一种日光温室保温被控制系统的制作方法

本实用新型实施例涉及农业技术领域，尤其涉及一种日光温室保温被控制系统

背景技术：

日光温室种植是中国特有的一种温室作物种植方式，以其建造简单，成本低廉，在中国得到广泛的应用。但是以往的实用新型多针对控制设备较高级的连栋温室或通用技术，没有针对日光温室的控制方法。光温室中的环境控制设备主要包括保温被、卷膜、顶窗等。其中保温被在北方低温度地区的温室生产中起着至关重要的作用，误操作可能造成重大的生产事故，造成温室的减产甚至绝收。

在现有的温室保温被控制技术中，实用新型专利《温室大棚保温被控制装置》(CN 204682032 U)介绍了一种保温被控制装置，该装置利用光敏元器件监测温室中的光照强度变化，根据光照的变化控制温室大棚保温被的卷起和放下。实用性型专利《一种新型温室大棚保温被自动控制系统》(2017200416891)通过获取温室内温度、光照数据和大棚外气象信息实现温室内状态的反馈，利用三轴加速度计实现对保温被当前状态的监测。控制器支持GPRS网络，实现基于网络的远程控制和状态监控。以上介绍的两种保温被控制器，第一种实现对保温被的自动控制，但是，存在的问题是，只根据温室内的光照进行控制，保温被的开关与温室内的温度也有紧密关系，该方法并没有考虑温室内温度的变化；同时没有对保温被的运行状态进行监控，无法实现开度控制也无法保证控制的安全性。第二种控制方法实现了对保温被状态的监控，存在的问题是采用三轴加速度计监测保温被状态，并没有直接用三轴加速度计的输出作为控制的反馈，还是以计算的时间作为控制依据，是控制具有一定的不稳定性。第二，对保温被的控制为全开全关，没有实现开度控制。第三，没有考虑功耗问题，只采用外部电源供电，设备无备用电源，用功耗较高的GPRS通讯方式实现网络通讯，在断电的情况下无法进行报警。

在现有技术中，对温室保温被控制过程中，往往需要对整个温室内布线，布线施工的难度较大，成本较高，同时在控制保温被开关过程中，没有考虑到执行机构运行状态反馈，在针对日光温室的应用中存在控制精度低，控制安全性差的问题。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种日光温室保温被控制系统，用以解决现有技术中，对温室保温被控制过程中，往往需要对整个温室内布线，布线施工的难度较大，成本较高，同时在控制保温被开关过程中，没有考虑到执行机构运行状态反馈，在针对日光温室的应用中存在控制精度低，控制安全性差的问题

