[發明專利]一種微型植物工廠智能控制系統

在審

• 申請號: 201510871718.2
• 申請日: 2015-12-02
• 公開（公告）號: CN106814713A
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發明（設計）人: 富強
• 申請（專利權）人: 富強
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種檢測裝置，尤其涉及一種微型植物工廠智能控制系統。

背景技術

微型植物工廠是近年設施農業行業出現的新事物，它將大型植物工廠技術進一步濃縮，在有限密閉的環境中通過智能自動控制系統控制作物生長環境，為作物提供適宜的溫濕度、光照強度、CO2濃度以及合理比例的營養液，實現作物的周年連續種植。目前，由于成本和技術等方面的限制，微型植物工廠的推廣和應用尚處于研究和探索階段。

微型植物工廠具有很大的應用潛力，在植物工廠技術比較發達的日本、美國和荷蘭等國家，針對家庭使用的微型植物工廠已有應用，在美化家居凈化空氣的同時能滿足人們對安全無公害蔬菜的需求。鑒于此，近些年國內一些科研單位也開始著手微型植物工廠的研制，并取得了顯著成果。在現階段的植物工廠控制系統研究中，多采用PLC作為控制器，以PID控制作為控制算法，這使得控制系統的成本較高，且傳統的PID控制應用在微型植物工廠這類非線性、大滯后系統時無法很好地滿足控制要求。

發明內容

本發明的目的是針對傳統的PID控制應用在微型植物工廠這類非線性、大滯后系統時無法很好地滿足控制要求的問題，設計了一種微型植物工廠智能控制系統。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：微型植物工廠智能控制系統由環境因子采集模塊、數據存儲模塊、人機交互模塊、處理器模塊以及執行控制模塊等部分構成。

所述的環境因子采集模塊包括光照傳感器、溫濕度傳感器和CO₂傳感器，該模塊能準確、實時地對微型植物工廠內部溫度和濕度等多個環境因子信息進采集。

所述的溫濕度傳感器采用AM2311型，它是一款含有已校準數字信號輸出的傳感器，可以進行遠距離信號傳輸，適合在微型植物工廠內部通過長線纜分層布置，該模塊通信接口采用標準I²C接口模式。

所述的光照度傳感器采用RHOM 的數字型光強度傳感器BH1750FVI 型，此傳感器內置高精度的16位A/D 轉換器，可以直接輸出照度值，采用I² C總線連接，系統通過STM32自帶的I²C 接口實現光照強度信息的采集。

所述的CO₂濃度的測量使用固態電化學型傳感器TGS4160型，由于傳感器本身接口比較復雜，本系統選用的是成型的傳感器模塊，可以直接輸出數字信號。

所述的數據存儲模塊利用MicroSD卡作為存儲介質，存儲微型植物工廠內部溫濕度等環境因子歷史數據，并采用FATFS文件系統對采集的數據按日期和類型進行分類管理。

所述的人機交互模塊采用XPT2046驅動的觸摸屏進行人機交互操作，可以進行參數的設定以及環境信息的實時顯示。

所述的處理器模塊采用STM32控制器為系統的核心，它通過對傳感器采集數據的分析決策，進而發送命令，控制繼電器的開/關，通過執行機構間的協調工作使微型植物工廠內部環境維持在適宜作物生長的范圍內。

所述的執行機構采用開關量控制，另外在GPIO口與環境控制設備之間增加了光耦TLP521-4、驅動器MC1413以及中間繼電器HF49F。同時在電路設計上采用單獨的電源和接地來減少干擾。

本發明的有益效果是：該系統采用高性能的STM32芯片和嵌入式實時操作系統μC OS-Ⅱ進行硬件和軟件設計，并利用模糊解耦和模糊控制的方法實現了溫濕度的解耦和有效控制，系統運行穩定。該智能控制系統的成功研制為微型植物工廠快速進入市場應用奠定了基礎。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是控制系統結構圖。

圖2是SD 卡接口電路圖。

圖3是系統人機界面總體框圖。

圖4是溫濕度解耦器原理圖。

圖5是數據采集與控制流程圖。

具體實施方式