一种基于WSN的光伏温室监控系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于WSN的光伏温室监控系统。该系统包括无线信息采集节点(8)及无线信息采集汇聚节点(9)、无线信息控制节点(6)及无线信息控制汇聚节点(5)、现场中央控制器(7)、太阳能光伏发电系统(1)；太阳能光伏发电系统(1)包括太阳能光伏矩阵(2)、太阳能控制器(12)、蓄电池(3)、直流/交流逆变器(11)、并网控制器(10)，所述包括太阳能光伏矩阵(2)通过太阳能控制器(12)分别与蓄电池(3)和直流/交流逆变器(11)相连，该直流/交流逆变器(11)和传统电网(4)通过并网控制器(10)与现场中央控制器(7)相连，该系统具有高可靠性、易扩展，降低了温室周年运行能耗。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及设施农业自动化
，尤其涉及一种基于WSN的光伏温室监控系统。
技术介绍
我国现有温室周年运行管理，需要消耗大量的能源，尤其在夏季需要降温、冬季需要保温加热，导致高能耗、高运行费用，直接影响到温室的效益。如何降低温室运行的能耗成本，是当前温室周年运行的关键。而利用太阳能电池光伏发电，来为温室花卉蔬菜的培育、生长环境调控系统提供绿色能源，从而节能降耗，提高温室周年运行效益，是科技创新在农业装备领域中的最新应用成果，也符合低碳经济和节能减排的经济发展要求。目前太阳能光伏发电温室技术在我国处于起步阶段，只有四项技术专利授权: “太阳能光伏温室”、 “多功能太阳能光伏温室”、 “太阳能温室”、 “一种温室大棚太阳能供电系统”，它们主要涉及太阳能电池组件的清洗装置及太阳能光伏温室结构框架等。温室光伏发电及环境监测控制必然涉及电能利用和电气控制多个方面，重要前提是相关智能监测控制技术及装备。现有温室多数基于传统有线监测控制方式，安装成本高、 部署时间过长、网络拓扑难以灵活调整等。近年来，采用基于无线传感器网络的温室环境监测控制成为一种趋势，它实现了测控点的灵活部署、动态调整和精细监测。专利技术专利介绍了一种基于无线传感器网络的温室大棚用温湿度采集通信系统，功耗低、可快速组网，也大大降低了安装成本高。专利技术专利 涉及一种温室变结构自组织无线传感器网络以及构建方法，减少了传感器节点能耗及避免了有线网络的布线复杂性。上述两项专利实现了温室环境信息无线传感器网络监测，但是就整个温室系统而言，依旧没有解决能耗问题，仍以传统工业用电为主。专利技术专利介绍了一种太阳能无线网络实时环境监测装置，该装置一定程度上解决了各种气候环境下的供电能耗和远距离数据采集问题。但是该装置主要涉及野外环境监测，针对温室这样一个具有诸如生命特征、不均勻性、周期性、耦合性、大惯性等特征的生物系统及其内部小气候环境的特殊性而言，是否适用，尚待考究。综上所述，目前现有温室监测控制技术及装备主要针对普通玻璃温室或塑料连栋温室，缺乏针对光伏发电譬如以太阳能薄膜电池材料作为覆盖材料因透光特性和屋面安装分布形式而致温室环境因子复杂的监控研究。其次，太阳能光伏发电易受天气、太阳光照等因素影响，对温室监控系统的可靠性和稳定性提出了新的要求。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于WSN的光伏温室监控系统，该系统基于无线传感器网络实现温室环境信息监控，利用太阳能光伏发电供给温室电能，结合工控一体机和 PLC实现温室控制，三者有机结合实现温室综合监测控制，具有高可靠性、易扩展，大大降低了温室周年运行能耗。本技术的技术方案是一种基于WSN的光伏温室监控系统，包括无线信息采集节点及无线信息采集汇聚节点、无线信息控制节点及无线信息控制汇聚节点、现场中央控制器、太阳能光伏发电系统；无线信息采集节点及无线信息采集汇聚节点、无线信息控制节点及无线信息控制汇聚节点、现场中央控制器基于ZigBee组成星型监控网络；太阳能光伏发电系统包括太阳能光伏矩阵、太阳能控制器、蓄电池、直流/交流逆变器、并网控制器，所述包括太阳能光伏矩阵通过太阳能控制器分别与蓄电池和直流/交流逆变器相连，该直流/交流逆变器和传统电网通过并网控制器与现场中央控制器相连。本技术的无线信息控制节点包括第二 ZigBee无线收发模块，第一稳压模块， 光耦隔离器，第二单片机、固态继电器；第二单片机分别与第二 ZigBee无线收发模块、光耦隔离器和第一稳压模块相连，该光耦隔离器经驱动固态继电器与温室调节执行机构相连。本技术的现场中央控制器包括PLC，其分别连接ZigBee无线网络控制模块、 触摸式人机接口、音频模块、Internet网络模块、中央控制器通讯模块、存储模块、第二稳压模块、调试接口、总线接口、系统复位模块。 