双膜温室智能放风控制系统的制作方法

本发明涉及温室及自动化控制技术领域，尤其涉及一种双膜温室的智能放风控制系统。

背景技术：

目前，温室放风多数还是手动放风，极少量使用遥控器控制电机放风。手动人工控制温室放风没有脱离人工监管的落后方式，还存在当管理的温室数量达到一定数目且每日放风的时间超过多个小时时，不能同时照看的问题，严重延长了用户的劳动时间。此外，用户对每日放风的时间凭感觉、凭经验，当管理的温室数量多时，还存在不能准时、准确进行放风的问题，导致温室内的温湿度达不到植物生长的最适宜温湿度，日积月累导致农作物的上市时间推迟，严重影响了农户的增产增收。

此外，也存在一些自动控制电机放风的解决方案。但此类解决方案所针对的仅为一般的温室，此类温室仅包括单层的保温层，用户可通过控制电机将单层保温层打开或闭合，来实现温室放风的目的。同样的，对于农作物来说，具有单层保温层的温室一是保温效果比较差，二是由于只具有一层保温层，那么当进行自动控制时，无法非常精确地调节温室内的温湿度，因此并不利于农作物的精细化管理，影响了农作物的产量以及质量。

目前，现有技术中并不存在针对双膜温室进行放风控制的解决方案。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种双膜温室的智能放风控制系统，以期实现全天放风的智能控制，允许无人值机，同时实现农作物的更为精细化的管理，提高农作物的质量和产量。

本发明提出了一种双膜温室的智能放风控制系统，所述系统包括：双膜温室，所述双膜温室包括位于顶部的第一层保温层、位于顶部和地面之间的第二层保温层、支撑第一层保温层的第一支架和支撑第二层保温层的第二支架，其中第一层保温层和第二层保温层之间具有第一空间，第二层保温层和地面之间具有第二空间；三组温度和湿度传感器，其中，第一组温湿度传感器位于所述第一空间内以感测第一空间的温度和湿度，第二组温湿度传感器位于所述第二空间内以感测第二空间的温度和湿度，第三组温湿度传感器位于双膜温室的外部以感测外部空间的温度和湿度；第一卷膜电机以及第二卷膜电机，所述第一卷膜电机固定于第一支架上用于控制第一保温层的开启与关闭，所述第二卷膜电机固定于第二支架上用于控制第二保温层的开启与关闭；主控制器，与所述三组温度和湿度传感器和所述第一卷膜电机以及第二卷膜电机连接，其中所述主控制器用于获取第一和第二支架的高度以计算第一空间和第二空间的体积，并获取双膜温室中农作物在任意时刻的适宜温度和湿度，所述主控制器包括存储所述体积和适宜温度和湿度的存储器；所述主控制器还用于获得第二组温湿度传感器感测的农作物当前环境的温湿度值，将该温湿度值与适宜温度和湿度相比，判断差值是否在允许范围内，如果是，则不作动作，如果否，则判断第一层保温层和第二层保温层目前的状态，并根据该状态使用不同的策略控制第一层和第二层保温层的开启或关闭。

根据本发明的一个方面，在温控模式下，所述主控制器用于当第一层保温层和第二层保温层都为闭合状态时，向第一组温度传感器发送信号以获得第一空间目前的温度值，根据第一空间目前的温度值、第二空间目前的温度值、第一空间和第二空间的体积以及温度扩散因子计算出第二空间的温度值与适宜的温度值之间的差值达到温差允许范围内第一所需的时间，如果第一所需的时间处于第一时间允许范围内，则所述主控制器发送控制信号以控制第二卷膜电机打开第二层保温层，在第一所需的时间内所述主控制器不做进一步的动作，在所述第一所需的时间过后，如果第二组温度传感器发送给主控制器的温度值与适宜的温度之间的差值在温差允许范围内，所述主控制器发送控制信号以控制第二卷膜电机关闭第二层保温层；如果第一所需的时间过后，第二组温度传感器发送给主控制器的温度值与适宜的温度之间的差值仍没有在温差允许范围内，则执行当第一层保温层闭合而第二层保温层开启时的温度控制。

