一種溫室設備用智能控制器的制造方法
【專利摘要】一種溫室設備用智能控制器，包括單片機、控制電控柜的控制電路、監測電控柜的監測電路和采集溫室內環境信息的傳感器電路，控制電路與電控柜用于控制溫室內設備的控制開關并接，并由單片機的輸出端口輸出的信號控制，以實現智能控制器通過控制電路和電控柜對溫室內設備的智能控制。本發明通過在交流觸電器上設置輔助觸點，以實現通過輔助觸點判斷交流接觸器的吸合，進而判定該交流接觸器所控制的電器設備的通斷；通過使智能控制器的控制電路與電控柜控制開關并接，并由單片機的輸出端口輸出的信號控制，以實現智能控制器通過控制電路和電控柜對溫室內設備的智能控制。
【專利說明】一種溫室設備用智能控制器
【技術領域】
[0001] 本發明涉及到工業控制用的智能控制器，具體的說是一種溫室設備用智能控制 器。
【背景技術】
[0002] 近年來，我國的溫室大棚產業得到迅猛的發展，以蔬菜大棚、花卉為主植物栽培設 施在大江南北遍地開花，不同種類的蔬菜對溫度及濕度等生長所需條件的要求也不盡相 同。溫室是一種可以改變植物生長環境、為植物生長創造最佳條件、避免外界四季變化和惡 劣天氣對其影響的場所，它以采光覆蓋材料作為全部或部分結構材料，可在冬季或其他不 適宜植物生長的季節栽培植物。而溫室大棚要達到適宜植物生長的環境，關鍵技術是環境 控制，環境控制是環境信息數據采集和設備控制的集合，要達到自動甚至智能控制，采集設 備和控制設備是必不可少的設備。
[0003] 冬季蔬菜大棚管理最重要的一個因素是溫度的控制。溫度管理一般把一天分為午 前、午后、前半夜和后半夜4個時段來進行溫度調節。午前以促進光合作用，增加同化量為 主，一般將棚溫保持在25-30°C為宜；午后光合作用呈下降趨勢，應將溫度比午前降低5°C 左右，以20-25°C為好，避免高溫下養分消耗過多。日落后4-5h內，要將棚內溫度從20°C逐 漸降到15°C上下，以促進體內同化物的運轉。此后，再將夜溫降到10_12°C，以抑制呼吸、減 少消耗、增加積累。但不可把溫度降得過低，以免發生低溫危害。另外，陰雨天光照不足，光 合作用不能正常進行，棚內溫度也應比晴天低5°C左右，以降低呼吸消耗。
[0004] 現代化農業生產中的重要一環就是對農業生產環境的一些重要參數進行檢測和 控制。例如：空氣的溫度、濕度、光照強度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。溫室環境與生 物的生長、發育、能量交換密切相關，進行環境測控是實現溫室生產管理自動化、科學化的 基本保證，通過對監測數據的分析，結合作物生長發育規律，控制環境條件，使作物達到優 質、高產、高效的栽培目的。今后，以蔬菜大棚為代表的農業設施在現代化農業生產中已經 開始發揮著越來越大的作用，對大棚內的溫度、濕度與光照強度等參數的自動、甚至智能控 制顯的非常重要。
【發明內容】
[0005] 為了滿足對大棚各項參數指標智能化控制的需求，本發明提供了一種溫室設備用 智能控制器，通過本智能控制器實現了對大棚內作物生長環境的智能調節。
[0006] 本發明為解決上述技術問題采用的技術方案為：一種溫室設備用智能控制器，包 括單片機、控制電控柜的控制電路、監測電控柜的監測電路和采集溫室內環境信息的傳感 器電路，所述控制電路與電控柜用于控制溫室內設備的控制開關并接，并由單片機的輸出 端口輸出的信號控制，以實現智能控制器通過控制電路和電控柜對溫室內設備的智能控 制； 所述監測電路包括設置在電控柜的交流接觸器中的輔助觸點，并由電路將單片機的檢 測端口和輔助觸點接通，以實現通過輔助觸點判斷交流接觸器的吸合，進而判定該交流接 觸器所控制的電器設備的通斷； 所述傳感器電路包括用于檢測溫室內環境參數的各傳感器，并將各傳感器檢測的參數 傳遞給單片機，以使單片機根據相應的參數通過控制電路實現對溫室內相應設備的智能控 制。