本技术的太阳能光伏发电系统包括防雷电保护装置和自动清洗装置。本技术的有益技术效果为基于ZigBee组成的温室环境信息星型监控网络自组织、低成本、低功耗；采用无线传感器网络(WSN)、触摸式工控一体机、PLC控制器多级多层分布控制结构体系实现温室环境分层多级控制，使信息采集、监测操作、控制执行功能划分清晰，单元分割合理，具有高可靠性、易扩展、便于和专家系统接口等诸多优点；太阳能光伏发电和传统电网结合实现最优调度利用，大大降低了温室周年运行能耗。以下结合附图和实施例对本技术作进一步说明。附图说明图1是本技术实施例的系统组成框图；图2是本技术实施例的无线信息采集节点电路框图；图3是本技术实施例的无线信息控制节点电路框图；图4是本技术实施例的现场中央控制器电路框图；图5是技术实施例的系统构建方法流程简图。其中1-太阳能光伏发电系统，2-太阳能光伏矩阵，3-蓄电池，4-传统电网，5-无线信息控制汇聚节点，6-无线信息控制节点，7-现场中央控制器，8-无线信息采集节点， 9-无线信息采集汇聚节点，10-并网控制器，11-直流/交流逆变器，12-太阳能控制器， 13-传感器，14-蓄电池，15、19-单片机，16、17-ZigBee无线收发模块，18,25-稳压模块， 20-光耦隔离器，21-固态继电器，22-温室调节执行机构，23-ZigBee无线网络控制模块， 24-PLC, 26-触摸式人机接口，27-音频模块，28-存储模块，29-系统复位模块，30-总线接口，31-调试接口，32-中央控制器通讯模块、33-^1切111讨网络模块。具体实施方式如图广4所示为本技术基于WSN的光伏温室监控系统的一个实施例，其包括无线信息采集节点8及无线信息采集汇聚节点9、无线信息控制节点6及无线信息控制汇聚节点5、现场中央控制器7、太阳能光伏发电系统1。所述无线信息采集节点8及无线信息采集汇聚节点9、无线信息控制节点6及无线信息控制汇聚节点5、现场中央控制器7基于 ZigBee组成星型监控网络，若干无线信息采集节点8采集温室环境信息参数(诸如空气温湿度、土壤温湿度、C%浓度、光照度等)多跳路由至无线信息采集汇聚节点9后发送至现场中央控制器7，现场中央控制器7实时显示并与设定参数比较分析后作出控制命令，经无线信息控制汇聚节点5传输至无线信息控制节点6，无线信息控制节点6驱动相应温室调节执行机构22运作。无线信息采集节点8电路如图2所示，包括传感器13 (诸如空气温湿度传感器、 CO2浓度传感器、光照度传感器等)、第一单片机15、第一 ZigBee无线收发模块16。传感器 13将温室空气温湿度、土壤温湿度、C%浓度、光照度等信息参数采集后经第一单片机15数据处理后由第一 ZigBee无线收发模块16发送至现场中央控制器7的ZigBee无线网络控制模块23，锂电池负责对节点运行稳定供电。无线信息控制节点6电路如图3所示，包括第二 ZigBee无线收发模块17，第一稳压模块18，光耦隔离器20，第二单片机19、固态继电器21。第二 ZigBee无线收发模块17 接收到现场中央控制器7发出的控制命令后经第二单片机19分析处理后将控制信号通过光耦隔离器20驱动固态继电器21运作、继而使得相应温室调节执行机构22开始动作，第一稳压模块18提供节点稳定电源。现场中央控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于ＷＳＮ的光伏温室监控系统，包括无线信息采集节点（８）及无线信息采集汇聚节点（９）、无线信息控制节点（６）及无线信息控制汇聚节点（５）、现场中央控制器（７）、太阳能光伏发电系统（１）；其特征在于：所述无线信息采集节点（１）及无线信息采集汇聚节点（９）、无线信息控制节点（６）及无线信息控制汇聚节点（５）、现场中央控制器（７）基于ＺｉｇＢｅｅ组成星型监控网络；所述太阳能光伏发电系统（１）包括太阳能光伏矩阵（２）、太阳能控制器（１２）、蓄电池（３）、直流／交流逆变器（１１）、并网控制器（１０），所述包括太阳能光伏矩阵（２）通过太阳能控制器（１２）分别与蓄电池（３）和直流／交流逆变器（１１）相连，该直流／交流逆变器（１１）和传统电网（４）通过并网控制器（１０）与现场中央控制器（７）相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王新忠，刘飞，韩旭，毛罕平，孔鹏飞，由婷，闫润，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：实用新型
国别省市：32