CN205003576U - 太阳能光伏温棚 - Google Patents

Abstract

一种太阳能光伏温棚，其包括：骨架机构，包括：外龙骨、地基、窗机及排风扇，湿度控制机构包括：传感器子系统、I/O转换接口、嵌入式控制器、开关量输出接口及伺服子系统，I/O转换接口用于对温度传感器和湿度传感器传送来的信号进行转换和采样，并将经转换和采样的采样信号发送给嵌入式控制器；嵌入式控制器安装在骨架机构的外部，用于接收采样信号，将采样信号与预设参数值进行比较分析并根据分析结果产生控制信号；开关量输出接口根据控制信号中的调节量生成伺服子系统中对应的动作信号，动作信号中包含有伺服子系统的调节量；及伺服子系统安装在骨架机构内，伺服子系统根据控制信号来动作，动作量的大小根据调节量来确定。

Description

太阳能光伏温棚

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能光伏温棚，具体来说，涉及一种太阳能光伏温棚。

背景技术

科学家已经确定了影响植物生长有52种因素，但是起主要作用的包括：土壤有机质、土壤水分、根层深度、温度、湿度、光照度、风速等等。

“十二五”以来，精准农业已成为当今世界农业发展的新趋势，它是由现代信息技术支持的根据空间变异，定位、定时、定量地实施一整套现代化农事操作技术与管理的系统，它将推动农业生产由以前的粗放型农业向技术型、细化型的现代化农业转变。精准农业的基本思路是根据农作物在生长过程中所出现的优劣性而进行科学管理，实时地感知作物生长信息和作物生长环境信息，分析作物生长差异的原因，并按具体情况做出决策，准确地根据不同的情况进行针对性的管理，用最少或最节省的投入达到同等收入或更高的收入，并改善环境，高效地利用各类农业资源，优化生产管理体系，取得经济效益和环境效益。精准农业的技术体系主要包含信息获取系统、信息处理系统与智能化的农业机械作业3个部分，其中如何能方便、有效、快捷、准确地获取到农作物田间的环境信息，已经成为实施精准农业最为关键的问题，为此，需要大力开展适用于农作物的环境信息快速感知技术与传感仪器的研究。

实用新型内容

基于上述问题，本实用新型提供了一种太阳能光伏温棚，以建立蔬菜生长环境监测监控系统，并自动调节蔬菜生长环境。

为达成上述目的，本实用新型提供一种太阳能光伏温棚，其包括：骨架机构，包括：外龙骨、地基、窗机及排风扇，外龙骨、地基及天窗组成密闭空间，外龙骨的底端固定在地基上；窗机固定在外龙骨上；排风扇固定在外龙骨的通风孔处；温湿度控制机构包括：传感器子系统、I/O转换接口、嵌入式控制器、开关量输出接口及伺服子系统，其中，传感器子系统安装在骨架机构内，其包括检测太阳能光伏温棚内部温度的温度传感器和太阳能光伏温棚内空气及土壤水分的湿度传感器，温度传感器和湿度传感器通过信号线连接I/O转换接口；I/O转换接口安装在骨架机构的外部，用于对温度传感器和湿度传感器传送来的信号进行转换和采样，并将经转换和采样的采样信号发送给嵌入式控制器；嵌入式控制器安装在骨架机构的外部，用于接收采样信号，将采样信号与预设参数值进行比较分析并根据分析结果产生控制信号；开关量输出接口安装在骨架机构的外部，开关量输出接口通过电缆连接伺服子系统，开关量输出接口根据控制信号中的调节量生成窗机、排风扇以及伺服子系统中对应的动作信号，动作信号中包含有伺服子系统的调节量；及伺服子系统安装在骨架机构内，伺服子系统根据控制信号来动作，动作量的大小根据调节量来确定。

其中，I/O转换接口集成有多路开关，多路开关用于完成传感器子系统输出信号的I/O转换。

其中，伺服子系统包括温度调节单元，温度调节单元布置在骨架机构内部，温度调节单元根据控制信号来动作以调节温度。

其中，伺服子系统包括湿度调节单元，湿度调节单元具有多个固定在骨架机构上的喷头，湿度调节单元根据控制信号来动作以调节湿度。

其中，太阳能光伏温棚还包括第一无线通信模块和第二无线通信模块，第一无线通信模块安装在骨架机构的外部，用于将采样信号转换为无线采样信号发送给第二无线通信模块，并且接收第二无线通信模块发送来的无线控制信号；第二无线通信模块安装在远端的机房内，用于接收第一无线通信模块发送来的无线采样信号。

