CN203338180U - 一种节能型大棚温湿度多指标控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种节能型大棚温湿度多指标控制系统，该系统包括温度传感器、湿度传感器、第一A/D转化器、第二A/D转化器、温湿度变化率计算器、控制器和驱动电路，本实用新型将温度传感器检测到的实时温度值、湿度传感器检测到的实时湿度值和温湿度变化率计算器计算出的温度值变化率、湿度值变化率作为共同的控制信号输入给控制器，控制器根据输入的信号做运算，输出控制信号，针对监测到的温、湿度参数及其变化量的变动规律，及时调整终端控制设备，控制电机的转速和转向，调节喷水量，调节风机，在控制律的作用下，可以平滑有效的控制温、湿度，避免温、湿度大起大落，有效节能。

Description

一种节能型大棚温湿度多指标控制系统

技术领域

本实用新型涉及农业生产自动化领域，尤其涉及一种节能型大棚温湿度多指标控制系统。 

背景技术

随着大棚技术的普及，温室大棚的数量不断地增多。由于植物生长受环境温度和湿度影响较大，因此大棚在种植过程中需要经常地打开风口或关闭风口以调节大棚内的温、湿度。而现有温室大棚温湿控制只是单一将温度和湿度做为控制对象，主要缺点：（1）控制以线性形式进行，控制反应滞后。（2）控制只能单一指标分别控制温度或者湿度，没有考虑二者之间相互影响的关系，不能采用同时控制多个指标。（3）棚内温度变化曲线不光滑，节能效果差。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种节能型大棚温湿度多指标控制系统，该控制系统响应快、控制效果好且能精准的控制大棚温度和湿度，有效的节约能源。 

为了实现上述目的，本发明如下技术方案：一种节能型大棚温湿度多指标控制系统，包括电源和隔离电路，该系统还包括温度传感器、湿度传感器、第一A/D转化器、第二A/D转化器、温湿度变化率计算器、控制器和驱动电路，所述控制器输入端分别与第一A/D转化器、温湿度变化率计算器和电源的输出端连接；所述温度传感器和湿度传感器的一输出端分别与所述第一A/D转化器的输入端连接；所述温度传感器和湿度传感器的另一输出端分别与所述第二A/D转化器的输入端连接；所述第二A/D转化器的输出端与温湿度变化率计算器的输入端连接；所述控制器的输出端与隔离电路的输入端连接，所述隔离电路的输出端与驱动电路的输入端连接，所述的驱动电路输出端连接有终端控制设备。 

进一步，所述的控制系统在第一A/D转化器与温度传感器和湿度传感器之间还设有第一放大电路和滤波电路，所述温度传感器和湿度传感器的一输出端分别与第一放大器电路的输入端连接，所述第一放大器的输出端与滤波电路的输入端连接，所述滤波电路的输出端与第一A/D转化器的输入端连接。 

进一步，所述控制系统在温湿度变化计算器与控制器之间还设有第二放大电路，所述温湿度变化计算器的输出端与第二放大电路的输入端连接，所述第二放大器的输出端与控制器的输入端连接。 

进一步，所述控制系统在控制器与电源之间还设有防雷电路，所述电源的输出端与防雷电路的输入端连接，所述防雷电路的输出端与控制器的输入端连接。本实用新型设有的防雷电路，可适用于高雷地区，针对可能遭受雷击可能，保护控制系统。 

进一步，所述终端控制设备为通风控制设备、除湿控制设备以及喷雾控制设备中的一种或两种以上的组合。 

进一步，所述的控制器为单片机或可编程逻辑控制器。 

进一步，所述的控制器输入端还连接有液晶显示屏。 

进一步，所述的温度传感器数量为一个以上。 

进一步，所述的湿度传感器数量为一个以上。 

本实用新型采用以上技术方案，将温度传感器检测到的实时温度值、湿度传感器检测到的实时湿度值和温湿度变化率计算器计算出的温度值变化率、湿度值变化率作为共同的控制信号输入给控制器，控制器根据输入的信号做运算，输出控制信号，针对监测到的温、湿度参数及其变化量的变动规律，及时调整终端控制设备，控制电机的转速和转向，调节喷水量，调节风机，在控制律的作用下，可以平滑有效的控制温、湿度，避免温、湿度大起大落，有效节能。 

同时，本实用新型采用以上技术方案可达到以下有益效果： 

1.本实用新型采用多指标方法，以温、湿度以及温度和湿度的变化率作为控制目标，更有效的使温度和湿度变化平缓，稳步调节温度和湿度。例当温度开始降低，且降低速度很快时，就开始做缓慢调整控制，避免由于温度降低的惯性造成温度降低，保证棚内的恒温。 

