一种基于日升日落及天气信息的日光温室卷帘机控制系统

1.本发明涉及农业机械设备技术领域，尤其涉及到对智能卷帘机的控制技术，具体是指一种基于日升日落及天气信息的日光温室卷帘机控制系统。


背景技术：

2.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。
3.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。
4.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。
5.为了提高卷帘机控制的自动化、智能化程度，有的单位基于图像处理技术开发了智能卷帘机控制系统。但此类系统安装传感器较多，布线相对复杂，成本较高，仅适用于相关示范基地和科研院校的实验基地应用，不适合在广大农户中推广，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，没有一户采用这种价格高、操作复杂的控制系统。


技术实现要素：

6.本发明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，提供一种基于日升日落及天气信息的日光温室卷帘机控制系统，可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的控制，而且使用成本低、操作简单。
7.本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种基于日升日落及天气信息的日光温室卷帘机控制系统，包括处理器模块，以及与处理器模块电连接的人机交互模块、传感器模块和输出接口模块；处理器模块包括单片机，以及与单片机电连接的存储器，存储器用来存储设置数
据；人机交互模块包括设置按键，设置按键用于对单片机进行程序设置；传感器模块包括光照传感器和风速传感器，光照强度传感器用来测定大棚内的光照强度，并将光照强度数据传输至单片机，风速传感器用来测定当地的风速，并将风速数据传输至单片机；输出接口模块与卷帘机电机电连接；单片机用于接收和分析处理光照传感器和风速传感器所传来的数据，并根据当地的地理位置数据计算出当日的日出日落时间，并依据设置按键设置的延时将电子信号转换为数字信号传递到输出接口模块，以控制卷帘机电机的运行。
8.本方案处理器模块以单片机为核心，传感器模块、人机交互模块、限位开关模块与单片机相连实现数据互通，单片机对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，从而控制卷帘机电机动作；传感器模块采集当地的光照强度数据和风速数据，以提高对恶劣天气的识别能力。
9.作为优化，还包括与处理器模块电连接的限位开关模块，限位开关模块包括与卷帘完全开启位置对应的上限位开关，以及与卷帘完全关闭位置对应的下限位开关，上限位开关和下限位开关的状态信号传递给单片机，单片机根据接收的上限位开关、下限位开关状态信号向输出接口模块传递控制信号，以控制卷帘机电机的启停，实现了对卷帘开启和关闭的到位自动控制，而且结构简单，控制方便。
10.作为优化，限位开关模块还包括与卷帘上极限位置对应的上接近开关，以及与卷帘下极限位置对应的下接近开关，上接近开关和下接近开关的状态信号传递给单片机，单片机根据接收的上接近开关、下接近开关状态信号向输出接口模块传递控制信号，以控制卷帘机电机的启停。本优化方案通过设置上接近开关和下接近开关，在上限位开关或下限位开关失效时起保护作用，防止出现卷帘由于停机不及时而被损坏的情况。
11.作为优化，人机交互模块还包括显示器，所述显示器用来显示当日日出日落时间、当前光照强度数据、风速数据、工作模式及设置信息；当卷帘机电机动作时，显示器显示当前的动作状态；当遇到恶劣天气时，显示器显示报警信息。本优化方案通过设置显示器，以显示当前状态和运行模式数据，便于及时了解运行状态。
12.作为优化，人机交互模块还包括模式切换按键和手动操作按键，模式切换按键用于切换自动运行模式和手动运行模式，手动操作按键用于在手动运行模式时对卷帘机的升降进行控制。本优化方案的设置，便于在自动运行模式和手动运行模式之间切换，以保证控制系统的使用可靠性。
13.本发明的有益效果为：系统以单片机作为数据处理和控制平台，实现基于本地经纬度信息的日升日落时间计算，配合键盘输入的延时设置，可完成卷帘机一年四季基于日出日落信息的自动升降；通过人机交互模块可以完成自动、手动模式的切换及其它控制参数的修改；传感器模块提高了系统识别恶劣天气的能力，能及时有效地控制卷帘机的升降；输出接口模块与限位开关实现电机上电与到位反馈控制；具有限位开关与接近开关相结合的双重保护功能，当限位开关失效时，接近开关将会工作，从而切断电路，保护卷帘不受损；系统智能化程度高，解决了卷帘机自动、可靠控制的问题；既可单独使用，也可与原有的卷帘机控制系统结合使用，适合推广应用。
