基于“互聯網+”的光伏農業大棚控制系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于“互聯網+”的光伏農業大棚系統，由光伏發電子系統、農業自動子化系統、遠程智能控制子系統組成。光伏發電子系統通過能量變換將光伏產生的電能輸送給農業自動化子系統，并向蓄電池充電，多余的電能賣給電網公司；遠程智能控制子系統能夠實時地監控光伏發電子系統的信息以及光伏農業大棚內的信息并根據相應的信息做出最優的解決方案；遠程智能控制子系統和農業自動化子系統通過網絡接入設備進行農業大棚內環境參數信息的調控。本系統將數字信息技術、互聯網技術與光伏技術進行跨界融合，具有較高的理論研究及社會實踐價值。
【專利說明】
基于“互聯網+”的光伏農業大棚控制系統
技術領域
[0001]本發明屬于控制系統，特別是一種基于“互聯網+”的光伏農業大棚控制系統。
【背景技術】
[0002]能源問題目前已經位列世界10大核心問題之首。煤炭、石油、天然氣等化石能源的大量開采與消耗，給地球環境帶來了極大的破壞。太陽能等清潔能源，將作為未來的主要能源供人類使用太陽光伏發電技術已經明確被列為我國“十三五”科技發展的重點。目前，單從產業規模來講，我國的光熱利用和光伏發電技術這兩大產業已經躋身世界第一。在國家相關利好政策的激勵下，我國分布式太陽能光伏發電呈現了快增長的趨勢。
[0003]目前的光伏農業大棚系統存在有一定的不足，如:整流設備和逆變設備是分開的，不能在一臺設備中完成逆變發電和整流充電兩種變換，導致總裝配設備體積大、質量大;農業自動化控制系統不完善，不能實現設備的全自動調節、遠程智能調節。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是:提供一種基于“互聯網+”的光伏農業大棚控制系統，以克服現有技術的不足。
[0005]為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是:它包括光伏發電子系統、農業自動化子系統、遠程智能控制子系統，其特點是:
[0006]光伏發電子系統由光伏組件、蓄電池、MPPT控制器、逆變/充電雙向一體化機、雙向電表、電網組成;光伏組件將太陽能轉換成電能，并輸出給MPPT控制器;MPPT控制器采用最大功率跟蹤算法跟蹤日照輻射強度，將太陽能最大限度的進行光電轉換;MPPT控制器的輸出與蓄電池兩極并聯，將太陽能轉換的電能以化學能形式存儲;MPPT控制器的輸出與蓄電池兩極并聯后，與逆變/充電雙向一體化機的A端相連;逆變/充電雙向一體化機的B端與雙向電表的A端并聯后，與農業自動化子系統的供電線路相連;雙向電表的B端與電網相連；
[0007]農業自動化子系統由農業主控制器、C02施肥器、灌溉機、LED植物生長燈、卷簾機、風機組成;農業主控制器、C02施肥器、灌溉機、LED植物生長燈、卷簾機、風機的電能由光伏發電子系統通過供電線路提供;農業主控制器實時采集農業大棚內C02濃度、濕度、溫度信息，通過無線通信接口傳輸到服務器和手機客戶端，并實時通過無線通信接口接收服務器和手機客戶端發來的控制指令，通過控制繼電器組對C02施肥器、灌溉機、LED植物生長燈、卷簾機、風機進行控制；
[0008]遠程智能控制子系統由網絡接入設備、手機客戶端、服務器組成；網絡接入設備通過CAN總線與MPPT控制器、逆變/充電雙向一體化機交互信息；網絡接入設備通過無線通信接口與服務器、手機客戶端交互信息;農業主控制器通過無線通信接口與服務器、手機客戶端交互信息。
[0009]上述逆變/充電雙向一體化機工作在光伏發電狀態下，輸入端為A端，輸出端為B端，逆變/充電雙向一體化機將MPPT控制器與蓄電池并聯輸出的直流電逆變為交流電后，給農業自動化子系統供電，多余電能經過雙向電表與電網并網，售電給電網公司；當太陽光照強度較弱且蓄電池萬■電時，逆變/充電雙向一體化機工作在充電狀態，輸入端為B端，輸出端為A端，農業自動化子系統由電網供電，并且電網電能經過逆變/充電雙向一體化機將交流電整流成直流電，逆變/充電雙向一體化機采用有源功率因素校正算法給蓄電池進行智能電流型充電；逆變/充電雙向一體化機的逆變發電與整流充電兩種工作狀態采取同一個全橋主電路架構。
