CN207767050U - 一种智能大棚 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种智能大棚，包括数字信号处理器、温湿度控制模块、二氧化碳浓度控制模块、光照强度控制模块、zigbee无线模块和控制面板，所述温湿度控制模块、二氧化碳浓度控制模块和光照强度控制模块与数字信号处理器和zigbee无线模块连接，所述控制面板连接数字信号处理器，所述温湿度控制模块包括温湿度探测器、加热器、风机、校准芯片、变频调速器和水泵；所述二氧化碳浓度控制模块包括二氧化碳浓度探测器、干冰盒和舵机；所述光照强度控制模块包括光照强度传感器、植物生长LED灯和恒流电路。该实用新型实现了对大棚种植的对温湿度、二氧化碳、光照的精确控制。

Description

一种智能大棚

技术领域

本实用新型涉及一种大棚种植，尤其涉及一种智能大棚。

背景技术

随着网络技术、计算机技术、传感器技术以及生物技术等高新技术的迅速发展，温室环境控制方面迎来了智能化发展时期的一场革命。目前人民的生活水平日益提高，冬季大棚蔬菜的市场日渐扩大，尤其是北方地区在寒冷的冬季用塑料大棚栽培蔬菜。

蔬菜温室大棚产业作为21世纪最有活力的农业新产业，环境控制高度自动化与智能化是现代温室发展的必然。目前，我国现代温室大棚制造业正向专业化、社会化和市场国际化的方向发展。

已经有着众多智能温室控制***，结合集成传感技术、自动化控制技术、通讯技术、ARM控制技术等高科技手段发展起来的，通过搭建温室智能化控制平台，实现对温室中湿度、温度、光照、二氧化碳等环境因子的自动监测和控制。但随着环境问题的加剧，对各种种植条件的控制要求越来越高，特别是对于幼苗时期的植物；现有的大棚种植的控制***，条件控制的波动范围较大，无法适应某些植物的特殊要求，或是某些特殊时期的要求，如萌芽期，造成成活率低的问题，增加种植成本。

发明内容

本实用新型是解决现有技术所存在的技术问题，提供一种结构简单，对温湿度、二氧化碳、光照参数控制精度高的智能大棚。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种智能大棚，包括数字信号处理器、温湿度控制模块、二氧化碳浓度控制模块、光照强度控制模块、zigbee无线模块和控制面板，所述温湿度控制模块、二氧化碳浓度控制模块和光照强度控制模块与数字信号处理器和zigbee无线模块分别电性连接，所述控制面板连接数字信号处理器，所述温湿度控制模块包括温湿度探测器、加热器、风机、校准芯片、变频调速器和水泵，所述校准芯片与温湿度探测器连接，所述水泵与变频调速器连接；

所述二氧化碳浓度控制模块包括二氧化碳浓度探测器、干冰盒和舵机，所述舵机连接干冰盒；

所述光照强度控制模块包括光照强度传感器、植物生长LED灯和恒流电路，所述植物生长LED灯与恒流电路连接；

所述zigbee无线模块包括zigbee终端、zigbee协调器和电脑，所述zigbee终端与zigbee协调器无线连接，所述zigbee协调器与电脑连接；

所述温湿度探测器、二氧化碳浓度探测器、光照强度传感器、加热器、风机、变频调速器、舵机、恒流电路和控制面板与数字信号处理器电性连接，所述zigbee终端连接温湿度探测器、二氧化碳浓度探测器和光照强度传感器。

作为优选，所述的控制面板包括显示器和控制按键。

作为优选，所述zigbee协调器采用UART与电脑连接，对大棚数据实时监控。

本实用新型的有益效果是：本实用新型具有自动化，智能化、成本低，控制方便，实用，及远程监控的优点，能够实现对温度、湿度、二氧化碳浓度和光照强度的植物生长参数的精准控制，提高存活率和产量，节约了劳动力，缩减了种植成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种智能大棚的框架示意图。

图2为本实用新型一种智能大棚的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参见图1、2所示，一种智能大棚，包括数字信号处理器1、温湿度控制模块2、二氧化碳浓度控制模块3、光照强度控制模块4、zigbee无线模块5和控制面板6，所述温湿度控制模块2、二氧化碳浓度控制模块3和光照强度控制模块4与数字信号处理器1和zigbee无线模块5分别连接，所述控制面板6连接数字信号处理器1；所述温湿度控制模块2包括温湿度探测器21、加热器22、风机23、校准芯片24、变频调速器25和水泵26，所述校准芯片24与温湿度探测器21连接，对温湿度探测器21进行精度校准，缩小温湿度的控制偏差；所述水泵26与变频调速器25连接，从而可以根据湿度的要求，控制水泵26的工作频率，提高调节精度，且节约成本；

