用于水稻制种的大田温度自动恒定控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及温度控制技术领域，尤其涉及一种用于水稻制种的大田温度自动恒定控制系统及其控制方法。

背景技术：

水稻大多属于感温性品种，温度能影响其生育期长短，温度是水稻制种过程中相当重要的一个因素，制种田温度原先只能依赖天气，使得水稻制种增加了不小难度，因此，要保证水稻制种的成功进行，需要保证制种田温度恒定，而且需要保证不伤害制种田中的植株，以及制种田的结构特征，因此，其温度自动恒定控制不同于普通的水温控制、气体温度控制。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本发明提供一种用于水稻制种的大田温度自动恒定控制系统及其控制方法，适用于水稻制种大田，自动保持温度恒定。

(二)技术方案

基于上述的技术问题，本发明提供一种用于水稻制种的大田温度自动恒定控制系统，包括采集控制子系统、至少一个升温子系统、至少一个降温子系统；

所述采集控制子系统包括接收客户预设温度的数传模块，感知大田水温的温度传感器，和采集控制模块，所述采集控制模块用于根据大田水温与预设温度的温差，生成升温或降温控制指令，并发送给所述升温子系统或降温子系统；

所述升温子系统包括升温控制模块、电热棒继电器、内含电热棒的升温水箱、循环泵继电器、循环泵、以及连接的管道，升温控制模块与电热棒继电器、电热棒电连接，也与循环泵继电器、循环泵电连接；升温水箱与循环泵通过管道连接，所述循环泵用于抽取大田田间水进入所述升温水箱，所述升温水箱为内含电热棒，两侧各有一个流水孔的加热容器，用于将抽取进来的水加热后排出；所述升温控制模块接收升温控制指令，连接电热棒继电器和循环泵继电器；

所述降温子系统包括降温控制模块、潜水泵继电器、潜水泵、正反转控制电路、电机、排水闸，降温控制模块与潜水泵继电器、潜水泵电连接，也与正反转控制电路、电机电连接；所述潜水泵用于抽取外部水源进入大田，所述电机通过正反转控制电路，控制排水闸打开/关闭；所述降温控制模块接收降温控制指令，连接潜水泵继电器和正反转控制电路。

进一步的，还包括供电单元，所述供电单元包括依次连接的太阳能板一、mppt太阳能控制器、电池组一，所述mppt太阳能控制器控制所述太阳能板一转化的电能给电池组一充电，给所述循环泵、潜水泵、电热棒提供持续稳定工作的所需电源。

进一步的，还包括供电单元，所述供电单元也包括太阳能板二、电池组二和太阳能控制器，所述太阳能控制器包括太阳端、蓄电池端和负载端，太阳能端连接太阳能板二，蓄电池端连接电池组二，负载端保持打开，分别连接dc-dc模块，将直流电压转化为其它电压值的直流电源，为不同直流设备供电。

优选地，所述数传模块为gsm或gprs数传模块，与采集控制模块通过串口连接，温度传感器与采集控制模块通过rs485接口连接。

优选地，所述采集控制子系统与升温子系统、降温子系统通过自组网形式的无线信道即无线传感网进行控制指令的传输。

优选地，所述升温控制模块通过gpio连接所述电热棒继电器和循环泵继电器；所述降温控制模块通过gpio连接所述潜水泵继电器和正反转控制电路。

优选地，所述循环泵为高功率直流泵。

优选地，所述潜水泵为高功率直流泵。

优选地，所述电热棒为高功率直流电热棒，曲折结构，以增加与水的接触面积。

一种用于水稻制种的大田温度自动恒定控制系统的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

s1、通过温度传感器获取环境温度，若环境温度低于预设温度，则生成升温指令发送至升温子系统，进入步骤s2升温模式；若环境温度高于预设温度，则生成降温指令发送至降温子系统，进入步骤s3降温模式；

