一種溫室卷簾裝置的控制系統及控制方法與流程
本發明涉及溫室設備技術領域，尤其涉及一種溫室卷簾裝置的控制系統及控制方法。
背景技術：
日光溫室卷簾機作為日光溫室的重要配套設施，能夠減少日光溫室在寒冷夜間的熱量散失，將溫室溫度維持在作物生長發育所需較為適宜的范圍，且可以在白天太陽光照過強時，用以遮陽或是在雨雪天氣為作物提供必要的保護，其重要作用不言而喻。目前市場上卷簾機的種類繁多，分類方式也多，但依照其卷簾形式主要可分為后置固定上拉式卷簾機和棚面自走式卷簾機兩類。
上述的兩類卷簾機雖有優勢但缺陷明顯：
(1)后置固定上拉式大棚卷簾機，其工作基本原理是通過主機轉動卷桿，卷桿纏繞拉繩，拉繩拉動保溫材料，而放落保溫材料則利用其自身重量沿棚面坡度滑落而下。其優點在于結構簡單，便于實現，卷桿直徑小，要求強度低，用料少，成本低，對棚頂的剛度要求不高，可雙面卷起卷簾，而且卷簾時對卷簾損傷小，卷簾的使用壽命長。但是，其具有繩索整理繁雜、擺放時間長，特別是在纏線時易發生“纏線混亂”，“疊線”等作業問題，驅動機構被固定安裝在后墻頂，操作維修不便，且容易導致意外發生，造成人員傷亡和財產損失。
(2)棚面自走式卷簾機，其基本工作原理是通過主機轉動卷桿，卷桿直接拉動草簾或保溫被，其優點在于拉放均有動力支持，不受棚面坡度的限制，是目前應用較為廣泛的一種卷簾機類型。棚面自走式卷簾機相比較后置固定式大棚卷簾機，操作較為簡便，省去了整理繩索的時間，但是其缺點明顯，因為減速器往往重量較大，卷簾軸在棚面行走時，易發生意外導致棚面被壓塌，造成嚴重生產事故的發生，且在使用時容易“過位”現象，導致事故發生。
綜上所述，棚面自走式卷簾機所存在的作業和安全性問題，由于其卷簾形式的原因，現有的技術和方法難以克服，相比較而言，后置固定上拉式卷簾機則存在較大的改進空間，且卷簾機在使用時，缺乏對溫室內部環境的及時感知，對于卷簾機的控制也基本憑借自身的生產經驗，依靠人工操作控制，耗時耗力，需要極大的人工成本投入。
技術實現要素：
(一)要解決的技術問題
針對上述背景技術的情況，本發明提供了一種溫室卷簾裝置的控制系統及控制方法，能夠實現自動控制卷簾的鋪開和卷收過程，且能夠實時獲取溫室內部的環境因素數據，有效提高對溫室內部的環境因素的監測力度。
(二)技術方案
為了解決上述技術問題，本發明提供了一種溫室卷簾裝置的控制系統，包括：卷簾裝置，所述卷簾裝置包括卷簾和驅動機構，所述卷簾設置于溫室的棚面上，且可自所述棚面的頂部向下鋪開、或者自所述棚面的底部向上卷收，所述驅動機構與卷簾連接，以控制所述卷簾鋪開或卷收，所述棚面的頂部和底部分別設置有限位觸斷開關；環境因素獲取裝置，設置于所述溫室的內部，用于獲取所述溫室內的環境因素數據；控制平臺，分別與所述卷簾、驅動機構、限位觸斷開關、環境因素獲取裝置連接，對所述環境因素獲取裝置獲取的溫室內的環境因素數據進行分析，根據所述分析的結果控制所述驅動機構驅動卷簾鋪開或卷收。
進一步的，所述控制平臺包括順次連接的遠程控制中心、ARM控制器和節點控制器，所述節點控制器與卷簾裝置連接，所述遠程控制中心與環境因素獲取裝置連接，所述ARM控制器與限位觸斷開關連接。
進一步的，所述ARM控制器包括核心主板、第一串口、第二串口和USB/HUB擴展模塊，所述核心主板分別與顯示屏、觸摸屏、第一串口、第二串口、USB/HUB擴展模塊和限位觸斷開關連接，所述第一串口與節點控制器連接，所述第二串口通過GPRS模塊與所述遠程監控中心連接。
進一步的，所述核心主板包括處理器單元、串口模塊、USB模塊、時鐘管理模塊、存儲模塊和I/O模塊，所述處理器單元分別與串口模塊、USB模塊、時鐘管理模塊、存儲模塊和I/O模塊連接，所述串口模塊分別與第一串口和第二串口連接，所述USB模塊與USB/HUB擴展模塊連接，所述I/O模塊與限位觸斷開關連接。
進一步的，所述遠程控制中心包括服務器和智能終端，所述智能終端通過服務器與GPRS模塊連接，所述服務器與環境因素獲取裝置連接。
進一步的，所述驅動機構包括電動機和減速器，所述節點控制器通過電路控制機構與電動機連接，所述ARM控制器與節點控制器連接，以通過所述節點控制器控制電動機的正轉、或反轉、或停轉；所述限位觸斷開關包括第一限位開關和第二限位開關，所述第一限位開關和第二限位開關分別設置在所述棚面的上下兩端，以分別確定所述卷簾卷收和鋪開時的極限位置。