其中，太阳能光伏温棚还包括CPU，CPU安装在远端的机房内，用于实现远端检测和控制，CPU发出的信号通过第二无线通信模块、第一无线通信模块、I/O转换接口及嵌入式控制器到达开关量输出接口。

其中，太阳能光伏温棚还包括电源模块，电源模块包括第一电源模块和第二电源模块，第一电源模块和第二电源模块位于骨架机构的外部，第二电源模块安装在远端的机房内。

其中，第一电源模块向I/O转换接口、第一无线通信模块、嵌入式控制器、开关量输出接口及伺服子系统提供电源；第二电源模块向第二无线通信模块提供电源。

本实用新型相较于现有技术的有益效果在于：本实用新型的太阳能光伏温棚建立蔬菜生长环境监测监控系统，因此对农作物的生产十分有利，同时还能减少农作物生产过程中所使用能耗，农作物生长环境监测监控系统由温度传感器、湿度传感器、嵌入式控制器组成，并与排风扇、窗机进行联动运行，自动调节蔬菜生长环境，并通过通讯把现场工况实时输送到服务器显示，方便观察和了解参数。

附图说明

图1是太阳能光伏温棚的骨架机构的结构图。

图2是太阳能光伏温棚的温湿度控制机构的结构图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本实用新型更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，可能夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本实用新型的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本实用新型的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本实用新型的主要技术创意。

下面参考附图和优选实施例对技术方案作详细说明。

本实用新型的太阳能光伏温棚包括骨架机构和温湿度控制机构。如图1所示，骨架机构包括：外龙骨11、地基12、天窗13、铰链14、玻璃15、窗机16、排风扇17。

外龙骨11、地基12、天窗13组成密闭空间，外龙骨11的底端固定在地基12上，玻璃15固定在外龙骨11和天窗13上；外龙骨11顶部开有窗口，天窗13位于窗口处，外龙骨11与天窗13通过铰链14连接；窗机16固定在外龙骨11上，其伸缩臂的端部固定在天窗13上，窗机16为电动窗机；玻璃15开有通风孔，排风扇17固定在玻璃15上。

温湿度控制机构包括：传感器子系统、I/O转换接口、嵌入式控制器、开关量输出接口、伺服子系统。以下对温湿度控制机构的上述结构进行详细说明。

1、传感器子系统

传感器子系统安装在骨架机构内，是系统的主要信息来源，它关系到整个系统检测、分析加工和控制的可靠性与准确性。传感器子系统主要包括检测太阳能光伏温棚内部温度的温度传感器、检测室内空气及土壤水分的湿度传感器。

多个温度传感器固定在骨架机构的光伏组件固定支架的不同位置，湿度传感器埋设在土壤内。

温度传感器将检测到的温棚内部的温度信号、湿度传感器将检测到的土壤湿度信号发送到模拟量数字量转换接口(I/O转换接口)。

2、模拟量数字量转换接口(I/O转换接口)

I/O转换接口安装在骨架机构的外部，温度传感器、湿度传感器通过信号线连接I/O转换接口；I/O转换接口集成有多路开关和数据采集卡，主要完成对传感器子系统传送来的信号进行I/O转换和采样，并将经转换和采样的采样信号发送给第一无线通信模块和嵌入式控制器。集成的多路开关用于完成传感器子系统输出信号的I/O转换。在检测控制系统中，为满足实时性要求，一般应选用速度较高，多种采样触发方式，多路采样保持的多通道数据采集卡。

3、嵌入式控制器

嵌入式控制器安装在骨架机构的外部，包括环境参数预设置单元、信号分析处理单元和控制单元三个部分。嵌入式控制器中安装有数据采集软件(数据采集模块)、信号处理和控制软件(信号处理和控制模块)、伺服软件(伺服模块)。

环境参数预设置单元一方面可将某一时间范围内，农作物正常生长对温度、湿度等参数的要求进行设置；另一方面可将作物不同生长期对温度、湿度等参数进行设置，进而对其进行数据拟合，以确定其在整个生长过程中对上述因素的要求。

