技术领域
[0001] 本实用新型涉及温室执行机构领域，具体涉及一种温室执行机构控制器。
背景技术
[0002] 现代温室的执行机构主要有
天窗、侧窗、
风机、
水泵、内外
遮阳网等，其中大部分设备由三相
电机的正反转来驱动。目前，普遍的控制方法是根据温室执行机构的种类和数量配备相应的电
力控制柜，其原理是通过熔断器、
接触器以及继电器按照一定的接线方式连接来
驱动电机运转，再通过电力控制柜的外部
开关来手动控制执行机构。
[0003] 随着温室
环境控制技术的发展，温室自动控制和远程网络控制已逐渐应用于现代智能温室领域。现有的温室控制方式是在原有的电力控制柜
基础上，配备相应的弱电-强电转换
接口，计算机再通过相应的弱电-强电转换接口控制温室执行机构。传统的温室执行机构控制装置主要依靠模拟开关器件的控制，虽具有一定自动化程度，但是也存在着诸多缺点：
[0004] 1、模拟开关器件容易损坏，可靠性低；当执行机构需要启停或正反转切换时，由于
电动机容量较大、频繁启停操作，容易导致接触器的主触头产生
电弧，电弧是高温高导电率的游离气体，它不仅对触头有很大的破坏作用，而且使
电路断开的时间延长，从而严重影响整个控制设备的
稳定性和使用寿命；
[0005] 2、控制装置的弱电-强电转换功能模
块器件多，各功能模块器件之间的连接比较复杂，因此涉及对原有
配电柜改造的工作量大，接线复杂，可靠性低。
发明内容
[0006] 本实用新型要解决的技术问题是，针对传统的温室执行机构控制装置存在的上述不足，提供一种温室执行机构控制器，实现执行机构
电流过零点切断，避免触头产生电弧现象，提高整个控制器的稳定性和延长使用寿命。
[0007] 本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
[0008] 一种温室执行机构控制器，包括电源模块，五路磁保持继电器K1、K2、K3、K4、K5，继电器驱动单元，过零检测单元，互感器，
采样检测单元，通信单元，数据存储模块和
微控制器MCU；所述电源模块与三相电源连接；继电器驱动单元、过零检测单元、采样检测单元、通信单元、数据存储模块和微控制器MCU均与电源模块连接；微控制器MCU的IO接口与继电器驱动单元连接，继电器驱动单元分别与五路磁保持继电器K1、K2、K3、K4、K5的线圈连接，五路磁保持继电器的触点S1、S2、S3、S4、S5分别相应连接三相电源的某一相和电机的某一相；所述互感器的一次侧与电机的三相线连接，互感器的二次侧分别与过零检测单元、采样检测单元连接；所述过零检测单元与微控制器MCU外部中断口INT连接，采样检测单元与微控制器MCU的SPI接口连接，数据存储模块通过I2C接口与微控制器MCU连接，通信单元通过USART接口与微控制器MCU连接。
[0009] 按上述方案，所述磁保持继电器K1的触点S1连接三相电源的U相和电机U相，磁保持继电器K2的触点S2连接三相电源的V相和电机V相，磁保持继电器K3的触点S3连接三相电源的W相和电机W相，磁保持继电器K4的触点S4连接三相电源的W相和电机V相，磁保持继电器K5的触点S5连接三相电源的V相和电机W相。
[0010] 按上述方案，所述电源模块包括电源保护接口、AC-DC电源模块、DC-DC电源模块，从三相电源任意一根相线与零线间取相
电压作为电源模块的输入，电源保护接口用于对输入电源进行过流、过压保护，电源保护接口的输出作为AC-DC电源模块的输入，实现将220V交流电转换为12V直流电；12V直流电一方面用于驱动五路磁保持继电器，另一方面作为DC-DC电源模块的输入，DC-DC电源模块用于将12V直流电转
化成3.3V直流电给微控制器MCU、采样检测单元、过零检测单元、通信单元、数据存储模块供电。
[0011] 按上述方案，所述AC-DC电源模块采用金升阳公司的LH10-10B12电源模块，DC-DC电源模块采用金升阳公司的B_S-2W电源模块。
[0012] 按上述方案，所述五路磁保持继电器K1、K2、K3、K4、K5采用上海万佳的WJ31F型继电器。