進一步的，所述電路控制機構包括交流接觸器、熔斷器和第一控制電路，所述交流接觸器包括第一主觸頭、第二主觸頭、第一輔助觸頭、第二輔助觸頭、第一線圈和第二線圈；所述第一控制電路包括串聯連接的主控電路和控制回路，所述主控電路和控制回路之間串聯有停車觸位開關，所述控制回路包括并聯連接的正轉控制回路和反轉控制回路；所述主控電路包括所述第一主觸頭、第二主觸頭、熔斷器和電動機，所述第一主觸頭和第二主觸頭并聯，且并聯后的所述第一主觸頭和第二主觸頭的兩端分別與停車觸位開關和熔斷器串聯，所述熔斷器與電動機串聯，所述電動機的一端接地；所述正轉控制回路包括串聯連接的第一輔助觸頭和第一線圈，所述第一輔助觸頭的兩端并聯有第一觸位開關，所述第一輔助觸頭與第一線圈之間還分別串聯有第二自鎖開關和第一限位開關；所述反轉控制回路包括串聯連接的第二輔助觸頭和第二線圈，所述第二輔助觸頭的兩端并聯有第二觸位開關，所述第二輔助觸頭與第二線圈之間還分別串聯有第一自鎖開關和第二限位開關；所述第一自鎖開關用于鎖定所述第一觸位開關的開閉狀態；所述第二自鎖開關用于鎖定所述第二觸位開關的開閉狀態。
進一步的，所述卷簾裝置還包括牽引機構和收放線機構，所述牽引機構安裝于所述溫室的后墻的頂部，所述收放線機構和驅動機構分別安裝于所述后墻的底部，所述驅動機構與收放線機構連接，所述收放線機構通過多個繩索順次連接牽引機構和卷簾，以通過拉放所述繩索帶動卷簾自后墻的頂部沿棚面向下鋪開、或者卷收于所述后墻的頂部的卷軸上。
進一步的，所述環境因素獲取裝置包括光照強度傳感器、空氣溫度傳感器和土壤溫度傳感器，所述光照強度傳感器、空氣溫度傳感器和土壤溫度傳感器分別與遠程控制中心連接，所述光照強度傳感器和空氣溫度傳感器布設在所述溫室內高于地平面的位置，所述土壤溫度傳感器布設在所述溫室內的地平面上；所述光照強度傳感器的工作溫度范圍為-40℃～85℃，存儲溫度為-40℃～100℃，波長范圍為400nm～730nm；所述空氣溫度傳感器和土壤溫度傳感器的分辨率的范圍均為0.01℃～0.04℃，且所述分辨率的范圍均滿足12bit～14bit；所述空氣溫度傳感器和土壤溫度傳感器的精度的范圍均為-0.5℃～0.5℃，重復性的范圍均為-0.1℃～0.1℃，工作溫度的范圍均為-40℃～123.8℃。
本發明還提供了一種如上所述的溫室卷簾裝置的控制系統的控制方法，包括如下步驟：通過環境因素獲取裝置獲取溫室內的環境因素數據；通過服務器將獲取的所述環境因素數據發送至ARM控制器中；利用所述ARM控制器對所述環境因素數據進行分析；根據對所述環境因素數據進行分析的結果，利用節點控制器控制驅動機構的電動機正轉、或反轉、或停轉；通過所述電動機正轉驅動所述卷簾卷收，卷收過程中的所述卷簾觸及設置于棚面頂部的限位觸斷開關時，設置于所述棚面頂部的所述限位觸斷開關斷開，此時所述電動機停轉，將所述電動機停轉的信號通過所述ARM控制器反饋至遠程監控中心；通過所述電動機反轉驅動所述卷簾鋪開，鋪開過程中的所述卷簾觸及設置于棚面底部的限位觸斷開關時，設置于所述棚面底部的所述限位觸斷開關斷開，此時所述電動機停轉，將所述電動機停轉的信號通過所述ARM控制器反饋至遠程監控中心。
(三)有益效果
本發明的上述技術方案具有以下有益效果：本發明的溫室卷簾裝置的控制系統包括：卷簾裝置的卷簾設置于溫室的棚面上，且可自棚面的頂部向下鋪開、或者自棚面的底部向上卷收，驅動機構與卷簾連接，棚面的頂部和底部分別設置有限位觸斷開關；環境因素獲取裝置，設置于溫室的內部，用于獲取溫室內的環境因素數據；控制平臺，用以對環境因素獲取裝置獲取的溫室內的環境因素數據進行分析，根據分析的結果控制驅動機構驅動卷簾鋪開或卷收。該溫室卷簾裝置的控制系統及控制方法，能夠實現自動控制卷簾的鋪開和卷收過程，且能夠實時獲取溫室內部的環境因素數據，有效提高對溫室內部的環境因素的監測力度。
附圖說明
圖1為本發明實施例的卷簾裝置的結構示意圖；
圖2為本發明實施例的牽引機構的結構示意圖；
圖3為本發明實施例的牽引機構的正視圖；
圖4為本發明實施例的收放線裝置的外部結構示意圖；
圖5為本發明實施例的收放線裝置的內部結構示意圖；
圖6為本發明實施例的驅動裝置的傳動圖；
圖7為本發明實施例的第一控制電路的電路結構圖；
圖8為本發明實施例的環境因素獲取裝置的布設圖；
圖9為本發明實施例的控制系統的工作原理圖；
圖10為本發明實施例的ARM控制器的結構示意圖。