信号分析处理单元用来实现测量数据与本阶段环境参数值进行比较分析，为控制单元提供决策依据，控制单元则由此发出各种相应的控制信号。

控制单元的作用是向伺服子系统发出控制信号，控制信号中包括调节温度、湿度。

嵌入式控制器的环境参数预设置单元通过专用输入设备输入，根据采样信号进行分析，如果需要调节伺服子系统则生成控制信号，产生的控制信号发送给开关量输出接口。

4、开关量输出接口

开关量输出接口安装在骨架机构的外部，根据控制信号中的调节量生成窗机、排风扇以及伺服子系统中对应调节机构的动作信号，动作信号中包含有调节机构的调节量。开关量输出接口通过电缆连接伺服子系统。

5、伺服子系统

伺服子系统安装在骨架机构内，其结构包括：温度调节单元和湿度调节单元。伺服子系统根据控制信号来动作，动作量的大小根据调节量来确定，根据控制信号中调节量的大小来实现动作量的变化。

温度调节单元(降温设备、加热设备)布置在骨架机构内部，靠近侧部的玻璃15的位置；湿度调节单元的多个喷头固定在光伏组件固定支架上，以利于喷淋调节湿度和温度。

通过对降温设备、加热设备(如热暖)的工作方式及时间的控制以实现对温度的调节功能。湿度调节机构，通过对窗机16以及喷淋设备的控制以完成对湿度的调节。

传感器子系统、嵌入式控制器、伺服子系统形成一个闭环控制机构，实现实时调整、无人值守。

进一步，太阳能光伏温棚还可以包括以下结构，以实现远端监测和控制。

1、第一无线通信模块和第二无线通信模块

第一无线通信模块安装在骨架机构的外部，用于将采样信号转换为无线采样信号发送给第二无线通信模块，并且接收第二无线通信模块发送来的无线控制信号。第二无线通信模块安装在远端的机房内，例如办公楼内；接收第一无线通信模块发送来的无线采样信号，将无线采样信号转换为CPU可识别的格式，并发送给CPU的无线网卡。

2、CPU

CPU安装在远端的机房内，采用微型计算机来实现，其功能包括实时监测、环境参数预设置、信号处理、控制、报警等。微型计算机中安装有数据采集软件(数据采集模块)、信号处理和控制软件(信号处理和控制模块)、伺服软件(伺服模块)。

CPU可设置有鼠标接口、键盘接口、显示器接口，通过上述接口分别连接鼠标、键盘、显示屏，以实现远端实时监测和遥控。CPU也可以通过相应接口连接报警器，实现报警功能。

环境参数预设置一方面可将某一时间范围内，农作物正常生长对温度、湿度；另一方面可将作物不同生长期对温度、湿度要求进行设置，进而对其进行数据拟合，以确定其在整个生长过程中对上述因素的要求。信号处理用来实现测量数据与本阶段环境参数值进行比较分析，为控制提供决策依据，控制部分则由此发出各种相应的控制信号。控制的作用是向伺服子系统发出控制信号，控制信号中包括调节温度、湿度、光照和二氧化碳浓度的调节量。

CPU发出的控制信号通过第二无线通信模块、第一无线通信模块、I/O转换接口、嵌入式控制器到达开关量输出接口。控制信号发出包括以下几种情况：

(1)在监测过程中，如果发现农作物正常生长对温度、湿度出现异常，发出控制信号；

(2)如果报警器发出报警，则认为调节相应参数，发出控制信号。

当然，如果发现嵌入式控制器的预设参数需要调整，也可以通过CPU生成并发出更新信号，嵌入式控制器根据更新信号来刷新之前预设参数。

3、电源模块。

电源模块包括第一电源模块和第二电源模块。

第一电源模块和第二电源模块位于骨架机构的外部，第二电源模块安装在远端的机房内。第一电源模块向I/O转换接口、第一无线通信模块、嵌入式控制器、开关量输出接口、伺服子系统提供电源。第二电源模块向第二无线通信模块、CPU及其外设、报警器提供电源。

