手动控制触发信号后,停止对接收到的空气温湿度数据与土壤湿度数据与主控板内设置的额定阈值间的对比;当主控板接受到自动控制触发信号后,继续对接收到的空气温湿度数据与土壤湿度数据与主控板内设置的额定阈值进行对比;风机控制开关、卷帘机控制开关、卷膜机控制开关、滴灌电磁阀控制开关分别用来向风机驱动器、卷帘机驱动器、卷膜机驱动器、滴灌电磁阀驱动器发送风机起停信号、卷帘机起停信号、卷膜机起停信号、滴灌电磁阀起停信号,进而驱动日光温室内风机的开启与关闭、日光温室内部卷帘机的运行、日光温室内部卷膜机的运行以及日光温室内部的滴灌电磁阀开启与关闭。

Claims (9)

1.一种用于日光温室的智能控制柜,具有柜体;其特征在于: 柜体外部设置有: 用来实时采集日光温室中植物生长的土壤湿度的土壤湿度传感器; 用来实时采集日光温室内的空气温湿度的空气温湿度传感器; 柜体内部设置有: 用来获取空气温湿度数据与土壤湿度数据,并分别主控板内部设置的额定阈值进行对比的主控板,并根据对比结果向卷帘机驱动器、卷膜机驱动器、滴罐电磁阀驱动器分别发送卷帘机、卷膜机以及滴灌电磁阀的控制信号; 用来根据主控板发送的控制信号驱动日光温室内卷帘机的起停、卷膜机的起停以及滴灌电磁阀的开闭的卷帘机驱动器、卷膜机驱动器、地罐电磁阀驱动器; 以及用来供电的电源。
2.如权利要求1所述一种用于日光温室的智能控制柜,其特征在于:所述空气温湿度传感器采用AM2301型号,供电电压是5VDC,温度测量范围是温度(TC〜50°C,湿度测量范围为0%〜100%RH ,输出信号为数字信号,精度为温度±0.5°C,湿度±3%RH。
3.如权利要求1所述一种用于日光温室的智能控制柜,其特征在于:所述土壤湿度传感器采用FDS-100型号,供电电压为24VDC,测量范围为0%〜100%RH,测量精度为±3%,输出信号为O〜20mA,测量区域为:以中央探针为中心,围绕中央探针的直径为7cm、高为7cm的圆柱体;土壤湿度传感器外部以环氧树脂纯胶体封装。
4.如权利要求1所述一种用于日光温室的智能控制柜,其特征在于:所述主控板中,当空气温度数据低于冻伤温度额定阈值al时,则主控板通过卷膜机驱动器控制日光温室内卷膜机展开卷膜;当空气温度高于冻伤温度额定阈值al,且空气湿度数据高于额定阈值时,则主控板通过卷膜机驱动器控制日光温室内卷膜机收回卷膜;当空气温度高于灼伤温度额定阈值a2时,则主控板通过卷膜机驱动电路控制日光温室内卷膜机收回卷膜;当空气温度数据高于额定阈值当土壤湿度数据小于额定阈值,且空气温度高于灌溉温度额定阈值a3时,则主控板通过滴灌电磁阀驱动器控制日光温室内滴灌电磁阀开启,实施灌溉;且主控板在24小时内某一时刻Tl开始,将每间隔tl时刻的空气温度数据变化量与空气变化量阈值进行比对,若高于空气变化量阈值时,则主控板通过卷帘机驱动器控制卷帘机展开卷帘,随后主控板停止空气温度数据变化量与空气变化量阈值bl的比对;当在24小时内的某一时刻T2时,每间隔tl时刻的空气温度数据变化量与空气变化量阈值进行比对,若低于空气变化量阈值b2时,则主控板通过卷帘机驱动器控制卷帘机收回卷帘,随后主控板停止空气温度数据变化量与空气变化量阈值b2的比对。
5.如权利要求4所述一种用于日光温室的智能控制柜,其特征在于:所述Tl为上午7点,T2为下午3点。
6.如权利要求1所述一种用于日光温室的智能控制柜,其特征在于:所述柜体内部还设置有远程监控模块,内部集成有SIM卡,使远程监控模块对应有一个手机号码;由此通过外部手机对SM卡所对应的手机号码,按照在监控模块内设置的格式向远程监控模块发送空气温湿度查询代码与土壤湿度查询代码,并发送给主控板,由主控板向远程监控模块反馈当前时刻空气温湿度数据与土壤湿度数据,并通过远程监控模块发送到外部手机中;同时还可通过外部手机向远程监控模块发送驱动代码,通过远程监控模块将驱动代码发送主控板中,由此通过主控板根据接收到的驱动代码,控制日光温室中卷帘机、卷膜机、滴灌电磁阀的工作。
7.如权利要求1所述一种用于日光温室的智能控制柜,其特征在于:所述柜体侧壁嵌入有用于对主控板接收到的空气温湿度数据与土壤湿度数据进行显示的显示器。
8.如权利要求1所述一种用于日光温室的智能控制柜,其特征在于:所述柜体上安装控制面板;控制面板包括: 用来开关控制面板的控制面板开关; 用来向主控板发送手动和自动控制模式触发信号的控制模式触发开关; 用来向风机驱动器发送控制信号的风机控制开关; 用来向卷帘机驱动器发送卷帘机控制信号的卷帘机控制开关; 用来向卷膜机驱动器发送卷膜机控制信号的卷膜机控制开关; 用来向滴灌电磁阀驱动器发送滴灌电磁阀控制信号的滴灌电磁阀控制开关。
9.如权利要求8所述一种用于日光温室的智能控制柜,其特征在于:所述主控板接受到手动控制触发信号后,停止对接收到的空气温湿度数据与土壤湿度数据与主控板内设置的额定阈值间 的对比;当主控板接受到自动控制触发信号后,继续对接收到的空气温湿度数据与土壤湿度数据与主控板内设置的额定阈值进行对比。
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