其中；1、卷軸；2、限位觸斷開關；3、導線支架；4、卷簾；5、拉桿；6、匯線器；7、繩索；8、后墻；9、收放線機構；10、聯軸器；11、減速器；12、電動機；13、基座；14、殼罩；15、導桿；16、第一傳動齒輪；17、第二傳動齒輪；18、絲杠；19、繞線桿；20、導線器；21、繞線筒；22、卡爪；23、限位銷；24、限位齒輪；100、空氣溫度傳感器；200、光照強度傳感器；300、土壤濕度傳感器；400、排水溝；500、栽培區；KM1-1、第一主觸頭；KM1-2、第一輔助觸頭；KM1-3、第一線圈；KM2-1、第二主觸頭；KM2-2、第二輔助觸頭；KM2-3、第二線圈；SQ1、第一限位開關；SQ2、第二限位開關；SB1、停車觸位開關；SB2、第一觸位開關；SB2’、第一自鎖開關；SB3、第二觸位開關；SB3’、第二自鎖開關；QS、刀開關。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不能用來限制本發明的范圍。
在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。術語“上”、“下”、“左”、“右”、“內”、“外”、“前端”、“后端”、“頭部”、“尾部”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
如圖1～圖10所示，本實施例提供的溫室卷簾裝置的控制系統包括卷簾裝置、環境因素獲取裝置和控制平面。
本實施例中，卷簾裝置的卷簾4設置于溫室的棚面上，且可自棚面的頂部向下鋪開、或者自棚面的底部向上卷收，驅動機構與卷簾4連接，以控制卷簾4鋪開或卷收，棚面的頂部和底部分別設置有限位觸斷開關2，能夠實現自動控制驅動機構運轉，以控制卷簾4的鋪開和卷收過程，通過設置在棚面頂部和底部的限位觸斷開關2來確定卷簾4卷收和鋪開的極限位置。
以下通過實施例詳細介紹該卷簾裝置。
如圖1所示，本實施例的卷簾裝置包括卷簾4、牽引機構、收放線機構9、驅動機構和用于控制驅動機構的電路控制機構，牽引機構安裝于溫室的后墻8的頂部，收放線機構9和驅動機構分別安裝于后墻8的底部，驅動機構與收放線機構9連接，收放線機構9通過多個繩索7順次連接牽引機構和卷簾4，以通過拉放繩索7帶動卷簾4自后墻8的頂部沿棚面向下鋪開、或者卷收于后墻8的頂部的卷軸1上；棚面的上下兩端分別設有限位觸斷開關2，優選限位觸斷開關2包括第一限位開關SQ1和第二限位開關SQ2，第一限位開關SQ1和第二限位開關SQ2分別設置在棚面的上下兩端，以分別確定卷簾4卷收和鋪開時的極限位置。
如圖2、圖3所示，本實施例的牽引機構包括匯線器6和多個導線支架3，多個導線支架3與多個繩索7一一對應設置，且以預設間距順次設置，多個導線支架3之間順次穿設有拉桿5，拉桿5水平設置于后墻8的頂部；匯線器6固定于導線支架3的一側，以將經過各個導線支架3的繩索7順次整理后，分別與收放線機構9連接。
本實施例中，匯線器6包括殼罩13、過線輪和導線輪，過線輪水平設置于殼罩13內，過線輪上均勻排列有多個與繩索7的數量對應設置的過線槽，過線槽用于為各個繩索7提供預定軌道，多個繩索7逐一穿過各個過線槽后，通過導線輪與收放線機構9連接。
即是說，卷簾4由多個繩索7牽引沿棚面的表面上升，繩索7經過多個導線支架3被引導到一個匯線器6上面，將繩索7分別引導到預定軌道，防止發生繩線纏繞交錯，影響作業；將導線支架3按一定的間隔均勻的布置在后墻8上，匯線器6則一般放置在后墻8中間位置，優選放置在與多個導線支架3對應的中間的位置；繩索7穿過導線支架3后，再穿過匯線器6，被牽引到地面的收放線機構9上，線頭被固定到收放線機構9的繞線筒21上。
具體的，日光溫室的卷簾4由多根繩索7牽引，沿棚面被卷起，繩索7的一端栓接在拉桿5上，繩索7經過導線支架3，被引導至匯線器6，匯線器6中的導線輪呈等腰梯形交錯排布，能夠有效的防止繩索7在牽引過程中發生干涉情況。通過導線支架3，匯線器6所組成的繩索牽引結構，可以將繩索7分別引導到預定軌道上，有效地防止牽引繩索7發生纏繞交錯、產生干涉等現象而影響日光溫室卷簾作業。
其中，為了確保多個導線支架3的設置能滿足卷簾4的卷軸1的結構強度，多個所述導線支架3之間的預設間距滿足：
為了保證繩索7滿足強度要求，繩索7的線徑滿足：
其中：
G為所述卷簾4和卷軸1的自重之和；
α為溫室棚面與地面的夾角；
S為多個所述導線支架3之間的預設間距；
n為所述導線支架3的數量；
L為所述卷軸1的總長度；
D為所述卷軸1的外徑；
