一種溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器的制造方法
【專利摘要】一種溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器，包括電源模塊，五路磁保持繼電器，繼電器驅(qū)動(dòng)單元，過零檢測(cè)單元，互感器，采樣檢測(cè)單元，通信單元，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和微控制器；電源模塊與三相電源連接；微控制器的IO接口與繼電器驅(qū)動(dòng)單元連接后與五路磁保持繼電器的線圈連接，五路磁保持繼電器的觸點(diǎn)分別連接三相電源的某一相和電機(jī)的某一相；互感器的一次側(cè)與電機(jī)的三相線連接、二次側(cè)分別與過零檢測(cè)單元、采樣檢測(cè)單元連接；過零檢測(cè)單元與微控制器外部中斷口INT連接，采樣檢測(cè)單元與微控制器的SPI接口連接，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、通信單元均與微控制器連接。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)電流過零點(diǎn)切斷，避免觸頭產(chǎn)生電弧現(xiàn)象，提高整個(gè)控制器的穩(wěn)定性和延長(zhǎng)使用壽命。
【專利說明】一種溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及智能溫室領(lǐng)域，具體涉及一種溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]智能溫室也稱自動(dòng)化溫室，是通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)綜合控制多種溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以調(diào)控溫室環(huán)境參數(shù)來滿足作物生長(zhǎng)發(fā)育的需求。現(xiàn)代溫室的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有天窗、側(cè)窗、風(fēng)機(jī)、水泵、內(nèi)外遮陽網(wǎng)等，其中大部分設(shè)備由三相電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來驅(qū)動(dòng)。目前，普遍的控制方法是根據(jù)溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)的種類和數(shù)量配備相應(yīng)的電力控制柜，其原理是通過熔斷器、接觸器以及繼電器按照一定的接線方式連接來驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，再通過電力控制柜的外部開關(guān)來手動(dòng)控制執(zhí)彳了機(jī)構(gòu)。
[0003]隨著溫室環(huán)境控制技術(shù)的發(fā)展，溫室自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制已逐漸應(yīng)用于現(xiàn)代智能溫室領(lǐng)域?，F(xiàn)有的控制方式是在原有的電力控制柜基礎(chǔ)上，配備相應(yīng)的弱電-強(qiáng)電轉(zhuǎn)換接口，計(jì)算機(jī)再通過相應(yīng)的弱電-強(qiáng)電轉(zhuǎn)換接口控制溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)有的執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制裝置雖具有一定自動(dòng)化程度，但是也存在著諸多缺點(diǎn):
[0004]1、模擬開關(guān)器件容易損壞，可靠性低；當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要啟?；蛘崔D(zhuǎn)切換時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)容量較大、頻繁啟停操作，容易導(dǎo)致接觸器的主觸頭產(chǎn)生電弧，電弧是高溫高導(dǎo)電率的游離氣體，它不僅對(duì)觸頭有很大的破壞作用，而且使電路斷開的時(shí)間延長(zhǎng)，從而嚴(yán)重影響整個(gè)控制設(shè)備的穩(wěn)定性和使用壽命；
