一種溫室卷簾控制機構及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種農業自動化應用設備，尤其是涉及一種溫室卷簾控制機構及方法。
【背景技術】
[0002]在現有的農業大棚中，溫室卷簾機大多都還是通過手工操作、人工值守的電動開啟和關閉，不具備故障自動檢測和報警功能，不具備運行狀態和位置反饋功能，缺少上述功能的設備無法實現自動化和智能化。人工操作值守時的責任心和精神狀態直接決定了設備運行的安全性和可靠性，實際生產中時常發生運行超限，導致設備損壞甚至造成人員傷害。
[0003]在現有技術中也有通過自動控制系統來控制大棚卷簾的，其對卷簾機運動到極限位置:即大棚棚膜的最上方和最下方位置的控制都是通過接觸式開關來實現卷簾機到達極限位置的停機操作;在控制系統中會有一個總的控制開關，接觸式開關在控制系統中應用越多，整個控制系統的錯誤率會增大，控制機構故障率也會很高;溫室卷簾控制機構的體積和質量都很大，接觸式開關在整個控制機構中需要分擔來自承受卷簾機、保溫被的重量，因此極易被擠壓壞。
[0004]在現有技術中的自動控制系統結構簡單，自動化程度不高，只能簡單地實現保溫被的收起和鋪開，不能實現集中管理、大面積管理農業大棚的要求。

【發明內容】

[0005]本發明要解決的技術問題是提供一種自動化控制程度高、可實現非接觸式控制的溫室卷簾控制機構和方法。
[0006]本發明更進一步解決的技術問題是提供一種溫室卷簾控制機構，包括覆蓋在大棚棚膜上的保溫被、固定在保溫被卷軸上的卷簾機、鉸鏈在地面上與卷簾機固定連接的支撐結構、控制卷簾機運轉的控制器和與控制器連接控制卷簾機運轉方向的電機換向機構，所述支撐結構包括一端固定在卷簾機上的上連桿、與上連桿鉸鏈連接且鉸鏈在地面上的下連桿以及固定在任一鉸鏈連接處的角度編碼器，所述角度編碼器與所述控制器信號連接。
[0007]該技術方案中，角度編碼器可連接在上連桿與下連桿鉸鏈連接處，也可連接在下連桿與地面鉸接處;卷簾機運行到棚膜的最頂端即上位點的時候，定義此處為上連桿或下連桿的邊為A邊;卷簾機運行到棚膜的最底端即下位點的時候運行到下極限位置，定義此處為上連桿或下連桿的邊為B邊，A、B邊的夾角為α;其對邊即大棚膜上表面的擬合線。根據余弦定理和實際測試分析，卷簾機和保溫被的位置與α存在非線性對應關系，所以檢測該角度并運算處理就可以得到卷簾機和保溫被的位置、速度、方向等代表其運行狀態的重要信息。
[0008]上述技術方案中，通過角度編碼器的數值擬合卷簾機在大棚棚膜上的位置，從而根據卷簾機和保溫被的位置來控制卷簾機的啟停以及運動方向；實現了非接觸式地控制溫室大棚的卷簾機控制，減少了溫室卷簾機控制機構中接觸式開關的應用，簡化了系統的結構、減小了整個控制機構的故障率、提高了系統的可靠性。
[0009 ]作為上述技術方案的進一步改進，該卷簾機控制機構還包括鉸鏈連接在上連桿和下連桿之間的伸縮桿，角度編碼器連接在伸縮桿與上連桿或下連桿鉸鏈連接處。上述技術方案中，角度編碼器連接在上連桿和下連桿鉸鏈連接處的時候，由于上連桿和下連桿的鉸鏈軸對卷簾機和保溫被起著承重的作用，上下連桿和鉸鏈采用2寸鋼管和鋼板制作，重量很大，且采用銷釘連接，鉸鏈軸在運行中根本不能做到同軸，這給上下連桿運行角度的采集制造了很大的困難。因此鉸鏈軸容易受外力的影響，發生扭動或晃動使得角度編碼器對上連桿或下連桿轉動的角度采集不準確，從而使得整個系統采集的數據存在較大的偏差，影響控制卷簾機啟停的準確性;笨重的機構在運行時的扭力足以損壞與其連接的任何精密傳感器;而采用伸縮桿連接上連桿和下連桿，角度編碼器的外殼固定在伸縮桿上，伸縮桿不用承受整個機構的重力，不易受外力影響，角度編碼器連接采用輕質不銹鋼管制作的伸縮桿，可以有效吸收被檢測機構偏心、偏軸產生的力量，保護角度編碼器的檢測軸，同時也能吸收上下連桿在運行中的震動，起到輸入濾波的功能，簡化了結構，提高了檢測的精確度，提高角度編碼器角度采集信息的準確性，從而提高了本系統的可靠性。
