[发明专利]一种基于远程控制的屋顶绿化给排水系统

摘要

本发明属于给排水自动控制领域，公开了一种基于远程控制的屋顶绿化给排水系统，包括上位机系统，利用低功耗单片机微处理机处理与太阳照射时间、照射强度有关的数据，根据预先设定的程序使下位机系统运行；还通过两种方式用于控制下位机系统实现自动给水；发出在水质差的地方用电动方式控制，水质好的地方用电磁方式控制的指令；下位机系统，用于采集屋顶绿化给排水多系统的实时信息，并根据采集的实时信息进行相应的控制措施。通过上位机控制下位机来实现屋顶绿化给排水自动控制系统。本发明可以远程控制屋顶绿化的自动给排水过程，并有效地收集雨水及浇灌过多产生的余水，有效地避免了水资源的浪费，同时避免了人力资源的浪费。

主权项

一种基于远程控制的屋顶绿化给排水控制系统，其特征在于，所述基于远程控制的屋顶绿化给排水控制系统包括：上位机系统，采用太阳能微电脑自动控制技术，利用低功耗单片机微处理机处理与太阳照射时间、照射强度有关的数据，根据预先设定的程序使下位机系统运行；还通过两种方式用于控制下位机系统实现自动给水；发出在水质差的地方用电动方式控制，水质好的地方用电磁方式控制的指令；下位机系统，与上位机系统无线连接，用于采集屋顶绿化给排水多系统的实时信息，并根据采集的实时信息进行相应的控制措施；所述上位机系统包括：触摸屏，用于设定的使下位机系统运行程序；太阳能工作站，与触摸屏连接，采用低功耗单片机微处理机处理与太阳照射时间、照射强度时间有关的数据；工控机，与触摸屏连接，用于执行触摸屏设定的运行程序指令；通过两种方式用于控制下位机系统实现自动给水；发出在水质差的地方用电动方式控制，水质好的地方用电磁方式控制的指令；所述下位机系统包括：控制单元，用于接收工控机的指令，对绿化给水系统、绿化收集水/排水系统进行控制，并实时采集绿化给水系统、绿化收集水/排水系统反馈的实时信息，对反馈的实时信息进行对比分析，做出相对应的控制指令；所述绿化给水系统由多个气候感应器、水位传感器、储水水箱、水泵1/备用、水泵2/备用、电磁阀1/备用、电磁阀2/备用、多空压力补偿滴头组成；并采集相对应的实时信息；将采集的实时信息传输给控制单元；所述绿化收集水/排水系统由传感器、水泵3/备用、储水水箱组成；并采集相对应的实时信息，将采集的实时信息传输给控制单元；所述多个气候感应器由多个温度传感器和多个湿度传感器组成；温度传感器的整定值设为32℃，在超过80％的温度传感器达到的整定值时，绿化给水系统启动；不足80％的温度传感器达到整定值时，绿化给水系统取单个湿度传感器检测的湿度值来决定局部区域给水设施的启停；给水系统采用直接式管网叠压供水系统；在用水量不断变化时，通过水泵1/备用、水泵2/备用的电机速度变化维持压力恒定；所述水泵1/备用、水泵2/备用的电机采用变频器调节电机速度、工作频率及工作压力；所述绿化收集水/排水系统，当给水或雨水量过多时，通过传感器感应水量，进而由控制单元启动水泵3/备用，进行排水、收集水工作；所述单片机微处理机包括：环境感知模块，用于采集太阳能面板姿态信息和设备当前地理位置的经纬度信息；执行器管理模块，用于驱动电机以控制太阳能面板以地面为参考，在X、Y两个轴向的转动；能源管理模块，用于控制双电源对单片机微处理机进行切换供电，还用于控制太阳能电池对触摸屏和工控机供电及电池充电；所述能源管理模块包括：MPPT控制电路，用于实时监测太阳能电池板电压，并追踪最高电压电流值，使系统以最高效率对电池进行充电；双电源切换电路，用于检测电源电路，并将一个或多个负载电路从一个电源自动转换到另一个电源；过流过压保护电路，用于在电流电压超过安全值后控制电路及时断开保护电路各系统元件不受损坏；欠压保护电路，用于在电路工作电压较低时及时断开或切换供电电原保证系统正常工作；滤波电路，用于让某种频率的电流通过或阻止某种频率的电流通过，保证系统供电稳定；所述触摸屏包括用于参数与系统运行状态显示的液晶显示器及用户输入按键；所述环境感知模块包括：九轴IMU姿态模块，用于获取太阳能面板以当前地面为参考面在X、Y轴轴向上的旋转角度；GPS