[0005]2、控制裝置的弱電-強(qiáng)電轉(zhuǎn)換功能模塊器件多，各功能模塊器件之間的連接比較復(fù)雜，因此涉及對(duì)原有配電柜改造的工作量大，接線復(fù)雜，可靠性低。
[0006]因而，傳統(tǒng)的主要依靠模擬開關(guān)器件的控制方式已不能適應(yīng)現(xiàn)代溫室智能化、數(shù)字化的發(fā)展需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有溫室控制系統(tǒng)存在的上述不足，提供一種溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)電流過零點(diǎn)切斷，避免觸頭產(chǎn)生電弧現(xiàn)象，提高整個(gè)控制器的穩(wěn)定性和延長(zhǎng)使用壽命。
[0008]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0009]一種溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器，包括電源模塊，五路磁保持繼電器K1、K2、K3、K4、K5，繼電器驅(qū)動(dòng)單元，過零檢測(cè)單元，互感器，采樣檢測(cè)單元，通信單元，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和微控制器MCU ;所述電源模塊與三相電源連接；繼電器驅(qū)動(dòng)單元、過零檢測(cè)單元、采樣檢測(cè)單元、通信單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和微控制器MCU均與電源模塊連接；微控制器MCU的IO接口與繼電器驅(qū)動(dòng)單元連接，繼電器驅(qū)動(dòng)單元分別與五路磁保持繼電器K1、K2、K3、K4、K5的線圈連接，五路磁保持繼電器的觸點(diǎn)S1、S2、S3、S4、S5分別相應(yīng)連接三相電源的某一相和電機(jī)的某一相；所述互感器的一次側(cè)與電機(jī)的三相線連接，互感器的二次側(cè)分別與過零檢測(cè)單元、采樣檢測(cè)單元連接；所述過零檢測(cè)單元與微控制器MCU外部中斷口 INT連接，采樣檢測(cè)單元與微控制器MCU的SPI接口連接，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊通過I2C接口與微控制器MCU連接，通信單元通過USART接口與微控制器MCU連接。
[0010]按上述方案，所述磁保持繼電器Kl的觸點(diǎn)SI連接三相電源的U相和電機(jī)U相，磁保持繼電器K2的觸點(diǎn)S2連接三相電源的V相和電機(jī)V相，磁保持繼電器K3的觸點(diǎn)S3連接三相電源的W相和電機(jī)W相，磁保持繼電器K4的觸點(diǎn)S4連接三相電源的W相和電機(jī)V相，磁保持繼電器K5的觸點(diǎn)S5連接三相電源的V相和電機(jī)W相。
[0011]按上述方案，所述電源模塊包括電源保護(hù)接口、AC-DC電源模塊、DC-DC電源模塊，從三相電源任意一根相線與零線間取相電壓作為電源模塊的輸入，電源保護(hù)接口用于對(duì)輸入電源進(jìn)行過流、過壓保護(hù)，電源保護(hù)接口的輸出作為AC-DC電源模塊的輸入，實(shí)現(xiàn)將220V交流電轉(zhuǎn)換為12V直流電；12V直流電一方面用于驅(qū)動(dòng)五路磁保持繼電器，另一方面作為DC-DC電源模塊的輸入，DC-DC電源模塊用于將12V直流電轉(zhuǎn)化成3.3V直流電給微控制器MCU、采樣檢測(cè)單元、過零檢測(cè)單元、通信單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊供電。
[0012]按上述方案，所述AC-DC電源模塊采用金升陽公司的LH10-10B12電源模塊，DC-DC電源模塊采用金升陽公司的B_S-2W電源模塊。
[0013]按上述方案，所述五路磁保持繼電器K1、K2、K3、K4、K5采用上海萬佳的WJ31F型繼電器。
[0014]按上述方案，所述繼電器驅(qū)動(dòng)單元包括五路H橋驅(qū)動(dòng)電路，用于分別驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的五路磁保持繼電器K1、K2、K3、K4、K5的閉合與斷開，每路H橋驅(qū)動(dòng)電路由光電耦合器Op 11、0pt2，三極管Q1、Q2、Q3、Q4，電阻R1、R2組成，三極管Q1、Q2、Q3、Q4與電阻R1、R2構(gòu)成H橋電路，微控制器MCU通過Ι0_Α、Ι0_Β兩個(gè)IO接口分別與光電耦合器Optl、0pt2連接，光電耦合器Optl、0pt2的輸出端再分別連接至H橋電路的兩路控制端。
