基于“互联网+”的光伏农业大棚控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于“互联网+”的光伏农业大棚系统，由光伏发电子系统、农业自动子化系统、远程智能控制子系统组成。光伏发电子系统通过能量变换将光伏产生的电能输送给农业自动化子系统，并向蓄电池充电，多余的电能卖给电网公司；远程智能控制子系统能够实时地监控光伏发电子系统的信息以及光伏农业大棚内的信息并根据相应的信息做出最优的解决方案；远程智能控制子系统和农业自动化子系统通过网络接入设备进行农业大棚内环境参数信息的调控。本系统将数字信息技术、互联网技术与光伏技术进行跨界融合，具有较高的理论研究及社会实践价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于控制系统，特别是一种基于“互联网+”的光伏农业大棚控制系统。
技术介绍
能源问题目前已经位列世界10大核心问题之首。煤炭、石油、天然气等化石能源的大量开采与消耗，给地球环境带来了极大的破坏。太阳能等清洁能源，将作为未来的主要能源供人类使用太阳光伏发电技术已经明确被列为我国“十三五”科技发展的重点。目前，单从产业规模来讲，我国的光热利用和光伏发电技术这两大产业已经跻身世界第一。在国家相关利好政策的激励下，我国分布式太阳能光伏发电呈现了快增长的趋势。目前的光伏农业大棚系统存在有一定的不足，如：整流设备和逆变设备是分开的，不能在一台设备中完成逆变发电和整流充电两种变换，导致总装配设备体积大、质量大；农业自动化控制系统不完善，不能实现设备的全自动调节、远程智能调节。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提供一种基于“互联网+”的光伏农业大棚控制系统，以克服现有技术的不足。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：它包括光伏发电子系统、农业自动化子系统、远程智能控制子系统，其特点是：光伏发电子系统由光伏组件、蓄电池、MPPT控制器、逆变/充电双向一体化机、双向电表、电网组成；光伏组件将太阳能转换成电能，并输出给MPPT控制器；MPPT控制器采用最大功率跟踪算法跟踪日照辐射强度，将太阳能最大限度的进行光电转换；MPPT控制器的输出与蓄电池两极并联，将太阳能转换的电能以化学能形式存储；MPPT控制器的输出与蓄电池两极并联后，与逆变/充电双向一体化机的A端相连；逆变/充电双向一体化机的B端与双向电表的A端并联后，与农业自动化子系统的供电线路相连；双向电表的B端与电网相连；农业自动化子系统由农业主控制器、CO2施肥器、灌溉机、LED植物生长灯、卷帘机、风机组成；农业主控制器、CO2施肥器、灌溉机、LED植物生长灯、卷帘机、风机的电能由光伏发电子系统通过供电线路提供；农业主控制器实时采集农业大棚内CO2浓度、湿度、温度信息，通过无线通信接口传输到服务器和手机客户端，并实时通过无线通信接口接收服务器和手机客户端发来的控制指令，通过控制继电器组对CO2施肥器、灌溉机、LED植物生长灯、卷帘机、风机进行控制；远程智能控制子系统由网络接入设备、手机客户端、服务器组成；网络接入设备通过CAN总线与MPPT控制器、逆变/充电双向一体化机 交互信息；网络接入设备通过无线通信接口与服务器、手机客户端交互信息；农业主控制器通过无线通信接口与服务器、手机客户端交互信息。上述逆变/充电双向一体化机工作在光伏发电状态下，输入端为A端，输出端为B端，逆变/充电双向一体化机将MPPT控制器与蓄电池并联输出的直流电逆变为交流电后，给农业自动化子系统供电，多余电能经过双向电表与电网并网，售电给电网公司；当太阳光照强度较弱且蓄电池亏电时，逆变/充电双向一体化机工作在充电状态，输入端为B端，输出端为A端，农业自动化子系统由电网供电，并且电网电能经过逆变/充电双向一体化机将交流电整流成直流电，逆变/充电双向一体化机采用有源功率因素校正算法给蓄电池进行智能电流型充电；逆变/充电双向一体化机的逆变发电与整流充电两种工作状态采取同一个全桥主电路架构。