[发明专利]一种基于智能预测的日光温室大棚卷帘通风系统和控制方法

权利要求书

1.一种基于智能预测的日光温室大棚卷帘通风系统，其特征在于包括动作执行机构、控制器和数据处理决策模块；

所述的动作执行机构，包括卷帘电机、卷膜电机、卷帘电机转轴、卷膜电机转轴、伸缩杆和限位保护装置；所述的卷膜电机包含两个，分别控制顶通风口和底通风口的开合；所述的卷帘电机一端连接所述的卷帘电机转轴，同步转动带动保温被完成卷放帘任务；卷帘电机另一端通过所述的伸缩杆跟所述的限位保护装置连接；所述的卷膜电机一端连接所述的卷膜电机转轴，同步转动带动薄膜完成通风任务；卷膜电机另一端通过所述的伸缩杆跟所述的限位保护装置连接；伸缩杆可以自由伸缩，用于支撑卷帘电机和卷膜电机；限位保护装置用于卷帘电机和卷膜电机行程限位保护；伸缩杆安装到温室东墙侧和西墙侧；限位保护装置安装到温室西墙偏北侧、温室东墙偏南侧和温室东墙偏北侧的地面上；所述的限位保护装置包括底座、轴承、T型支架、保护盖、螺丝、量角圆盘、行程力臂一、行程力臂二、螺丝柱、微动开关二、微动开关一和角度传感器；所述的底座一端固定到地面上；底座另一端通过所述的轴承跟所述的T型支架一端连接；T型支架另一端连接所述的伸缩杆；所述的螺丝柱安装到T型支架一端轴心并能同步转动；所述的量角圆盘通过所述的螺丝固定到所述的螺丝柱上；所述的行程力臂一和所述的行程力臂二通过内六角螺丝固定到所述的螺丝柱上并能同步转动；所述的微动开关一和所述的微动开关二固定到底座上；行程力臂一可触碰微动开关一，用于卷帘电机和卷膜电机上行程限位保护；行程力臂二可触碰微动开关二，用于卷帘电机和卷膜电机下行程限位保护，结合量角圆盘，通过调节行程力臂一和行程力臂二的位置，调节卷帘电机和卷膜电机限位保护行程；所述的角度传感器的转轴固定到螺丝柱上，用于卷帘电机和卷膜电机位置定位；所述的保护盖扣到所述的底座上；所述的卷帘电机、所述的卷膜电机、所述的角度传感器、所述的微动开关一和所述的微动开关二通过导线连接所述的控制器；

所述的控制器包括单片机、环境传感器、内存卡、wifi模块、角度传感器和电机控制电路；所述的环境传感器用于测量温室内温度、湿度、室外温度、湿度、光照强度、风速、气压；所述的内存卡用于存储卷帘和卷膜运行参数数据；所述的wifi模块用于所述的单片机跟手机或平板电脑进行人机交互和用于所述的单片机跟所述的数据处理决策模块进行通信；所述的角度传感器安装到限位保护装置中，用于测量伸缩杆的移动角度，进而定位卷帘电机和卷膜电机的位置和确定保温被或薄膜开启或关闭范围；所述的电机控制电路包括三相电源、空气开关、熔断器、热继电器、中间继电器和交流接触器；所述的三相电源连接所述的空气开关；空气开关连接所述的熔断器；熔断器连接所述的交流接触器；交流接触器连接所述的动作执行机构中的卷帘电机；所述的中间继电器连接交流接触器和所述的动作执行机构中卷膜电机；单片机通过中间继电器和交流接触器控制卷帘电机和卷膜电机正转、反转和停止；控制器通过有线或无线网络连接所述的数据处理决策模块；

所述的数据处理决策模块包括历史数据查询系统、天气预报查询系统、实时气象数据采集系统和协同优化处理系统；所述的历史数据查询系统通过天气网站查询卷帘通风系统所在地区近三年的历史气象数据，并将数据传递给所述的协同优化处理系统；所述的天气预报查询系统，通过天气网站查询卷帘通风系统所在地区未来15天的天气预报数据，并将数据传递给所述的协同优化处理系统；所述的实时气象数据采集系统用于接收所述的环境传感器采集到的日光温室现场气象数据，并存储到云服务器；协同优化处理系统将三种数据协同处理，优化产生最佳的控制卷帘和通风方案，通过有线网络或无线网络将控制方案传递给控制器，控制器发出指令通过电机控制电路启动或关闭电机完成卷帘或通风任务。

