一种日光温室卷帘机控制系统的制作方法

本实用新型涉及一种日光温室卷帘机控制系统，具体涉及一种根据当地经纬度信息计算每天日出日落时间并结合当地天气状况实现对卷帘机进行控制的技术，属于农业机械设备技术领域。

背景技术：

日光温室是我国北方地区独有的一种温室类型，具有保温好、投资低、节约能源等特点，非常适合我国北方农村地区使用。截止2014年，我国日光温室行业面积约92.7万公顷，蔬菜消费需求呈刚性增长趋势。在日光温室大棚的日常管理中，冬季作业管理的劳动强度非常大，尤其在发展初期，其中定时展开和收起草帘、棉被等外层覆盖物就是一项费时费力的工作。

电动卷帘机的出现在一定程度上解决了传统人工卷帘方式存在的问题，一方面大大减轻了体力劳动的强度，将农户从繁重的劳动中解放出来；另一方面，通过电动机进行卷帘，工作速度加快，使覆盖物卷起与展开花费的时间明显缩短，作物可以获得相对更长的光照时间，提高了农户的经济效益。

无论是后墙固定式还是棚面自走式卷帘机，其运行控制通常采用以下两种方式进行：一是人工接通卷帘机控制电源，覆盖物卷起或展开，现场人员目测覆盖物位置，当达到上升或下降位置时，断开卷帘机电源。其中电源的接通与断开可以是手工直接控制，也可以采用具有一定遥控距离的遥控器控制。这种方式的最大缺点是现场要有人员盯守，卷帘机的操作始终离不开人。二是为了满足当覆盖物在合适位置时，实现卷帘机自动停机要求而增加的带行程开关的控制系统。相比第一种方式，这种方式的优点是卷帘机启动后不再需要农户专门盯守，当运行到由接近开关决定的预定位置后可自行停机。但实际运行中却存在一些问题，并由此引发各种卷帘机事故，如由于卷轴自身形变、覆盖物自身厚度变化以及行程开关失效等引起的覆盖物翻墙、卷轴拧断等。

为了提高卷帘机控制的自动化、智能化程度，出现了结合温室内外温湿度及光照强度等环境参数来控制覆盖物收放的控制器，有的单位将图像处理技术与环境参数检测相结合开发了智能卷帘机控制系统。但这些系统安装传感器较多，布线相对复杂，成本较高，目前主要在相关示范基地和科研院校的实验基地应用较多。2015年11月，通过对山东寿光地区三个自然村的100个日光温室农户走访，没有发现一户采用这种价格相对较高、操作相对复杂的系统。

技术实现要素：

针对以上提到的卷帘机控制系统在使用和推广中存在的问题，本实用新型提供一种日光温室卷帘机控制系统；本系统能够计算日升日落时间以及结合气候信息能够自动控制卷帘，且通过行程开关以及接近形成双层保护，具有自动卷帘、温室保温以及卷帘保护效果好优点。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种日光温室卷帘机控制系统，包括处理器模块，与处理器模块连接有存储器、输入输出接口模块、人机交互模块、传感器模块和卷帘机综合保护模块；

所述的人机交互模块包括显示器、设置按键、模式切换按键和手动操作按键；显示器用来对需设置的时间、经纬度、光照、风速信息；

所述的输入输出模块由两个接近开关光耦输入接口和两路继电器输出接口组成；继电器输出接交流接触器，交流接触器连接并控制卷帘机电机的正反转；

所述的传感器模块包括光照传感器以及风速传感器；处理器模块对根据日出日落数据以及光照传感器风速采集到的数据进行分析处理并计算当地日出日落的时间数据，将处理后的数据送至与之相连的输出接口模块，控制卷帘机电机动。

优选的，所述的处理器模块由32位ARM处理器STM32F103C8T6最小系统及外接32768晶振的时钟系统组成；所述EEPROM存储器采用带有IIC接口的AT24C04芯片。