本实用新型实施例提供一种日光温室保温被控制系统，包括：室内环境传感器，角度传感器，电机和控制器；

所述室内环境传感器与所述控制器相连，用于将采集到的日光温室内的环境信息发送给所述控制器；

所述角度传感器与所述控制器相连，用于将保温被开启的状态信息发送给所述控制器；

所述电机与所述控制器相连，用于接收所述控制器发送的指令，根据所述控制器发送的指令，调节所述保温被开启的角度。

其中，所述室内环境传感器至少包括：湿度传感器、温度传感器、光照强度感器、二氧化碳传感器中的一种或多种。

其中，所述控制器还包括微控制单元、无线通讯模块、人机交互模块和电机控制模块；

所述无线通讯模块、人机交互模块和电机控制模块分别与所述微控制单元相连。

其中，所述无线通讯模块具体为：LoRa通讯模块，所述室内环境传感器与所述控制器的LoRa通讯子模块无线连接。

其中，所述控制器还包括电源转换电路和备用电源，所述电源转换电路与所述备用电源和所述微控制单元相连，用于在外部电源断电时，通过电源转换电路将电源切换至备用电源。

其中，所述控制器还包括电源转换电路和备用电源，所述电源转换电路与所述备用电源和所述微控制单元相连，用于在外部电源断电时，通过电源转换电路将电源切换至备用电源。

其中，所述控制器还包括RTC时钟单元、按键、显示屏和LED指示灯；所述RTC时钟单元、按键、显示屏和LED指示灯分别与所述微控制单元相连。

其中，所述系统还包括：螳螂臂，所述角度传感器设置于所述螳螂臂上，所述螳螂臂和所述电机相连。

其中，所述系统还包括伸缩杆，所述角度传感器设置于所述伸缩杆上，所述伸缩杆和所述电机相连。

本实用新型提供的系统，能够有效降低温室生产的劳动成本，以往需要人工长时间值守的保温被启闭操作可以在无人值守的情况下自动完成。控制器具有较高安全性设计，确保在无人值守情况下依然能够实现温室的安全生产，避免因为误操作或设备故障造成的损失。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本实用新型实施例提供的一种日光温室保温被控制系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种日光温室保温被控制系统中，控制器的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种日光温室保温被控制系统中，螳螂臂安装结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种日光温室保温被控制系统中，伸缩杆安装结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种日光温室保温被控制系统中控制器的另一结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参考图1，图1为本实用新型实施例提供的一种日光温室保温被控制系统的结构示意图，所述系统包括室内环境传感器11，角度传感器12，电机13和控制器14；

其中，所述室内环境传感器11与所述控制器14相连，用于将采集到的日光温室内的环境信息发送给所述控制器14；所述角度传感器12与所述控制器14相连，用于将保温被开启的角度信息发送给所述控制器14；

所述电机13与所述控制器14相连，用于接收所述控制器14发送的指令，根据所述控制器14发送的指令，调节所述保温被开启的角度。

具体的，本实施例中，通过设置在日光温室中的室内环境传感器采集温室内的各类环境信息，例如温室内的温度，湿度，二氧化碳浓度等，在获取到温室内的环境信息后，将采集到的信息发送至控制器，另一方面，角度传感器实时采集温室的保温被开启的状态信息，例如当前温室保温被开启状态为完全开启，半开启或者完全关闭状态，并将保温被的开启状态信息发送至控制器。

控制器在接收到温室内的环境状态信息以及保温被开启的状态信息后，根据一个或多个参数计算保温被需要进行调整的角度，例如当采集到温室内空气温度下降时，则保温被开始被关闭，随着温度的降低，保温被开度逐渐缩小直到彻底关闭，当温度上升时，保温被的运行过程与之相反。在具体控制保温被开启角度中，由电机进行具体操作，电机通过接收控制器发送的开启或关闭指令，则启动正向或反向运行，从而控制保温被的开启或关闭。

通过此方法，使用传感器获取温室内的空气温度、空气湿度、光照、二氧化碳浓度等环境信息，同时采用角度传感器监测保温被的运行状态，并作为保温被控制的反馈，实现对保温被的开度控制，能够在没有人工操作的情况下，自动对保温被的开启和关闭进行调节，减少了温室控制的人工成本，提升了温室保温被控制的灵活性。

在上述实施例的基础上，所述室内环境传感器至少包括：湿度传感器、温度传感器、光照强度感器、二氧化碳传感器中的一种或多种。

具体的，在具体实施中，可以通过设置多个传感器来获取温室内的多种环境信息，例如温度传感器来获取温度信息，湿度传感器来获取空气湿度信息，光照强度传感器来获取温室内的光照强度，二氧化碳传感器来获取温室内的二氧化碳浓度。

通过获取多种环境信息，可以使得控制器能够综合判定温室内的环境条件，更加有针对性的控制保温被的开启和关闭，例如冬天日照时间较短，在光线强度传感器感知到光照强度下降时，此时温度还没有下降太多，但是已经可以判定后续温度会快速下降，因此可以在光照强度下降后就直接关闭保温被，以维持温室内的温度。