s2、升温模式：循环泵继电器触发，电热棒继电器触发，所述循环泵抽取田间水经管道进入所述升温水箱的一侧流水孔，进入升温水箱的田间水经所述电热棒加热后从另一侧流水孔返回大田，从而大田水温升高；直到田间水温升至预设温度且超过根据制种需求制定的幅度，执行停止升温指令，循环泵继电器复位，电热棒继电器复位，所述循环泵、电热棒停止工作；

s3、降温模式：潜水泵继电器触发，所述潜水泵工作，抽取外部水源进入大田，从而降低大田水温；且电机通过正反转控制电路工作，控制排水闸打开，将田间水排放出去；直到田间水温降至预设温度且超过根据制种需求制定的幅度，执行停止降温指令，潜水泵继电器复位，潜水泵停止工作，电机通过正反转控制电路工作，控制排水闸关闭。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

(1)本发明在大田温度高于预设温度时，能自动降低大田温度，在大田温度低于预设温度时，能自动升高大田温度，使大田温度自动保持恒定；

(2)本发明的升温是将大田田间水抽取到加热水箱中加热后回到大田，该方法使得升温过程温和，不会造成局部受热温度过高，而伤害大田中的植株，适用于水稻制种大田；

(3)本发明的电热棒为多个转折点的弓形结构，曲折结构使得与水接触面积增加，加热效果更好，升温相对更快；

(4)本发明的降温是一边抽取外部水源，一边将田间水排放出去，降温效果也较快；

(5)本发明的供电单元结合太阳能供电和蓄电池供电，使得该系统在野外也能提供持续、稳定的电源，且电压大小符合要求，利于该系统的野外使用，且节约能源。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明控制系统结构示意图；

图2为本发明控制系统的各子系统的关系示意图；

图3为本发明实施例数据采集站的示意图；

图4为本发明实施例升温站的示意图；

图5为本发明实施例循环泵站的示意图；

图6为本发明实施例降温泵站的示意图；

图7为本发明实施例水阀站的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明公开了一种用于水稻制种的大田温度自动恒定控制系统，包括采集控制子系统、至少一个升温子系统、至少一个降温子系统，以及供电单元，如图1、图2所示，所述供电系统为所述控制系统的自持能源，所述采集控制子系统、升温子系统、降温子系统通过信道相互联通，包括自组网形式的无线信道联通或通过接口、线缆进行交互的有线信道联通；

所述采集控制子系统包括接收客户预设温度的数传模块、感知大田水温的温度传感器、和采集控制模块，所述采集控制模块通过各接口协议访问所述数传模块、所述温度传感器，用于根据大田水温与预设温度的温差，生成升温或降温控制指令，并通过无线信道或有线信道，发送给所述升温子系统或降温子系统，所述采集控制模块分别通过接口协议连接数传模块和温度传感器，所述数传模块为gsm或gprs数传模块，与采集控制模块通过串口连接，温度传感器与采集控制模块通过rs485接口连接；

所述升温子系统包括升温控制模块、电热棒继电器、内含电热棒的升温水箱、循环泵继电器、循环泵、以及连接的管道，升温控制模块与电热棒继电器、电热棒电连接，也与循环泵继电器、循环泵电连接；所述升温水箱为内含电热棒，两侧各有一个流水孔的加热容器，用于将抽取进来的水加热后排出，所述循环泵为高功率直流泵，用于抽取大田田间水进入所述升温水箱，升温水箱与循环泵通过管道连接，大田田间水通过管道流经循环泵、升温水箱后回到大田；所述升温控制模块通过无线信道或有线信道接收升温/停止升温指令，输出控制电热棒继电器触发/复位，从而控制所述电热棒的得电/掉电，从而启动/终止电热棒工作；也输出控制循环泵继电器触发/复位，从而控制循环泵的得电/掉电，从而控制大田田间水在农田、管道、升温加热箱间的循环过程。