2.现有技术中常采用单调节温、湿度的值作法，当测得值降低到某个设定值时再启动设备，由于温、湿度的变化有滞后性和非线性，温、湿度变化所存在的这种惯性，不会很快变化到设定温度。采用本技术方案当变化量较大时，可以避免温、湿度在较大范围的惯性变动，较好的考虑了温度和湿度之间的耦合关系。 

3.本实用新型提供的控制系统可以有效的保证控制效果，响应快，超调量小，更精确的控制温度和湿度，这种提前调节的方案，可以很好的避免能量的损耗，利于节能。 

附图说明

图1是本实用新型节能型大棚温湿度多指标控制系统硬件结构示意图之一； 

图2是本实用新型节能型大棚温湿度多指标控制系统硬件结构示意图之二。 

具体实施方式

将结合附图对本实用新型的各种实施方式进一步说明。 

实施例一：请参照图1所示，本实用新型提供一种节能型大棚温湿度多指标控制系统，包括电源9和隔离电路10，该系统还包括温度传感器1、湿度传感器2、第一A/D转化器5、 第二A/D转化器51、温湿度变化率计算器6、控制器7和驱动电路11，所述控制器7输入端分别与第一A/D转化器5、温湿度变化率计算器6和电源9的输出端连接；所述温度传感器1和湿度传感器2的一输出端分别与所述第一A/D转化器5的输入端连接；所述温度传感器1和湿度传感器2的另一输出端分别与所述第二A/D转化器51的输入端连接；所述第二A/D转化器51的输出端与温湿度变化率计算器6的输入端连接；所述控制器7的输出端与隔离电路10的输入端连接，所述隔离电路10的输出端与驱动电路11的输入端连接，所述的驱动电路11输出端连接有终端控制设备13。 

实施例二：请结合图1所示并参阅图2，本实施例具体为：在实施例一的基础上添加了第一放大电路3、第二放大电路31、滤波电路4和防雷电路8。如图2所示，所述的控制系统在第一A/D转化器5与温度传感器1和湿度传感器2之间还设有第一放大电路3和滤波电路4，所述温度传感器1和湿度传感器2的一输出端分别与第一放大器电路3的输入端连接，所述第一放大器3的输出端与滤波电路4的输入端连接，所述滤波电路4的输出端与第一A/D转化器5的输入端连接。 

所述控制系统在温湿度变化计算器6与控制器7之间还设有第二放大电路31，所述温湿度变化计算器6的输出端与第二放大电路31的输入端连接，所述第二放大器31的输出端与控制器7的输入端连接。 

所述控制系统在控制器7与电源9之间还设有防雷电路8，所述电源9的输出端与防雷电路8的输入端连接，所述防雷电路8的输出端与控制器7的输入端连接。本实用新型设有的防雷电路8，可适用于高雷地区，针对可能遭受雷击可能，保护控制系统。 

所述终端控制设备为通风控制设备131、除湿控制设备132以及喷雾控制设备133中的一种或两种以上的组合。本实施例中驱动电路11的输出端连接有继电器12，通过继电器12控制终端控制设备的运转。 

本实用新型提供的节能型大棚温湿度多指标控制系统中，控制器7输入端还可连接有液晶显示屏（图中未示出），用于实时显示大棚内温湿度。所述的控制器7为单片机或可编程逻辑控制器。根据实际情况，在大棚中安装有一个以上的温度传感器和一个以上的湿度传感器。 

下面对本系统的工作原理做说明： 

作为一个工作时封闭的室内环境，调节温度时，湿度必然有一定的变化，调节湿度时，由于水分的变化，温度也有发生改变，加、除湿会导致温度变化，升、降温度会导致水分蒸发量变化，因此棚内的温、湿度不是完全独立的，二者在一定程度上相互影响。对这两个量 的变化可用近似的滞后微分方程来描述，因此温、湿度的控制实质上是个具有滞后性、耦合性的非线性控制问题。 

本系统工作时，首先由分布在棚内的温传感器1、湿度传感器2采集和检测温度值、湿度值,以及经过温湿度变化率计算器6换算后的变化率经过将其放大并进行数据转换和处理后，与温湿度变化率计算器6预先内设的温度值、湿度值相比较，并计算出二者的变化率，输入到控制器7进行数据处理，控制器7输出控制信号至驱动电路11，驱动电路11通过继电器12控制通风控制设备131（优先电机）的转速和转向，控制喷雾控制设备133调节喷水量，控制除湿控制设备调节风机，可以平滑有效的控制温、湿度，避免温、湿度大起大落，有效节能。 