上述网络接入设备通过CAN总线采集MPPT控制器的输出功率信息，间接得到光照强度信息，通过CAN总线采集逆变/充电双向一体化机的发电量信息；网络接入设备将光照强度信息与发电量信息通过无线通信接口传输到服务器和手机客户端；农业主控制器实时采集农业大棚内CO2浓度、湿度、温度信息，通过无线通信接口传输到服务器和手机客户端；服务器将网络接入设备发来的光照强度信息、发电量信息，和农业主控制器发来的CO2浓度、湿度、温度信息，作为输入量进行最佳农业控制运算，得出控制指令，并通过无线通信接口将指令发送给农业主控制器；农业主控制器通过无线通信接口接收到控 制指令后，通过控制继电器组对CO2施肥器、灌溉机、LED植物生长灯、卷帘机、风机进行控制，自动调整农业大棚内的CO2浓度、湿度、光照强度、温度参数，达到农作物最佳生长环境；用户也可以使用手机客户端通过无线通信接口对MPPT控制器、逆变/充电一体化机、农业主控制器进行独立的手动控制。本专利技术将整流设备和逆变设备合并为逆变/充电双向一体化机，减小了设备的体积，减轻了设备的重量；完善了农业自动化控制系统，实现了设备的全自动调节、远程智能调节。附图说明图1为本专利技术的结构框图。图2为本专利技术的光伏发电子系统中逆变/充电双向一体化机的主电路拓扑结构图。图3为本专利技术的光伏发电子系统中MPPT控制器的主电路拓扑结构图。’图4为本专利技术的远程智能控制子系统中网络接入设备的结构框图。图5为本专利技术的农业自动化子系统中农业主控制器的结构框图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术为一种基于“互联网+”的光伏农业大棚控制系统，它包括光伏发电子系统、农业自动化子系统以及远程智能控制子系统(图1)。本专利技术光伏发电子系统包括光伏组件、蓄电池、MPPT控制器、逆变/充电双向一体化机以及双向电表，双向电表用于连接供电电网。本专利技术光伏组件由21块光伏电池板7串再3并组成，每块光伏电池板的开路电压为40V，功率为260W。7块光伏电池板串联作为一个支路，3个支路并联组成整套光伏组件。整套光伏组件的输出功率为5460W，开路电压为280V，最大功率点电压约在80％开路电压即224V处。蓄电池由额定电压2V、20Ah的单片蓄电池串联200片组成，额定输出电压为400V。每单片蓄电池的实际电压为1.8V～2.2V，则蓄电池实际输出总电压为360V～440V。逆变器与充电器被整合成逆变/充电双向一体化机。即可工作在DC/AC逆变状态，将直流电逆变为交流电后，给农业自动化子系统供电，多余电能经过双向电表与供电电网并网，售电给电网公司；也可以工作在AC/DC整流状态，将供电电网交流电整流成直流电，通过有源功率因素校正算法，给蓄电池进行智能电流型充电。主电路拓扑结构采用全桥架构(图2)。本专利技术MPPT控制器用于跟踪太阳的光照强度，将太阳能最大限度的转化为电能，主电路拓扑结构采用boost升压架构(图3)。本专利技术远程智能控制子系统由手机客户端、服务器和网络接入设 备组成。网络接入设备收集光伏发电子系统的电能信息以及农业大棚内的环境参数信息，并通过无线通信模块传输到手机客户端和服务器端显示，对光伏发电子系统的电能信息和农业大棚内的环境参数信息进行实时监测并提供方案最优解。网络接入设备(图4)。网络接入设备主板以STM32芯片为控制核心。STM32芯片集成有CAN总线模块，与TJA1050接收器相连可直接转换成标准CAN接口信号。STM32芯片通过串口连接到ESP8266模块上。ESP8266是一款超低功耗的UART-WiFi透传模块，内部集成TCP\\IP协议栈，可将用户的物理设备连接到无线网络上，进行互联网或局域网通信，实现联网功能。