[0015]按上述方案，所述互感器包括電流互感器CT、電壓互感器PT，所述電流互感器CT的一次側(cè)與電機(jī)的三相線連接，其二次側(cè)與過零檢測(cè)單元、采樣檢測(cè)單元連接，電流互感器CT采集電機(jī)交流電流信號(hào)后接取樣負(fù)載RL，將電機(jī)交流電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電機(jī)交流電壓信號(hào)，電機(jī)交流電壓信號(hào)一路連接至過零檢測(cè)單元，另一路連接至采樣檢測(cè)單元；所述電壓互感器PT的一次側(cè)與電機(jī)的三相線連接，其二次測(cè)與采樣檢測(cè)單元連接，電壓互感器PT采集電機(jī)交流電壓信號(hào)后連接至采樣檢測(cè)單元；
[0016]所述過零檢測(cè)單元包括依次連接的儀表放大電路、鉗位濾波電路、電壓比較電路，所述儀表放大電路包括儀表放大器AD623，鉗位濾波電路由兩個(gè)穩(wěn)壓二極管D2.1、D2.2鉗位連接，電壓比較電路包括電壓比較器LM339 ；
[0017]所述采樣檢測(cè)單元包括電壓差分濾波電路、電流差分濾波電路、采樣芯片，電機(jī)交流電流信號(hào)經(jīng)電流互感器CT取樣后送至電流差分濾波電路，輸出的濾波信號(hào)再送至采樣芯片；電機(jī)交流電壓信號(hào)經(jīng)過電壓互感器PT取樣后送至電壓差分濾波電路，輸出的濾波信號(hào)再送至采樣芯片；采樣芯片輸出的采樣數(shù)據(jù)通過SPI接口與微控制器MCU連接。
[0018]按上述方案，所述采樣芯片采用電度計(jì)量芯片ATT7022。
[0019]按上述方案，所述微控制器MCU采用32位ARM7內(nèi)核處理器，型號(hào)為STM32F103VET6。
[0020]按上述方案，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊采用存儲(chǔ)容量為512M的存儲(chǔ)芯片；所述通信單元包括RS485通信模塊、無線通信模塊，RS485通信模塊和無線通信模塊通過USART接口與微控制器MCU連接。
[0021]本發(fā)明的工作原理:電源模塊為整個(gè)控制器提供穩(wěn)定的直流12V電源和直流3.3V電源，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊用來存儲(chǔ)本控制器的地址、電機(jī)消耗的電能、以及用于判斷和計(jì)算電能參數(shù)等；
[0022]微控制器MCU接收通信單元發(fā)來的控制命令，根據(jù)運(yùn)行參數(shù)控制和協(xié)調(diào)繼電器驅(qū)動(dòng)單元、過零檢測(cè)單元、采樣檢測(cè)單元、通信單元的通信模塊(RS485通信模塊、無線通信模塊)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊運(yùn)行。微控制器MCU通過通信模塊接收電機(jī)正轉(zhuǎn)啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)啟動(dòng)、停止等指令。如需電機(jī)正轉(zhuǎn)啟動(dòng)，微控制器MCU通過繼電器驅(qū)動(dòng)單元按一定邏輯閉合K1、K2、K3三路磁保持繼電器；如需電機(jī)反轉(zhuǎn)啟動(dòng)，則控制Κ1、Κ4、Κ5三路磁保持繼電器閉合，通過顛倒相序?qū)崿F(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)；如需停止電機(jī)運(yùn)行，微控制器MCU通過過零檢測(cè)單元檢測(cè)相線電流過零點(diǎn)時(shí)刻，然后立即斷開相應(yīng)的磁保持繼電器，實(shí)現(xiàn)電路無弧切斷；
[0023]微控制器MCU通過讀取采樣芯片ΑΤΤ7022采樣值能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量電機(jī)的三相電流和三相電壓，并通過計(jì)算判斷是否存在欠壓、過壓、缺相、過流等現(xiàn)象。如果出現(xiàn)以上異常狀況，則微控制器MCU將立即執(zhí)行繼電器切斷操作，對(duì)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。