[0013] 按上述方案，所述继电器驱动单元包括五路H桥驱动电路，用于分别驱动对应的五路磁保持继电器K1、K2、K3、K4、K5的闭合与断开，每路H桥驱动电路由光电
耦合器Opt1、Opt2，
三极管Q1、Q2、Q3、Q4，
电阻R1、R2组成，三极管Q1、Q2、Q3、Q4与电阻R1、R2构成H桥电路，微控制器MCU通过IO_A、IO_B两个IO接口分别与光电耦合器Opt1、Opt2连接，光电耦合器Opt1、Opt2的输出端再分别连接至H桥电路的两路控制端。
[0014] 按上述方案，所述互感器包括电流互感器CT、电压互感器PT，所述电流互感器CT的一次侧与电机的三相线连接，其二次侧与过零检测单元、采样检测单元连接，电流互感器CT采集电机交流电流
信号后接取样负载RL，将电机交流电流信号转换成电机交流电压信号，电机交流电压信号一路连接至过零检测单元，另一路连接至采样检测单元；所述电压互感器PT的一次侧与电机的三相线连接，其二次测与采样检测单元连接，电压互感器PT采集电机交流电压信号后连接至采样检测单元；
[0015] 所述过零检测单元包括依次连接的仪表放大电路、钳位滤波电路、电压比较电路，所述仪表放大电路包括
仪表放大器AD623，钳位滤波电路由两个稳压
二极管D2.1、D2.2钳位连接，电压比较电路包括电压比较器LM339；
[0016] 所述采样检测单元包括电压差分滤波电路、电流差分滤波电路、采样芯片，电机交流电流信号经电流互感器CT取样后送至电流差分滤波电路，输出的滤波信号再送至采样芯片；电机交流电压信号经过电压互感器PT取样后送至电压差分滤波电路，输出的滤波信号再送至采样芯片；采样芯片输出的采样数据通过SPI接口与微控制器MCU连接。
[0017] 按上述方案，所述采样芯片采用电度计量芯片ATT7022。
[0018] 按上述方案，所述微控制器MCU采用32位ARM7
内核处理器，型号为STM32F103VET6。
[0019] 按上述方案，所述数据存储模块采用存储容量为512M的存储芯片；所述通信单元包括RS485通信模块、
无线通信模块，RS485通信模块和无线通信模块通过USART接口与微控制器MCU连接。
[0020] 本实用新型的工作原理：电源模块为整个控制器提供稳定的直流12V电源和直流3.3V电源，数据存储模块用来存储本控制器的地址、电机消耗的
电能参数等；采样芯片实时在线测量电机运行的电能参数，实时了解电机的运行状况。如需电机正转启动，微控制器MCU通过继电器驱动单元闭合K1、K2、K3三路磁保持继电器；如需电机反转启动，则微控制器MCU通过继电器驱动单元闭合K1、K4、K5三路磁保持继电器，通过颠倒相序实现电机反转；如需停止电机运行，微控制器MCU通过过零检测单元检测相线电流过零点时刻，然后立即断开相应的磁保持继电器，实现电路无弧切断；如果出现欠压、过压、缺相、过流等现象，则微控制器MCU立即执行继电器切断操作，对电机进行保护。
[0021] 本实用新型具有以下有益效果：
[0022] (1)本实用新型控制器通过控制执行机构电机的运转，实现对温室执行机构的启、停及正、反转操作；尤其是微控制器能够实现执行机构电流过零点切断，避免了触头产生电弧现象，从而提高整个控制器的稳定性和延长使用寿命；
[0023] (2)本实用新型内置采样检测单元，能够实时在线测量电机运行的电能参数，如发现有异常情况产生(过压、过流、欠压)，控制器能及时执行切断操作，保护电机以及人员、设备的安全。
附图说明
[0024] 图1是本实用新型温室执行机构控制器的整体结构示意图；
[0025] 图2是本实用新型继电器驱动单元与磁保持继电器的电路结构接线图；
[0026] 图3是本实用新型过零检测单元的工作结构原理图；
[0027] 图4是本实用新型过零检测单元的电路结构接线图；
[0028] 图5是本实用新型采样检测单元的工作结构原理图。
具体实施方式
[0029] 下面结合附图和
实施例对本实用新型进行详细说明。
