一种面向温室大棚设备的智能控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及大棚种植技术领域，特别涉及一种面向温室大棚设备的智能控制系统。


背景技术：

2.我国耕地资源有限，传统的耕作模式不但生产效率低，而且还占用大量的劳动力，近代农业出现了温室大棚，极大改善了这些问题，温室大棚能在一年四季中保持相对恒定的温湿度，使农作物能在稳定的条件下生长，可以实现规模化种植，不仅产量和质量能够得到保证，也使得蔬菜的地域性限制得到了解决。
3.但是，传统的大棚管理模式也逐渐暴露出一些缺点：
4.(1)数据监测滞后。现代大棚面积很大，种植的作物种类很多，需要大量的劳动力，不仅需要管理农作物的生长状态，还要随时监测大棚内的作物生长环境。
5.(2)设备种类繁多，管理混乱。为了保持大棚内的环境稳定和操作方便，现代大棚内安装了很多设备，如卷帘机、风机、遮阳帘、水帘、水肥一体机、滴灌、补光灯等，用以实现不同的功能，这些设备通常都由不同的厂家生产，管理越困难，如最简单的设备开关，操作人员需要走到不同的位置，依次操作，费时费力，效率很低。
6.(3)设备智慧化程度不统一，管理困难。大棚里的设备，大部分不是同一时期、同一厂家购买的，而且这些设备的生产标准，智能化程度，都不一样，很难实现统一的管理，管理效率非常低下，也不能最大化发挥设备的功能。
7.(4)无法监测设备工作状态，存在非常大的安全隐患。现有的智慧化大棚，对卷帘机的控制功能，只是实现了通过控制柜对卷帘机进行简单的卷帘和放帘操作，但是对于卷帘机的实时工作状态不得而知。这就产生了安全隐患，如假设当前卷帘机处于放帘结束位置，但是用户又进行了放帘操作，就会出现放帘过度情况，造成设备损坏。虽然可以通过现场观察来确认这些情况，但不是所有操作都在现场，无法完全排除隐患。有的智慧化大棚通过加装限位器来实现对过度操作的管控，但是仍然无法做到对现场情况的完全掌握，安全隐患始终存在。
8.综上，针对上述问题而言，现有智慧大棚还需要针对其控制系统进一步改进。