[0024]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0025](I)本發(fā)明控制器采用嵌入式電子器件實(shí)現(xiàn)溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)的智能、可靠、數(shù)字式控制，通過控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)的啟、停及正、反轉(zhuǎn)操作；尤其是微控制器能夠?qū)崿F(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)電流過零點(diǎn)切斷，避免了觸頭產(chǎn)生電弧現(xiàn)象，從而提高整個(gè)控制器的穩(wěn)定性和延長(zhǎng)使用壽命；
[0026](2)本發(fā)明內(nèi)置采樣檢測(cè)單元，能夠?qū)崟r(shí)在線測(cè)量電機(jī)運(yùn)行的電能參數(shù)，如發(fā)現(xiàn)有異常情況產(chǎn)生(過壓、過流、欠壓)，控制器能及時(shí)執(zhí)行切斷操作，保護(hù)電機(jī)以及人員、設(shè)備的安全；
[0027](3)本發(fā)明可以作為獨(dú)立的溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器，以總線或無線形式掛接到其他智能溫室監(jiān)控系統(tǒng)，且具備接線簡(jiǎn)單，易于對(duì)原有舊的溫室系統(tǒng)改造的優(yōu)點(diǎn)，從而真正實(shí)現(xiàn)溫室群執(zhí)行機(jī)構(gòu)的集中智能化、數(shù)字化控制和管理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2是本發(fā)明繼電器驅(qū)動(dòng)單元與磁保持繼電器的電路結(jié)構(gòu)接線圖；
[0030]圖3是本發(fā)明過零檢測(cè)單元的工作結(jié)構(gòu)原理圖；
[0031]圖4是本發(fā)明過零檢測(cè)單元的電路結(jié)構(gòu)接線圖；
[0032]圖5是本發(fā)明采樣檢測(cè)單元的工作結(jié)構(gòu)原理圖；
[0033]圖6是本發(fā)明控制器掛接到智能溫室監(jiān)控系統(tǒng)的工作示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0035]參見圖1所示，本發(fā)明所述的溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器，包括電源模塊，五路磁保持繼電器KU Κ2、Κ3、Κ4、Κ5，繼電器驅(qū)動(dòng)單元，過零檢測(cè)單元，互感器，采樣檢測(cè)單元，通信單元，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和微控制器MCU ;所述電源模塊與三相電源連接；繼電器驅(qū)動(dòng)單元、過零檢測(cè)單元、采樣檢測(cè)單元、通信單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和微控制器MCU均與電源模塊連接；微控制器MCU的IO接口與繼電器驅(qū)動(dòng)單元連接，繼電器驅(qū)動(dòng)單元分別與五路磁保持繼電器K1、K2、Κ3、Κ4、Κ5的線圈連接，五路磁保持繼電器的觸點(diǎn)S1、S2、S3、S4、S5分別相應(yīng)連接三相電源的某一相和電機(jī)的某一相；所述互感器的一次側(cè)與電機(jī)的三相線連接，互感器的二次側(cè)分別與過零檢測(cè)單元、采樣檢測(cè)單元連接；所述過零檢測(cè)單元與微控制器MCU外部中斷口 INT連接，采樣檢測(cè)單元與微控制器MCU的SPI接口連接，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊通過I2C接口與微控制器MCU連接，通信單元通過USART接口與微控制器MCU連接。
[0036]所述磁保持繼電器Kl的觸點(diǎn)SI連接三相電源的U相和電機(jī)U相，磁保持繼電器K2的觸點(diǎn)S2連接三相電源的V相和電機(jī)V相，磁保持繼電器K3的觸點(diǎn)S3連接三相電源的W相和電機(jī)W相，磁保持繼電器K4的觸點(diǎn)S4連接三相電源的W相和電機(jī)V相，磁保持繼電器K5的觸點(diǎn)S5連接三相電源的V相和電機(jī)W相。