[0030] 参见图1所示，本实用新型所述的温室执行机构控制器，包括电源模块，五路磁保持继电器K1、K2、K3、K4、K5，继电器驱动单元，过零检测单元，互感器，采样检测单元，通信单元，数据存储模块和微控制器MCU；所述电源模块与三相电源连接；继电器驱动单元、过零检测单元、采样检测单元、通信单元、数据存储模块和微控制器MCU均与电源模块连接；微控制器MCU的IO接口与继电器驱动单元连接，继电器驱动单元分别与五路磁保持继电器K1、K2、K3、K4、K5的线圈连接，五路磁保持继电器的触点S1、S2、S3、S4、S5分别相应连接三相电源的某一相和电机的某一相；所述互感器的一次侧与电机的三相线连接，互感器的二次侧分别与过零检测单元、采样检测单元连接；所述过零检测单元与微控制器MCU外部中断口INT连接，采样检测单元与微控制器MCU的SPI接口连接，数据存储模块通过I2C接口与微控制器MCU连接，通信单元通过USART接口与微控制器MCU连接。
[0031] 所述磁保持继电器K1的触点S1连接三相电源的U相和电机U相，磁保持继电器K2的触点S2连接三相电源的V相和电机V相，磁保持继电器K3的触点S3连接三相电源的W相和电机W相，磁保持继电器K4的触点S4连接三相电源的W相和电机V相，磁保持继电器K5的触点S5连接三相电源的V相和电机W相。
[0032] 所述电源模块包括电源保护接口、AC-DC(交流转直流)电源模块、DC-DC(直流转直流)电源模块，从三相电源任意一根相线与零线间取相电压作为电源模块的输入，电源保护接口用于对输入电源进行过流、过压保护，电源保护接口的输出作为AC-DC电源模块的输入，实现将220V交流电转换为12V直流电；12V直流电一方面用于驱动五路磁保持继电器，另一方面作为DC-DC电源模块的输入，DC-DC电源模块用于将12V直流电转化成3.3V直流电给微控制器MCU、采样检测单元、过零检测单元、通信单元、数据存储模块供电。
[0033] 所述AC-DC电源模块采用金升阳公司的LH10-10B12电源模块，DC-DC电源模块采用金升阳公司的B_S-2W电源模块。
[0034] 所述五路磁保持继电器K1、K2、K3、K4、K5采用上海万佳的WJ31F型继电器，线圈控制电压DC12V，额定负载80A/250VAC，磁保持继电器开、合动作采用正向和反向12V直流脉冲激励线圈即可，直流脉冲需维持150ms，其动作后的开、合状态靠永久磁
钢所产生的磁力保持。
[0035] 所述继电器驱动单元包括五路H桥驱动电路，用于分别驱动对应的五路磁保持继电器K1、K2、K3、K4、K5的闭合与断开，参照图2所示，每路H桥驱动电路由光电耦合器Opt1、Opt2，三极管Q1、Q2、Q3、Q4，电阻R1、R2组成，三极管Q1、Q2、Q3、Q4与电阻R1、R2构成H桥电路，微控制器MCU通过IO_A、IO_B两个IO接口分别与光电耦合器Opt1、Opt2连接，光电耦合器Opt1、Opt2的输出端再分别连接至H桥电路的两路控制端，具体工作过程为：当需要闭合某路磁保持继电器时，微控制器MCU控制对应的IO_A接口输出高电平，IO_B接口输出低电平，此时光电耦合器Opt1导通，光电耦合器Opt2截止，同时致使三极管Q1和Q4导通，Q2和Q3截止，磁保持继电器的R_A和R_B两端形成正向12V电压，微控制器MCU保持IO_A、IO_B接口输出150ms，则磁保持继电器闭合；当需要断开该路磁保持继电器时，微控制器MCU控制对应的IO_A接口输出低电平，IO_B接口输出高电平，此时光电耦合器Opt1截止，光电耦合器Opt2导通，同时致使三极管Q1和Q4截止，Q2和Q3导通，磁保持继电器的R_A和R_B两端形成反向12V电压，微控制器MCU保持IO_A和IO_B接口输出150ms，则磁保持继电器断开。
[0036] 所述互感器包括电流互感器CT、电压互感器PT，所述电流互感器CT的一次侧与电机的三相线连接，其二次侧与过零检测单元、采样检测单元连接，电流互感器CT采集电机交流电流信号后接取样负载RL(实施例中RL取200Ω)、将电机交流电流信号转换成电机交流电压信号，电机交流电压信号一路连接至过零检测单元(用于过零检测)，另一路连接至采样检测单元(用于电能参数在线测量)；所述电压互感器PT的一次侧与电机的三相线连接，其二次测与采样检测单元连接，电压互感器PT采集电机交流电压信号后连接至采样检测单元；
