CN208434440U - 一种温室大棚智能环境控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种温室大棚智能环境控制系统，包括传感器组、主控制器和控制设备；传感器组设置在大棚内用于采集大棚内的环境信号；传感器组与主控制器的输入端连接；主控制器的输出端与控制设备连接,主控制器用于控制控制设备；还包括光照系统，光照系统包括设置在大棚内的LED灯组和控制LED灯组的光照控制系统，光照控制系统包括LED驱动电路和光照强度传感器，LED驱动电路分别连接主控制器输出端和LED灯组，光照强度传感器连接主控制器。本实用新型的系统能实时监测大棚内的环境参数，且能及时对环境参数进行调控；同时设置的光照系统能根据光照强度传感器采集的数据来调整LED灯组的亮度，使之满足植物生长的最适光照条件。

Description

一种温室大棚智能环境控制系统

技术领域

本实用新型涉及农业生产自动化领域，尤其涉及一种温室大棚智能环境控制系统。

背景技术

温室大棚主要是人为地创造出适宜植物生长发育的最佳环境，在不同季节内，尤其是不利于植物生长的季节进行种植的一种措施。近年来，随着农业技术的不断发展，温室大棚技术逐渐普及，温室大棚数量也不断增多，但由于作物生长的不确定性和温室环境的可变性，如何对温室大棚进行科学控制，将温室大棚内环境保持在最适宜植物生长的条件对于种植户来说至关重要。我国作为传统的农业大国，目前温室大棚种植面积居世界之首，但在种植方式上，现有的温室大棚普遍依靠传统的人力管理，信息化、智能化程度较低，不仅浪费大量的人力、物力，而且农作物产量低、质量差。同时如公开号为CN203606672U的专利的温室大棚的智能环境控制系统其系统功能单一，不能对温室内农作物的日照时长进行记录，不能保证日照时长一直为农作物的最佳生长日照时长，自动化程度低，不能满足使用要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种温室大棚智能环境控制系统，其结构简单，自动化程度高、功能全面，保证了温室大棚管理的智能化和网络化，可以为农作物的正常生长提供适宜的环境。

本实用新型提供如下技术方案：一种温室大棚智能环境控制系统，包括传感器组、主控制器和控制设备；所述传感器组设置在大棚内用于采集大棚内的环境信号；所述控制设备用于调节大棚内的环境参数；所述传感器组与主控制器的输入端连接；所述主控制器的输出端与控制设备连接,所述主控制器用于控制所述控制设备；还包括光照系统，所述光照系统包括设置在大棚内的LED灯组和控制LED灯组的光照控制系统，所述光照控制系统包括LED驱动电路和光照强度传感器，所述LED驱动电路分别连接主控制器输出端和LED灯组，光照强度传感器连接主控制器；LED驱动电路包括三极管Q1、MOS管Q2、电阻R1、电阻R2和电阻R3，所述电阻R1与主控制器的I/O口连接，另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1发射极接地，集电极分别连接电阻R2和MOS管Q2的栅极，MOS管Q2源极连接LED灯组，电阻R3一端连接MOS管Q2栅极，另一端连接LED灯组。

进一步的，主控制器连接有计时模块；所述计时模块包括计时电路，所述计时电路包括交流源、取频电路和微处理器U1；所述取频电路的输入端与交流电源电性连接，所述取频电路的输出端与微处理器U1电性连接；所述取频电路包括变压器TR1、整流桥BR1、光敏电阻R4、电流继电器KA、电阻R5、三极管Q2、二极管D1；所述交流源分别经所述变压器TR1、整流桥BR1后与光敏电阻R4电性连接，电流继电器KA连接在三极管Q3与光敏电阻R4之间，电阻R5的一端连接在三极管Q3与光敏电阻R4之间，另一端接地，三极管Q3的集电极连接微处理器U1；二极管D1的一端连接在整流桥BR1和光敏电阻R4之间，另一端与直流电源VCC相连。

进一步的，传感器组包括土壤温湿度传感器、空气温湿度传感器和二氧化碳浓度传感器；所述控制设备包括风机、遮阳板、通风窗、二氧化碳施放器和滴灌装置。

进一步的，主控制器为STM32系列处理器，其输出端连接控制设备，根据STM32系列的具体控制信息驱动控制设备相应的动作，实现温室大棚里的温度、湿度、二氧化碳浓度、日照时长的环境参数的控制。

本实用新型具有如下有益效果：

一、本实用新型的系统能实时监测大棚内的环境参数，且能及时对环境参数进行调控；同时设置的光照系统能根据光照强度传感器采集的数据来调整LED灯组的亮度，使之满足植物生长的最适光照条件。