优选的，所述的处理器内嵌有基于日出日落时间和传感器检测信息的卷帘机升降控制算法。

优选的，设置按键设有五个，分别为：设置键、移位键、加减键、确认键及自动手动切换键。

优选的，所述的限位保护模块包括限位开关以及接近开关；限位保护模块用于切断整个系统电源。

本实用新型的结构组成以及工作原理：

本实用新型由处理器模块、EEPROM存储器、人机交互模块、传感器模块、输入输出接口模块、卷帘机综合保护模块及基于日出日落时间和传感器检测信息的卷帘机升降控制算法组成。

处理器模块：整个控制系统的核心。

与处理器连接有存储器，存储器采用带有IIC接口的AT24C04芯片，用来存放通过按键输入的当地经纬度信息、日出后延时时间、日落前提前时间、卷帘机放下所要求光照值及卷帘机放下所要求的风速。利用存储器数据掉电不丢失的特点，避免关键数据在系统断电重新上电后重新输入的问题，提高使用的便利性。

通过用户输入的当地经纬度信息和提取的日期信息，控制器计算每天的日出日落时刻。用户可以根据实际需求，设定日出后和日落前卷帘与放帘的延迟和提前时间。控制器可根据设定时间与日出日落时间决定最终的卷帘、放帘时间。为应对下雨、大风等恶劣天气，增加光照、风速传感器，只有在满足传感器参数要求的前提下，才能卷帘；若保温被已经卷起，若天气状况不满足要求，则进行放帘。利用行程开关与接近开关共同形成卷轴的限位保护。

人机交互模块由六位数码管显示器和五个独立式按键构成。显示器在没有进入参数设置时，处于熄灭状态；在进入设置状态后，根据不同的设置要求显示不同的设置值。五个按键分别为设置键、移位键、加减键、确认键及自动手动切换键。按一次设置键进入下一个参数设置，按移位键当前设置参数右移一位，按加减键当前设置位加一，按确认键本次设置结束，设置数据存入EEPROM存储器。每按一次自动手动切换键，系统在自动和手动控制方式之间切换。

传感器模块包括光照传感器和风速传感器，为应对刮大风、下雨、阴天等非正常天气，特别加入光照强度和风速传感器。在光照强度低于某一值或风速大于某一值时，卷帘机自动放下。

所述输入输出模块由两个接近开关光耦输入接口和两路继电器输出接口组成。继电器输出接交流接触器，用来控制卷帘机电机的正反转。

所述卷帘机综合保护模块由两个电磁式接近开关和四个行程开关组成，形成卷帘机限位的双重保护。卷帘机升起和降落各需要一个接近开关和两个行程开关。由于行程开关有失效情况的存在，两个行程开关的使用将加大系统保护的可靠性。相比于近红外光电式接近开关，电磁式接近开关工作更稳定且不受光照强度的影响。行程开关检测保温被是否到位，接近开关检测电机支撑轴是否到位，两者的结合大大增加了卷帘机运行的可靠性。

所述日光温室卷帘机升降控制算法，分基于当地经纬度及日期的日出日落C语言算法和基于日出日落时间及天气状况的卷帘机控制逻辑算法。

本实用新型具有的有益效果如下：

1、利用软件算法决定正常天气下卷帘机的升降，减少了传感器使用数量，节省了投资，同时减少了系统故障率。

2、通过光照和风速传感器，可检测阴雨、大风等恶劣天气，实现卷帘控制的合理化、科学化。

3、卷帘机限位综合保护模块采用行程开关和接近开关相结合的方式，增加了系统保护的可靠性。

附图说明

图1是日光温室卷帘机控制系统的结构框图；

图2是卷帘机升降控制逻辑算法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

参见附图1，本实用新型公开了一种日光温室卷帘机控制系统，包括处理器模块14、EEPROM存储器13、人机交互模块和独立式按键16、传感器模块、输入输出接口模块和、卷帘机综合保护模块及基于日出日落时间和传感器检测信息的卷帘机升降控制算法组成。