[0037] 参照图3所示，所述过零检测单元包括依次连接的仪表放大电路、钳位滤波电路、电压比较电路，所述仪表放大电路包括
仪表放大器AD623及其外围电路，钳位滤波电路由两个稳压二极管D2.1、D2.2钳位连接，电压比较电路包括电压比较器LM339及其外围电路；
[0038] 所述采样检测单元包括电压差分滤波电路、电流差分滤波电路、采样芯片，如图5所示，电机交流电流信号经电流互感器CT取样后送至电流差分滤波电路，输出的滤波信号再送至采样芯片；电机交流电压信号经过电压互感器PT取样后送至电压差分滤波电路，输出的滤波信号再送至采样芯片；采样芯片输出的采样数据通过SPI接口与微控制器MCU连接。
[0039] 过零检测单元用于实现交流电流过零点信号调理，具体工作过程：参照图4所示，电机交流电流信号经过电流互感器CT取样(电流互感器CT接在Ui、Ui’两端)，经过取样负载RL两端输出为电机交流电压信号(正弦信号)，通过仪表放大器AD623跟随输出，提高过零检测单元输入阻抗，再通过稳压二极管D2.1、D2.2钳位，再将信号送至电压比较器LM339的同相端(“+”)与反相端(“-”)；以反相端作为参考电压，同相端作为待比较的电压信号，当同相端(“+”)电压高于反相端(“-”)电压时，电压比较器LM339输出端输出开路；当“-”端电压高于“+”端电压时，电压比较器LM339输出端输出低电位；另外，电压比较器LM339输出端到正电源上拉一电阻R2.5，确保电压比较器LM339输出开路时为正电源输出。因此，当电机交流电压信号(正弦信号)处于正半周期时(Ui>0)，电压比较器LM339输出正电源(方波的正半周)，当电机交流电压信号(正弦信号)处于负半周期时(Ui<0)，电压比较器LM339输出低电位(方波的负半周)；换言之，电流互感器CT经取样负载RL输出的电机交流电压信号(正弦信号)经过过零检测单元后整形为标准的方波信号，且正弦的电机交流电压信号的过零点与方波信号的下降沿重合，将此方波信号送至微控制器MCU外部中断口INT，此时微控制器MCU断开相应的磁保持继电器(K1、K2、K3或K1、K4、K5)就能实现零电流切断，无电弧现象产生。
[0040] 所述采样芯片采用电度计量芯片ATT7022，ATT7022能够测量各相以及合相的有功功率、
无功功率、有功
能量和无功能量等，同时还能测量各相电流、电压有效值、功率因素、
频率等参数。
[0041] 所述微控制器MCU采用32位ARM7内核处理器，型号为STM32F103VET6，其性能强、功耗低。
[0042] 所述数据存储模块用于存储电机的运行参数和电能参数数据，数据存储模块采用存储容量为512M的存储芯片；所述通信单元包括RS485通信模块、无线通信模块，USART接口包括USART1接口(有线接口)、USART2接口(无线接口)，RS485通信模块和无线通信模块分别通过USART1接口、USART2接口与微控制器MCU连接，有线接口和无线接口为本控制器提供了多种数据传输方式。
[0043] 本实用新型电源模块为整个控制器提供稳定的直流12V电源和直流3.3V电源，数据存储模块用来存储本控制器的地址、电机消耗的电能参数等；采样芯片实时在线测量电机运行的电能参数，实时了解电机的运行状况。如需电机正转启动，微控制器MCU通过继电器驱动单元闭合K1、K2、K3三路磁保持继电器；如需电机反转启动，则微控制器MCU通过继电器驱动单元闭合K1、K4、K5三路磁保持继电器，通过颠倒相序实现电机反转；如需停止电机运行，微控制器MCU通过过零检测单元检测相线电流过零点时刻，然后立即断开相应的磁保持继电器，实现电路无弧切断；如果出现欠压、过压、缺相、过流等现象，则微控制器MCU立即执行继电器切断操作，对电机进行保护。
[0044] 以上所述的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型
申请专利范围所作的等效变化，仍属本实用新型的保护范围。