在上述实施例的基础上，所述控制器还包括微控制单元、无线通讯模块、人机交互模块和电机控制模块；

所述无线通讯模块、人机交互模块和电机控制模块分别与所述微控制单元相连。

具体的，参考图2，图2为本实用新型实施例提供的一种日光温室保温被控制系统中，控制器的结构示意图。

其中，控制器包括微控制单元21，无线通讯模块22，人机交互模块23和电机控制模块24。

微控制单元21采用了基于M0内核的ARM作为核心处理器，内置ucOS II多任务实时操作系统，在低功耗的情况下保证控制的实时性和指令的快速响应。

无线通信模块22用于与室内环境传感器无线连接，以减少传感器在温室内的布线，室内环境传感器在采集到温室内的环境信息后，可以通过天线将环境信息发送到控制器的无线通讯模块。

人机交互模块23由LED指示灯、LCD点阵屏和按键组成。LED显示系统供电状态、运行状态、无线通讯状态等信息，LCD显示温室的环境信息、保温被运行状态和位置信息和用户参数设置等操作的交互。用户能够利用按键对控制的基本参数进行设置，包括保温被启闭的限制，远程通讯的IP和PORT和控制器时间等。

电机控制模块24利用继电器实现干结点信号输出用于控制保温被电机的启闭。

在上述实施例的基础上，所述无线通讯模块具体为：LoRa通讯模块，所述室内环境传感器与所述控制器的LoRa通讯子模块无线连接。

具体的，控制器与室内环境传感器之间通过LoRa天线实现无线连接，使得传感器无需进行温室内布线，其中，无线通讯模块还可以包括支持NB-IoT协议的远程通讯模块，能够利用NB-IoT网络实现温室环境和保温被状态数据的远程上传和保温被的远程控制。

在上述实施例的基础上，所述控制器还包括电源转换电路和备用电源，所述电源转换电路与所述备用电源和所述微控制单元相连，用于在外部电源断电时，通过电源转换电路将电源切换至备用电源。

具体的，断电、电压不稳定是温室生产中经常遇到的问题，在低温的情况下，如果发生断电，保温被未及时回收，可能造成作物冻伤等生产事故，为保证生产安全，本控制器采用低功耗设计并配有内置备用电源，当外部电源断开时仍能正常工作，及时上报故障警报，确保生产人员及时处理问题。

在上述实施例的基础上，所述控制器还包括储存模块，所述储存模块与所述为控制单元相连，用于储存系统参数、室内环境传感器采集到的环境信息和保温被控制的历史记录。

具体的，控制器的存储模块由FLASH和EEPROM组成，其中EEPROM主要存储系统参数，FLASH主要存储传感器采集和保温被控制的历史记录。

在上述实施例的基础上，所述控制器还包括RTC时钟单元、按键、显示屏和LED指示灯；所述RTC时钟单元、按键、显示屏和LED指示灯分别与所述微控制单元相连。

具体的，控制器内置RTC，能够实现时序控制。兼容时序控制的主要目的是为了在传感器实现的情况下仍能够按照预设的时间对保温被进行开启关闭控制，保证生产安全。

LED显示系统供电状态、运行状态、无线通讯状态等信息，LCD显示温室的环境信息、保温被运行状态和位置信息和用户参数设置等操作的交互。

在上述实施例的基础上，所述系统还包括：螳螂臂，所述角度传感器设置于所述螳螂臂上，所述螳螂臂和所述电机相连。

具体的，日光温室保温被的结构可以为螳螂臂结构，其中螳螂臂的安装方式如图3所示，图中，31为温室，32为保温被，33为螳螂臂，34为保温被电机控制器35安装在温室的侧墙或者耳房中，温室无线传感器6安装在温室中，通过无线与控制器通讯。角度传感器37通过线缆连接到控制器的采集端口，控制器的控制信号输出线通过线缆与保温被电机连接。在保温被运动过程中，螳螂臂的角度发生变化，通过角度传感器检测角度变化控制保温被开度。