定位模块，用于获取设备当前所处地理位置的经度值与纬度值；光电传感器，用于获取太阳能面板四角处分布的传感器的光照强度；所述单片机微处理机还包括执行器管理模块，所述执行器管理模块包括：数字信号隔离电路，用于隔离电路各个模块之间的电路噪声干扰；直流电机全桥驱动电路，用于驱动直流减速电机速度闭环控制、旋转角度控制；步进电机驱动电路，用于驱动步进电机以不同运行模式运行；舵机信号隔离放大电路，用于隔离舵机产生的干扰信号回串干扰控制电路；所述能源管理模块的控制方法为：能源管理模块上电，通过IIC总线等待接收来自工控机的命令，决定是否退出休眠模式进入工作模式；若监测到外部电池电压高于充电临界值，则进入空闲模式，太阳能电源对外输出；若监测到电池端口电压低于临界值，则开启对应的充电模式；太阳能电池板的对外输出为经过MPPT算法调整后的输出，同时能源管理模块通过IIC总线将电源参数回传到中心控制模块；所述环境感知模块的控制方法为：环境感知模块在接收到工控机的解除休眠命令以后，通过SPI通信总线的方式与GPS定位、IMU姿态模块通信，获取当前设备所在地的经纬度与当前太阳能面板的姿态角，将当前经纬度经过视日运动轨迹推算表，转换为当前执行器控制太阳能面板的期望达到的角度，并与光电传感器输出的差分值融合，再经过与IMU实际姿态角度进行PID控制运算以后，输出电机控制量，将控制量通过IIC总线发到工控机，再传输到执行器管理模块；所述温度传感器的数字调制信号x(t)的分数低阶模糊函数表示为：χ(τ,f)=∫-∞∞[x(t+τ/2)]<a>[x*(t-τ/2)]<b>e-j2πftdt;]]>其中，τ为时延偏移，f为多普勒频移，0＜a,b＜α/2，x*(t)表示x(t)的共轭，当x(t)为实信号时，x(t)＜p＞＝|x(t)|＜p＞sgn(x(t))；当x(t)为复信号时，[x(t)]＜p＞＝|x(t)|p‑1x*(t)；所述湿度传感器的接收信号y(t)表示为：y(t)＝x(t)+n(t)；其中，x(t)为数字调制信号，n(t)为服从标准SαS分布的脉冲噪声，x(t)的解析形式表示为：其中，N为采样点数，an为发送的信息符号，在MASK信号中，an＝0，1，2，…，M‑1，M为调制阶数，an＝ej2πε/M，ε＝0,1,2,…,M‑1，g(t)表示矩形成型脉冲，Tb表示符号周期，fc表示载波频率，载波初始相位是在[0,2π]内均匀分布的随机数；所述工控机的时频重叠MASK的信号模型表示为：x(t)=Σi=1Nsi(t)+n(t);]]>其中，N为时频重叠信号的信号分量个数，n(t)是加性高斯白噪声，si(t)为时频重叠信号的信号分量，表示为式中Ai表示信号分量的幅度，ai(m)表示信号分量的码元符号，p(t)表示成型滤波函数，Ti表示信号分量的码元周期，fci表示信号分量的载波频率，表示信号分量的相位；所述控制单元利用得到的绿化给水系统、绿化收集水/排水系统传输的信号对回波信号进行直达波及多径的抑制按以下进行：(1)对接收信号s(t)进行非线性变换，按如下公式进行：f[s(t)]=s(t)*ln|s(t)||s(t)|=s(t)c(t);]]>其中A表示信号的幅度，a(m)表示信号的码元符号，p(t)表示成形函数，fc表示信号的载波频率，表示信号的相位，通过该非线性变换后得到：f[s(t)]=s(t)ln|Aa(m)||Aa(m)|;]]>(2)构造n个信号的多径空间为：Xref＝[Xref1 Xref2 ... Xrefn]；其中，Q为采样点数，K为最大时延，由最大探测距离Rmax/c得到，其中xreci(t)为参考信号，Rmax为最大探测距离，c为光速；(3)然后利用最小二乘法原理抑制直达波及其多径，将求min||Ssur‑Xref·α||2转化为求得出：代入αestim，解得：Sother=ssur(t)-Xrefαestim=Ssur-Xref(XrefHXref)-1XrefSsur;]]>其中，Ssur为回波通道信号，α为自适应权值，αestim为α的估计值，为Xref的转置，Sother为回波通道中最终所剩的回波和噪声。