[發明專利]一種基于智能種植大棚的控制方法

有效

• 申請號: 201810413134.4
• 申請日: 2018-05-03
• 公開（公告）號: CN108901474B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 陳嘉興;趙華;劉萬明;張書景;王立安;陳愛萍;劉亞川;靳慧龍;孫軍英;呂清
• 申請（專利權）人: 河北師范大學
• 主分類號: A01G9/14
• 分類號: A01G9/14;A01G9/18;A01G9/24;A01G7/04
• 代理公司: 石家莊新世紀專利商標事務所有限公司 13100
• 代理人: 韓紅艷

1.一種基于智能種植大棚的控制方法，其特征在于：智能種植大棚包括尖頂棚體（1）和固定設置在尖頂棚體（1）外側頂部且與尖頂棚體（1）頂部邊緣相適配的矩形框架（2）；所述尖頂棚體（1）的前側面設有棚門（1-1）；在所述尖頂棚體（1）的前側面外壁設有控制箱（3），在所述控制箱（3）內設有用于監測大棚環境控制大棚設施的監控單元；所述矩形框架（2）的頂部設有外遮陽簾軌道（2-1），在外遮陽簾軌道（2-1）上設有能夠沿外遮陽簾軌道（2-1）水平伸縮的外遮陽簾（6），外遮陽簾（6）通過傳動機構與設置在矩形框架（2）上的外遮陽簾拉動電機連接；在尖頂棚體（1）頂部左右兩側內邊緣設有內遮陽簾軌道（7），在內遮陽簾軌道（7）上設有能夠沿內遮陽簾軌道（7）水平伸縮的內遮陽簾（8），內遮陽簾（8）通過傳動機構與設置在尖頂棚體（1）頂部的內遮陽簾拉動電機連接；

所述監控單元包括控制器、二氧化碳光照度溫濕度四合一傳感器、溫濕度光照度三合一傳感器、土壤溫濕度傳感器、RS485電路、繼電器驅動電路、RS232電路、觸摸屏、顯示器、TTL-232接口電路、通信模塊、存儲電路、USB電路、時鐘電路、低壓采集電路、內遮陽簾拉動電機繼電器和外遮陽簾拉動電機繼電器；所述二氧化碳光照度溫濕度四合一傳感器設置在尖頂棚體（1）內；所述土壤溫濕度傳感器設置在尖頂棚體（1）內種植土壤中；所述溫濕度光照度三合一傳感器設置在尖頂棚體（1）外壁上；所述二氧化碳光照度溫濕度四合一傳感器、溫濕度光照度三合一傳感器、土壤溫濕度傳感器分別與RS485電路的相應端口雙向連接；所述RS485電路與控制器的相應端口雙向連接；所述控制器的控制輸出端接繼電器驅動電路的控制輸入端；內遮陽簾拉動電機繼電器和外遮陽簾拉動電機繼電器的控制輸入端分別接繼電器驅動電路的相應控制輸出端；內遮陽簾拉動電機繼電器的輸出端接內遮陽簾拉動電機；外遮陽簾拉動電機繼電器的輸出端接外遮陽簾拉動電機；觸摸屏經RS232電路與控制器的相應端口雙向連接；所述顯示器的輸入端接控制器的相應輸出端口；所述通信模塊經TTL-232接口電路接控制器的相應端口；所述存儲電路與控制器的相應端口雙向連接；所述USB電路與控制器的相應端口雙向連接；所述時鐘電路與控制器的相應端口雙向連接；所述低壓采集電路的輸入端接外部直流電源，所述低壓采集電路的輸出端接控制器的相應端口；

所述控制器是由型號為stm32f103vet6單片機及其外圍電路構成；所述RS485電路是由型號為TLP2362光耦、型號為MAX485ESA收發器及外圍電路構成；所述繼電器驅動電路是由型號為74HC595的位移緩存器、型號為ULN2803的驅動芯片及外圍電路構成；所述RS232電路是由型號為SP3232E的串口轉換芯片及其外圍電路構成；所述存儲電路是由型號為SP3232E存儲芯片及其外圍電路構成；所述TTL-232接口電路是由型號為2N5551三極管及其外圍電路構成；所述USB電路是由型號為CH376S的USB芯片及其外圍電路構成；所述時鐘電路是由型號為8025T的時鐘芯片及其外圍電路構成；所述低壓采集電路是由型號為HT7033的穩壓模塊及其外圍電路構成；所述二氧化碳光照度溫濕度四合一傳感器的型號為SM3390B；所述溫濕度光照度三合一傳感器的型號為KM6391B；所述土壤溫濕度傳感器的型號為SM3002B；

所述監控單元還包括電源電路，所述電源電路是由型號為TDK-ZJYS_2/2A的電感、型號為ASM1117的穩壓器、型號為B0505LS-1WR2的電源模塊、型號為TPS54233的電源芯片及其外圍電路構成；所述電源電路輸入24V直流電壓，輸出分別為5V、3.3V、隔離5V直流電壓；其中輸出5V為USB電路和TTL_232接口供電；輸出3.3V為控制器、低電壓采集電路、繼電器驅動電路、時鐘電路、USB電路、RS485電路、RS232電路、存儲電路供電；輸出隔離5V為RS485電路供電；

所述通信模塊為GPRS通信模塊、串口轉以太網模塊、WIFI模塊或無線模塊；

在尖頂棚體（1）內還設有補光燈升降桿（12），補光燈升降桿（12）上設有一個以上的補光燈（13），補光燈升降桿（12）通過設置在尖頂棚體（1）頂部的升降架（12-2）懸吊起來，升降架（12-2）通過傳動機構與設置在尖頂棚體（1）頂部的補光燈升降桿拉動電機（12-1）相連接；所述監控單元還包括補光燈升降桿拉動電機繼電器和補光燈繼電器；所述補光燈升降桿拉動電機繼電器和補光燈繼電器的控制輸入端分別接繼電器驅動電路的相應控制輸出端；