在上述实施例的基础上，所述系统还包括伸缩杆，所述角度传感器设置于所述伸缩杆上，所述伸缩杆和所述电机相连。

具体的，日光温室保温被的结构可以为升缩杆结构，具体安装方式如图4所示，图中41为温室，42为保温被，43为伸缩杆，44为保温被电机。控制器45安装在温室的后墙或二房中。温室无线传感器46安装在温室中，通过无线与控制器通讯。角度传感器47通过线缆连接到控制器的采集端口，控制器的控制信号输出线通过线缆与保温被电机连接。在保温被运动过程中，伸缩杆角度发生变化，通过角度传感器检测角度变化控制保温被开度。

控制器安装后，用户可以设置进入自动初始化模式，控制器自动将保温被开启到上下限位同时记录角度传感器的输出，后续的操作过程中控制器将以此作为保温被开度的计算依据。在运行过程中，如果控制器检测到开度的极限角度发生变化，会自动的修改极限角度并存储。

在本实用新型的另一实施例中，参考图5，图5为本实用新型实施例提供的一种日光温室保温被控制系统中控制器的结构示意图，图中，51为LCD屏，52为LED指示灯，53为按键。54为角度传感器接口，55为电机控制信号输出接口。控制器支持两种无线通讯，56为NB-IoT天线，57为LoRa无线通讯天线。

本实施例中，采用LPC1255作为中央微处理器,嵌入实时操作系统uc/OS II V2.90。所采用的RTC时钟芯片为PCF8563，时钟芯片的I2C通讯端口SCL、SDA分别与LPC1255的GPIO相连，程序内部才用虚拟I2C接口的形式实现时钟的读写。混合存储单元的EEPROM采用具有1M Byte存储空间的M95M02，FLASH采用W25Q64，他们的通讯接口同时与LPC1255的硬件SPI接口相连，通过片选实现分别通讯。

显示部分包括点阵式显示屏和八段数码管，其中OLED自发光显示屏HGS128322_Y_EH_LV，OLED的数据端口和控制端分别与LPC1255的GPIO相连。另外，显示部分还包括系统供电、运行、功能指示LED灯。

传感器采集部分的AI由LPC1255内部的AD实现。LORA无线传感器通讯采用无线模块APC340实现，APC340与MCU通过串口连接。NB-IoT通过SIM7200模块实现，模块通过UART与MCU通讯，实现网络通讯。

综上所述，本实用新型提供的系统，采用角度传感器监测保温被的运行状态，并作为保温被控制的反馈，使保温被的控制更精确，反馈更及时，实现对保温被的开度控制。同时，采用基于LoRa通讯协议的无线传感器，减少温室内的线缆，降低控制安装难度和安装成本。采用NB_IoT无线网络通讯实现互联网接入，NB-IoT专为物联网应用设计，具有丰富的号码资源，网络通讯更加稳定。NB-IoT相对GPRS功耗大幅度降低，能够降低设备的整体功耗。采用低功耗M0框架的ARM处理器LPC1225，在满足控制实时性需求的同时，降低控制器功耗。控制器具有自动初始化功能，避免用户手动输入，降低用户的学习成本，更有利于设备在实际生产中发挥作用。控制器采用双电源供电方式，在无外部供电的情况下，任然能够上报保温被状态信息，并发送警报信号。对用户做出及时的警报提醒，能够有效保证生产安全。

本实用性型的日光温室保温被控制器紧密结合生产实际，为提高日光温室生产的自动化程度和安全性设计。采用本控制器能够有效降低温室生产的劳动成本，以往需要人工长时间值守的保温被启闭操作可以在无人值守的情况下自动完成。控制器具有较高安全性设计，确保在无人值守情况下依然能够实现温室的安全生产，避免因为误操作或设备故障造成的损失。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。