CN205193628U - 一种主从控制模式的大棚温度控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种主从控制模式的大棚温度控制系统，采用主从模式，包括主站及与主站总线连接的至少一个从站，每个从站中，温度采集模块用于采集大棚的温度并将信息传输至控制模块；控制模块用于将温度采集模块上传的温度信息打包进总线数据包并将该数据包传输至以太网模块，数据包经过以太网模块传输至主站，主站根据数据包内的温度信息下发相应的控制命令并将该控制命令通过以太网模块传输至控制模块，控制模块根据主站下发的命令进行信号处理并传输至模拟量控制模块，模拟量控制模块根据控制命令控制比例阀的开口大小。可以实现数据的远距离传输且通信周期非常短。

Description

一种主从控制模式的大棚温度控制系统

技术领域

本实用新型涉及温度控制领域，具体涉及一种主从控制模式的大棚温度控制系统。

背景技术

现代的恒温大棚种植向着大型化、自动化方向发展，现代控制技术的应用使得几个工人可以控制几十甚至上百个大棚。这对大棚的恒温控制系统提出了更高的要求，例如控制系统的通信距离要足够远；控制的大棚数量多时通信时间要短。普通的控制系统上下位机之间一般采用串口通信的方式，串口通信距离有限，从站数量过多时容易导致系统通信不稳定且通信周期变长。

实用新型内容

为解决现有技术存在的不足，本实用新型公开了一种主从控制模式的大棚温度控制系统及控制方法，本实用新型的温控系统基于EtherMAC现场总线，可以实现数据的远距离传输且通信周期非常短。

为实现上述目的，本实用新型的具体方案如下：

一种主从控制模式的大棚温度控制系统，采用主从模式，包括主站及与主站总线连接的至少一个从站，每个从站均包括依次电连接的温度采集模块、控制模块及模拟量输出模块，控制模块还与以太网模块通信；

每个从站中，温度采集模块用于采集大棚的温度并将信息传输至控制模块；控制模块用于将温度采集模块上传的温度信息打包进总线数据包并将该数据包传输至以太网模块，数据包经过以太网模块传输至主站，主站根据数据包内的温度信息下发相应的控制命令并将该控制命令通过以太网模块传输至控制模块，控制模块根据主站下发的命令进行信号处理并传输至模拟量控制模块，模拟量控制模块根据控制命令控制比例阀的开口大小。

进一步的，所述主站与从站之间通过EtherMAC总线连接。

进一步的，所述以太网模块包括以太网控制芯片，太网控制芯片与网口变压器相连，网口变压器与网口电连接。

进一步的，所述控制模块采用FPGA芯片。

进一步的，所述模拟量输出模块包括滤波模块，滤波模块将控制模块输出的PWM信号进行滤波处理后传输至放大模块，放大模块对信号进一步放大后传输至比例阀，比例阀控制着送风管道的开口大小。

进一步的，所述滤波模块包括双运算放大器LM358，双运算放大器LM358的第三引脚通过电阻接至控制模块的输出端，双运算放大器LM358的第一、二引脚的公共端接至放大模块的运算放大器OPA2277的正极端，运算放大器OPA2277的负极端分两路，一路通过电阻接地，另一路通过RC电路接至运算放大器OPA2277的输出端，其中RC电路为相并联的电阻及电容，运算放大器OPA2277的输出端通过限流电阻连接至比例阀，限流电阻与比例阀之间的公共端通过反向二极管接地。

进一步的，所述温度采集模块包括温变电阻，温变电阻感受的温度变化经过桥式电路放大信号后传输至AD芯片，AD芯片对接收的信息进一步处理后传输至控制模块。

进一步的，桥式电路包括四个电阻及与该四个电阻相连的电容，桥式电路的输出端接至双运算放大器LM358，双运算放大器LM358的第三引脚分两路，一路接至AD芯片，另一路通过电阻接至三极管的集电极，三极管的基极接至AD芯片，三极管的发射极与电源连接，AD芯片的输出端通过电阻连接控制模块。

