一种温室卷帘控制机构及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种农业自动化应用设备，尤其是涉及一种温室卷帘控制机构及方法。
【背景技术】
[0002]在现有的农业大棚中，温室卷帘机大多都还是通过手工操作、人工值守的电动开启和关闭，不具备故障自动检测和报警功能，不具备运行状态和位置反馈功能，缺少上述功能的设备无法实现自动化和智能化。人工操作值守时的责任心和精神状态直接决定了设备运行的安全性和可靠性，实际生产中时常发生运行超限，导致设备损坏甚至造成人员伤害。
[0003]在现有技术中也有通过自动控制系统来控制大棚卷帘的，其对卷帘机运动到极限位置:即大棚棚膜的最上方和最下方位置的控制都是通过接触式开关来实现卷帘机到达极限位置的停机操作;在控制系统中会有一个总的控制开关，接触式开关在控制系统中应用越多，整个控制系统的错误率会增大，控制机构故障率也会很高;温室卷帘控制机构的体积和质量都很大，接触式开关在整个控制机构中需要分担来自承受卷帘机、保温被的重量，因此极易被挤压坏。
[0004]在现有技术中的自动控制系统结构简单，自动化程度不高，只能简单地实现保温被的收起和铺开，不能实现集中管理、大面积管理农业大棚的要求。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种自动化控制程度高、可实现非接触式控制的温室卷帘控制机构和方法。
[0006]本发明更进一步解决的技术问题是提供一种温室卷帘控制机构，包括覆盖在大棚棚膜上的保温被、固定在保温被卷轴上的卷帘机、铰链在地面上与卷帘机固定连接的支撑结构、控制卷帘机运转的控制器和与控制器连接控制卷帘机运转方向的电机换向机构，所述支撑结构包括一端固定在卷帘机上的上连杆、与上连杆铰链连接且铰链在地面上的下连杆以及固定在任一铰链连接处的角度编码器，所述角度编码器与所述控制器信号连接。
[0007]该技术方案中，角度编码器可连接在上连杆与下连杆铰链连接处，也可连接在下连杆与地面铰接处;卷帘机运行到棚膜的最顶端即上位点的时候，定义此处为上连杆或下连杆的边为A边;卷帘机运行到棚膜的最底端即下位点的时候运行到下极限位置，定义此处为上连杆或下连杆的边为B边，A、B边的夹角为α;其对边即大棚膜上表面的拟合线。根据余弦定理和实际测试分析，卷帘机和保温被的位置与α存在非线性对应关系，所以检测该角度并运算处理就可以得到卷帘机和保温被的位置、速度、方向等代表其运行状态的重要信息。
[0008]上述技术方案中，通过角度编码器的数值拟合卷帘机在大棚棚膜上的位置，从而根据卷帘机和保温被的位置来控制卷帘机的启停以及运动方向；实现了非接触式地控制温室大棚的卷帘机控制，减少了温室卷帘机控制机构中接触式开关的应用，简化了系统的结构、减小了整个控制机构的故障率、提高了系统的可靠性。
[0009 ]作为上述技术方案的进一步改进，该卷帘机控制机构还包括铰链连接在上连杆和下连杆之间的伸缩杆，角度编码器连接在伸缩杆与上连杆或下连杆铰链连接处。上述技术方案中，角度编码器连接在上连杆和下连杆铰链连接处的时候，由于上连杆和下连杆的铰链轴对卷帘机和保温被起着承重的作用，上下连杆和铰链采用2寸钢管和钢板制作，重量很大，且采用销钉连接，铰链轴在运行中根本不能做到同轴，这给上下连杆运行角度的采集制造了很大的困难。因此铰链轴容易受外力的影响，发生扭动或晃动使得角度编码器对上连杆或下连杆转动的角度采集不准确，从而使得整个系统采集的数据存在较大的偏差，影响控制卷帘机启停的准确性;笨重的机构在运行时的扭力足以损坏与其连接的任何精密传感器;而采用伸缩杆连接上连杆和下连杆，角度编码器的外壳固定在伸缩杆上，伸缩杆不用承受整个机构的重力，不易受外力影响，角度编码器连接采用轻质不锈钢管制作的伸缩杆，可以有效吸收被检测机构偏心、偏轴产生的力量，保护角度编码器的检测轴，同时也能吸收上下连杆在运行中的震动，起到输入滤波的功能，简化了结构，提高了检测的精确度，提高角度编码器角度采集信息的准确性，从而提高了本系统的可靠性。