附图说明
14.图1为本发明的结构框图，图1中：11、处理器模块，12、人机交互模块，13、传感器模块，14、限位开关模块，15、输出接口模块，16、电源；图2为本发明的处理器模块结构图，图2中：21、单片机，22、存储器，23、限位开关模块接口，24、传感器模块接口，25、人机交互模块接口；图3为本发明工作原理图，图3中：31、单片机，32、存储器，33、按键，34、限位开关模块，35、传感器模块，36、电源，37、输出接口模块，38、卷帘机电机；图4为本发明双重保护原理图，图4中：41、上限位开关，42、上接近开关，43、下限位开关，44、下接近开关。
具体实施方式
15.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
16.如图1所示一种基于日升日落及天气信息的日光温室卷帘机控制系统，包括处理器模块，以及与处理器模块电连接的人机交互模块、传感器模块、限位开关模块和输出接口模块，输出接口模块与卷帘机电机电连接。
17.处理器模块包括单片机，以及与单片机电连接的存储器，存储器用来存储设置数据。单片机为控制核心，用于接收和分析处理光照传感器、风速传感器和限位开关模块所传来的数据，并根据当地的地理位置数据计算出当日的日出日落时间，并依据设置按键设置的延时将电子信号转换为数字信号传递到输出接口模块，以控制卷帘机电机的运行。本实施例的单片机采用51系列芯片，存储器所采用的是24c型号等组成的可靠的数据采集与计算分析电路，用户通过设置按键所设置的数据存储在存储器中，方便调用，具体为stc12c5a60s2单片机，at24c64存储器。
18.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。设置按键用于对单片机进行程序设置，可采用键盘输入。显示器用来显示当日日出日落时间、当前光照强度数据、风速数据、工作模式及设置信息；当卷帘机电机动作时，显示器显示当前的动作状态；当遇到恶劣天气时，显示器显示报警信息。模式切换按键用于切换自动运行模式和手动运行模式，当需要进行手动操作时通过此按键进行切换，手动操作按键用于在手动运行模式时对卷帘机的升降进行控制，即当运行模式切换到手动运行模式时，通过手动按键对卷帘机的升降进行控制。
19.传感器模块包括光照传感器和风速传感器，光照强度传感器用来测定大棚内的光照强度，并将光照强度数据传输至单片机，风速传感器用来测定当地的风速，并将风速数据传输至单片机。具体的，光照传感器采用bh1750fvi光照强度传感器，通过i2c总线与单片机的io口相连接。风速传感器采用rs485总线的方式与单片机的io口相连接。光照强度传感器用来测定大棚内的光照强度，当光照强度低于设置的阀值时，单片机将控制信号传递给输出接口模块，从而控制卷帘机电机动作将卷帘放下。风速传感器用来测定当地的风速，当风速超过所设置的阀值时，单片机将控制信号传递给输出接口模块，从而控制卷帘机电机动
作将卷帘放下。
20.限位开关模块包括与卷帘完全开启位置对应的上限位开关，以及与卷帘完全关闭位置对应的下限位开关，上限位开关和下限位开关的状态信号传递给单片机，单片机根据接收的上限位开关、下限位开关状态信号向输出接口模块传递控制信号，以控制卷帘机电机的启停。限位开关就是用以限定机械设备的运动极限位置的电气开关，本实施例使用限位开关来设定卷帘完全开启与完全关闭的位置，卷帘碰到上限为开关或者下限位开关时，限位开关就会切断整个电路。具体的，在正常运行情况下，当卷帘完全开启时会触碰到上限位开关，会将限位开关状态信号传递给单片机，从而单片机会将控制信号传递给输出接口模块，从而控制卷帘机电机的启停。当卷帘完全关闭时会触碰到下限位开关，会将限位开关状态信号传递给单片机，从而单片机会将控制信号传递给输出接口模块，从而控制卷帘机电机的启停。
21.本实施例的限位开关模块还包括与卷帘上极限位置对应的上接近开关，以及与卷帘下极限位置对应的下接近开关，上接近开关和下接近开关的状态信号传递给单片机，单片机根据接收的上接近开关、下接近开关状态信号向输出接口模块传递控制信号，以控制卷帘机电机的启停。当出现限位开关失灵的情况下，接近开关就会起作用，将整个电路切断，防止出现卷帘被损坏的情况。
22.输出接口模块由接触器组成，接触器的输入与单片机的io口相连，接触器的输出与卷帘机电机相连接，本实施例所采用的接触器的型号为cjx2-9，分为升降单向控制。
23.当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。