所述降温子系统包括降温控制模块、潜水泵继电器、潜水泵、正反转控制电路、电机、排水闸，降温控制模块与潜水泵继电器、潜水泵电连接，也与正反转控制电路、电机电连接；所述潜水泵为高功率直流泵，用于抽取外部水源进入大田，所述电机的正反转控制排水闸打开/关闭；所述降温控制模块通过无线信道或有线信道接收降温/停止降温指令，输出控制潜水泵继电器触发/复位，从而控制潜水泵的得电/掉电，从而控制潜水泵开始/停止抽取外部水源进入大田；也输出控制正反转控制电路中相关继电器的触发/复位，从而控制所述电机的得电/掉电，从而控制大田田间水经排水闸的排出/截留。

自持能源供应、各子系统的相互联通、温度控制逻辑对于所述控制系统的实现缺一不可，以下列实施例具体说明：

一种用于水稻制种的大田温度自动恒定控制系统包括数据采集站、升温站、降温泵站、循环泵站和水阀站，所述数据采集站对应采集控制子系统和供电单元，所述升温站和所述循环泵站对应升温子系统和供电单元，所述降温泵站和所述水阀站对应降温子系统和供电单元，控制模块具体为控制节点。

所述数据采集站如图3所示，对应采集控制子系统和供电单元，包括控制站电站(12v50w太阳能板和12v12ah电池组)、太阳能控制器、dc-dc模块、采集控制节点、gprs数传模块和大气温度传感器，gprs数传模块与采集控制节点通过串口连接，大气温度传感器与采集控制节点通过rs485接口连接，所述gprs数传模块接收用户预设温度，所述大气温度传感器通过探头测知大田水温；

所述升温站如图4所示，包括升温控制站和升温泵站，所述升温控制站包括控制站电站(12v50w太阳能板和12v12ah电池组)、太阳能控制器、升温控制节点、升温继电器、dc-dc模块；所述升温泵站包括96v太阳能板、mppt太阳能控制器、60v32ah电池组、升温水箱；升温控制节点接收采集控制节点的控制指令，执行相关动作，以gpio端口的输出，控制5v继电器的动作，使12v60a继电器线圈得电或掉电，从而使升温水箱工作或停止工作，启动或终止升温进程；所述升温水箱为内含高功率直流电热棒，两侧各有一个流水孔的加热容器，将抽取进来的水加热后排出，所述电热棒为多个转折点的弓形结构，电热棒的曲折结构，以增大与水的接触面积，加快升温速度；

所述循环泵站如图5所示，包括循环泵控制站和循环泵站，结构与升温站相同，只是将升温水箱更换为循环泵，所述循环泵为60v500w高功率直流泵，用于抽取大田田间水进入升温水箱中，为大田内的水循环，根据不同升温速度要求，循环速度不同，那么泵的电压功率也随之改变；循环控制节点接收采集控制节点的控制指令，执行相关动作，以gpio端口的输出，控制5v继电器的动作，使12v60a继电器线圈得电或掉电，从而使循环泵工作或停止工作，控制大田蓄水在农田、管道、升温箱间的循环过程；

所述降温泵站如图6所示，对应降温子系统和供电单元，包括降温泵控制站和降温泵站，结构与升温站相同，只是将升温水箱更换为潜水泵，所述潜水泵为60v500w高功率直流泵，用于抽取地下水或山泉水等外部水源以降低大田温度，根据不同降温速度要求，抽取外部水源速度不同，那么泵的电压功率也随之改变；降温控制节点接收采集控制节点的控制指令，执行相关动作，以gpio端口的输出，控制5v继电器的动作，使12v60a继电器线圈得电或掉电，从而使潜水泵工作或停止工作，控制启动或终止降温进程；

所述水阀站如图7所示，对应排水控制系统和供电单元，包括控制站电站(12v太阳能板和12v12ah电池组)、太阳能控制器、dc-dc模块、排水控制节点、正反转控制电路、12v电机和升降闸门；排水控制节点接收采集控制节点的控制指令，执行相关动作，以gpio端口的输出，通过正反转控制电路，控制12v电机正、反转，从而控制排水闸的关闭或打开，控制大田蓄水的排出或截留，所述正反转控制电路、电机、排水闸详见专利号为cn201710026410.7的专利。