[0010]上述技术措施也应用在单连杆连接的温室卷帘控制结构中，此时温室卷帘控制机构，包括覆盖在大棚棚膜上的保温被、固定在保温被卷轴上的卷帘机、铰链在地面上与卷帘机固定连接的支撑结构、控制卷帘机运转的控制器和与控制器连接控制卷帘机运转方向的电机换向机构，所述支撑结构包括一端固定在卷帘机上、另一端铰链固定在地面上的伸缩连杆;所述伸缩连杆与地面的连接端固定有角度编码器，所述角度编码器与所述控制器信号连接。在本技术方案中角度编码器用于检测伸缩连杆在卷帘机移动中的转动角度，其工作原理同上述双连杆连接机构相同:卷帘机运行到棚膜的最顶端即上位点的时候，定义此处为伸缩连杆的边为A边;卷帘机运行到棚膜的最底端即下位点的时候运行到下极限位置，定义此处为伸缩连杆的边为B边，A、B边的夹角为α。根据余弦定理和实际测试分析，卷帘机和保温被的位置与α存在非线性对应关系，所以检测该角度并运算处理就可以得到卷帘机和保温被的位置、速度、方向等代表其运行状态的重要信息。
[0011 ]作为对上述技术方案的进一步改进，上述卷帘机控制机构还包括一端与伸缩连杆中部铰链连接、另一端与地面铰链连接的伸缩杆;所述角度编码器固定在任一铰链连接处。角度编码器固定在伸缩杆两端的铰链连接处可避免固定在伸缩连杆的承重轴上，影响角度检测的准确性，提高系统的可靠性。
[0012]在上述技术方案中，所述控制器包括中央处理器，给中央处理器供电的供电模块，由中央处理器控制连接的显示模块、存储模块、通讯模块、控制信号输入模块和I/o端口。控制指令的输入可以直接通过控制信号输入模块输入，可以是上位机通过通讯模块输入。控制器与上位机采用标准的MODBUS RTU协议，可以参与构建通用的组态系统以搭建整个园区的控制系统，也可以借助专用的协议转发路由器与后端的系统平台构建更大的监控系统。
[0013]作为上述技术方案的进一步改进，该机构还包括安装在大棚内的环境检测组件，所述环境检测组件将检测的信号传输至所述控制器。控制器可以通过环境检测组件采集的环境参数，通过系统内设定的操作程序，根据目标环境参数自启动卷帘机带动保温被运行至合理的位置。可极大地提高大棚作业的自动化，减少人员投入，降低人力成本。
[0014]在上述技术方案中，所述中央处理器为工控平板电脑或者单片机。单片机可实现以最低廉的成本完成与上述卷帘控制器机构的功能。
[0015]采用上述温室卷帘控制机构的温室卷帘控制方法，该方法包括如下步骤，
[0016]a、初始化:人工分别控制卷帘机将保温被卷至棚膜的最顶端和铺到棚膜的最底端，控制器存储这两个位置角度编码器的数值，依据这两个数值初始化设置下位点和上位占.V ，
[0017]b、控制器判断是否有操作指令，若是则执行下一步骤；
[0018]C、控制器识别操作指令:控制器对比操作指令的目标位置和角度编码器的实时位置，判断卷帘机的运动方向；
[0019]d、控制器执行操作指令:控制器控制电机换向机构驱动卷帘机向棚膜下方或者下方运动;在卷帘机运动过程中，控制器定时接收存储角度编码器的信号，依据角度编码器传输的信号值及其变化判断卷帘机是继续运转或停止；
[0020]上述所述步骤d中的控制器的具体工作流程为:
[0021]d-1、控制器定时接收存储角度编码器的数值，并与下位点和下位点的数值对比，判断是否到达极限位置，如果判断结果为真，则控制卷帘机停止工作，并控制显示模块显示到达极限位置的提示;如果检测结果为假，则执行下一步骤；
[0022]d-2、控制器定时接收存储角度编码器的数值，判断其数值及变化判读卷帘机或保温被是否机构阻塞或被强制停止，如果检测结果为真，则控制卷帘机停止工作，并控制显示模块显示机构阻塞的提示;如果检测结果为假，则执行下一步骤；
[0023]d-3、控制器定时接收存储角度编码器的数值，通过判断其数值变化来判读卷帘机的速度和方向是否正确，如果速度和方向错误，则控制卷帘机停止工作，并控制显示模块显示方向或速度错误的提示;如果速度和方向正确，则执行下一步骤；
[0024]d-4、控制器实时接收存储的角度编码器的数值，并判断与设定的位置数值是否相吻合，若吻合则控制卷帘机停止工作，并控制显示模块显示达到指定位置的提示;若不吻合则继续执行