d為所述卷軸1的內徑；
d繩為所述繩索7的線徑；
σS為所述卷軸1所用材料的許用應力；
σS’為所述繩索7的許用應力。
針對于現有的后置固定式卷簾4機因為牽引繩索7無法被很好的限制，在收、放線時容易出現繞線混亂，“疊線”等作業問題，整理起來耗時耗力，且存在很大的作業危險等問題，設計了本實施例的收放線機構9。
如圖4、圖5所示，該收放線機構9包括繞線桿19、絲杠18和多個導線器20，多個導線器20對應套裝于絲杠18外，絲杠18通過齒輪組傳動與繞線桿19連接，通過繞線桿19帶動絲杠18的轉動，以帶動多個導線器20水平向上平動；繞線桿19外套裝有用于繩索7纏繞的繞線筒21，繞線桿19還連接有自鎖單元，自鎖單元和齒輪組分別設置于繞線桿19的兩端。
齒輪組包括第一傳動齒輪16和第二傳動齒輪17，第一傳動齒輪16和第二傳動齒輪17分別套裝于絲杠18和繞線桿19外，第一傳動齒輪16和第二傳動齒輪17嚙合，以實現絲杠18和繞線桿19之間的傳動連接。
由于驅動機構的減速機的輸出軸通過聯軸器10與收放線機構9中的繞線桿19固結聯動，繞線桿19在轉動繞線的同時通過齒輪傳動方式帶動絲杠18的轉動，而與絲杠18配套的、有相同螺紋內圈的導線器20因為絲杠18傳動和導桿15的限制，只能做水平方向上的平動。
由匯線器6引入的多個繩索7分別穿過導線器20上的小孔，各個線頭被分別固定在繞線筒21上，多個繩索7共同纏繞在繞線筒21上進行繞線作業，同時多個繩索7還會在導線器20的繞線小孔的限制下，作水平方向上的移動，如此一來，繩索7就會在繞線筒21表面按照一定的間隔依序纏繞，從而避免“疊線”，“繞線混亂”等作業問題。
收放線機構9在收放線時，需滿足一定的配合條件，才能避免出現疊線。繞線桿19和絲杠18的齒輪分別選用齒數n1和n2，模數均為m的齒輪，傳動比為n1：n2。此時的繞線筒21每轉動一圈，絲杠18也轉動圈n2/n1，導線器20水平移動n2/n1個導程，所以此時只須繩索7的線徑小于n2/n1個絲杠18的導程大小的距離，即可避免疊線，即是說：
本實施例的絲杠18的導程滿足：
繩索7纏繞在繞線筒21上的圈數滿足：
其中：
d繩為繩索7的線徑；
n1為第二傳動齒輪17的齒數；
n2為第一傳動齒輪16的齒數；
l為絲杠18的導程；
W為棚面的寬度；
D1為繞線筒21的直徑；
N為繩索7纏繞在繞線筒21上的圈數。
所以導線器20在收線結束后，共水平移動N×l的距離，故四個導線器20之間的間隔須大于N×l，以防止因為間距過小造成干涉而產生“疊線”的作業問題，整根絲杠18的螺紋長度大于n×N×l，n為導線器20的數量，也是導線支架3對應的數量。
收放線機構9的外表裝有殼罩13，一方面防止雨雪天氣及外部因素對繞線造成干擾，另一方面能防止使用者的衣物或是肢體被繩索7牽扯，造成使用者的人身傷亡，導線支架3及匯線器6也有類似結構，作用與之相仿，都作為一種安全保護結構。
在收放線機構9上安裝有自鎖單元，自鎖單元包括卡爪22、限位銷23和限位齒輪24，限位齒輪24固定套裝于繞線桿19的一端外，卡爪22通過限位銷23與限位齒輪24對應設置，以通過限位銷23將卡爪22卡固在限位齒輪24上。
優選的，收放線機構9的與齒輪組相對的另一側面上的輸出軸上通過鍵連接有一個限位齒輪24，配套安裝一個卡爪22和限位銷23，在收放線工作完成后，可將卡爪22卡緊限位齒輪24，用限位銷23抵緊，用以實現自鎖。
使用時，因為驅動機構所使用的減速機為蝸輪蝸桿柱齒輪減速機，其自身具有自鎖功能，當卷簾4的鋪開或卷收工作完成時，在收放線機構9上實現自鎖，就可將減速機和交流電動機12拆下，用以下一個溫室大棚的收放卷簾4工作，實現“一機多用”，降低生產成本，當卷簾4需要放下時，再將減速機裝上，抽出限位銷23，撥開卡爪22，即可通電將大棚卷簾4放下，放下后又可以進行自鎖卡死，操作簡單方便。
傳統的大棚卷簾4機的驅動機構中，減速機為了實現較大的傳動比，通常使用直齒輪多級減速傳動，其結構復雜、機體笨重，而且這種傳動方式會造成傳動齒輪的巨大磨損，減速機的壽命不長，并且因為只是簡單的直齒輪傳動減速，不具備自鎖功能，人員在操作過程中，也會因為操作不當等原因，造成人身財產損失，十分不安全；而具有自鎖功能的蝸輪蝸桿減速機又往往因為無法實現較大的傳動比需要，不能使用。
為了使本實施例的驅動機構滿足卷簾裝置的傳動比要求，如圖6所示，驅動機構包括電動機12和減速器11，電動機12通過減速器11與收放線機構9連接，減速器11為蝸輪蝸桿柱齒輪減速器。