[0010]上述網絡接入設備通過CAN總線采集MPPT控制器的輸出功率信息，間接得到光照強度信息，通過CAN總線采集逆變/充電雙向一體化機的發電量信息；網絡接入設備將光照強度信息與發電量信息通過無線通信接口傳輸到服務器和手機客戶端;農業主控制器實時采集農業大棚內C02濃度、濕度、溫度信息，通過無線通信接口傳輸到服務器和手機客戶端；服務器將網絡接入設備發來的光照強度信息、發電量信息，和農業主控制器發來的C02濃度、濕度、溫度信息，作為輸入量進行最佳農業控制運算，得出控制指令，并通過無線通信接口將指令發送給農業主控制器;農業主控制器通過無線通信接口接收到控制指令后，通過控制繼電器組對C02施肥器、灌溉機、LED植物生長燈、卷簾機、風機進行控制，自動調整農業大棚內的C02濃度、濕度、光照強度、溫度參數，達到農作物最佳生長環境；用戶也可以使用手機客戶端通過無線通信接口對MPPT控制器、逆變/充電一體化機、農業主控制器進行獨立的手動控制。
[0011]本發明將整流設備和逆變設備合并為逆變/充電雙向一體化機，減小了設備的體積，減輕了設備的重量;完善了農業自動化控制系統，實現了設備的全自動調節、遠程智能調節。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明的結構框圖。
[0013]圖2為本發明的光伏發電子系統中逆變/充電雙向一體化機的主電路拓撲結構圖。
[0014]圖3為本發明的光伏發電子系統中MPPT控制器的主電路拓撲結構圖。’
[0015]圖4為本發明的遠程智能控制子系統中網絡接入設備的結構框圖。
[0016]圖5為本發明的農業自動化子系統中農業主控制器的結構框圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和實施例對本發明做進一步的詳細說明。
[0018]本發明為一種基于“互聯網+”的光伏農業大棚控制系統，它包括光伏發電子系統、農業自動化子系統以及遠程智能控制子系統(圖1)。
[0019]本發明光伏發電子系統包括光伏組件、蓄電池、MPPT控制器、逆變/充電雙向一體化機以及雙向電表，雙向電表用于連接供電電網。
[0020]本發明光伏組件由21塊光伏電池板7串再3并組成，每塊光伏電池板的開路電壓為40V，功率為260胃。7塊光伏電池板串聯作為一個支路，3個支路并聯組成整套光伏組件。整套光伏組件的輸出功率為5460W，開路電壓為280V，最大功率點電壓約在80%開路電壓即224V處。
[0021]蓄電池由額定電壓2V、20Ah的單片蓄電池串聯200片組成，額定輸出電壓為400V。每單片蓄電池的實際電壓為1.8V?2.2V，則蓄電池實際輸出總電壓為360V?440V。
[0022]逆變器與充電器被整合成逆變/充電雙向一體化機。即可工作在DC/AC逆變狀態，將直流電逆變為交流電后，給農業自動化子系統供電，多余電能經過雙向電表與供電電網并網，售電給電網公司；也可以工作在AC/DC整流狀態，將供電電網交流電整流成直流電，通過有源功率因素校正算法，給蓄電池進行智能電流型充電。主電路拓撲結構采用全橋架構(圖 2)。
[0023]本發明MPPT控制器用于跟蹤太陽的光照強度，將太陽能最大限度的轉化為電能，主電路拓撲結構采用boost升壓架構(圖3)。
[0024]本發明遠程智能控制子系統由手機客戶端、服務器和網絡接入設備組成。
[0025]網絡接入設備收集光伏發電子系統的電能信息以及農業大棚內的環境參數信息，并通過無線通信模塊傳輸到手機客戶端和服務器端顯示，對光伏發電子系統的電能信息和農業大棚內的環境參數信息進行實時監測并提供方案最優解。網絡接入設備(圖4)。
[0026]網絡接入設備主板以STM32芯片為控制核心。STM32芯片集成有CAN總線模塊，與TJA1050接收器相連可直接轉換成標準CAN接口信號。STM32芯片通過串口連接到ESP8266模塊上。ESP8266是一款超低功耗的UART-WiFi透傳模塊，內部集成TCP\IP協議棧，可將用戶的物理設備連接到無線網絡上，進行互聯網或局域網通信，實現聯網功能。STM32芯片通過SPI接口與GPRS模塊相連，實時收發GPRS遠程信息。
[0027]服務器使用云服務器，在其上建立web服務器(Tomcat)與數據庫服務器(MySQL)，對數據進行管理與收發。作為TCP服務器端，網絡接入設備的無線通信模塊有著IP地址與端口號，通過在PC上對無線路由器的設置可將其IP地址與端口號設置為固定值，這樣就等于網絡接入設備就有了唯一的“ID”，以便被其他設備訪問與管理。同時服務器也能接受來自手機客戶端的指令，將指令發送到相應“ID”的網絡接入設備的無線通信模塊上。
[0028]手機客戶端APP軟件運用Java語言編寫并基于安卓平臺開發。手機客戶端APP軟件依靠Json解析從web獲取動態數據。手機客戶端APP軟件和網絡接入設備的通信通過Android提供相關W1-Fi傳輸的API實現，通過API即可完成實現和單片機的連接。對于實現兩者互相收發數據。