STM32芯片通过SPI接口与GPRS模块相连，实时收发GPRS远程信息。服务器使用云服务器，在其上建立web服务器(Tomcat)与数据库服务器(MySQL)，对数据进行管理与收发。作为TCP服务器端，网络接入设备的无线通信模块有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于“互联网+”的光伏农业大棚控制系统，其特征在于，包括:光伏发电子系统：由光伏组件、蓄电池、MPPT控制器、逆变/充电双向一体化机以及双向电表组成、所述双向电表用于连接供电电网；所述光伏组件将太阳能转换成电能，并输出给MPPT控制器；MPPT控制器采用最大功率跟踪算法跟踪日照辐射强度，将太阳能最大限度的进行光电转换；MPPT控制器的输出与蓄电池两极并联，将太阳能转换的电能以化学能形式存储；MPPT控制器的输出与蓄电池两极并联后，与逆变/充电双向一体化机的A端相连；逆变/充电双向一体化机的B端与双向电表的A端并联后，与农业自动化子系统的供电线路相连；双向电表的B端与供电电网相连；农业自动化子系统:由农业主控制器、CO2施肥器、灌溉机、LED植物生长灯、卷帘机以及风机组成，农业主控制器、CO2施肥器、灌溉机、LED植物生长灯、卷帘机以及风机的电能由所述光伏发电子系统通过供电线路提供；农业主控制器实时采集农业大棚内CO2浓度、湿度、温度信息，通过无线通信接口传输到服务器和手机客户端，并实时通过无线通信接口接收服务器和手机客户端发来的控制指令，通过控制继电器组对CO2施肥器、灌溉机、LED植物生长灯、卷帘机以及风机进行控制；远程智能控制子系统：由网络接入设备、手机客户端以及服务器组成；网络接入设备通过CAN总线与MPPT控制器、逆变/充电双向一体化机交互信息；网络接入设备通过无线通信接口与服务器、手机客户端交互信息；农业主控制器通过无线通信接口与服务器、手机客户端交互信息。...

【技术特征摘要】
1.一种基于“互联网+”的光伏农业大棚控制系统，其特征在于，包括:光伏发电子系统：由光伏组件、蓄电池、MPPT控制器、逆变/充电双向一体化机以及双向电表组成、所述双向电表用于连接供电电网；所述光伏组件将太阳能转换成电能，并输出给MPPT控制器；MPPT控制器采用最大功率跟踪算法跟踪日照辐射强度，将太阳能最大限度的进行光电转换；MPPT控制器的输出与蓄电池两极并联，将太阳能转换的电能以化学能形式存储；MPPT控制器的输出与蓄电池两极并联后，与逆变/充电双向一体化机的A端相连；逆变/充电双向一体化机的B端与双向电表的A端并联后，与农业自动化子系统的供电线路相连；双向电表的B端与供电电网相连；农业自动化子系统:由农业主控制器、CO2施肥器、灌溉机、LED植物生长灯、卷帘机以及风机组成，农业主控制器、CO2施肥器、灌溉机、LED植物生长灯、卷帘机以及风机的电能由所述光伏发电子系统通过供电线路提供；农业主控制器实时采集农业大棚内CO2浓度、湿度、温度信息，通过无线通信接口传输到服务器和手机客户端，并实时通过无线通信接口接收服务器和手机客户端发来的控制指令，通过控制继电器组对CO2施肥器、灌溉机、LED植物生长灯、卷帘机以及风机进行控制；远程智能控制子系统：由网络接入设备、手机客户端以及服务器组成；网络接入设备通过CAN总线与MPPT控制器、逆变/充电双向一体化机交互信息；网络接入设备通过无线通信接口与服务器、手机客户端交互信息；农业主控制器通过无线通信接口与服务器、手机客户端交互信息。2.如权利要求1所述的基于“互联网+”的光伏农业大棚控制系统，其特征在于：所述逆变/充电双向一体化机工作在光伏发电状态下，输入端为A...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄亮，陈文文，董超宏，郑如强，卢叶，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42