一种主从控制模式的大棚温度控制方法，包括：

从站上的温度采集模块通过桥式电路，经过AD转换后，将大棚的温度转换成相应的数字量；

控制模块的FPGA芯片读取经过AD转换后的数字量，并将该数字量打包进EtherMAC数据包内，数据包经过以太网模块发送给主站；

主站将该数字量转化成相应的温度值，对比恒温大棚的温度设定值，下发数字量的比例阀开口值；

从站通过以太网模块接收到该数字量的比例阀开口值后，通过控制模块的FPGA，转化成相应的PMW信号输出给模拟量输出模块，模拟量输出模块经过滤波放大处理后，转化成相应的模拟量输出，控制比例阀的开口大小，实现大棚温度的动态恒定控制。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型温度采集模块采用桥式电路，对大棚的温度采集数据精确。

2.本实用新型采用主从模式，能够通过主站对多个从站的同时控制，且采用EtherMAC总线，可以实现数据的远距离传输且通信周期非常短。

3.本实用新型控制模块采用FPGA芯片，控制精度高，数据处理速度快。

4、本实用新型模拟量输出模块采用滤波模块及放大模块相结合，成本低，能够实现对比例阀的控制。

附图说明

图1本实用新型的主从模式示意图；

图2本实用新型的从站结构框图；

图3以太网模块控制电路原理图；

图4以太网模块网口变压器及网口电路图；

图5模拟量输出模块电路图；

图6温度采集模块电路图；

图中，1、主站，2、从站，3、以太网模块，4、控制模块，5、模拟量输出模块，6、温度采集模块。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型进行详细说明：

本实用新型的温控系统采用主从模式，如图1所示，主站1为工控机或者电脑，从站2为底层电路板。主站1与从站2之间通过EtherMAC总线连接。从站2的数量根据大棚数量进行增减，从站2数量最多为255。

如图2所示，从站2又可以分为以太网模块3，控制模块4，模拟量输出模块5，温度采集模块6。

其中，以太网模块3为了能够组成级联网络，采用双网口设计，两个网口的数据流向为一进一出。其控制电路原理图如图3所示。以太网控制芯片为LAN8710A，其应用原理图见图3。网口变压器及网口原理图见图4。

控制模块4的核心为FPGA芯片，FPGA芯片使用ALTERA公司的EP4CE10系列FPGA，可以在FPGA芯片上实现EtherMAC从站功能。控制模块4的功能除了控制通信外，还要读取温度采集模块6的温度数据，同时下发控制数据给模拟量输出模块5。

模拟量输出模块5可以输出0-10V的模拟量，以实现对比例阀的控制，比例阀控制着送风管道的开口大小。模拟量输出模块5采用PWM滤波的方式实现数字量向模拟量的转换，其原理图如图5所示。FPGA输出的PWM信号经LM358滤波后，再经过OPA2277放大到0-10V范围。

双运算放大器LM358，双运算放大器LM358的第三引脚通过电阻接至控制模块的输出端，双运算放大器LM358的第一、二引脚的公共端接至放大模块的运算放大器OPA2277的正极端，运算放大器OPA2277的负极端分两路，一路通过电阻接地，另一路通过RC电路接至运算放大器OPA2277的输出端，其中RC电路为相并联的电阻及电容，运算放大器OPA2277的输出端通过限流电阻连接至比例阀，限流电阻与比例阀之间的公共端通过反向二极管接地。

温度采集模块6使用PT1000温变电阻，经过桥式电路放大信号后，输入到AD芯片转化成数字信号输入到FPGA。其中AD芯片使用24位精度的HX711芯片，其原理图如图6所示。