所述处理器模块14包括外接32768晶振所形成的时钟系统，用来提供日期时间，为保证时间的准确性，32768晶振的等效电容应该选择6pF。

所述EEPROM存储器13采用带有IIC接口的AT24C04芯片，用来存放通过按键输入的当地经纬度信息、日出后延时时间、日落前提前时间、卷帘机放下所要求光照值及卷帘机放下所要求的风速。利用存储器数据掉电不丢失的特点，避免关键数据在系统断电重新上电后重新输入的问题，提高使用的便利性。

所述人机交互模块由六位数码管显示器15和五个独立式按键16构成。显示器在没有进入参数设置时，处于熄灭状态；在进入设置状态后，根据不同的设置要求显示不同的设置值。五个按键分别为设置键、移位键、加减键、确认键及自动手动切换键。按一次设置键进入下一个参数设置，按移位键当前设置参数右移一位，按加减键当前设置位加一，按确认键本次设置结束，设置数据存入EEPROM存储器。每按一次自动手动切换键，系统在自动和手动控制方式之间切换。

所述传感器模块包括光照传感器11和风速传感器12，为应对刮大风、下雨、阴天等非正常天气，特别加入光照强度和风速传感器。在光照强度低于某一值或风速大于某一值时，卷帘机自动放下。

所述输入输出模块由两个接近开关光耦输入接口17和两路继电器输出接口19组成。继电器输出接交流接触器1a，用来控制卷帘机电机的正反转。

所述卷帘机综合保护模块18由两个电磁式接近开关和四个行程开关组成，形成卷帘机限位的双重保护。卷帘机升起和降落各需要一个接近开关和两个行程开关。由于行程开关有失效情况的存在，两个行程开关的使用将加大系统保护的可靠性。相比于近红外光电式接近开关，电磁式接近开关工作更稳定且不受光照强度的影响。行程开关检测保温被是否到位，接近开关检测电机支撑轴是否到位，两者的结合大大增加了卷帘机运行的可靠性。

所述日光温室卷帘机升降控制算法，分基于当地经纬度及日期的日出日落算法和基于日 出日落时间及天气状况的卷帘机控制逻辑算法。

所述日出日落时间算法为：

其中参数Day，Month,Year,Longitude,Latitude分别为日、月、年、当地经度和当地维度，此函数计算日出日落时间。

FNday(Year,Month,Day,12)函数计算从格林威治时间公元2000年1月1日到计算日的总天数，函数原型为：

FNsun(days)函数计算太阳的平黄径和黄道经度，其函数原型为：

f0(Latitude,delta)函数计算修正值，其函数原型为：

Showhrmn(riset,riseTime)函数将得到的时间转换为小时和分钟，它的函数原型如下所示：

如图2所示，所述卷帘机控制逻辑算法是指将日出日落时间与天气状况相结合实现卷帘机升降控制的相应算法。执行过程为：

存储级器EEPROM存储有位置以及时间信息，系统上电后，控制器读取经纬度值及读取当前日期，然后计算当日日出日落时刻。

将日出时间与当前时间比较，判断日出时间是否达到，若没到日出时间，则重复过程：读取当前日期、计算当日日出日落时刻、判断日出时间是否达到，直到日出时间到达。

若日出时间已到或已过，判断有没有到达日落时间，若没到达且保温被没开启则判断光照风速是否满足开启条件，若不满足则回到：读取当前日期、计算当日日出日落时刻、判断日出时间是否达到。

若卷帘机开启条件满足，则启动卷帘机，开启保温被。

若保温被已开启且光照风速满足开启条件，则回到：读取当前日期、计算当日日出日落时刻、判断日出时间是否达到。

若不满足则启动卷帘机放下保温被。若日落时间到，保温被原来没开启，则回到：读取当前日期、计算当日日出日落时刻、判断日出时间是否达到；

若保温被原来处于开启状态，则启动卷帘机放下保温被。在开启保温被时若上接近开关动作，则卷帘机上行停止；在放下保温被时若下接近开关动作，则卷帘机下行停止，回到：读取当前日期、计算当日日出日落时刻、判断日出时间是否达到。