根据本发明的一个方面，所述主控制器用于当第一所需的时间超过第一时间允许范围时，发送控制信号以控制第二卷膜电机打开第二层保温层。

根据本发明的一个方面，所述主控制器用于当第一层保温层为闭合状态，而第二层保温层为开启状态时，向第一组温度传感器发送信号以获得第一空间目前的温度值，向第三组温度传感器发送信号以获得外部空间目前的温度值，根据外部空间目前的温度值、光照强度、第一层保温层开启后的开口面积、第一空间目前的温度值、第二空间目前的温度值、第一空间和第二空间的体积以及温度扩散因子计算出第二空间的温度值与适宜的温度值之间的差值达到温差允许范围内第二所需的时间，如果第二所需的时间处于第二时间允许范围内，则所述主控制器发送控制信号以控制第一卷膜电机打开第一层保温层。

根据本发明的一个方面，所述系统还包括报警器；以及所述主控制器用于当第二所需的时间不处于第二时间允许范围内时，发送信号至报警器，向用户提示温度自动控制出现异常，需要人工干预。

根据本发明的一个方面，所述主控制器用于当第一层保温层和第二层保温层都为开启状态时，同时发送控制信号给第一和第二卷膜电机以关闭第一层保温层和第二层保温层，并在第三时间允许范围后，主控制器获得第二空间目前的温度值并与适宜温度值作比较，计算出两者之间的差值，判断所述差值是否在温差允许范围内，如果在温差允许范围内则不作出动作；否则，执行当第一层保温层和第二层保温层都为闭合状态时的控制策略。

根据本发明的一个方面，所述第二组温度传感器在所述第一所需的时间内将不再将感测到的温度发送给主控制器，当所述第一所需的时间过后，第二组温度传感器再根据之前设置的采样周期将感测到的温度发送给主控制器。

根据本发明的一个方面，所述系统还包括与所述卷膜电机配套的限位器，以及所述主控制器的存储器中还存储有卷膜电机的最长运行时间。

由此可见，本方案通过双层保温层并利用其所隔离出来的第一空间、第二空间以及外部空间实现了对于农作物生长环境的更为精细化的控制，不仅能够实现无人值守，而且还能更进一步地提升农作物的质量和产量。

附图说明

图1是双膜温室的结构示意图；

图2是双膜温室的自动控制系统的示意框图；

图3是所述自动控制系统所实现的智能放风控制的流程图。

具体实施方式

首先，如图1所示，所述双膜温室包括位于顶部的第一层保温层101、位于顶部和地面之间的第二层保温层102、支撑第一层保温层的第一支架103和支撑第二层保温层的第二支架104。如图1所示，第一支架103可支撑在第二支架104上。第二层保温层和地面之间的第二空间106为农作物的生长空间。第一层保温层和第二层保温层之间的第一空间105为缓冲空间。如下文所述，在本发明中，将会利用第一空间来对第二空间的温湿度进行精细化的调整，这将在下文具体描述。

根据一个实施例，所述第一空间和第二空间的体积可变。即，所述第一支架的垂直于地面的支撑杆是伸缩杆，且第二支架的垂直于地面的支撑杆同样是伸缩杆。根据一个实施例，所述伸缩杆是自动伸缩杆，可由伸缩控制电机进行控制。

一并参见图2，所述双膜温室的自动控制系统包括温湿度传感器205、206、207。所述温湿度传感器包括三组，第一组温湿度传感器205位于所述第一空间内以感测第一空间的温度和湿度，第二组温湿度传感器206位于所述第二空间内以感测第二空间的温度和湿度，第三组温湿度传感器207位于双膜温室的外部以感测外部空间的温度和湿度。下文中，为了表述的便利，会使用温湿度传感器这种结合在一起的术语，也会使用温度传感器以及湿度传感器这种分离的术语。

所述自动控制系统还包括卷膜电机203、204，所述卷膜电机包括第一卷膜电机203以及第二卷膜电机204。所述第一卷膜电机固定于第一支架上用于控制第一保温层的开启或关闭，所述第二卷膜电机固定于第二支架上用于控制第二保温层的开启或关闭。