[0037]所述電源模塊包括電源保護(hù)接口、AC-DC (交流轉(zhuǎn)直流)電源模塊、DC-DC (直流轉(zhuǎn)直流)電源模塊，從三相電源任意一根相線與零線間取相電壓作為電源模塊的輸入，電源保護(hù)接口用于對(duì)輸入電源進(jìn)行過流、過壓保護(hù)，電源保護(hù)接口的輸出作為AC-DC電源模塊的輸入，實(shí)現(xiàn)將220V交流電轉(zhuǎn)換為12V直流電；12V直流電一方面用于驅(qū)動(dòng)五路磁保持繼電器，另一方面作為DC-DC電源模塊的輸入，DC-DC電源模塊用于將12V直流電轉(zhuǎn)化成3.3V直流電給微控制器MCU、采樣檢測(cè)單元、過零檢測(cè)單元、通信單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊供電。
[0038]所述AC-DC電源模塊采用金升陽公司的LH10-10B12電源模塊，DC-DC電源模塊采用金升陽公司的B_S-2W電源模塊。
[0039]所述五路磁保持繼電器K1、K2、K3、K4、K5采用上海萬佳的WJ31F型繼電器，線圈控制電壓DC12V，額定負(fù)載80A/250VAC，磁保持繼電器開、合動(dòng)作采用正向和反向12V直流脈沖激勵(lì)線圈即可，直流脈沖需維持150ms，其動(dòng)作后的開、合狀態(tài)靠永久磁鋼所產(chǎn)生的磁力保持。
[0040]所述繼電器驅(qū)動(dòng)單元包括五路H橋驅(qū)動(dòng)電路，用于分別驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的五路磁保持繼電器Kl、K2、K3、K4、K5的閉合與斷開，參照?qǐng)D2所示，每路H橋驅(qū)動(dòng)電路由光電耦合器Opt 1、0pt2，三極管Q1、Q2、Q3、Q4，電阻R1、R2組成，三極管Q1、Q2、Q3、Q4與電阻R1、R2構(gòu)成H橋電路，微控制器MCU通過Ι0_Α、Ι0_Β兩個(gè)IO接口分別與光電耦合器Optl、0pt2連接，光電耦合器0ptl、0pt2的輸出端再分別連接至H橋電路的兩路控制端，具體工作過程為:當(dāng)需要閉合某路磁保持繼電器時(shí)，微控制器MCU控制對(duì)應(yīng)的Ι0_Α接口輸出高電平，Ι0_Β接口輸出低電平，此時(shí)光電稱合器Optl導(dǎo)通,光電稱合器0pt2截止，同時(shí)致使三極管Ql和Q4導(dǎo)通，Q2和Q3截止，磁保持繼電器的R_A和R_B兩端形成正向12V電壓，微控制器MCU保持10_八、10_8接口輸出150ms，則磁保持繼電器閉合；當(dāng)需要斷開該路磁保持繼電器時(shí)，微控制器MCU控制對(duì)應(yīng)的Ι0_Α接口輸出低電平，10_8接口輸出高電平，此時(shí)光電耦合器Optl截止，光電耦合器0pt2導(dǎo)通，同時(shí)致使三極管Ql和Q4截止，Q2和Q3導(dǎo)通，磁保持繼電器的R_A和R_B兩端形成反向12V電壓，微控制器MCU保持Ι0_Α和Ι0_Β接口輸出150ms，則磁保持繼電器斷開。
[0041 ] 所述互感器包括電流互感器CT、電壓互感器PT，所述電流互感器CT的一次側(cè)與電機(jī)的三相線連接，其二次側(cè)與過零檢測(cè)單元、采樣檢測(cè)單元連接，電流互感器CT采集電機(jī)交流電流信號(hào)后接取樣負(fù)載RL (實(shí)施例中RL取200 Ω )、將電機(jī)交流電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電機(jī)交流電壓信號(hào)，電機(jī)交流電壓信號(hào)一路連接至過零檢測(cè)單元(用于過零檢測(cè))，另一路連接至采樣檢測(cè)單元(用于電能參數(shù)在線測(cè)量)；所述電壓互感器PT的一次側(cè)與電機(jī)的三相線連接，其二次測(cè)與采樣檢測(cè)單元連接，電壓互感器PT采集電機(jī)交流電壓信號(hào)后連接至采樣檢測(cè)單元；
[0042]參照?qǐng)D3所示，所述過零檢測(cè)單元包括依次連接的儀表放大電路、鉗位濾波電路、電壓比較電路，所述儀表放大電路包括儀表放大器AD623及其外圍電路，鉗位濾波電路由兩個(gè)穩(wěn)壓二極管D2.1、D2.2鉗位連接，電壓比較電路包括電壓比較器LM339及其外圍電路；
[0043]所述采樣檢測(cè)單元包括電壓差分濾波電路、電流差分濾波電路、采樣芯片，如圖5所示，電機(jī)交流電流信號(hào)經(jīng)電流互感器CT取樣后送至電流差分濾波電路，輸出的濾波信號(hào)再送至采樣芯片；電機(jī)交流電壓信號(hào)經(jīng)過電壓互感器PT取樣后送至電壓差分濾波電路，輸出的濾波信號(hào)再送至采樣芯片；采樣芯片輸出的采樣數(shù)據(jù)通過SPI接口與微控制器MCU連接。