所述二氧化碳浓度控制模块3包括二氧化碳浓度探测器31、干冰盒32和舵机33，所述舵机33连接干冰盒32，控制干冰盒32的开闭，从而准确的控制二氧化碳的释放量，达到精准控制二氧化碳浓度的目的；

所述光照强度控制模块4包括光照强度传感器41、植物生长LED灯42和恒流电路43，所述植物生长LED灯42与恒流电路43连接，使得光照调节更加精确、稳定，适应植物的生长规律；

所述zigbee无线模块5包括zigbee终端51、zigbee协调器52和电脑53，所述zigbee终端51与温湿度探测器21、二氧化碳浓度探测器31和光照强度传感器41连接，并与zigbee协调器52无线连接，所述zigbee协调器52与电脑53连接；

所述温湿度探测器21、二氧化碳浓度探测器31、光照强度传感器41、加热器22、风机23、变频调速器25、舵机33、恒流电路43和控制面板6与数字信号处理器1连接，所述zigbee终端51连接温湿度探测器21、二氧化碳浓度探测器31和光照强度传感器41。

所述的控制面板6包括显示器61和控制按键62。

所述zigbee协调器52采用UART与电脑53连接，对大棚数据实时监控。

所述数字信号处理器1采用PWM控制恒流电路43。

为了更加详细的了解该实用新型的技术方案，以下对装置实际应用中进行详细的介绍：

安装时，为了提高所采集的温室大棚内的温湿度信息、二氧化碳浓度信息和光照强度信息的准确性，将温湿度传感器21、二氧化碳浓度探测器31设于温室大棚内高度为2.5m-3m的空气流通较好位置处，并与大棚支架固定，且设于避免阳光直射，以避免造成温湿度信息和二氧化碳浓度信息采集结果不够准确，温湿度传感器21连接有校准芯片24；光照强度传感器31设置于温室大棚内高度为2.5m-3.5m的阳光直射处；温湿度传感器21、二氧化碳浓度探测器31和光照强度传感器41分别与zigbee终端51和数字信号处理器1电连接，收集及传输信号。风机23和舵机33安装于大棚测面固定，加热器22固定在风机风口处；水泵26与喷水管路连接，水泵26电性连接变频调速器25，用于控制喷水量；干冰盒32设于大棚外侧与舵机33连通，便于添加干冰。植物生长LED灯42悬挂于大棚内，与恒流电路43连接，高度低于光照强度传感器41；风机23、舵机33、加热器22、变频调速器25和恒流电路43与数字信号处理器1电连接。

装置以TMS320F28335为数字信号处理器1，安装于大棚架上，连接温湿度探测器21、二氧化碳浓度探测器31、光照强度传感器41、加热器22、风机23、变频调速器25、舵机33、恒流电路43和控制面板6；zigbee终端51设于大棚支架上与温湿度探测器21、二氧化碳浓度探测器31、光照强度传感器41连接。控制面板6设于大棚入口处，便于操作。Zigbee协调器52和电脑53设于控制室，zigbee终端51与zegbee协调器52通过无线信号连接，zegbee协调器52连接电脑53，进行数据监控。

应用中，根据大棚设计及条件控制要求将各设备安装于指定位置上，连接上220V电源，经过电源模块给各模块供电；操作时，通过显示器61和控制按键62选定自动模式或是手动模式，进入自动模式后***会对蔬菜大棚的环境参数进行智能化控制，对蔬菜大棚环境所需的温湿度、二氧化碳浓度以及光照强度进行自动控制，控制在合适的范围内。若进入手动模式则可通过控制按键62手动设置环境参数，设定温湿度、二氧化碳浓度、光照强度的数值，装置会根据所设置的环境参数进行自动调控。

温湿度探测器21使用DHT11温湿度传感器，设于大棚内各检测点，DHT11温湿度传感器与TMS320F28335数字信号处理器1和zigbee终端51线性连接，温湿度探测器21连接校准芯片24，使用前预先在湿度校验室里对校准芯片24进行校准，校准系数按照程序的形式存在校准芯片24内的OTP内存里，对DHT11温湿度传感器起到校准作用，使得温湿度探测器21准确的将温湿度控制在预设范围内。数字信号处理器1通过DHT11温湿度传感器采集温湿度信号，根据设定参数，数字信号处理器1控制加热器22、风机23和变频调速器25，湿度发生偏差时，变频调速器25根据数字信号处理器1发送的信号转化为电信号，通过变频调速器25调节水泵26水量，从而精确的控制大棚内湿度，并能够节约能源，降低成本。大棚内温度偏高时，数字信号处理器1控制风机23工作，进行通风散热；温度偏低时，同时开启加热器，提高大棚温度；该加热器22由220V供电，采用无触点开关，有专门的光耦隔离，拥有工作频率高、寿命长、开关速度快、噪声比较低、动作比较可靠以及无火花的特点，输入只需3-32VDC控制电压，负载电压可以达到24-480VAC，而且控制简单，控制原理比普通继电器简单，只需通过I/O口输出高低电平即可控制输出的导通和关断，控制精确度高，且安全性高。