[0007] 所述溫室設備包括打開或關閉通風窗的電機，在通風窗打開和關閉的最大位置設 置有限位開關，限位開關與單片機的輸入端口連接以將信息傳遞給單片機，單片機根據接 收的信息控制電機的停止，根據檢測到的限位開關位置信息，判斷窗戶的開合狀態，做智能 控制的依據。也可以將信息傳給遠程的計算機、智能手機等終端設備，讓遠程管理人員及時 了解溫室中實際的工作情況，并且可以根據采集到的實時信息可以實現準確適當的遠程控 制。同理，其他溫室內使用的往復運行的設備如內遮陽相同的控制原理。
[0008] 除此之外，溫室設備還包括大棚的一些其它輔助設備，如水泵、二氧化碳釋放裝 置、通風裝置、水肥裝置、加溫裝置、遮陽裝置、卷被機和補光燈等設施，這些設施的安裝設 置是本領域的常規設置方式，因此不做贅述。
[0009] 本發明的智能控制器上還可以設置有顯示屏，以顯示各傳感器檢測的環境參數； 設置操作鍵盤以控制參數的調節；設置存儲器以儲存和調用數據；還可以將其通過網絡與 外界計算機設備連接，以通過遠程計算機實現對大棚內參數的遠程監控和調整。
[0010] 本發明中所述的控制電路與電控柜用于控制溫室內設備的控制開關并接是指，在 電控柜的交流接觸器上設置輔助觸點，單片機的檢測端口與輔助觸點連接，用于檢測交流 接觸器的通斷，控制電路打開一端的兩個觸點與單片機的兩個輸出打開端口連接，另一端 的兩個觸點分別與電控柜用于控制溫室內設備的控制開關并接；控制電路關閉一端的兩個 觸點與單片機的兩個輸出關閉端口連接，另一端的兩個觸點與電控柜溫室內設備的控制關 閉開關串接。
[0011] 本智能控制器可以實時監控設備的工作狀態，確保生產安全。在交流接觸器上增 加輔助觸點，將輔助觸點連接在智能控制器的設備狀態監測端口，內置的單片機通過監測 交流接觸器的吸合，識別設備的工作狀態。當現場有工作人員根據現場情況，臨時手動打開 設備時，智能控制器可以自動監測到設備的開啟，并將數據上傳到遠端服務器。解決了以往 的溫室控制器只能依靠自身按鍵的觸動才能知道設備的工作狀態，不能和現有設備完全融 合的難題。
[0012] 本智能控制器根據限位開關的閉合情況可以實時監測通風窗、外遮陽、卷被機等 的是否處于開窗或者關窗的狀態，便于自然環境下雨、大風，溫室內環境需要等的智能控制 開窗或者關窗操作。設置監測和限位開關，當開啟通風窗時，待通風窗電機驅動通風窗打開 以后，運行到最大開窗位置時，觸碰開位置的限位監測開關閉合，控制電機停止運行，保護 設備運行安全。當關閉通風窗時，待通風窗完全關閉以后，觸碰關位置的限位開關閉合，控 制電機停止運行，保護設備運行安全。同時限位開關的閉合信息經檢測后，可以知道通風窗 等的開合狀態，此檢測信息被傳至遠端服務器，使得遠端技術人員可以知道通風窗等的開 關狀態并且可圖示化的展示出來，便于技術人員和植物生長模型軟件根據具體的需要智能 做相應的操作。
[0013] 本智能控制器具有自動監測傳感器的數據是否異常的功能，對于異常的傳感器提 示，使得整套設備采集的環境數據真實，對于溫室智能控制的準確性提供依據。智能控制的 依據來自于溫室現場環境的數據采集，若傳感器故障導致采集的數據錯誤時，智能控制器 將無法根據實際環境需要做出正確的工作指令輸出，整套系統也將無法準確運行。故傳感 器的準確性將起到至關重要的作用。采用的方式是，智能控制器實時監測傳感器的數據，當 傳感器的數據在5秒鐘內變動值是整個量程的3% (可更改設置值)以上、10小時(可更改設 置值)數值不變的、在24個小時內傳感器數據僅在整個量程數值的3% (可更改設置值）（以 內變動的時候，提示采集器數據異常，技術人員需要檢查相應的傳感器，以確保采集的數據 準確性。