下面对本实用新型关于温度的设定做相关说明： 

大棚内的温湿度，应根据棚内植物在不同生长期有不同的温湿度范围，具体可数值可以设定，以烟叶育苗为例（1）为获得最大的出苗率，在出苗到十字期，早上尽快升高棚内温度；中午温度保持在28℃-32℃左右较适宜，最高温度不超过35℃。在晴天中午气温过高的情况下，要通风排湿、降温，防止高温烧苗。在无风晴天傍晚棚外气温比棚内温度不能高于3℃，否则就要及时调节。（2）棚内湿度出苗到小十字期宜保持在75-85%，小十字期后宜保持在55-65%左右但早晚棚内湿度偏大，很容易引发各种病害，且不利于烟苗生长，应采取措施保持棚内湿度。特别是中午高温和夜间寒流等温度变化剧烈期，及时采取控制措施是非常必要的。 

对棚内的温、湿度信号通过传感器检测及变送，变成电信号，与温、湿度设定值进行比较，计算偏差e=t1-t2和变化率△e=de/dt，再由控制器进行数据处理，并得控制量u，通过输出电路控制电机的转速，使棚内温、湿度保持在理想的范围内。本实用新型优先可以将变化率△e设定在10分钟变化0.2，只要在上下限值范围外温湿度变化率超过0.2，则开始调节，变化率越大，说明温湿度变化越剧烈，电机的转速就会相应转速，保持温湿度在设定的范围内，该方法可有效避免仅仅依靠温湿度的实时值调节导致的滞后性。 

本实用新型中，温湿度的输出控制，主要是根据温、湿度二者的温度变化以及变化率，再考虑两者的非线性耦合关系，采用多指标的控制算法，设定温度x1,温度变化率x2,湿度x3,湿度变化率x4作为输入信号，y1,y2分别为温度输出和湿度输出，以上参数满足动态表达式： 

K为参数值，常量，可以根据实际的系统加以调整。 

在温湿度变化时，控制器7将得到的数据做运算分析，输出y1,y2就很好的反映了即时的数据，对不同的棚类，分别给与温、湿度一个变化范围，只要实时温、湿度超出范围，或大或小，传感器的数据就会通过传输到控制器7（优先单片机），通过控制器7进行数据处理并输出信号，分别控制相应终端控制设备13的运转。 

由以上实施方式的详述，希望能更加清楚描述本实用新型的特征，倘若本领域的技术人员对本实用新型进行各种改动和变形属于本实用新型权利要求及其等同技术范围的，则本实用新型也包括这些改动和变形在内。 

Claims (9)

1.一种节能型大棚温湿度多指标控制系统，包括电源和隔离电路，其特征在于：该系统还包括温度传感器、湿度传感器、第一A/D转化器、第二A/D转化器、温湿度变化率计算器、控制器和驱动电路，所述控制器输入端分别与第一A/D转化器、温湿度变化率计算器和电源的输出端连接；所述温度传感器和湿度传感器的一输出端分别与所述第一A/D转化器的输入端连接；所述温度传感器和湿度传感器的另一输出端分别与所述第二A/D转化器的输入端连接；所述第二A/D转化器的输出端与温湿度变化率计算器的输入端连接；所述控制器的输出端与隔离电路的输入端连接，所述隔离电路的输出端与驱动电路的输入端连接，所述的驱动电路输出端连接有终端控制设备。

2.根据权利要求1所述的一种节能型大棚温湿度多指标控制系统，其特征在于：所述的控制系统在第一A/D转化器与温度传感器和湿度传感器之间还设有第一放大电路和滤波电路，所述温度传感器和湿度传感器的一输出端分别与第一放大器电路的输入端连接，所述第一放大器的输出端与滤波电路的输入端连接，所述滤波电路的输出端与第一A/D转化器的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的一种节能型大棚温湿度多指标控制系统，其特征在于：所述控制系统在温湿度变化计算器与控制器之间还设有第二放大电路，所述温湿度变化计算器的输出端与第二放大电路的输入端连接，所述第二放大器的输出端与控制器的输入端连接。

4.根据权利要求1所述的一种节能型大棚温湿度多指标控制系统，其特征在于：所述控制系统在控制器与电源之间还设有防雷电路，所述电源的输出端与防雷电路的输入端连接，所述防雷电路的输出端与控制器的输入端连接。

5.根据权利要求1所述的一种节能型大棚温湿度多指标控制系统，其特征在于：所述终端控制设备为通风控制设备、除湿控制设备以及喷雾控制设备中的一种或两种以上的组合。

6.根据权利要求1、3或4所述的一种节能型大棚温湿度多指标控制系统，其特征在于：所述的控制器为单片机或可编程逻辑控制器。

7.根据权利要求1、3或4所述的一种节能型大棚温湿度多指标控制系统，其特征在于：所述的控制器输入端还连接有液晶显示屏。

8.根据权利要求1所述的一种节能型大棚温湿度多指标控制系统，其特征在于：所述的温度传感器数量为一个以上。

9.根据权利要求1所述的一种节能型大棚温湿度多指标控制系统，其特征在于：所述的湿度传感器数量为一个以上。

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