对于二氧化碳浓度的控制，二氧化碳浓度探测器31采用MG811 固体电解质传感器检测二氧化碳浓度，能够检测到1ug/g范围内的二氧化碳浓度变化；电路设计时还可将传感器输出阻抗降低，直到普通万用表可以测量，在输出后端接上一级阻抗变化电路。数字信号处理器1通过A/D采集二氧化碳浓度探测器31的模拟输出电压，浓度越低输出电压越高。产生的电压信号再由数字信号处理器1以PWM信号发送给舵机33，舵机33控制存放干冰的干冰盒32的开关状态，从而控制二氧化碳的释放来控制浓度；采用型号为MG995的舵机33，该舵机33的控制信号周期为18-20ms的PWM信号，其中脉冲宽度从0.5-2.5ms，相对应的舵盘位置为0-180°，变化呈线性；数字信号处理器1向舵机33提供一定的脉宽，舵机33带动干冰盒32开口保持一定的角度，向外释放二氧化碳，根据提供的PWM，改变输出角度，达到准确控制二氧化碳浓度的目的。

对于光照强度的控制，光照强度的采用BH1750FVI光照强度传感器41来采集。该探测器41是一种用于I2C总线接口的数字型光照强度传感器41，采集大棚的光照度，从而反馈给数字信号处理器1，控制恒流电路43，保证植物生长led灯42保持一定的光照度，达到准确控制光照强度的目的。LED恒流电源模块43采用单端反激拓扑，输出功率为5-150W，成本低。电流采样电路使用TI公司的INA193，使用时把采样电阻并在3脚内部运放同相输入端和4脚内部运放反向输入端上，加上工作电压，1脚就能输出与监测电流成比例的电压，监测到电流，然后数字信号处理器1通过A/D采样采集信号，通过PID算法进行调控，实现对LED的恒流控制。植物生长LED灯42可以选用3W LED植物生长灯，植物生长LED灯42主要是由红光和蓝光组成，利用对植物敏感的光波段，红光的波长使用620-630nm和640-660nm，蓝光的波长使用450-460nm和460-470nm，让植物的光合作用在最佳状态，不仅可以给植物补光，还可以让植物促进多发侧枝和芽的分化，使根茎叶生长加快，促进植物碳水化合物的合成以及维生素的合成，缩短植物的生长周期。

所述zigbee无线模块5译为“紫蜂”，与蓝牙相类似。是一种新颖的用于短距离通信的无线技术，本装置主要使用了一个zigbee协调器52和一个zigbee终端51，实现点对点通信，让用户可以在电脑上实时监控大棚内数据。其中zigbee协调器52的作用是为了建立网络，接收来自zigbee终端51的数据通过串口发送给上位机。zigbee终端51的作用就是接收来自zigbee协调器52的控制信号，采集温度、湿度、二氧化碳浓度和光照强度，并发送温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度和节点地址等信息给zigbee协调器52。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种智能大棚，包括数字信号处理器、温湿度控制模块、二氧化碳浓度控制模块、光照强度控制模块、zigbee无线模块和控制面板，所述温湿度控制模块、二氧化碳浓度控制模块和光照强度控制模块与数字信号处理器和zigbee无线模块分别电性连接，所述控制面板连接数字信号处理器，其特征在于：所述温湿度控制模块包括温湿度探测器、加热器、风机、校准芯片、变频调速器和水泵，所述校准芯片与温湿度探测器连接，所述水泵与变频调速器连接；所述二氧化碳浓度控制模块包括二氧化碳浓度探测器、干冰盒和舵机，所述舵机连接干冰盒；所述光照强度控制模块包括光照强度传感器、植物生长LED灯和恒流电路，所述植物生长LED灯与恒流电路连接；所述zigbee无线模块包括zigbee终端、zigbee协调器和电脑，所述zigbee终端与zigbee协调器无线连接，所述zigbee协调器与电脑连接；所述温湿度探测器、二氧化碳浓度探测器、光照强度传感器、加热器、风机、变频调速器、舵机、恒流电路和控制面板与数字信号处理器电性连接，所述zigbee终端连接温湿度探测器、二氧化碳浓度探测器和光照强度传感器。

2.根据权利要求1所述的一种智能大棚，其特征在于：所述的控制面板包括显示器和控制按键。

3.根据权利要求1所述的一种智能大棚，其特征在于：所述zigbee协调器采用UART与电脑连接，对大棚数据实时监控。