[0044]過零檢測(cè)單元用于實(shí)現(xiàn)交流電流過零點(diǎn)信號(hào)調(diào)理，具體工作過程:參照?qǐng)D4所示，電機(jī)交流電流信號(hào)經(jīng)過電流互感器CT取樣(電流互感器CT接在U1、Ui’兩端)，經(jīng)過取樣負(fù)載RL兩端輸出為電機(jī)交流電壓信號(hào)(正弦信號(hào))，通過儀表放大器AD623跟隨輸出，提高過零檢測(cè)單元輸入阻抗，再通過穩(wěn)壓二極管D2.1、D2.2鉗位，再將信號(hào)送至電壓比較器LM339的同相端(“ + ”)與反相端(；以反相端作為參考電壓，同相端作為待比較的電壓信號(hào)，當(dāng)同相端(“ + ”)電壓高于反相端(電壓時(shí)，電壓比較器LM339輸出端輸出開路；當(dāng)“_”端電壓高于“ + ”端電壓時(shí)，電壓比較器LM339輸出端輸出低電位；另外，電壓比較器LM339輸出端到正電源上拉一電阻R2.5，確保電壓比較器LM339輸出開路時(shí)為正電源輸出。因此，當(dāng)電機(jī)交流電壓信號(hào)(正弦信號(hào))處于正半周期時(shí)(Ui>0)，電壓比較器LM339輸出正電源(方波的正半周)，當(dāng)電機(jī)交流電壓信號(hào)(正弦信號(hào))處于負(fù)半周期時(shí)(Ui〈0)，電壓比較器LM339輸出低電位(方波的負(fù)半周)；換言之，電流互感器CT經(jīng)取樣負(fù)載RL輸出的電機(jī)交流電壓信號(hào)(正弦信號(hào))經(jīng)過過零檢測(cè)單元后整形為標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)，且正弦的電機(jī)交流電壓信號(hào)的過零點(diǎn)與方波信號(hào)的下降沿重合，將此方波信號(hào)送至微控制器MCU外部中斷口 INT，微控制器MCU就能準(zhǔn)確判斷電機(jī)電流過零點(diǎn)時(shí)刻，此時(shí)斷開相應(yīng)的磁保持繼電器(K1、K2、K3或K1、K4、K5)就能實(shí)現(xiàn)零電流切斷，無電弧現(xiàn)象產(chǎn)生。
[0045]所述采樣芯片采用電度計(jì)量芯片ΑΤΤ7022，ΑΤΤ7022能夠測(cè)量各相以及合相的有功功率、無功功率、有功能量和無功能量等，同時(shí)還能測(cè)量各相電流、電壓有效值、功率因素、頻率等參數(shù)。
[0046]所述微控制器MCU采用32位ARM7內(nèi)核處理器，型號(hào)為STM32F103VET6，其性能強(qiáng)、功耗低。
[0047]所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)和電能參數(shù)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊采用存儲(chǔ)容量為512Μ的存儲(chǔ)芯片；所述通信單元包括RS485通信模塊、無線通信模塊，USART接口包括USARTl接口(有線接口 )、USART2接口(無線接口 )，RS485通信模塊和無線通信模塊分別通過USARTl接口、USART2接口與微控制器MCU連接，有線接口和無線接口為本控制器提供了多種數(shù)據(jù)傳輸方式，控制器通過這兩個(gè)接口接收運(yùn)行參數(shù)配置和控制命令。
[0048]本發(fā)明電源模塊為整個(gè)控制器提供穩(wěn)定的直流12V電源和直流3.3V電源，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊用來存儲(chǔ)本控制器的地址、電機(jī)消耗的電能、以及用于判斷和計(jì)算電能參數(shù)等。
[0049]微控制器MCU接收通信單元發(fā)來的控制命令，根據(jù)運(yùn)行參數(shù)控制和協(xié)調(diào)繼電器驅(qū)動(dòng)單元、過零檢測(cè)單元、采樣檢測(cè)單元、通信單元的通信模塊(RS485通信模塊、無線通信模塊)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊運(yùn)行。微控制器MCU通過通信模塊接收電機(jī)正轉(zhuǎn)啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)啟動(dòng)、停止等指令。如需電機(jī)正轉(zhuǎn)啟動(dòng)，微控制器MCU通過繼電器驅(qū)動(dòng)單元按一定邏輯閉合K1、K2、K3三路磁保持繼電器；如需電機(jī)反轉(zhuǎn)啟動(dòng)，則控制Κ1、Κ4、Κ5三路磁保持繼電器閉合，通過顛倒相序?qū)崿F(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)；如需停止電機(jī)運(yùn)行，微控制器MCU通過過零檢測(cè)單元檢測(cè)相線電流過零點(diǎn)時(shí)刻，然后立即斷開相應(yīng)的磁保持繼電器，實(shí)現(xiàn)電路無弧切斷。