本實施例的驅動機構中，減速器11采用蝸輪蝸桿柱齒輪減速機，采用蝸輪蝸桿柱齒輪減速機，一級傳動采用蝸輪蝸桿傳動，與動力輸入端相接，可以有效增加傳動效率，二級傳動采用齒輪傳動，與動力輸出端(負載端)相接可以有效減少傳動損耗，在傳動方式上兼具蝸輪蝸桿減速機和柱齒輪傳動的優點，在實現自鎖功能，保證工作安全的同時，實現了卷簾裝置對較大傳動比的需要，而且本實施例的驅動機構的整體結構更加緊湊，簡單，使用輕便，在運行過程中，齒輪磨損程度輕，運行平穩，振動、噪聲小，使用壽命長，其傳動路線為:電動機12--聯軸器10--蝸輪蝸桿柱齒輪減速機--聯軸器10--繞線桿19。
為了便于對電動機12的控制，本實施例的電路控制機構通過低壓電器控制的方式直接控制電動機12的正、反轉和停轉，操作簡單且便于實現。此外，由于本實施例中，通過在沿棚面表面運動的卷簾4的上、下極限位置分別加上第一限位開關SQ1和第二限位開關SQ2，并將其分別接入控制回路中，并形成反饋閉環控制回路，且第一限位開關SQ1和第二限位開關SQ2的安裝為配合電動機12拆卸，同樣可以設置為可拆卸式，隨時可從控制回路中拆下或裝入，不影響其使用，做到“隨插隨拔隨用”簡單方便。
具體的，本實施例的電路控制機構包括交流接觸器、熔斷器和第一控制電路，交流接觸器包括第一主觸頭KM1-1、第二主觸頭KM2-1、第一輔助觸頭KM1-2、第二輔助觸頭KM2-2、第一線圈KM1-3和第二線圈KM2-3；如圖7所示，第一控制電路包括串聯連接的主控電路和控制回路，主控電路和控制回路之間串聯有停車觸位開關SB1，控制回路包括并聯連接的正轉控制回路和反轉控制回路，通過使用普通的交流接觸器、熔斷器等低壓電器實現對電動機12動作的控制，控制方式便于實現，操作可靠性高，第一限位開關SQ1和第二限位開關SQ2均為觸斷開關，可以直接接入第一控制電路中實現自動停車、及限位保護的作用，并且電路設計機械電氣聯合互鎖，安全性高。
其中，主控電路包括第一主觸頭KM1-1、第二主觸頭KM2-1、熔斷器和電動機12，第一主觸頭KM1-1和第二主觸頭KM2-1并聯，且并聯后的第一主觸頭KM1-1和第二主觸頭KM2-1的兩端分別與停車觸位開關SB1和熔斷器串聯，熔斷器與電動機12串聯，電動機12的一端接地。
正轉控制回路包括串聯連接的第一輔助觸頭KM1-2和第一線圈KM1-3，第一輔助觸頭KM1-2的兩端并聯有第一觸位開關SB2，第一輔助觸頭KM1-2與第一線圈KM1-3之間還分別串聯有第二自鎖開關SB3’和第一限位開關SQ1。
反轉控制回路包括串聯連接的第二輔助觸頭KM2-2和第二線圈KM2-3，第二輔助觸頭KM2-2的兩端并聯有第二觸位開關SB3，第二輔助觸頭KM2-2與第二線圈KM2-3之間還分別串聯有第一自鎖開關SB2’和第二限位開關SQ2。
第一自鎖開關SB2’用于鎖定第一觸位開關SB2的開閉狀態，第二自鎖開關SB3’用于鎖定第二觸位開關SB3的開閉狀態。
當需要電動機12正轉時：按下第一觸位開關SB2，使得第一線圈KM1-3通電且自鎖，即自動觸發與第一觸位開關SB2聯動的第一自鎖開關SB2’自動由常閉狀態鎖定為常開狀態，以保證反轉控制回路始終鎖定為斷路狀態，并同時觸發第一輔助觸頭KM1-2和第一主觸頭KM1-1閉合，從而保證正轉控制回路鎖定為通路狀態、且電動機12正向啟動，驅動卷簾裝置工作，卷簾4沿棚面卷收上升；當卷簾4碰到第一限位開關SQ1時，第一限位開關SQ1由常閉狀態切換為常開狀態，則正轉控制回路斷開，使得第一線圈KM1-3斷電，則第一主觸頭KM1-1和第一輔助觸頭KM1-2同時自動斷開，電動機12停止運行。
當需要電動機12反轉時：按下第二觸位開關SB3，使得第二線圈KM2-3通電且自鎖，即自動觸發與第二觸位開關SB3聯動的第二自鎖開關SB3’自動由常閉狀態鎖定為常開狀態，以保證正轉控制回路始終鎖定為斷路狀態，并同時觸發第二輔助觸頭KM2-2和第二主觸頭KM2-1閉合，從而保證正轉控制回路鎖定為通路狀態、且電動機12反向啟動，驅動卷簾裝置工作，卷簾4沿棚面鋪開放下；當卷簾4碰到第二限位開關SQ2時，第二限位開關SQ2由常閉狀態切換為常開狀態，則反轉控制回路斷開，使得第二線圈KM2-3斷電，則第二主觸頭KM2-1和第二輔助觸頭KM2-2同時自動斷開，電動機12停止運行。