[0010]上述技術措施也應用在單連桿連接的溫室卷簾控制結構中，此時溫室卷簾控制機構，包括覆蓋在大棚棚膜上的保溫被、固定在保溫被卷軸上的卷簾機、鉸鏈在地面上與卷簾機固定連接的支撐結構、控制卷簾機運轉的控制器和與控制器連接控制卷簾機運轉方向的電機換向機構，所述支撐結構包括一端固定在卷簾機上、另一端鉸鏈固定在地面上的伸縮連桿;所述伸縮連桿與地面的連接端固定有角度編碼器，所述角度編碼器與所述控制器信號連接。在本技術方案中角度編碼器用于檢測伸縮連桿在卷簾機移動中的轉動角度，其工作原理同上述雙連桿連接機構相同:卷簾機運行到棚膜的最頂端即上位點的時候，定義此處為伸縮連桿的邊為A邊;卷簾機運行到棚膜的最底端即下位點的時候運行到下極限位置，定義此處為伸縮連桿的邊為B邊，A、B邊的夾角為α。根據余弦定理和實際測試分析，卷簾機和保溫被的位置與α存在非線性對應關系，所以檢測該角度并運算處理就可以得到卷簾機和保溫被的位置、速度、方向等代表其運行狀態的重要信息。
[0011 ]作為對上述技術方案的進一步改進，上述卷簾機控制機構還包括一端與伸縮連桿中部鉸鏈連接、另一端與地面鉸鏈連接的伸縮桿;所述角度編碼器固定在任一鉸鏈連接處。角度編碼器固定在伸縮桿兩端的鉸鏈連接處可避免固定在伸縮連桿的承重軸上，影響角度檢測的準確性，提高系統的可靠性。
[0012]在上述技術方案中，所述控制器包括中央處理器，給中央處理器供電的供電模塊，由中央處理器控制連接的顯示模塊、存儲模塊、通訊模塊、控制信號輸入模塊和I/o端口。控制指令的輸入可以直接通過控制信號輸入模塊輸入，可以是上位機通過通訊模塊輸入。控制器與上位機采用標準的MODBUS RTU協議，可以參與構建通用的組態系統以搭建整個園區的控制系統，也可以借助專用的協議轉發路由器與后端的系統平臺構建更大的監控系統。
[0013]作為上述技術方案的進一步改進，該機構還包括安裝在大棚內的環境檢測組件，所述環境檢測組件將檢測的信號傳輸至所述控制器。控制器可以通過環境檢測組件采集的環境參數，通過系統內設定的操作程序，根據目標環境參數自啟動卷簾機帶動保溫被運行至合理的位置。可極大地提高大棚作業的自動化，減少人員投入，降低人力成本。
[0014]在上述技術方案中，所述中央處理器為工控平板電腦或者單片機。單片機可實現以最低廉的成本完成與上述卷簾控制器機構的功能。
[0015]采用上述溫室卷簾控制機構的溫室卷簾控制方法，該方法包括如下步驟，
[0016]a、初始化:人工分別控制卷簾機將保溫被卷至棚膜的最頂端和鋪到棚膜的最底端，控制器存儲這兩個位置角度編碼器的數值，依據這兩個數值初始化設置下位點和上位占.V ，
[0017]b、控制器判斷是否有操作指令，若是則執行下一步驟；
[0018]C、控制器識別操作指令:控制器對比操作指令的目標位置和角度編碼器的實時位置，判斷卷簾機的運動方向；
[0019]d、控制器執行操作指令:控制器控制電機換向機構驅動卷簾機向棚膜下方或者下方運動;在卷簾機運動過程中，控制器定時接收存儲角度編碼器的信號，依據角度編碼器傳輸的信號值及其變化判斷卷簾機是繼續運轉或停止；
[0020]上述所述步驟d中的控制器的具體工作流程為:
[0021]d-1、控制器定時接收存儲角度編碼器的數值，并與下位點和下位點的數值對比，判斷是否到達極限位置，如果判斷結果為真，則控制卷簾機停止工作，并控制顯示模塊顯示到達極限位置的提示;如果檢測結果為假，則執行下一步驟；
[0022]d-2、控制器定時接收存儲角度編碼器的數值，判斷其數值及變化判讀卷簾機或保溫被是否機構阻塞或被強制停止，如果檢測結果為真，則控制卷簾機停止工作，并控制顯示模塊顯示機構阻塞的提示;如果檢測結果為假，則執行下一步驟；
[0023]d-3、控制器定時接收存儲角度編碼器的數值，通過判斷其數值變化來判讀卷簾機的速度和方向是否正確，如果速度和方向錯誤，則控制卷簾機停止工作，并控制顯示模塊顯示方向或速度錯誤的提示;如果速度和方向正確，則執行下一步驟；
[0024]d-4、控制器實時接收存儲的角度編碼器的數值，并判斷與設定的位置數值是否相吻合，若吻合則控制卷簾機停止工作，并控制顯示模塊顯示達到指定位置的提示;若不吻合則繼續執行