[0050]微控制器MCU通過讀取采樣芯片ΑΤΤ7022采樣值能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量電機(jī)的三相電流和三相電壓，并通過計(jì)算判斷是否存在欠壓、過壓、缺相、過流等現(xiàn)象。如果出現(xiàn)以上異常狀況，則微控制器MCU將立即執(zhí)行繼電器切斷操作，對(duì)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。
[0051]本發(fā)明還可以作為獨(dú)立的溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器，以總線或無線形式掛接到其他智能溫室監(jiān)控系統(tǒng)，且具備接線簡(jiǎn)單，易于對(duì)原有舊的溫室系統(tǒng)改造的優(yōu)點(diǎn)，如圖6所示，從而真正實(shí)現(xiàn)溫室群執(zhí)行機(jī)構(gòu)的集中智能化、數(shù)字化控制和管理。
[0052]以上所述的僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所作的等效變化，仍屬本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器，其特征在于:包括電源模塊，五路磁保持繼電器K1、K2、K3、K4、K5，繼電器驅(qū)動(dòng)單元，過零檢測(cè)單元，互感器，采樣檢測(cè)單元，通信單元，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和微控制器MCU ;所述電源模塊與三相電源連接；繼電器驅(qū)動(dòng)單元、過零檢測(cè)單元、采樣檢測(cè)單元、通信單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和微控制器MCU均與電源模塊連接；微控制器MCU的IO接口與繼電器驅(qū)動(dòng)單元連接，繼電器驅(qū)動(dòng)單元分別與五路磁保持繼電器K1、K2、K3、K4、K5的線圈連接，五路磁保持繼電器的觸點(diǎn)S1、S2、S3、S4、S5分別相應(yīng)連接三相電源的某一相和電機(jī)的某一相；所述互感器的一次側(cè)與電機(jī)的三相線連接，互感器的二次側(cè)分別與過零檢測(cè)單元、采樣檢測(cè)單元連接；所述過零檢測(cè)單元與微控制器MCU外部中斷口 INT連接，采樣檢測(cè)單元與微控制器MCU的SPI接口連接，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊通過I2C接口與微控制器MCU連接，通信單元通過USART接口與微控制器MCU連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器，其特征在于:所述磁保持繼電器Kl的觸點(diǎn)SI連接三相電源的U相和電機(jī)U相，磁保持繼電器K2的觸點(diǎn)S2連接三相電源的V相和電機(jī)V相，磁保持繼電器K3的觸點(diǎn)S3連接三相電源的W相和電機(jī)W相，磁保持繼電器K4的觸點(diǎn)S4連接三相電源的W相和電機(jī)V相，磁保持繼電器K5的觸點(diǎn)S5連接三相電源的V相和電機(jī)W相。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器，其特征在于:所述電源模塊包括電源保護(hù)接口、AC-DC電源模塊、DC-DC電源模塊，從三相電源任意一根相線與零線間取相電壓作為電源模塊的輸入，電源保護(hù)接口用于對(duì)輸入電源進(jìn)行過流、過壓保護(hù)，電源保護(hù)接口的輸出作為AC-DC電源模塊的輸入，實(shí)現(xiàn)將220V交流電轉(zhuǎn)換為12V直流電；12V直流電一方面用于驅(qū)動(dòng)五路磁保持繼電器，另一方面作為DC-DC電源模塊的輸入，DC-DC電源模塊用于將12V直流電轉(zhuǎn)化成3.3V直流電給微控制器MCU、采樣檢測(cè)單元、過零檢測(cè)單元、通信單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求 