為了進一步便于控制卷簾裝置的驅動機構工作，如圖8所示，本實施例的電路控制機構包括繼電器、控制器和第二控制電路，繼電器控制采用信號自鎖方式，控制器所發射的無線信號控制繼電器的開合，從而控制電動機12工作。
如圖8所示，本實施例的環境因素獲取裝置設置于溫室的內部，用于獲取溫室內的環境因素數據。進一步的，為了便于實時獲取溫室內的環境因素數據，以便于根據所獲得數據來控制卷簾裝置工作，從而保證溫室內的作物處于良好的成長環境；本實施例的環境因素獲取裝置包括光照強度傳感器200、空氣溫度傳感器100和土壤濕度傳感器300，光照強度傳感器200、空氣溫度傳感器100和土壤濕度傳感器300分別與遠程控制中心連接，光照強度傳感器200和空氣溫度傳感器100布設在溫室內高于地平面的位置，土壤濕度傳感器300布設在溫室內的地平面上；此外，在溫室棚面外設置排水溝400。
為了保證環境因素獲取精準性高，本實施例中，優選光照強度傳感器200的工作溫度范圍為-40℃～85℃，存儲溫度為-40℃～100℃，波長范圍為400nm～730nm；空氣溫度傳感器100和土壤濕度傳感器300的分辨率的范圍均為0.01℃～0.04℃，且分辨率的范圍均滿足12bit～14bit；空氣溫度傳感器100和土壤濕度傳感器300的精度的范圍均為-0.5℃～0.5℃，重復性的范圍均為-0.1℃～0.1℃，工作溫度的范圍均為-40℃～123.8℃。
以下以設施辣椒種植為例，進行詳細說明。
為了進一步保證設施辣椒種植時的環境因素獲取精準性高，本實施例中，選取的溫室尺寸為：溫室總寬度8.5m，后墻8的高度為2.2m，厚度為0.5m。優選將空氣溫度傳感器100和光照強度傳感器200并列設置于溫室內的中間位置，即距離后墻4.0m的位置，且高于地面0.8m；優選排水溝400的深度為0.5m，寬度為0.5m。
辣椒作為生活中常見的蔬菜類型，具有很高的營養價值及藥用價值，辣椒種植遍布世界各地，但辣椒具有一定的種植生長環境要求。就其所需光照條件而言，辣椒是喜光植物，其光飽和點為30～40klx，光補償點為1.5～2klx，生長發育所需日照時數達到1000小時上，因此辣椒屬中光性植物，辣椒種植生長所需溫度條件方面，辣椒屬于喜溫作物，辣椒種子發芽的適宜溫度為15℃～30℃，最適溫度為25℃左右；生長發育最適溫度白天27℃～28℃，夜間18℃～20℃，地溫17℃～26℃，而且，辣椒生長發育需要較為干燥的環境。
辣椒喜光、喜溫、耐旱，且相對于其他的果菜類蔬菜，辣椒比較耐陰，適合進行設施早熟栽培，辣椒是設施蔬菜主要種植蔬菜類型之一。當然，在設施辣椒種植過程中，特別是在北方冬春栽培季節，需要增加設施內的光照，確保光照度達到25klx以上，為達到辣椒的設施種植條件，辣椒種植溫室需要架設溫室卷簾裝置用于保溫和保證光照條件。夜間，通過在溫室棚面上覆蓋保溫材料，如本實施例的卷簾4，維持溫室內的溫度，白天則將保溫材料打開，所種植的辣椒接受光照，溫室室內溫度上升，提供辣椒生長發育所需的光照與溫度。
為了對設施辣椒智能卷簾裝置進行精準的控制，需要對溫室的光照條件、及溫室內的溫度進行及時的監測，需要在溫室內布設光照強度傳感器200和空氣溫度傳感器100及土壤濕度傳感器300。空氣溫度傳感器100要求分辨率0.01～0.04℃，且在12～14bit范圍內，精度在±0.5℃，重復性在±0.1℃范圍內，可完全互換，工作范圍-40～123.8℃；土壤濕度傳感器300范圍要求與空氣溫度傳感器100范圍要求基本相同；光照傳感器要求工作溫度范圍-40～85℃，存儲溫度-40～100℃，波長范圍400～730nm。因為對象是設施辣椒，溫室大棚地面為設施辣椒種植用的栽培區500。辣椒的株高一般為50～60cm，為不影響作業和數據采集精度，在豎直方向上的傳感器布設方案為光照強度傳感器200，空氣溫度傳感器100高度均于0.8m左右，而在溫室橫面方向上，為保證采集數據的準確性，在考慮溫室結構后，三種傳感器可在溫室縱向中間位置，沿橫向方向均勻布設。
其中，各類傳感器沿橫向方向的具體間距和所布設的傳感器數量可視需求而定，若所需信息較為準確，可加大布置密度，反之則減小。傳感器布設完成后，通過ZigBee、Wi-Fi等有線或無線的方式，實現信息的傳輸，形成監測傳感通信網絡，以實現對溫室辣椒生長環境的感知，這些所采集的數據也是控制溫室卷簾裝置的依據所在，將日光溫室環境信息傳輸給遠程監控中心，遠程監控中心可以在現場對卷簾裝置等日光溫室配套農業機械設備進行現場控制，或是通過GSM、GPRS、CDMA等遠程通信方式實現遠程控制。
