[发明专利]一种智能温室大棚控制系统

权利要求书

1.一种智能温室大棚控制系统，其特征在于，包括数据库及远程无线传输系统、单体棚控制系统、连栋棚控制系统、水肥一体化供水系统和电源模块；

数据库及远程无线传输系统，包括手机APP控制软件、远程服务器、现场监控电脑和无线数传模块；

通过无线数传模块将单体棚控制系统、连栋棚控制系统和水肥一体化供水系统采集到的环境因子数据保存在远程服务器的数据库内，同时手机APP控制软件通过GPRS模块实时读取远程服务器数据库内的数据信息并发送控制指令，手机APP控制软件发送的控制指令将写入到数据库内，现场监控电脑读取到控制指令后，解析控制指令信息，再将控制指令进行组帧，通过485总线通讯网络发送给单体棚控制系统、连栋棚控制系统以及水肥一体化供水系统；

单体棚控制系统，包括单体棚控制柜、环境因子采集系统、卷膜电机、单体棚电子水阀以及单体棚压力变送器；

连栋棚控制系统，包括连栋棚控制柜、室内环境因子采集系统、内外遮阳电机、内外循环风机、湿帘、连栋棚电子水阀以及连栋棚压力变送器；

水肥一体化供水系统，包括供水控制柜、室外环境因子采集系统、水肥配比阀、供水系统电子水阀以及供水系统压力变送器；

所述的电源模块采用24V开关电源，数据库及远程无线传输系统、单体棚控制系统、连栋棚控制系统和水肥一体化供水系统都存在对应的相对独立的电源模块进行供电；

数据库及远程无线传输系统包括手机APP控制软件、远程服务器、现场监控电脑和无线数传模块；

现场监控电脑：用于对大棚内环境因子的数据采集，读取现场设备的运行状态，同时根据植物生长的要求发出控制指令对设备进行操控，以达到棚内环境因子处于最佳状态；现场监控电脑的串行接口连接无线数传模块，现场监控电脑与单体棚控制柜、连栋棚控制柜以及供水控制柜通过无线数传模块进行数据传输；

远程服务器：对现场监控电脑发送的数据进行存储,同时通过GPRS模块接收来自手机终端APP应用软件发来的查询指令以及控制指令；远程服务器将控制指令存储在相应的控制指令数据表中,现场监控电脑定时读取控制指令数据表,来获取手机终端发送的控制指令信息；现场监控电脑发送的环境因子数据和设备状态数据分别存储在相应的环境因子数据表和设备状态数据表中；

手机APP控制软件：用于对大棚内环境因子的数据显示、各种设备的运行状态显示以及操控现场设备；手机APP控制软件发出读取数据库的指令,通过GPRS模块,读取远程服务器中存放在环境因子数据表和设备状态数据表中的相关数据信息；当需要操控现场设备时，则通过手机APP软件发送相应的控制指令至远程服务器；

所述的远程服务器采用SQL Sever 2008R2数据库；

单体棚控制系统，包括单体棚控制柜、单体棚环境因子采集系统、单体棚卷膜电机、单体棚电子水阀和单体棚压力变送器；

所述的单体棚控制柜包括文本显示器、PLC主机、DVP扩展模块、接触器、控制器通讯口、固态继电器和485模拟量采集模块：所述的PLC主机连接文本显示器、DVP扩展模块、固态继电器、485模拟量采集模块，所述的DVP扩展模块连接接触器，接触器连接单体棚卷膜电机，所述的固态继电器连接单体棚电子水阀，所述的485模拟量采集模块连接单体棚压力变送器；所述的控制器通讯口采用485总线通讯网络；