在尖頂棚體（1）內設有加濕泵（10），加濕泵（10）通過PE管（10-1）與水平懸掛在尖頂棚體（1）內的加濕管（10-2）相連通，在加濕管（10-2）上設有多個噴頭（10-3）；所述監控單元還包括加濕泵繼電器，所述加濕泵繼電器的控制輸入端接繼電器驅動電路的相應控制輸出端；

所述尖頂棚體（1）棚頂設有1個以上的天窗（5）；

在尖頂棚體（1）內還懸掛有多個風機；所述監控單元還包括風機繼電器，所述風機繼電器的控制輸入端接繼電器驅動電路的相應控制輸出端；

在所述尖頂棚體（1）的前側面內壁設有濕簾（4），在尖頂棚體（1）內設有濕簾加壓泵，濕簾加壓泵通過與濕簾（4）相接觸的水管給濕簾（4）加濕；在所述尖頂棚體（1）的后側面內壁與所述濕簾（4）相對應位置設有排風扇（9）；所述監控單元還包括濕簾加壓泵繼電器和排風扇繼電器；所述濕簾加壓泵繼電器和排風扇繼電器的控制輸入端分別接繼電器驅動電路的相應控制輸出端；

基于智能種植大棚的控制方法包括如下步驟：

（1）利用二氧化碳光照度溫濕度四合一傳感器獲取室內溫度、室內濕度、室內光照強度、室內二氧化碳濃度信息；利用溫濕度光照度三合一傳感器獲取室外溫度、室外濕度、室外光照強度信息；利用土壤溫濕度傳感器獲取土壤溫度及土壤濕度信息；

（2）控制器設有專家系統模塊，所述專家系統模塊存儲有最適合棚內植物生長的歷史環境溫度、歷史環境濕度、歷史二氧化碳濃度、歷史光照強度、歷史土壤溫度及歷史土壤濕度信息；控制器接收到所述室內溫度、室內濕度、室內光照強度、室內二氧化碳濃度、室外溫度、室外濕度、室外光照強度、土壤溫度及土壤濕度信息后，分別與歷史環境溫度、歷史環境濕度、歷史二氧化碳濃度、歷史光照強度、歷史土壤溫度及歷史土壤濕度信息進行比較；

（3）當室內溫度超過歷史環境溫度上限時，控制器給繼電器驅動電路輸出控制信號，使繼電器驅動電路控制外遮陽簾拉動電機繼電器工作，使外遮陽簾拉動電機啟動關閉外遮陽簾；

當室內溫度低于歷史環境溫度下限時，控制器給繼電器驅動電路輸出控制信號，使繼電器驅動電路控制外遮陽簾拉動電機繼電器工作，使外遮陽簾拉動電機啟動打開外遮陽簾；

（4）當室內溫度超過歷史環境溫度上限時，控制器給繼電器驅動電路輸出控制信號，使繼電器驅動電路控制內遮陽簾拉動電機繼電器工作，使內遮陽簾拉動電機啟動關閉內遮陽簾；

當室內溫度低于歷史環境溫度下限時，控制器給繼電器驅動電路輸出控制信號，使繼電器驅動電路控制內遮陽簾拉動電機繼電器工作，使內遮陽簾拉動電機啟動打開內遮陽簾；

（5）當室內濕度超過歷史環境濕度上限時，控制器給繼電器驅動電路輸出控制信號，使繼電器驅動電路控制加濕泵繼電器工作，使加濕泵停止工作；

當室內濕度低于歷史環境濕度下限時，控制器給繼電器驅動電路輸出控制信號，使繼電器驅動電路控制加濕泵繼電器工作，使加濕泵啟動工作；

（6）當室內濕度超過歷史環境濕度上限時，控制器給繼電器驅動電路輸出控制信號，使繼電器驅動電路控制風機繼電器工作，使風機啟動工作；

當室內濕度低于歷史環境濕度下限時，控制器給繼電器驅動電路輸出控制信號，使繼電器驅動電路控制風機繼電器工作，使風機停止工作；

（7）當室內二氧化碳濃度超過歷史二氧化碳濃度上限時，控制器給繼電器驅動電路輸出控制信號，使繼電器驅動電路控制風機繼電器工作，使風機啟動工作；

當室內二氧化碳濃度低于歷史二氧化碳濃度下限時，控制器給繼電器驅動電路輸出控制信號，使繼電器驅動電路控制風機繼電器工作，使風機停止工作；

（8）當室內光照強度超過歷史光照強度上限時，控制器給繼電器驅動電路輸出控制信號，使繼電器驅動電路控制補光燈繼電器及補光燈升降桿拉動電機繼電器工作，使補光燈打開，并使補光燈升降桿拉動電機工作，拉動補光燈升降桿升高或降低；

當室內光照強度低于歷史光照強度上限時，控制器給繼電器驅動電路輸出控制信號，使繼電器驅動電路控制補光燈繼電器工作，使補光燈關閉，并使補光燈升降桿拉動電機工作，拉動補光燈升降桿升高或降低；

（9）當室內濕度超過歷史環境濕度上限時，控制器給繼電器驅動電路輸出控制信號，使繼電器驅動電路控制濕簾加壓泵繼電器和排風扇繼電器工作，使濕簾加壓泵和排風扇停止工作；當室內濕度低于歷史環境濕度下限時，控制器給繼電器驅動電路輸出控制信號，使繼電器驅動電路控制濕簾加壓泵繼電器和排風扇繼電器，使濕簾加壓泵和排風扇啟動工作。