二、大棚内设置有光照强度传感器和计时模块，用于记录日照时长，当日照时长不足农作物最佳生长时长时，主控制器控制LED灯组打开，补足农作物的日照时长，当日照时长充足却还存在日照时，主控制器控制遮阳板关闭遮阳；有效的保证了日照时长满足农作物最佳生长时长要求，能有效提高农作物的产量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型原理示意图；

图2为本实用新型LED驱动电路图；

图3为本实用新型控制系统的流程图；

图4为本实用新型计时模块的电路图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便于对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好地理解。

下面将结合附图，对本实用新型实施例的技术方案进行描述。

实施例：

如图1所示，本实用新型提供的温室大棚智能环境控制系统，包括传感器组、主控制器和控制设备；所述传感器组设置在大棚内用于采集大棚内的环境信号；所述控制设备用于调节大棚内的环境参数；所述传感器组与主控制器的输入端连接；所述主控制器的输出端与控制设备连接,所述主控制器用于控制所述控制设备。主控制器为STM32系列处理器，其输出端连接控制设备，根据STM32系列的具体控制信息驱动控制设备相应的动作，实现温室大棚里的温度、湿度、二氧化碳浓度、日照时长的环境参数的控制。所述传感器组设置在大棚内用于采集大棚内的环境信号；所述控制设备用于调节大棚内的环境参数；所述传感器组包括土壤温湿度传感器、空气温湿度传感器和二氧化碳浓度传感器；所述控制设备包括风机、遮阳板、通风窗、二氧化碳施放器和滴灌装置。

还包括光照系统，所述光照系统包括设置在大棚内的LED灯组和控制LED灯组的光照控制系统，所述光照控制系统包括LED驱动电路和光照强度传感器，所述LED驱动电路分别连接主控制器输出端和LED灯组，光照强度传感器连接主控制器。

传感器组将监测到的环境参数发送至主控制器，主控制器内存储有大棚内标准环境参数，此时主控制器对传感器组监测到的环境参数与标准环境参数进行对比分析，当传感器组监测到大棚内的环境参数相对于标准环境参数有较大波动时，主控制器调节控制设备进行相应的调节，如当二氧化碳浓度传感器监测到大棚内的二氧化碳浓度低于标准值时，主控制器启动二氧化碳施放器释放二氧化碳以增加大棚内二氧化碳的浓度；当二氧化碳浓度传感器监测到大棚内的二氧化碳浓度高于标准值时，主控制器启动风机和通风窗以降低大棚内二氧化碳浓度。

如图3所示，光照强度传感器采集光照强度信息，并将光照强度信息进行处理，转换为数字信号，之后传输到主控制器，主控制器采用STM32系列芯片作为主控芯片，芯片内部先设置好总的调控逻辑，将光照强度传感器的数字信号处理后，产生脉冲宽度调制信号，传输到LED驱动电路，LED驱动电路将主控制器传入的脉冲宽度调制信号进行处理，进而控制LED灯组的亮度，使之满足植物生长的最适光照条件。

如图2所示，LED驱动电路包括三极管Q1、MOS管Q2、电阻R1、电阻R2和电阻R3，所述电阻R1与主控制器的I/O口连接，另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1发射极接地，集电极分别连接电阻R2和MOS管Q2的栅极，MOS管Q2源极连接LED灯组，电阻R3一端连接MOS管Q2栅极，另一端连接LED灯组。主控制器经电阻R1给三极管Q1的发射结提供正偏电压，并与电阻R2结合给三极管Q1的集电结提供反偏电压，使三极管工作于放大状态，起到开关作用；电阻R2和电阻R3结合起来给MOS管Q2提供栅极电源，主控制器接收光强信号通过控制输出PWM波形的占空比，经开关电源使得MOS的栅源电压在0～3.5V之间变化，从而控制流过LED灯组电流的大小，进而控制LED的功率，改变LED灯的亮度。

同时主控制器连接有计时模块，计时模块所记录的时长即为温室大棚内的日照时长；计时模块计时的同时主控制器将计时模块所记录的日照时长与主控制器存储的农作物最佳日照时长信息进行比较分析，若计时模块所记录的日照时长最终小于主控制器存储的农作物最佳日照时长时，LED驱动电路控制LED灯组打开，对农作物进行光照补足；当计时模块所记录的日照时长等于主控制器存储的农作物最佳日照时长，计时模块仍在计时时，主控制器控制遮阳板关闭遮阳。其有效的保证了日照时长满足农作物最佳生长时长要求，能有效提高农作物的产量。

