CN207767050U - 一种智能大棚 - Google Patents
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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
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。
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CN109375682A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-02-22 | 国网江苏省电力有限公司南通供电分公司 | 一种温室大棚的照明和二氧化碳浓度的控制***及其控制方法 |
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