所述第一和第二卷膜电机以及第一至第三组温湿度传感器都连接至主控制器201。根据一个实施例，所述伸缩控制电机(未示出)也连接至主控制器。

所述自动控制系统还包括配电箱202，连接至主控制器、第一和第二卷膜电机以及伸缩控制电机。此外，还包括与所述配电箱连接的报警器208。

所述主控制器用于接收温湿度传感器发送的温度和湿度信号，并根据系统中存储的多个参数向卷膜电机发送控制信号，以实现对于所述双膜温室的放风控制。

所述主控制器中包括存储器，所述存储器存储所述多个参数。

所述存储器中存储有第一空间的体积以及第二空间的体积。在一个实施例中，所述双膜温室的覆盖面积是固定的，从而可基于第一和第二支架的高度计算出第一和第二空间的体积。

在步骤301中，在所述双膜温室安装完毕后，用户可通过伸缩控制电机调整第一支架和第二支架的高度。所述伸缩控制电机可将第一支架和第二支架各自的伸缩程度发送给所述主控制器，所述主控制器根据第一和第二支架的默认高度以及第一和第二支架的伸缩程度计算出第一和第二支架的各自高度，从而获得所述第一和第二空间的体积并存储在存储器中。

在之后的操作中，只要通过伸缩控制电机调整了第一和第二支架的高度，就通知主控制器第一和第二支架的伸缩程度，主控制器据此将更新其存储器中存储的第一空间和第二空间的体积。

在步骤302中，主控制器的存储器中还存储着农作物在任意时刻的适宜温度和湿度。所述适宜温度和湿度是可以根据农作物自身的特点、所处的季节、目前的天气、未来几天的天气预报以及经验和历史数据共同确定的。也就是说，主控制器可根据这些数据预测出未来一个月、未来一周甚至未来一天的每一时刻的最适宜的温度和湿度。这里的适宜温度和湿度一般是指第二空间内的温度和湿度，即农作物生长所在空间的温湿度。具体的计算方法不是本文要讨论的重点，因此，这里不再进行扩展。

在步骤303中，第二组温度传感器每隔一个采样周期会将感测到的温度和湿度发送给主控制器。

当然，第二组温度传感器可分布在第二空间中，主控制器可计算出所感测的多个温度和湿度的平均值作为农作物当前环境的温湿度值。

主控制器将当前环境的温湿度值与当前的适宜温度和湿度作比较。如上文所述，所述存储器中存储着任意时刻的适宜温度和适宜湿度值。主控制器可从存储器中取得该值。

在温控模式下，主控制器将当前环境的温度值即第二空间目前的温度值与适宜温度值作比较，计算出两者之间的差值。

在步骤304中，判断所述差值是否在温差允许范围内。所述温差允许范围是指对农作物的生长不会带来影响的温度差值范围。例如，所述温差允许范围例如为0.2摄氏度。所述温差允许范围也存储在所述存储器中。并且所述温差允许范围也基于农作物自身的特点、所处的季节、目前的天气、未来几天的天气预报以及经验和历史数据而确定。

若所述差值处于温差允许范围内，则主控制器并不发出信号至第一和第二卷膜电机，即维持当前的状态，该方法结束。

当所述差值并不处于温差允许范围内时，在步骤305中，主控制器判断第一层保温层和第二层保温层目前的状态，并根据该状态使用不同的策略控制保温层的开启或关闭，如下文所述。

如果第一层保温层和第二层保温层都为闭合状态，则主控制器向第一组温度传感器发送信号以获得第一空间目前的温度值，根据第一空间目前的温度值、第二空间目前的温度值、第一空间和第二空间的体积以及温度扩散因子计算出第二空间的温度值与适宜的温度值之间的差值达到温差允许范围内第一所需的时间，如果第一所需的时间处于第一时间允许范围内，则所述主控制器发送控制信号以控制第二卷膜电机打开第二层保温层。所述第一所需的时间的计算公式可根据空气动力学的相关原理设计出，这里不再赘述。