计时模块(如图4所示)包括计时电路，所述计时电路包括交流源、取频电路和微处理器U1；所述取频电路的输入端与交流电源电性连接，所述取频电路的输出端与微处理器U1电性连接；所述取频电路包括变压器TR1、整流桥BR1、光敏电阻R4、电流继电器KA、电阻R5、三极管Q3、二极管D1；所述交流源分别经所述变压器TR1、整流桥BR1后与光敏电阻R4电性连接，电流继电器KA连接在三极管Q3与光敏电阻R4之间，电阻R5的一端连接在三极管Q3与光敏电阻R4之间，另一端接地，三极管Q3的集电极连接微处理器U1；二极管D1的一端连接在整流桥BR1和光敏电阻R4之间，另一端与直流电源VCC相连。该计时模块对微处理器的要求极低，可采用低成本的微处理器，大幅降低了总体成本；且该计时模块根据交流源频率周期信号进行计时，可大幅度提高系统的计时精度，计时精度由现有技术的误差大于±4％提高到小于±0.8％。

其中变压器TR1、整流桥BR1、二极管D1组成电源给电路提供低压直流电，二极管D1的作用为隔离供电，既保留B点正弦半波脉冲信号同时又不影响给VCC供电；光敏电阻R4、电阻R5、三极管Q3构成门电路，将B点正弦半波脉冲信号变成C点方波脉冲信号。光敏电阻R4和电阻R5组成分压电路驱动三极管Q3通断，所述微处理器U1的IO1脚管具有内部上拉功能。交流源经变压器TR1降压后，再由整流桥BR1整流后变为脉冲直流电，经光敏电阻R4、电阻R5分压后，当B1点电压高于0.7V时三极管Q3导通，C点点位被拉低，当B1点电压低于0.7V时，三极管Q3断开，C点电压被IO1脚管拉至高电平。微处理器U1选用AthlonXP1500+处理器；微处理器U1每检测到一个脉冲计时1/2频率周期(对于50HZ电源则为1/100秒，60HZ电源则为1/120秒)。在计时电路计时过程中，光敏电阻根据温室大棚内的光信号改变自身阻值即改变电路电流大小，当电流达到电流继电器KA规定电流时电流继电器KA闭合，整个电路处于通路状态，当电流不足时电流继电器KA规定电流时电流继电器KA断开，整个电路处于断路状态；当电路处于通路状态时微处理器记录的时间即为光照时长。

本实用新型并不限于上述实例，在本实用新型的权利要求书所限定的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种变形或修改均受本专利的保护。

Claims (4)

1.一种温室大棚智能环境控制系统，包括传感器组、主控制器和控制设备；所述传感器组设置在大棚内用于采集大棚内的环境信号；所述控制设备用于调节大棚内的环境参数；所述传感器组与主控制器的输入端连接；所述主控制器的输出端与控制设备连接,所述主控制器用于控制所述控制设备；其特征在于，还包括光照系统，所述光照系统包括设置在大棚内的LED灯组和控制LED灯组的光照控制系统，所述光照控制系统包括LED驱动电路和光照强度传感器，所述LED驱动电路分别连接主控制器输出端和LED灯组，光照强度传感器连接主控制器；所述LED驱动电路包括三极管Q1、MOS管Q2、电阻R1、电阻R2和电阻R3，所述电阻R1与主控制器的I/O口连接，另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1发射极接地，集电极分别连接电阻R2和MOS管Q2的栅极，MOS管Q2源极连接LED灯组，电阻R3一端连接MOS管Q2栅极，另一端连接LED灯组。

2.根据权利要求1所述的温室大棚智能环境控制系统，其特征在于，所述主控制器连接有计时模块；所述计时模块包括计时电路，所述计时电路包括交流源、取频电路和微处理器U1；所述取频电路的输入端与交流源电性连接，所述取频电路的输出端与微处理器U1电性连接；所述取频电路包括变压器TR1、整流桥BR1、光敏电阻R4、电流继电器KA、电阻R5、三极管Q3、二极管D1；所述交流源分别经所述变压器TR1、整流桥BR1后与光敏电阻R4电性连接，电流继电器KA连接在三极管Q3与光敏电阻R4之间，电阻R5的一端连接在三极管Q3与光敏电阻R4之间，另一端接地，三极管Q3的集电极连接微处理器U1；二极管D1的一端连接在整流桥BR1和光敏电阻R4之间，另一端与直流电源VCC相连。

3.根据权利要求1所述的温室大棚智能环境控制系统，其特征在于，所述传感器组包括土壤温湿度传感器、空气温湿度传感器和二氧化碳浓度传感器；所述控制设备包括风机、遮阳板、通风窗、二氧化碳施放器和滴灌装置。

4.根据权利要求1所述的温室大棚智能环境控制系统，其特征在于，所述主控制器为STM32系列处理器，其输出端连接控制设备，根据STM32系列的具体控制信息驱动控制设备相应的动作，实现温室大棚里的温度、湿度、二氧化碳浓度、日照时长的环境参数的控制。