2.根据权利要求1所述的一种基于智能预测的日光温室大棚卷帘通风系统的控制方法，其特征在于步骤如下：

数据处理决策模块将当地历史气象数据、天气预报数据和实时日光温室气象数据协同处理，产生控制卷帘和通风方案，通过有线网络或无线网络将控制方案传递控制器，控制器发出指令通过电机控制电路启动或关闭电机完成卷帘和卷膜任务，三种数据协同处理是采用ECA规则处理机制；

定义一个ECA规则是一个三元组，定义为R＝(E,C,A)；其中，E为激活该规则的事件；C为条件集，用以反映环境中的不同情况；A为操作集或动作集合；

C在这里通称为对象变量；对象变量是数据流中涉及的影响工作流路径选择的特性或参数，简称变量；变量以xi来表示，变量集合记为X＝{x1,x2,…,xi}；变量xi的取值范围为域，用符号Di来表示；

定义X＝{x1,x2,x3}；x1为历史气象数据，x2为当地实时气象数据，x3为天气预报数据；

D1＝{本地区近3年的温度、湿度、光照、风速数据}；

D2＝{环境传感器检测温室内温度、湿度、室外温度、湿度、光照强度、风速、气压}；

D3＝{本地区未来15天的天气预报温度、湿度、光照、风速、气压}；

A＝{卷帘电机正转、卷帘电机反转、卷膜电机正转、卷膜电机反转}；

E＝{规则1，规则2}；

规则1：根据植物生长发育期，通过卷放帘和卷膜调节温室内温度和湿度环境；

建立作物在不同生长发育期内适宜的温度和湿度表，数据处理决策模块通过查表，产生最佳的控制卷帘和通风方案，通过有线网络或无线网络将控制方案传递控制器，控制器发出指令通过电机控制电路启动或关闭电机完成卷帘和卷膜任务；卷帘通风方案如下：

1)只有保温被打开后，才允许开启通风口；只有通风口关闭之后，才允许关闭保温被；早上，日出后，天气正常，光照强度达到预设定值L_up或达到预设时间time_up后，开启卷帘；当外界温度低于作物生长最低温度temp_low或达到预设时间time_down后，强制放帘；

2)当温室内外温度差ΔT≥ΔT1，ΔT1为温度差阈值上限，温室内外湿度差ΔHΔH1，ΔH1为湿度差阈值上限，打开顶通风口，通风口的大小跟湿度差成正相关；

通风口大小ΔV＝al＝a·θ·R＝k8·ΔH，其中a为温室长度，R为卷膜电机伸缩杆长度，θ为卷膜电机伸缩杆移动角度，k8为比例系数；

推出θ＝k5·ΔH，k5为比例系数；

3)当温室内外温度差ΔT2ΔTΔT1，ΔT2为温度差阈值下限，温室内外湿度差ΔHΔH1，打开顶通风口如公式1和底通风口；

当ΔHΔH1时，底通风口大小ΔV＝al＝a·θ·R＝k9/ΔH，其中a为温室长度，R为卷膜电机伸缩杆长度，θ为卷膜电机伸缩杆移动角度，k9为比例系数；

推出θ＝k6/ΔH，k6为比例系数，通风口的大小跟湿度差成反相关；

当ΔH2ΔHΔH1，ΔH2为湿度差阈值下限，通风口大小ΔV＝al＝a·θ·R＝k10·ΔH，k10为比例系数；

推出θ＝k7·ΔH，k7为比例系数，通风口的大小跟湿度差成正相关；

4)当温室内外温度差ΔTΔT2时，关闭底通风口和顶通风口；

规则2：天气突变处理：通风口强制关闭，卷帘电机反转，完全放下保温被；

天气突变判断方式：

近三年内同一时间内数据平均值温度T0、湿度H0、光照强度L0、风速V0；天气预报数据温度T2、风速V2、湿度H2、光照强度L2、气压P2；测得的实时参数温度T1、湿度H1、光照强度L1、风速V1、气压P1；按照如下公式

对测得的数据进行处理，其中K1为近三年内同一天有雨雪等情况加权值，取值范围1-10，K2为天气预报有雨雪等情况加权值，取值范围1-10，K3为历史数据加权值1-10，K4为天气预报数据加权值，取值范围1-10；

设定判断天气突变的临界值S0；

当SS0时，表示天气正常；

当S≥S0时，表示天气突变，通风口强制关闭，卷帘电机反转，完全放下保温被。