综上所述，由于太阳能光伏温棚中温度、湿度、通风量等技术参数决定着农作物的生产与产出，本实用新型的太阳能光伏温棚建立蔬菜生长环境监测监控系统，因此对农作物的生产十分有利，同时还能减少农作物生产过程中所使用能耗，农作物生长环境监测监控系统由温度传感器、湿度传感器、嵌入式控制器组成，并与排风扇、窗机进行联动运行，自动调节蔬菜生长环境，并通过通讯把现场工况实时输送到服务器显示，方便观察和了解参数。棚内设施的正常运转，还可以提高植物的生长速率，是集低碳、节能、环保、旅游于一身的新型高科技农业生态建设项目。

并且，本实用新型的太阳能光伏温棚实现远程参数的无线控制。结果表明，本实用新型具有良好的扩展性和实用性，实现了温室的智能化测控管理，降低劳动强度。同时能够很好的推动农业信息化。与传统温棚生产质量相比，本实用新型的太阳能光伏温棚的产量和质量大幅度提高，极大降低劳动成本，生产率提高30％以上。

虽然已参照几个典型实施例描述了本实用新型，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本实用新型能够以多种形式具体实施而不脱离实用新型的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种太阳能光伏温棚，其特征在于，其包括：

骨架机构，包括：外龙骨、地基、窗机及排风扇，外龙骨、地基及天窗组成密闭空间，外龙骨的底端固定在地基上；窗机固定在外龙骨上；排风扇固定在外龙骨的通风孔处；

温湿度控制机构包括：传感器子系统、I/O转换接口、嵌入式控制器、开关量输出接口及伺服子系统，

其中，传感器子系统安装在骨架机构内，其包括检测太阳能光伏温棚内部温度的温度传感器和太阳能光伏温棚内空气及土壤水分的湿度传感器，温度传感器和湿度传感器通过信号线连接I/O转换接口；

I/O转换接口安装在骨架机构的外部，用于对温度传感器和湿度传感器传送来的信号进行转换和采样，并将经转换和采样的采样信号发送给嵌入式控制器；

嵌入式控制器安装在骨架机构的外部，用于接收采样信号，将采样信号与预设参数值进行比较分析并根据分析结果产生控制信号；

开关量输出接口安装在骨架机构的外部，开关量输出接口通过电缆连接伺服子系统，开关量输出接口根据控制信号中的调节量生成窗机、排风扇以及伺服子系统中对应的动作信号，动作信号中包含有伺服子系统的调节量；及

伺服子系统安装在骨架机构内，伺服子系统根据控制信号来动作，动作量的大小根据调节量来确定。

2.如权利要求1所述的太阳能光伏温棚，其特征在于，I/O转换接口集成有多路开关，多路开关用于完成传感器子系统输出信号的I/O转换。

3.如权利要求1所述的太阳能光伏温棚，其特征在于，伺服子系统包括温度调节单元，温度调节单元布置在骨架机构内部，温度调节单元根据控制信号来动作以调节温度。

4.如权利要求1所述的太阳能光伏温棚，其特征在于，伺服子系统包括湿度调节单元，湿度调节单元具有多个固定在骨架机构上的喷头，湿度调节单元根据控制信号来动作以调节湿度。

5.如权利要求1所述的太阳能光伏温棚，其特征在于，太阳能光伏温棚还包括第一无线通信模块和第二无线通信模块，第一无线通信模块安装在骨架机构的外部，用于将采样信号转换为无线采样信号发送给第二无线通信模块，并且接收第二无线通信模块发送来的无线控制信号；第二无线通信模块安装在远端的机房内，用于接收第一无线通信模块发送来的无线采样信号。

6.如权利要求5所述的太阳能光伏温棚，其特征在于，太阳能光伏温棚还包括CPU，CPU安装在远端的机房内，用于实现远端检测和控制，CPU发出的信号通过第二无线通信模块、第一无线通信模块、I/O转换接口及嵌入式控制器到达开关量输出接口。

7.如权利要求5所述的太阳能光伏温棚，其特征在于，太阳能光伏温棚还包括电源模块，电源模块包括第一电源模块和第二电源模块，第一电源模块和第二电源模块位于骨架机构的外部，第二电源模块安装在远端的机房内。

8.如权利要求7所述的太阳能光伏温棚，其特征在于，第一电源模块向I/O转换接口、第一无线通信模块、嵌入式控制器、开关量输出接口及伺服子系统提供电源；第二电源模块向第二无线通信模块提供电源。