為了實現卷簾裝置的自動化控制，本實施例的控制平臺分別與卷簾4、驅動機構、限位觸斷開關2、環境因素獲取裝置連接，對環境因素獲取裝置獲取的溫室內的環境因素數據進行分析，根據分析的結果控制驅動機構驅動卷簾4鋪開或卷收。
如圖9所示，控制平臺包括順次連接的遠程控制中心、ARM控制器和節點控制器，節點控制器與卷簾裝置連接，遠程控制中心與環境因素獲取裝置連接，ARM控制器與限位觸斷開關2連接。
如圖10所示，ARM控制器包括核心主板、第一串口、第二串口和USB/HUB擴展模塊，核心主板分別與顯示屏、觸摸屏、第一串口、第二串口、USB/HUB擴展模塊和限位觸斷開關2連接，第一串口與節點控制器連接，第二串口通過GPRS模塊與遠程監控中心連接；優選的，顯示屏為7寸液晶顯示屏，觸摸屏為電容式觸摸屏。
核心主板包括處理器單元、串口模塊、USB模塊、時鐘管理模塊、存儲模塊和I/O模塊，處理器單元分別與串口模塊、USB模塊、時鐘管理模塊、存儲模塊和I/O模塊連接，串口模塊分別與第一串口和第二串口連接，USB模塊與USB/HUB擴展模塊連接，I/O模塊與限位觸斷開關2連接；進一步的，本實施例中，時鐘管理模塊為RTC實時時鐘，存儲模塊為內存條(規格型號為512M DDR2RAM)和閃存條(規格型號為512M SLC NAND Flash)。
節點控制器通過上述的電路控制機構與電動機12連接，ARM控制器與節點控制器連接，以通過節點控制器控制電動機12的正轉、或反轉、或停轉。
本實施例中，依靠ARM控制器實現人機交互界面，能通過節點控制器對電動機12的繼電器和交流接觸器的通斷進行控制，實現電動機12的“正-反-停”控制，并通過設置限位觸斷開關2來保證卷簾裝置的安全可靠運轉。其中，ARM控制器以處理器單元為核心，以實現人機交互、數據處理和串口通信，人機交互可采用觸摸屏顯(或是鼠標和鍵盤通過USB/HUB擴展模塊連接)實現節點控制器串口和ARM控制器連接，執行ARM控制器輸入的控制指令，控制卷簾裝置的繼電器和/或交流接觸器的開關，由繼電器控制第一控制電路中的開關，即控制第一控制電路的停車觸位開關SB1、第一觸位開關SB2和第二觸位開關SB3的開啟和閉合，以達到對卷簾裝置的電動機12動作的控制，電源模塊為ARM控制器提供各個模塊所需的電源如此可實現智能卷簾4的現場控制功能。
為了將整個控制系統建立成一套智能控制系統，從而提高生產效率和操作可行性，本實施例的遠程控制中心包括服務器和智能終端，智能終端通過服務器與GPRS模塊連接，服務器與環境因素獲取裝置連接。本實施例的智能終端可以為便攜式計算機、PC終端、智能手機、智能平板電腦、智能手寫板等終端設備，其中，服務器可通過internet網絡、或3G網絡、或4G網絡、或Wi-Fi、或Wlan、或Lan等有線或無線連接方式分別與上述的智能終端建立網絡連接。
溫室卷簾4的智能控制首先需要通過傳感器通信網絡對影響卷簾裝置工作的環境因素數據(包括光照、空氣溫度和土壤溫度等數據)進行采集，再通過ARM控制器中的串口連接遠程通信模塊(如GPRS模塊)，將所采集的設施辣椒環境信息(如數據、視頻等)通過該模塊，經過信號發射塔被傳輸回遠程監控中心的服務器的數據庫中，進行分類、計算和儲存，將得到的結果與事先人工設定好的各數據閥值進行比對，這些數據閥值同樣可由核心主板所采用的溫室環境模型、控制算法(如模糊算法和BP人工神經網絡)自動計算處理得到，當出現環境數據不滿足條件或不匹配時，自動發出控制指令，對現場的卷簾裝置的卷簾4動作(包括卷收、鋪開及卷簾4開度大小)進行實時控制，調節溫室內的環境因素，整個控制過程并不需要人工參與，如此形成對溫室卷簾裝置的無人化智能控制。
此外，本實施例還提供了一種溫室卷簾裝置的控制系統的控制方法，包括如下步驟：
通過環境因素獲取裝置獲取溫室內的環境因素數據；
通過服務器將獲取的環境因素數據發送至ARM控制器中；
利用ARM控制器對環境因素數據進行分析；
根據對環境因素數據進行分析的結果，利用節點控制器控制驅動機構的電動機12正轉、或反轉、或停轉；
通過電動機12正轉驅動卷簾4卷收，卷收過程中的卷簾4觸及設置于棚面頂部的限位觸斷開關2時，設置于棚面頂部的限位觸斷開關2斷開，此時電動機12停轉，將電動機12停轉的信號通過ARM控制器反饋至遠程監控中心；