所述第一时间允许范围是指对农作物的生长不会带来影响的时间允许范围。也就是说，在这个时间允许范围内虽然第二空间的温度不适合农作物，但对农作物的生长不会带来影响，但超过这个时间可能会造成影响，该第一时间允许范围可以根据需要设置，下文中提到的第二和第三时间允许范围与第一时间允许范围的定义相同，只不过取值可能是不同的，也就是说根据不同的情况可设置为不同的值。例如，假设在20分钟内可将第二空间内的温度调整为温差允许范围内的温度，且第一时间允许范围为半小时，那么可以仅仅开启第二层保温层，而无需将第一层保温层也打开。这样，由于第一层保温层处于闭合状态，这样不仅利用了缓冲空间即第一空间中的温度和湿度较为稳定的空气，即不会受到外界不稳定空气的影响，那么便可以较为放心地认为在第一所需的时间内必然会达到适宜的温度，而且这种缓慢改变温度的作法不会对农作物带来较大的冲击，可以更为精细地控制农作物的环境且对农作物照顾得更好。

由此可见，本技术方案利用了第一层保温层和第二保温层之间的第一空间内的空气来更为精细地调节第二空间内的空气。

为了减少能耗，由于能够放心地认为在第一所需的时间后会达到适宜温度，那么在所述第一所需的时间内，所述第二组温度传感器不再将感测到的温度发送给主控制器。当所述第一所需的时间过后，第二组温度传感器再根据之前设置的采样周期将感测到的温度发送给主控制器。

在一个实施例中，在第一所需的时间内所述主控制器不做进一步的动作。在所述第一所需的时间过后，如果第二组温度传感器发送给主控制器的温度值与适宜的温度之间的差值在温差允许范围内，所述主控制器发送控制信号以控制第二卷膜电机关闭第二层保温层。

在另一实施例中，如果第一所需的时间过后，第二组温度传感器发送给主控制器的温度值与适宜的温度之间的差值仍没有在温差允许范围内，则进行进一步的控制，即执行当第一层保温层闭合而第二层保温层开启时的温度控制。

如上文所述，所述第一所需的时间如果超过第一时间允许范围，这说明仅开启第二层保温层不足以保证农作物在适当的时间内能够获得所需的温度，这时，打开第二层保温层的同时可能还需要打开第一层保温层。所述主控制器会发送控制信号以控制第二卷膜电机打开第二层保温层。从而处于第一层保温层闭合而第二层保温层开启的状态。

如上文所述，当所述第一所需的时间如果超过第一时间允许范围，或者所述第一所需的时间在第一时间允许范围内但第一所需的时间过后第二组温度传感器发送给主控制器的温度值与适宜的温度之间的差值仍没有在温差允许范围内时，第一层保温层会被控制为闭合状态，而第二层保温层会被控制为开启状态；或者在步骤304中判断出差值不在温差范围内后发现第一保温层处于闭合状态而第二保温层处于开启状态；综合来看，这两种情况下，第一保温层处于闭合状态而第二保温层处于开启状态。这时，主控制器向第一组温度传感器发送信号以获得第一空间目前的温度值，向第三组温度传感器发送信号以获得外部空间目前的温度值，根据外部空间目前的温度值、光照强度、第一层保温层开启后的开口面积、第一空间目前的温度值、第二空间目前的温度值、第一空间和第二空间的体积以及温度扩散因子计算出第二空间的温度值与适宜的温度值之间的差值达到温差允许范围内第二所需的时间，如果第二所需的时间处于第二时间允许范围内，则所述主控制器发送控制信号以控制第一卷膜电机打开第一层保温层。第二时间允许范围与第一时间允许范围的定义相同，只不过它们各自的值可能不同。此外，由于第二层保温层为开启状态，那么可能第一空间和第二空间的温度是一样的，这时在计算第二所需的时间时，可省略掉第一空间目前的温度值这一参数。

在第二所需的时间范围内第二组温度传感器的操作可与在第一所需的时间范围内的操作相同，也可不同。因为打开第一层保温层后，外界的温度和光照等条件的可变因素较大。在第二所需的时间过后，主控制器可控制第一和第二卷膜电机关闭第一层和第二层保温层。

如果第二所需的时间不处于第二时间允许范围内，这说明通过打开第一层和第二层保温层已经无法满足农作物的需要，那么这时主控制器会发送信号至报警器，向用户提示温度自动控制出现异常，需要人工干预。