单体棚控制柜控制单体棚环境因子采集系统对单体棚内环境因子进行数据采集，同时对采集到的环境因子信息进行分析，发出控制指令控制卷膜电机的开启和关闭用于调节棚内温湿度；单体棚控制柜通过单体棚压力变送器采集棚内入水口的水压，通过485模拟量采集模块将单体棚压力变送器采集到的压力值传送给PLC主机，并通过无线数传模块将采集到的棚内入水口的水压发送给现场监控电脑，现场监控电脑根据水压的值来进行恒压供水；PLC主机通过DVP扩展模块来驱动接触器，通过接触器来驱动单体棚卷膜电机，同时通过固态继电器控制单体棚电子水阀；单体棚控制柜的PLC主机内设置有电机电流采样模块；当单体棚卷膜电机工作时，通过电机电流采样模块实时监测卷膜电机电流值，如果电流值超过设定的阈值，则控制单体棚卷膜电机自动断电，以保护开关电源；

单体棚环境因子采集系统连接单体棚控制柜的控制器通讯口，环境因子采集系统包括空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、土壤PH值传感器、土壤EC值传感器、CO2浓度传感器以及光照度传感器：棚内的环境因子包括空气温湿度、土壤温湿度、土壤PH值、土壤EC值、CO2浓度以及光照度；通过环境因子采集系统中相应的环境因子传感器进行环境因子数据采集，通过单体棚控制柜的控制器通讯口进行读取，控制器通讯口采用485总线通讯网络，对每个环境因子传感器分别进行编址，然后单体棚控制柜的PLC主机对每个环境因子轮流读取；

单体棚卷膜电机：用于控制单体棚顶膜和侧膜的打开和关闭，采用直流24V低压电，单体棚卷膜电机设置有便携式卷膜电源；当单体棚控制柜出现问题或者停电状态，无法使用时，将单体棚卷膜电机的电缆接入便携式卷膜电源快速接头内，以保证单体棚卷膜电机的正常工作；

单体棚电子水阀及单体棚压力变送器：单体棚电子水阀安装在每个单体棚的入棚总水管上，水阀电压为直流24V；单体棚电子水阀的安装同时并接一个手动球阀，用于防止当单体棚电子水阀出现故障后无法打开时，通过手动球阀控制水路的开关；每个单体棚的入棚总水管上同时有安装单体棚压力变送器，用于测量入棚管路的水压；PLC主机通过输出PWM脉宽调制方波来控制固态继电器，固态继电器输出调制后的电压驱动单体棚电子水阀；

恒压供水控制原理如下：

首先启动恒压供水系统，之后单体棚控制柜的PLC主机输出100％的占空比，使得单体棚电子水阀以全电压工作，便于将单体棚电子水阀完全打开；然后，根据单体棚电子水阀距离恒压供水系统的距离设定的延时时间进行延时操作，延时结束后，PLC主机采集水压值，当水压没有达到设定压力P1，则说明管路故障或者单体棚电子水阀故障，单体棚控制柜进行报警，通知检修人员进行检查；当水压达到设定压力P1时，则PLC主机逐步减小占空比至低限占空比a1，再次延时读取水压，当水压达到设定低限压力P2时，则说明管路及电子水阀工作正常，按照当前的占空比a1一直运行；当水压没有达到设定低限压力P2时，则PLC主机再次输出100％占空比的方波，设定的延时时间进行延时操作，然后，PLC主机再次减小占空比至次低限占空比a2，延时读取水压，当水压达到设定低限压力P2，则继续按照当前占空比运行；占空比a2要大于a1，以便于保证单体棚电子水阀可以维持正常的开启状态；当占空比减小到a2后，水压无法达到设定低限压力P2，则说明管路或者单体棚电子水阀有故障，则停止供水，进行报警；所述的低限占空比a1与次低限占空比a2为系统预先设定的值；

连栋棚控制系统，包括连栋棚控制柜、室内环境因子采集系统、内外遮阳电机、内外循环风机、湿帘补光系统、连栋棚电子水阀以及连栋棚压力变送器；

连栋棚控制柜连接室内环境因子采集系统、内外遮阳电机、内外循环风机、湿帘补光系统、连栋棚电子水阀以及连栋棚压力变送器；

所述的连栋棚控制柜结构与单体棚控制柜相同，用于对连栋棚内环境因子的数据采集，同时还要控制连栋棚内的内外遮阳电机、内外循环风机、湿帘及补光系统；由于连栋棚控制柜一般放置在棚内，同时还需要采集棚内入水口的水压，将入水口处的压力发送给现场监控电脑；然后现场监控电脑根据水压的值来进行恒压供水；