桥式电路包括四个电阻及与该四个电阻相连的电容，桥式电路的输出端接至双运算放大器LM358，双运算放大器LM358的第三引脚分两路，一路接至AD芯片，另一路通过电阻接至三极管的集电极，三极管的基极接至AD芯片，三极管的发射极与电源连接，AD芯片的输出端通过电阻连接控制模块。

工作原理：

从站2上的温度采集模块6通过桥式电路，经过HX711的AD转换后，将大棚的温度转换成相应的数字量，控制模块4的FPGA芯片读取经过AD转换后的数字量，并将该数字量打包进EtherMAC数据包内，数据包经过以太网模块3发送给主站1，主站1将该数字量转化成相应的温度值，对比恒温大棚的温度设定值，下发数字量的比例阀开口值。从站通过以太网模块3接收到该数字量的比例阀开口值后，通过控制模块4的FPGA，转化成相应的PMW信号输出给模拟量输出模块5，模拟量输出模块5经过滤波放大处理后，转化成相应的模拟量输出，控制比例阀的开口大小。这个控制过程完成后，继续无限重复上述过程，实现大棚温度的动态恒定控制。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种主从控制模式的大棚温度控制系统，其特征是，采用主从模式，包括主站及与主站总线连接的至少一个从站，每个从站均包括依次电连接的温度采集模块、控制模块及模拟量输出模块，控制模块还与以太网模块通信；

每个从站中，温度采集模块用于采集大棚的温度并将信息传输至控制模块；控制模块用于将温度采集模块上传的温度信息打包进总线数据包并将该数据包传输至以太网模块，数据包经过以太网模块传输至主站，主站根据数据包内的温度信息下发相应的控制命令并将该控制命令通过以太网模块传输至控制模块，控制模块根据主站下发的命令进行信号处理并传输至模拟量控制模块，模拟量控制模块根据控制命令控制比例阀的开口大小。

2.如权利要求1所述的一种主从控制模式的大棚温度控制系统，其特征是，所述主站与从站之间通过EtherMAC总线连接。

3.如权利要求1所述的一种主从控制模式的大棚温度控制系统，其特征是，所述以太网模块包括以太网控制芯片，太网控制芯片与网口变压器相连，网口变压器与网口电连接。

4.如权利要求1所述的一种主从控制模式的大棚温度控制系统，其特征是，所述控制模块采用FPGA芯片。

5.如权利要求1所述的一种主从控制模式的大棚温度控制系统，其特征是，所述模拟量输出模块包括滤波模块，滤波模块将控制模块输出的PWM信号进行滤波处理后传输至放大模块，放大模块对信号进一步放大后传输至比例阀，比例阀控制着送风管道的开口大小。

6.如权利要求5所述的一种主从控制模式的大棚温度控制系统，其特征是，所述滤波模块包括双运算放大器LM358，双运算放大器LM358的第三引脚通过电阻接至控制模块的输出端，双运算放大器LM358的第一、二引脚的公共端接至放大模块的运算放大器OPA2277的正极端，运算放大器OPA2277的负极端分两路，一路通过电阻接地，另一路通过RC电路接至运算放大器OPA2277的输出端，其中RC电路为相并联的电阻及电容，运算放大器OPA2277的输出端通过限流电阻连接至比例阀，限流电阻与比例阀之间的公共端通过反向二极管接地。

7.如权利要求1所述的一种主从控制模式的大棚温度控制系统，其特征是，所述温度采集模块包括温变电阻，温变电阻感受的温度变化经过桥式电路放大信号后传输至AD芯片，AD芯片对接收的信息进一步处理后传输至控制模块。

8.如权利要求7所述的一种主从控制模式的大棚温度控制系统，其特征是，桥式电路包括四个电阻及与该四个电阻相连的电容，桥式电路的输出端接至双运算放大器LM358，双运算放大器LM358的第三引脚分两路，一路接至AD芯片，另一路通过电阻接至三极管的集电极，三极管的基极接至AD芯片，三极管的发射极与电源连接，AD芯片的输出端通过电阻连接控制模块。