如果第一层保温层和第二层保温层都为开启状态，则主控制器同时发送控制信号给第一和第二卷膜电机以关闭第一层保温层和第二层保温层。在第三时间允许范围后，主控制器获得第二空间目前的温度值并与适宜温度值作比较，计算出两者之间的差值，判断所述差值是否在温差允许范围内，如果在温差允许范围内则不作出动作；否则，再次循环执行上文所述的步骤。其中，如上文所述，第三时间允许范围与第一时间允许范围的定义相同，也就是说，在这个时间允许范围内第二空间内的农作物能够承受目前的温度，不会对其生长造成影响。加入第三时间允许范围可以减少系统的计算量和通信量，因为在这个时间内系统的各个组件可以不作动作。

上文以温度为例对本发明的示例实现作出了解释。实际上对于湿度控制也是如此。即，可将上文对于温度的控制直接替换为对于湿度的控制，即利用湿度传感器获得第二空间的湿度值并与适宜值作比较以进行接下来对湿度的控制。这里不再赘述。此外，还可以根据温度和湿度两者同时进行控制，即可以为两者设置权重，将两者计算出的值分别加上权重后判断出对于两个保温层的控制策略。这是本方案未来的一个研究方向，以实现更为精细化的农作物环境控制，这里也不再进行赘述。

除了上述智能化的控制模式之外，所述主控制器还具有其他多种控制模式，用户可以根据需要进行选择，下面对这些控制模式进行介绍。(这里的上、下膜分别指上文的第一层保温层和第二层保温层，下同)

“上膜自停”：按开膜键，执行开膜动作，触碰限位后等待“触限延迟”后停止动作；按闭膜键，执行闭膜动作，触碰限位后等待“触限延迟”后停止动作；

“下膜自停”：按开膜键，执行开膜动作，触碰限位后等待“触限延迟”后停止动作；按闭膜键，执行闭膜动作，触碰限位后等待“触限延迟”后停止动作；

“上膜温湿”控模式：设置好开膜上限湿度、闭膜下限湿度，在这段区间内如果达到开(闭)膜温度，执行(开)闭膜动作，运行“上运时间”时间的一半时等待“采集周期”，然后再判断是否达到开(闭)膜温度，如果达到开(闭)膜温度，继续执行开(闭)膜动作，碰到上(下)限位后，等待“触限延迟”再停止动作；

“下膜温湿”控模式:设置好开膜上限湿度、闭膜下限湿度，在这段区间内如果达到开(闭)膜温度，执行(开)闭膜动作，运行“下运时间”时间的一半时等待“采集周期”，然后再判断是否达到开(闭)膜温度，如果达到开(闭)膜温度，继续执行开(闭)膜动作，碰到上(下)限位后，等待“触限延迟”再停止动作；

“双膜温湿”控模式:设置好开膜上限湿度、闭膜下限湿度；

在这段区间内如果达到开膜温度，先执行上膜开动作。运行“上运时间”时间的一半时等待“采集周期”，再判断是否达到开膜温度，如果达到开膜温度，继续执行上膜开动作，碰到上限位后，等待“触限延迟”再停止动作；继续等待“采集周期”如果仍能达到开膜温度，再执行下膜开动作，运行“下运时间”时间的一半时等待“采集周期”，再判断是否达到开膜温度，如果达到开膜温度，继续执行下膜开动作，碰到下膜限位后，等待“触限延迟”再停止动作；

在这段区间内如果达到闭膜温度，先执行下膜闭动作。运行“下运时间”时间的一半时等待“采集周期”，再判断是否达到闭膜温度，如果达到闭膜温度，继续执行下膜闭动作，碰到下膜下限位后，等待“触限延迟”再停止动作；等待“采集时间”如果仍能达到闭膜温度，再执行上膜闭动作，运行“上运时间”时间的一半时等待“采集周期”，再判断是否达到闭膜温度，如果达到闭膜温度，继续执行上膜闭动作，碰到限位后，等待“触限延迟”再停止动作。

此外，对于上文所述的报警器，在参数设置中，根据实际情况，设置好报警的条件，当满足该条件时进行报警。

与所述卷膜电机配套的还具有限位器，即限定保温层所处的位置。而当限位器失效时，所述主控制器可设定卷膜电机的最长运行时间，来保护卷膜电机的运转。

如上文所述，通过示例的方式对本文的技术方案进行了介绍。本领域技术人员可以理解，可以在不脱离本发明的创新精神的情况下对上述示例作出其他修改和调整，这些修改和调整后的实现方式同样属于本发明所公开的范围。