通過電動機12反轉驅動卷簾4鋪開，鋪開過程中的卷簾4觸及設置于棚面底部的限位觸斷開關2時，設置于棚面底部的限位觸斷開關2斷開，此時電動機12停轉，將電動機12停轉的信號通過ARM控制器反饋至遠程監控中心。
本實施例的卷簾裝置及控制系統的工作過程如下：根據對象溫室的棚長，計算出所需的導線支架3的數量，將其依照計算的間距，用水泥固結螺釘的方式，安裝布置在溫室的后墻8上，拉桿5通過導線支架3底部特定孔位的方式被固定，將多個繩索7的一端通過栓接的方式固結在拉桿5上，將多個繩索7整齊鋪放在棚面上，人工將卷簾4運至后墻8上，將卷簾4的一端栓接固定在后墻8上，然后平鋪在棚面上，在卷簾4的另一端栓接卷軸1，將繩索7的另一端穿過導線支架3及匯線器6中的過線輪和導線輪，繩索7被牽引至收放線機構9上，繩索7通過收放線機構9中的導線器20，通過栓接的方式被固定在繞線筒21上，每條繩索7依次如此操作，收放線機構9的基座13用地腳螺釘固定在地面上，將減速器11通過聯軸器10與收放線機構9的輸入軸即繞線桿19固結，再將電動機12優選為交流電動機12同樣通過聯軸器10的方式與減速器11連接，溫室卷簾4這里采用直接的手動控制，在棚面上的卷簾4限定位置固定安裝限位觸斷開關2，并將其分別接入第一控制電路和第二控制電路中。
通過第一控制電路實現對電動機12正-反-停的控制，合上刀開關QS，按下第一觸位開關SB2，即可實現電動機12正向啟動，通過減速器11帶動收放線機構9中繞線桿19轉動，繞線筒21開始繞線，第一傳動齒輪16和第二傳動齒輪17通過鍵連接分別與繞線桿19及絲杠18固結，動力通過第一傳動齒輪16和第二傳動齒輪17的嚙合作用傳遞到絲杠18使之轉動，此時絲杠18上導線器20由于絲杠18傳動和導桿15的共同作用，只能做水平方向上平動，如此，即可帶動繩索7也做沿著絲杠18做水平方向上平動，如此繩索7在實現纏繞繞線筒21的同時，實現水平方向的平動，避免“繞線混亂”、“疊線”等作業問題；繩索7將卷簾4拉起，當到達上限定位置時，卷軸1壓到上限定位置的限位觸斷開關2即第一限位開關SQ1時，對應第一控制電路的第一限位開關SQ1自動斷電，由于減速器11為蝸輪蝸桿柱減速器11，具有自鎖作用，卷簾4停在當前位置，此時可將收放線機構9上的限位銷23拔出，將卡爪22卡住限位齒輪24，再將限位銷23插入抵緊卡爪22，由于限位齒輪24通過鍵連接與繞線桿19固結，如此實現收放線機構9上的自鎖；此時可將減速器11和電動機12從收放線機構9上拆下用于下一個溫室的卷簾4工作，實現“一機多用”，以降低生產成本。
若需將卷簾4放下，可重新連接電動機12和減速器11，拔出限位銷23，將卡爪22回復到原先位置，再插入限位銷23，防止卡爪22滑下，接入上、下限位的限位觸斷開關2，然后合上刀開關QS，按下第二觸位開關SB3，電動機12反轉，通過減速器11帶動收放線機構9放線，卷簾4在重力作用下下放鋪開，當鋪開至下限位位置，卷軸1壓到下限位位置的限位觸斷開關2即第二限位開關SQ2，其對應第一控制電路中的第二限位開關SQ2，實現自動斷電，此時可如同收線時一樣，將收放線機構9自鎖，再將電動機12和減速器11拆下，去實現其他溫室大棚的放線工作，若在收放線作業中出現緊急情況，可按下緊急停車開關及時斷電，保證安全，卷簾4在卷收和鋪開時，需要安裝上收放線機構9殼罩13，以保證生產作業安全。
綜上所述，本實施例的溫室卷簾裝置的控制系統包括：卷簾裝置的卷簾4設置于溫室的棚面上，且可自棚面的頂部向下鋪開、或者自棚面的底部向上卷收，驅動機構與卷簾4連接，棚面的頂部和底部分別設置有限位觸斷開關2；環境因素獲取裝置，設置于溫室的內部，用于獲取溫室內的環境因素數據；控制平臺，用以對環境因素獲取裝置獲取的溫室內的環境因素數據進行分析，根據分析的結果控制驅動機構驅動卷簾4鋪開或卷收。該溫室卷簾裝置的控制系統及控制方法，能夠實現自動控制卷簾4的鋪開和卷收過程，且能夠實時獲取溫室內部的環境因素數據，有效提高對溫室內部的環境因素的監測力度。
本發明的實施例是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本發明限于所公開的形式。很多修改和變化對于本領域的普通技術人員而言是顯而易見的。選擇和描述實施例是為了更好說明本發明的原理和實際應用，并且使本領域的普通技術人員能夠理解本發明從而設計適于特定用途的帶有各種修改的各種實施例。
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