[0014] 本控制器可以檢測設備運行狀態是否正常，方法是在發出設備啟動運行命令后， 檢測設備運行狀態，若設備沒有正常運行，視為故障。在未發出設備停止信息(包括人工 和手動停止控制)，而設備運行停止，視為故障，此時發出提示信息，指導工作人員檢查和維 修。
[0015] 有益效果：本發明通過在交流觸電器上設置輔助觸點，以實現通過輔助觸點判斷 交流接觸器的吸合，進而判定該交流接觸器所控制的電器設備的通斷；通過使智能控制器 的控制電路與電控柜控制開關合理連接，并由單片機的輸出端口輸出的信號控制，以實現 智能控制器通過控制電路和電控柜對溫室內設備的智能控制，從而實現了智能控制器根據 傳感器的監測數據自動控制各附屬設備進行參數調節，實現了大棚生產的自動化智能控 制。同時，因為本智能控制器和現有配電柜的完美結合，保護了農業企業原有投入的配電柜 設備在從手動控制升級到智能控制后仍能繼續使用，從而大大節約了成本，有著明顯的社 會效益和經濟效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發明智能控制器的電器控制原理圖； 圖2為智能控制器輸出與電控柜連接線路圖； 圖3為電控柜控制的各設備行程開關的線路連接圖； 附圖標記：1、主MCU，2、操作鍵盤，3、存儲器，4、與電控柜連接的輸出接口，5、設備狀態 監測模塊，6、限位監測模塊，7、輸入接口，8、MX485接口，9、從MCU，10、各項參數傳感器，11、 遠程計算機，12、網絡，13、網絡接口，14、故障檢測模塊，15、顯示屏，16、智能控制器，17、輸 出開控制線路，18、輸出關控制線路，19、監測線路，20行程開關。
【具體實施方式】
[0017] 一種溫室設備用智能控制器，包括單片機、控制電控柜的控制電路、監測電控柜的 監測電路和采集溫室內環境信息的傳感器電路，所述控制電路與電控柜用于控制溫室內設 備的控制開關并接，并由單片機的輸出端口輸出的信號控制，以實現智能控制器通過控制 電路和電控柜對溫室內設備的智能控制； 所述監測電路包括設置在電控柜的交流接觸器中的輔助觸點，并由電路將單片機的檢 測端口和輔助觸點接通，以實現通過輔助觸點判斷交流接觸器的吸合，進而判定該交流接 觸器所控制的電器設備的通斷； 所述傳感器電路包括用于檢測溫室內環境參數的各傳感器，并將各傳感器檢測的參數 傳遞給單片機，以使單片機根據相應的參數通過控制電路實現對溫室內相應設備的智能控 制； 所述溫室設備包括打開或關閉通風窗的電機，在通風窗打開和關閉的最大位置設置有 限位開關，限位開關與單片機的輸入端口連接以將信息傳遞給單片機，單片機根據接收的 信息控制電機的停止；同時根據該行為開關的閉合信息采集后判斷通風窗的打開或者改變 狀態檢測。
[0018] 本發明在具體應用時，如圖1所示，包括一主MCU1，主Μ⑶1上設置有顯示屏15、操 作鍵盤2、數據存儲器3和故障檢測模塊14,故障檢測模塊14檢測傳感器和設備運行故障， 主MCU1的輸出接口 4與大棚用設備的電控柜連接，主MCU1的輸入接口 7與設備狀態監測 模塊5和限位監測模塊6連接，且設備狀態監測是指從電控柜的交流接觸器輔助觸點接入； 各項參數傳感器10通過從MCU9和ΜΧ485接口 8與主MCU1通訊，主MCU1通過其上的網絡 接口 13和網絡12與遠程計算機11進行數據通訊，以實現遠程計算機11通過智能控制器 的輸出接口 4對大棚內各設備的遠程智能控制。
[0019] 圖2為智能控制器輸出與電控柜連接線路圖，即智能控制器的輸出開關與電控柜 的控制開關并接； 圖3為電控柜控制的各設備行程開關的線路連接圖，也就是通過監測各設備行程開關 20的狀態得到各設備的運行狀況信息(主要是指位置狀態信息，根據檢測到行程開關開合 狀態，可以知道例如窗戶是開的還是關閉的狀態，遮陽棚是展開還是合攏狀態，使得遠程使 用人員可以根據位置信息圖示化的展示溫室內設備的工作狀態)。