[0029]目前網絡軟件系統結構有C/S結構和B/S結構。C/S結構通過客戶端和服務器端進行合理的任務分配，將兩端硬件環境的優勢充分利用，使得系統的通訊開銷得以降低。在這種結構下，每一個客戶機都必須安裝并正確配置相應的數據庫驅動程序，應用程序也必須安裝在客戶機上，這樣應用程序才能訪問數據庫。本專利采用C/S體系結構，客戶端為多層體系結構，以提供更好的靈活性和強大的擴展能力。
[0030]農業自動化子系統由C02施肥器、灌溉機、LED植物生長燈、卷簾機與風機農業自動化設備和農業主控制器組成，農業主控制器可以根據遠程智能控制子系統收集的數據實時地自動調整農業大棚內的溫度、濕度、C02濃度參數以給植物提供最適宜的生長環境。農業主控制器(圖5)。
[0031]最后，本發明的實施僅用于說明技術方案而非限制。一切根據本發明的本質進行的修改、等效組合，均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
[0032]本說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員公知的現有技術。
【主權項】
1.一種基于“互聯網+”的光伏農業大棚控制系統，其特征在于，包括: 光伏發電子系統:由光伏組件、蓄電池、MPPT控制器、逆變/充電雙向一體化機以及雙向電表組成、所述雙向電表用于連接供電電網;所述光伏組件將太陽能轉換成電能，并輸出給MPPT控制器;MPPT控制器采用最大功率跟蹤算法跟蹤日照輻射強度，將太陽能最大限度的進行光電轉換;MPPT控制器的輸出與蓄電池兩極并聯，將太陽能轉換的電能以化學能形式存儲;MPPT控制器的輸出與蓄電池兩極并聯后，與逆變/充電雙向一體化機的A端相連;逆變/充電雙向一體化機的B端與雙向電表的A端并聯后，與農業自動化子系統的供電線路相連;雙向電表的B端與供電電網相連； 農業自動化子系統:由農業主控制器、C02施肥器、灌溉機、LED植物生長燈、卷簾機以及風機組成，農業主控制器、C02施肥器、灌溉機、LED植物生長燈、卷簾機以及風機的電能由所述光伏發電子系統通過供電線路提供;農業主控制器實時采集農業大棚內C02濃度、濕度、溫度信息，通過無線通信接口傳輸到服務器和手機客戶端，并實時通過無線通信接口接收服務器和手機客戶端發來的控制指令，通過控制繼電器組對C02施肥器、灌溉機、LED植物生長燈、卷簾機以及風機進行控制； 遠程智能控制子系統:由網絡接入設備、手機客戶端以及服務器組成；網絡接入設備通過CAN總線與MPPT控制器、逆變/充電雙向一體化機交互信息；網絡接入設備通過無線通信接口與服務器、手機客戶端交互信息;農業主控制器通過無線通信接口與服務器、手機客戶端交互信息。2.如權利要求1所述的基于“互聯網+”的光伏農業大棚控制系統，其特征在于:所述逆變/充電雙向一體化機工作在光伏發電狀態下，輸入端為A端，輸出端為B端，逆變/充電雙向一體化機將MPPT控制器與蓄電池并聯輸出的直流電逆變為交流電后，給農業自動化子系統供電，多余電能經過雙向電表與供電電網并網，售電給電網公司；當太陽光照強度較弱且蓄電池萬■電時，逆變/充電雙向一體化機工作在充電狀態，輸入端為B端，輸出端為A端，農業自動化子系統由供電電網供電，并且供電電網電能經過逆變/充電雙向一體化機將交流電整流成直流電，逆變/充電雙向一體化機采用有源功率因素校正算法給蓄電池進行智能電流型充電；逆變/充電雙向一體化機的逆變發電與整流充電兩種工作狀態米取同一個全橋主電路架構。3.如權利要求1所述的基于“互聯網+”的光伏農業大棚控制系統，其特征在于:所述網絡接入設備通過CAN總線采集MPPT控制器的輸出功率信息，間接得到光照強度信息，通過CAN總線采集逆變/充電雙向一體化機的發電量信息；網絡接入設備將光照強度信息與發電量信息通過無線通信接口傳輸到服務器和手機客戶端;農業主控制器實時采集農業大棚內C02濃度、濕度以及溫度信息，通過無線通信接口傳輸到服務器和手機客戶端;服務器將網絡接入設備發來的光照強度信息、發電量信息，和農業主控制器發來的C02濃度、濕度、溫度信息，作為輸入量進行最佳農業控制運算，得出控制指令，并通過無線通信接口將指令發送給農業主控制器;農業主控制器通過無線通信接口接收到控制指令后，通過控制繼電器組對C02施肥器、灌溉機、LED植物生長燈、卷簾機、風機進行控制，自動調整農業大棚內的⑶2濃度、濕度、光照強度、溫度參數，達到農作物最佳生長環境;用戶也可以使用手機客戶端通過無線通信接口對MPPT控制器、逆變/充電一體化機、農業主控制器進行獨立的手動控制。
【文檔編號】G08C17/02GK106054841SQ201610503998
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月30日
【發明人】黃亮, 陳文文, 董超宏, 鄭如強, 盧葉
【申請人】武漢理工大學