所述采集控制节点、升温控制节点、降温控制节点、循环控制节点、排水控制节点均为无线传感网节点，采集控制模块包括采集控制节点，升温控制模块升温控制节点和循环控制节点，降温控制模块降温控制节点和排水控制节点。

所述供电单元包括供电单元一和供电单元二，供电单元一包括控制站电站(12v50w太阳能板和12v12ah电池组)和太阳能控制器；所述太阳能控制器包括太阳端、蓄电池端和负载端，太阳能端连接12v50w太阳能板，蓄电池端连接12v12ah电池组，负载端保持打开，负载端通过dc-dc模块，将12v直流电压转化为其它电压值的直流电源，为不同直流设备供电，而太阳能端和蓄电池端的组合，使所述数据采集站、升温控制站、降温泵控制站、循环泵控制站和水阀站在野外也能持续稳定供电；

供电单元二包括依次连接的96v太阳能板、mppt太阳能控制器、60v32ah电池组，所述mppt太阳能控制器控制所述96v太阳能板转化的电能给60v32ah电池组充电，从而在野外也能给所述循环泵、潜水泵、电热棒提供持续稳定工作的所需电源。

所述用于水稻制种的大田温度自动恒定控制系统的控制方法如下：

s1、通过温度传感器获取环境温度，即大气温度传感器通过探头测知大田水温，与用户通过gsm或gprs预设的温度值比较，若环境温度低于预设温度，则生成升温指令通过wsn发送至升温子系统，进入步骤s2升温模式；若环境温度高于预设温度，则生成降温指令通过wsn发送至降温子系统，进入步骤s3降温模式；

s2、升温模式：循环泵继电器触发，电热棒继电器触发，所述循环泵抽取田间水经管道进入所述升温水箱的一侧流水孔，进入升温水箱的田间水经所述升温水箱中的电热棒加热后再从升温水箱的另一侧流水孔经管道返回大田，从而逐渐增加大田水温，提升大田环境温度；直到田间水温升至预设温度且超过一定幅度，执行停止升温指令，循环泵继电器复位，电热棒继电器复位，所述循环泵、电热棒停止工作；

s3、降温模式：潜水泵继电器触发，所述潜水泵工作，抽取外部水源如地下水或山泉水进入大田，从而降低大田水温；且电机通过正反转控制电路工作，控制排水闸打开，将田间水排放出去，以加速热量流失，尽快降低大田水温；直到田间水温降至预设温度且超过一定幅度，执行停止降温指令，潜水泵继电器复位，潜水泵停止工作，电机通过正反转控制电路工作，控制排水闸关闭，以维持大田温度。

升温或降温至预设温度且超过一定幅度，是防止控制系统马上回温，超过幅度根据具体的制种需求，由客户指定。

综上可知，通过上述的一种用于水稻制种的大田温度自动恒定控制系统及其控制方法，具有以下优点：

(1)本发明在大田温度高于预设温度时，能自动降低大田温度，在大田温度低于预设温度时，能自动升高大田温度，使大田温度自动保持恒定；

(2)本发明的升温是将大田田间水抽取到加热水箱中加热后回到大田，该方法使得升温过程温和，不会造成局部受热温度过高，而伤害大田中的植株，适用于水稻制种大田；

(3)本发明的电热棒为多个转折点的弓形结构，曲折结构使得与水接触面积增加，加热效果更好，升温相对更快；

(4)本发明的降温是一边抽取外部水源，一边将田间水排放出去，降温效果也较快；

(5)本发明的供电单元结合太阳能供电和蓄电池供电，使得该系统在野外也能提供持续、稳定的电源，且电压大小符合要求，利于该系统的野外使用，且节约能源。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。