[0020] 農業種植管理者可以實時的查看大棚內溫度、濕度、二氧化碳、土壤水分、土壤溫 度、光照度數據，設備狀態信息，并且根據當前種植的植物生長需求自動或者人工控制溫室 大棚相應的設備，使得溫室大棚內的環境信息符合植物的生長條件，大棚的相應設備主要 有： 1) 溫度、濕度、二氧化碳、土壤水分、土壤溫度、光照度傳感器用于采集溫室大棚內部的 實時數據，同時預留氮氣等6路傳感器添加的數據位，便于增加傳感器類型； 2) 水泵控制，根據植物生長模型中的土壤水分需求范圍和植物生長習性，智能的調節 澆水，使得土壤濕度控制在該農作物適宜的范圍； 3) 水肥混合，將肥料倒入水肥混合池，或者通過自動加料機自動按量加進水肥混合池， 并由攪拌機充分攪勻； 4) 施肥控制，根據農作物的需要，將混合后的水肥通過滴灌管路滴灌入土壤根部區域， 即增加植物的吸收，提高水肥利用率，又不破壞土壤結構； 5) 二氧化碳釋放裝置控制，當大棚內采集到的二氧化碳數據值較低時，或者依據植物 生長模型中的二氧化碳施肥數據，根據植物的各生長期特點，釋放二氧化碳調節達到增產 的目的； 6) 外遮陽展開合攏控制，當大棚光照度采集到的數據過強使得大棚內溫度過高而采 用的一種技術手段，通過合攏或者展開遮陽部件遮擋一部分陽光調節光照度和大棚內的溫 度； 7) 加溫設備，此設備分兩種，大棚內土壤溫度加熱和大棚內環境空氣溫度加熱，冬季連 續雨雪天氣，土壤溫度較低時，減弱植物是生長，通過在大棚外安裝太陽能集熱器，大棚土 壤內根部以下埋設管道以及安裝蓄熱水桶，根據集熱器溫度結合植物生長需要的溫度值， 控制泵的啟動熱循環加熱大棚內土壤溫度，溫度適宜后自動停止加溫，在天黑后將集熱器 熱水保存在大棚的蓄水桶內，晚上緩慢釋放保持夜間土壤溫度，大棚內環境溫度加溫通過 控制打開熱風機等加熱設備達到植物生長適宜的環境溫度； 8) 內遮蔭展開合攏控制，當大棚光照度采集到的數據過強使得大棚內溫度較高而采用 的一種技術手段，通過合攏或者展開遮陽部件遮擋一部分陽光調節光照度和大棚的溫度； 9) 卷被機控制，冬季日光溫室夜晚保溫用，當夜晚來臨，溫室大棚控制軟件檢測到小型 氣象站數據得到大棚外光照度低于植物生長要求的光合作用光照度預定值，控制卷被機放 下保護日光溫室的熱量，清晨時，通過小型氣象站檢測到的大棚外環境光照度達到預定值， 控制卷被機卷起； 10) 太陽能集熱器，北方的冬季，當空氣溫度低于零下時，土地會產生凍土層，凍土層的 深度隨地區不同而有變化，凍土的產生破壞植物的根部，所以溫室大棚一方面需要夜晚保 護溫室內的空氣溫度，也需要提高土壤溫度，利于植物生長。太陽能集熱器安裝于大棚外， 白天采集太陽輻射的熱量加熱集熱器內的水，控制電磁閥打開循環水泵，循環熱水通過埋 在大棚土壤內的管道加溫植物根部區域的土壤溫度，促進植物生長； 11) 風機，有兩個用途，其一強制通風，其二配合濕簾降溫，在要求的風速下，達到將冷 氣在溫室大棚內部循環的目的； 12) 補光燈，當光照度不夠時，控制主機根據植物生長需要打開補光燈，促進植物生 長； 13) 屋頂通風窗，溫室大棚內空間狹小，加上農藥和肥料的使用，致使溫室大棚內二氧 化碳含量不斷降低，越來越多的聚集有害氣體，造成溫室大棚內農作物病害的發送，給溫室 大棚內作物的生長發育帶來不利的影響，所以，當溫室大棚內的空氣成分含量達不到棚內 作物的生長需求時，必須進行通風處理，配出棚內的污濁空氣，同時，將棚外的新鮮空氣置 換進來，控制中心軟件檢測小型氣象站和溫室大棚內采集器采集的數據，進行對比，自動控 制打開關閉通風窗； 