技术实现要素：

9.本实用新型就是为了解决上述背景技术的不足，提供了一种可自动化、方便控制，且适应不同接口及老设备的温室大棚设备的控制系统。
10.为此，本实用新型提供了一种面向温室大棚设备的智能控制系统，包括大棚设备、控制柜、上位机和传感器；
11.所述大棚设备和所述传感器均与所述控制柜电连，所述控制柜与所述上位机连接；
12.所述控制柜内设有供电模组、开关控制模组、编程控制模组、通信模组；所述供电
模组中设有外部供电电路和内部供电电路；所述开关控制模组中设有交流接触器和中间继电器；所述编程控制模组中设有交流电采集器、直流电采集器、io控制器和直流电正反控制模块；所述通信模组分别与所述编程控制模组、传感器、上位机连接；所述供电模组直接或间接通过所述开关控制模组、编程控制模组连接所述大棚设备及多类型传感器；
13.所述控制柜外侧还设有手动控制区，所述手动控制区中设有按钮、开关、旋钮其中一种或多种组合，且均与所述开关控制模组连接。
14.优选的，所述大棚设备包括但不限于卷帘机、水肥机、放风机。
15.优选的，所述传感器包括但不限于温湿度计、土壤检测传感器、二氧化碳传感器、光照度传感器、气象传感器、水质监测传感器。
16.优选的，所述外部供电电路中分别串接有380v空气开关和220v空气开关；所述内部供电电路中设有12v直流开关电源和24v直流开关电源。
17.优选的，所述交流电采集器包括交流电流采集器和交流电压采集器；所述直流电采集器为直流电流采集器；所述io控制器分别与所述中间继电器和所述直流电正反控制模块电连。
18.优选的，所述通信模组中设有485通讯接口，并分别与所述上位机、传感器和所述编程控制模组中的交流电流采集器、交流电压采集器、直流电流采集器、io控制器连接。
19.优选的，所述传感器和所述编程控制模组中的交流电流采集器、交流电压采集器、直流电流采集器、io控制器均设有rs485接口。
20.本实用新型提供面向温室大棚设备的智能控制系统，有如下有益效果：
21.本实用新型通过控制系统搭建大棚中的物联网硬件平台，对大棚内环境和设备状态进行实时感知，并通过自定义规则、定时配置以及数据分析手段，对设备进行智能化管理，既提高了大棚环境控制的效率，也提高了对环境控制的精确度和安全性；结合io控制实现对没有逻辑编程功能的硬件或老旧设备的智能化控制，提升大棚整体的自动化水平。
附图说明
22.图1是本实用新型系统图；
23.图2是本实用新型控制柜内部结构简图。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以助于理解本实用新型的内容。本实用新型中所使用的方法如无特殊规定，均为常规的方法；所使用的原料和装置，如无特殊规定，均为常规的市售产品。
25.本实用新型提供了一种面向温室大棚设备的智能控制系统，结合图1所示，主要包括大棚设备、控制柜、上位机和传感器。
26.其中，上位机可以是个人计算机，便携式笔记本电脑、移动终端(如手机、平板电脑等)、工业控制电脑等，并在其中安装或嵌入控制系统的软件部分。本实用新型中，各类设备与上位机通信采取了modbus通讯协议。modbus是一种串行通信协议，是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以通信。
27.大棚设备和传感器均与控制柜电连，控制柜与上位机连接；优选的，大棚设备包括大棚中常见的卷帘机、一体化水肥机、220v放风机和24v放风机、补光灯等。传感器则包括温湿度计、土壤检测传感器、二氧化碳传感器、光照度传感器、水质监测传感器和小型气象站中的气象传感器等。
28.为了能实现将上述设备在线监控，并互联式调控，结合图2所示，在控制柜内分别设有供电模组、开关控制模组、编程控制模组、通信模组。
29.其中，供电模组中设有外部供电电路和内部供电电路；优选的，考虑不同大棚设备对电源需求不同，故需要4种电源，分别为380v交流电源、220v交流电源，12v直流电流，24v直流电源，统一通过外接380v输入电源进行接入。外部供电电路的功能是给控制柜提供外接输入电源，核心部件为带漏电保护功能的380v和220v空气开关，其中380v电源为常见的卷帘机电机或水肥一体机供电，220v为放风机或其它使用220v的设备供电。而内部供电电路的功能是给控制柜内部的电子器件以及接入到控制柜中的传感器设备供电。内部供电区主要通过12v和24v直流开关电源供电，其中，12v为传感器供电，24v为直流放风机电机供电。当前大部分大棚的放风机电机主要采用220v交流和24v直流电机两种，这样可以使控制系统很好的兼容两种规格的放风机。
30.开关控制模组中设有交流接触器和中间继电器，用于实现对没有通讯功能的设备进行远程控制。但是，在传统解决方案中，通过485接口和modbus协议进行数据传输和通信时，会面临一些困难，并不是所有的设备都具有智能管理功能，如普通的工作电机，基本上所有大棚使用的电机都没有数字接口，无法分配地址，也因此上位机没有办法对电机设备进行控制。故在编程控制模组中设有io控制器；优选的，将具有rs485接口的io控制器与中间继电器电连，形成具有485通信功能的io继电器控制模块，除具有继电器的通断功能以外，它还是可编程组件，允许配置485地址，并通过485接口对模块进行软件控制，其指令格式也遵循通用的modbus协议。整体的控制流如图1中细实线箭头所示。通过增加系统的io控制控制器和继电器，可以对老旧设备或不同型号设备实现全覆盖控制，不漏一项，解决传统智慧大棚无法全面监控大棚设备的问题。
31.传统解决方案中，还存在另外一个问题，控制柜只能进行设备的动作指令下达，没有对设备工作状态进行监控，尤其是电机设备，在大棚内普遍使用，对于某个电机设备，如卷帘机，当前时刻是否正在工作；当前时刻是在卷帘(正转)还是放帘(反转)；当前时刻设备处于什么工作位置，都是未知状态，这种情况会带来非常大的安全隐患，轻则无法完成设备正常功能，造成大棚内环境异常，农作物受损，重则造成设备损坏，甚至是人身安全事故。因此在本实施例中，编程控制模组中还设有交流电采集器、直流电采集器和直流电正反控制模块，并将io控制器与直流电正反控制模块连接；优选的，交流电采集器包括交流电流采集器和交流电压采集器，直流电采集器为直流电流采集器。这样可以根据电压、电流及其方向分析获得大棚设备的工作状态，从而实现监控。
32.通信模组承担双向传输信号的功能；优选的，通信模组中设有485通讯接口，并分别与上位机、各型号传感器和编程控制模组中的交流电流采集器、交流电压采集器、直流电流采集器、io控制器连接。进一步，相应的在传感器和编程控制模组中的交流电流采集器、交流电压采集器、直流电流采集器均设有rs485接口。整体通信流如图1中双向空心箭头所示。
33.供电模组按照逻辑顺序，一方面直接与部分大棚设备连接，另一方面间接通过开关控制模组、编程控制模组连接其他大棚设备及多型号传感器，具体如图1中粗实线箭头所示。
34.本实施例中，在控制柜外侧还设有手动控制区，手动控制区中设有多个按钮，且均与开关控制模组连接，分别对应部分或整体大棚设备的急停、重启、关机等功能。
35.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“内”、“外”、“背”、“中间”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具备特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
36.惟以上者，仅为本实用新型的具体实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施的范围，故其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修改，皆应仍属本实用新型权利要求书涵盖之范畴。