3所述的溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器，其特征在于:所述AC-DC電源模塊采用金升陽公司的LH10-10B12電源模塊，DC-DC電源模塊采用金升陽公司的B_S_2W電源模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器，其特征在于:所述五路磁保持繼電器Kl、K2、K3、K4、K5采用上海萬佳的WJ3IF型繼電器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器，其特征在于:所述繼電器驅(qū)動(dòng)單元包括五路H橋驅(qū)動(dòng)電路，用于分別驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的五路磁保持繼電器K1、K2、K3、K4、K5的閉合與斷開，每路H橋驅(qū)動(dòng)電路由光電耦合器Opt 1、0pt2，三極管Ql、Q2、Q3、Q4，電阻Rl、R2組成，三極管Ql、Q2、Q3、Q4與電阻Rl、R2構(gòu)成H橋電路，微控制器MCU通過Ι0_Α、Ι0_Β兩個(gè)IO接口分別與光電耦合器Optl、0pt2連接，光電耦合器Optl、0pt2的輸出端再分別連接至H橋電路的兩路控制端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器，其特征在于:所述互感器包括電流互感器CT、電壓互感器PT，所述電流互感器CT的一次側(cè)與電機(jī)的三相線連接，其二次側(cè)與過零檢測(cè)單元、采樣檢測(cè)單元連接，電流互感器CT采集電機(jī)交流電流信號(hào)后接取樣負(fù)載RL，將電機(jī)交流電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電機(jī)交流電壓信號(hào)，電機(jī)交流電壓信號(hào)一路連接至過零檢測(cè)單元，另一路連接至采樣檢測(cè)單元；所述電壓互感器PT的一次側(cè)與電機(jī)的三相線連接，其二次測(cè)與采樣檢測(cè)單元連接，電壓互感器PT采集電機(jī)交流電壓信號(hào)后連接至采樣檢測(cè)單元；所述過零檢測(cè)單元包括依次連接的儀表放大電路、鉗位濾波電路、電壓比較電路，所述儀表放大電路包括儀表放大器AD623，鉗位濾波電路由兩個(gè)穩(wěn)壓二極管D2.1、D2.2鉗位連接，電壓比較電路包括電壓比較器LM339 ； 所述采樣檢測(cè)單元包括電壓差分濾波電路、電流差分濾波電路、采樣芯片，電機(jī)交流電流信號(hào)經(jīng)電流互感器CT取樣后送至電流差分濾波電路，輸出的濾波信號(hào)再送至采樣芯片；電機(jī)交流電壓信號(hào)經(jīng)過電壓互感器PT取樣后送至電壓差分濾波電路，輸出的濾波信號(hào)再送至采樣芯片；采樣芯片輸出的采樣數(shù)據(jù)通過SPI接口與微控制器MCU連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器，其特征在于:所述采樣芯片采用電度計(jì)量芯片ATT7022。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器，其特征在于:所述微控制器MCU采用32位ARM7內(nèi)核處理器，型號(hào)為STM32F103VET6。
10.根 據(jù)權(quán)利要求1所述的溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器，其特征在于:所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊采用存儲(chǔ)容量為512M的存儲(chǔ)芯片；所述通信單元包括RS485通信模塊、無線通信模塊，RS485通信模塊和無線通信模塊通過USART接口與微控制器MCU連接。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK104007688SQ201410246476
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】高一川, 陳鴻, 萬勇, 周朝, 柳競(jìng)林 申請(qǐng)人:武漢市農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究所