14) 側通風窗，功能同上，同時打開屋頂通風窗和側通風窗可以產生空氣對流，效果更 好； 15) 濕簾降溫，溫室大棚內溫度過高時降溫用，由濕簾箱、循環水系統、軸流式風機、控 制電路組成，濕簾一風扇強制降溫系統是利用水的蒸發降溫原理實現降溫目的，降溫系統 的核心是能讓水蒸發的濕簾，濕簾由波紋狀的纖維紙粘結而成，特制的輸水濕簾能確保水 均勻地淋濕整個降溫濕簾墻，保證有大的濕表面與流過的空氣接觸，當空氣穿透濕簾介質 時，與濕潤介質表面進行的水氣交換將空氣的顯熱轉化為汽化潛熱，從而實現對空氣的加 濕與降溫，與濕簾相配合的風機實現溫室內外空氣的流動，將室內高溫高濕氣體排出，并補 充足夠的新鮮空氣，控制中心軟件在檢測棚外小型氣象站數據和棚內溫濕度傳感器采集的 信息對比后，根據植物生長模型中的參數需要，啟動風機，將溫室內的空氣強制抽出，造成 負壓；同時，啟動水泵將水打在安裝在風機對面的濕簾墻上，室外空氣被負壓吸入室內時， 以一定的速度從濕簾的縫隙穿過，導致水分蒸發、降溫，冷空氣流經溫室，吸收室內熱量后， 經風扇排出，從而達到降溫目的，同時也經循環風更新了大棚外的新鮮空氣； 由以上可知，溫室智能控制器可以實現大棚內溫度、濕度、二氧化碳、土壤水分、土壤溫 度、光照度的數據采集，同時相應的采集器自身故障可以判斷，手動、自動控制大棚內的設 備(卷被機、側通風窗、水泵澆水、內遮蔭、屋頂通風窗、滴灌、噴淋、風機、濕簾降溫、補光燈、 二氧化碳釋放裝置、加溫設備)，通過上位機程序可以實現智能化控制。大棚內的設備狀態 信息經采集后傳給顯示單元，使得管理者可以實時的看到大棚內圖像信號、溫度、濕度、二 氧化碳、土壤水分、土壤溫度、光照度數據，設備狀態信息，并且根據當前種植的植物生長模 型自動控制相應的設備使得大棚內的環境信息符合植物的生長條件。
[0021] 本發明將溫室環境數據采集和控制集成為一個設備，提高了設備的可靠性和降低 了產品本身的價格。同時，由于將溫濕度等環境數據采集和設備控制集成，并和溫室內原有 電氣控制柜有機結合，保護了使用者在原有設備仍正常使用的情況下升級為遠程智能控制 系統，極大的降低了升級成本和節約了材料，對社會資源的有效利用起到舉足輕重的作用。 為農業技術的科技化進程推廣大幅降低了使用費用。
【權利要求】
1. 一種溫室設備用智能控制器，包括單片機、控制電控柜的控制電路、監測電控柜的監 測電路和采集溫室內環境信息的傳感器電路，其特征在于：所述控制電路與電控柜用于控 制溫室內設備的控制開關并接，并由單片機的輸出端口輸出的信號控制，以實現智能控制 器通過控制電路和電控柜對溫室內設備的智能控制； 所述監測電路包括設置在電控柜的交流接觸器中的輔助觸點，并由電路將單片機的檢 測端口和輔助觸點接通，以實現通過輔助觸點判斷交流接觸器的吸合，進而判定該交流接 觸器所控制的電器設備的通斷； 所述傳感器電路包括用于檢測溫室內環境參數的各傳感器，并將各傳感器檢測的參數 傳遞給單片機，以使單片機根據相應的參數通過控制電路實現對溫室內相應設備的智能控 制。
2. 根據權利要求1所述的一種溫室設備用智能控制器，其特征在于：所述溫室設備包 括打開或關閉通風窗的電機，在通風窗打開和關閉的最大位置設置有限位開關，限位開關 與單片機的輸入端口連接以將信息傳遞給單片機，單片機根據接收的信息控制電機的停 止，同時，根據所檢測到的限位開關的狀態顯示出通風窗是關閉或者開啟的狀態。
【文檔編號】G05D27/02GK104111679SQ201410306037
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月1日 優先權日:2014年7月1日
【發明者】趙平, 茹鋼, 劉錚, 張禮鋒 申請人:河南本易信息工程有限公司