室内环境因子采集系统包括空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、土壤PH值传感器、土壤EC值传感器、CO2浓度传感器以及光照度传感器：连栋棚内的环境因子包括空气温湿度、土壤温湿度、土壤PH值、土壤EC值、CO2浓度以及光照度；通过相应的环境因子传感器进行对应环境因子的数据采集，通过连栋棚控制柜内的控制器通讯口进行读取，所述的控制器通讯口采用485总线通讯网络，控制模式与单体棚控制模式相同；

内外遮阳电机包括内遮阳和外遮阳两部分，能够交叉进行遮阳的打开与关闭以调节棚内的光照度信息，内外遮阳电机均采用380V三相异步电机，内部均带有前后限位开关，当内外遮阳全部打开或者关闭的时候，需要自动切断电源来停止电机运转；内外遮阳电机每4台分为一组，作为一个控制点；具体内外遮阳电机的数量根据实际应用进行设置；

内外循环风机：循环风机分为内循环和外循环两部分，均采用380V三相交流异步电动机；内循环风机和外循环风机均为每4台分为一组，作为一个控制点；遮阳可以交叉进行循环风机的打开与关闭，实现循环风机的多级调节；具体内外循环风机的数量根据实际应用进行设置；

所述的湿帘补光系统包括湿帘和补光系统：湿帘通过水泵分组进行控制，2台湿帘公用一个水泵，作为一个控制点，具体湿帘的数量根据实际应用进行设置；所述的补光系统共4排补光灯，其中1、3排为一个控制点；2、4排作为一个控制点，通过交错开启补光灯，将光照度分成强，中，弱三种模式；

连栋棚电子水阀及连栋棚压力变送器：连栋棚电子水阀和连栋棚压力变送器的工作模式与单体棚相同；连栋棚的入棚总水管上安装有连栋棚电子水阀和连栋棚压力变送器，水阀电压为直流24V；入棚总水管进入连栋棚后根据实际种植规模进行分流，各个分支水管上也安装有连栋棚电子水阀及连栋棚压力变送器；连栋棚电子水阀的安装同时并接一个手动球阀，防止当连栋棚电子水阀出现故障后无法打开时，通过手动球阀控制水路的开关；

所述的供水控制柜连接室外环境因子采集系统、水肥配比阀、供水系统电子水阀以及供水系统压力变送器；

供水控制柜的结构与单体棚控制柜结构相同：用于对泵房出水总管及各个棚供水点的水压进行监测，同时按照设定的程序定时给各个棚区轮灌；通过室外环境因子采集系统对室外环境因子进行采集；供水控制柜内的PLC主机的串口连接到485总线通讯网络，485总线通讯网络连接了室外环境因子采集系统的各个传感器，PLC主机对各个传感器采用轮训的方式逐一进行数据采集；

室外环境因子采集系统，包括空气温湿度传感器、光照度传感器、风力传感器及风向传感器，用于采集空气温湿度、光照度、风力及风向4种室外环境因子；

水肥配比阀安装在泵房出水总管处，用于配置水和药液的浓度，根据供水控制柜中预先设置的程序，按照不同种类的液态肥配比要求，自动配置比例不同的药液，以达到植物生长的最佳状态；

供水系统电子水阀及供水系统压力变送器，安装在泵房出水总管和泵房出水总管至每个连栋棚以及单体棚供水点上，用于采集各个供水点的压力状态，检测泵房出水总管的状态；当泵房出水总管压力与供水点压力差值超过设定阈值时，则说明泵房过滤器需要清洗；如果过滤器已经清洗，但是供水点压力仍然很低，则说明泵房出水总管水路有堵塞，则应该沿着总管路的方向逐一排查分支管路的过滤器及阀门，找出堵塞点，进行清洗；供水系统电子水阀的电压为直流24V。