智能灌溉解決方案

2017-03-22 15:26:00

灌溉控制系統(tǒng)功能

一、系統(tǒng)綜述

1.系統(tǒng)介紹

灌溉系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著重要的地位，但是傳統(tǒng)人工灌溉作業(yè)方式是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中費時費力的環(huán)節(jié)，占據(jù)了很大的作業(yè)成本。而智能灌溉系統(tǒng)可以最大程度的解決這個矛盾。通俗的講，所謂“智能”就是不需要人到現(xiàn)場的干預(yù)，系統(tǒng)能利用軟件系統(tǒng)進行遠程控制地塊灌溉作業(yè)：在哪個位置灌溉，灌溉多久；也可以根據(jù)設(shè)定的程序，自動開啟指定地塊的灌溉作業(yè)，結(jié)束后，自動關(guān)閉灌溉系統(tǒng)并自動作記錄；技術(shù)人員可以根據(jù)不同的土壤，不同的氣象特征，不同的農(nóng)作物生長規(guī)律，可以選擇不同的灌溉模式，然后交付計算機進行控制灌溉過程。

本控制系統(tǒng)有全自動模式（可選），手動遠程模式，時序自動模式，脫機時序模式，遙控模式可以供用戶選擇。

智能灌溉過程，都是針對灌溉水利用系數(shù)較低和傳統(tǒng)灌溉浪費大量人力物力而發(fā)展的一種高科技灌溉手段,。代表了行業(yè)的潮流和方向。一個人，操作幾步電腦程序，就可以對幾千畝土地進行自動灌溉。大大提高了工作效率。由于系統(tǒng)的可編程性，灌溉模式可以根據(jù)農(nóng)學(xué)專家對本地作物的研究建議進行自由設(shè)定，從而達到進行分段，分時，個性化優(yōu)化灌溉。灌溉系統(tǒng)，少不了水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計，這個關(guān)系到節(jié)水的重要環(huán)節(jié)。 本灌溉水網(wǎng)的專業(yè)化設(shè)計過程涵蓋管道材料阻尼分析，水壓力平衡分析，噴水量化分析等過程，從設(shè)計原理層面上保證了節(jié)水的效果，根據(jù)國內(nèi)研究的示范區(qū)觀測,灌溉水利用系數(shù)由傳統(tǒng)的的0.6左右提高到0.8-0.9。

本控制系統(tǒng)包括硬件設(shè)備和軟件控制兩個組成部分

2.硬件設(shè)備系統(tǒng)

由主控制器（計算機或者觸摸屏）、無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、傳感器、電磁閥、解碼器，防雷接地系統(tǒng)，等組成。

整個灌溉控制過程，是通過無線方式由中央計算機集中控制，利用分布的解碼器實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，然后由解碼器通過串行或并行有線網(wǎng)絡(luò)控制分布在地塊里電磁閥。同時實現(xiàn)對溫田間的氣象參數(shù)和灌溉參數(shù)的實時采集。

中央計算機采用工業(yè)計算機，穩(wěn)定可靠。田間解碼器與無線模塊采用自主設(shè)計的工業(yè)級產(chǎn)品，電磁閥采用國外進口產(chǎn)品，系統(tǒng)可靠。解碼器防護等級為IP68

可地埋或安裝在閥門箱內(nèi)。

防雷系統(tǒng)是由在現(xiàn)場的控制箱體供電模塊增加系統(tǒng)專業(yè)二級三級防雷單元，電磁閥線圈控制線路增加壓敏防雷電路。同時做防雷棒接地系統(tǒng)。

3.軟件功能系統(tǒng)

軟件部分包括中央控制系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件和嵌入式控制的控制軟件。田間控制器軟件系統(tǒng)采用了工程化設(shè)計，標準化測試，和高度實時性嵌入操作系統(tǒng)，從而保證了數(shù)據(jù)傳輸過程的可靠性。這部分的軟件功能主要用來完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和指令的解析從而達到控制閥門的目的。這軟件是系統(tǒng)一上電后控制器自動執(zhí)行的，一般不需要干預(yù)，只有特殊情況下，需要維工程師在廠家指導(dǎo)下進行編程升級維護。中央控制軟件采用了MCGS開發(fā)平臺，是基于win7 操作系統(tǒng)的應(yīng)用軟件，是操作者直接接觸的工作系統(tǒng)。集成了基礎(chǔ)的算法設(shè)計， 可以實時顯示當前土壤氣象參數(shù) （溫度，濕度） ，灌溉狀態(tài)，同時可以用各種內(nèi)置模式控制灌溉設(shè)備，實現(xiàn)定量自動灌溉并自動保存灌溉記錄，供管理人員研究分析，在系統(tǒng)軟件中可以進行灌溉參數(shù)設(shè)置，及對灌溉情況進行統(tǒng)計，并在計算機上存儲、顯示。

二、控制系統(tǒng)詳細介紹

1.灌溉模式功能含義

全自動模式（可選）

灌溉系統(tǒng)工作時，濕度傳感器采集土壤里的濕度信號，檢測到的濕度溫度信號通過 A/D 模塊轉(zhuǎn)換，將標準的電流模擬信號轉(zhuǎn)換為濕度數(shù)字信號，輸入到中央控制器。可編程控制器內(nèi)預(yù)先設(shè)定30%—40%RH為標準濕度值，實際測得的濕度信號與 30%—40%RH 比較，可以分為：在這個范圍內(nèi)，超出這個范圍，小于這個范圍三種情況。用模糊決策的模型進行判斷是否進行灌溉，以及計算灌溉強度是多大。但是考慮到濕度信號在控制函數(shù)里面是個大滯后控制模型系統(tǒng)，所以，需要在計算上采用微分環(huán)節(jié)計算。通過這樣的閉環(huán)控制過程，讓土壤保持一定的濕度值，達到植物生長的最佳狀態(tài)，要想保證這個結(jié)果的順利實現(xiàn)取決幾個因素：系統(tǒng)硬件設(shè)計的可靠性，軟件控制模型，傳感器的可靠性，以及電磁閥和恒壓供水系統(tǒng)的可靠性等。

定時模式屬于時序控制邏輯的控制模式，系統(tǒng)允許用戶根據(jù)實際需求，在本模式下，設(shè)定灌溉啟動時間，灌溉時間，灌溉次數(shù)等。時間可以精確到分鐘。時間跨度可以任意長。通過這個模式，可以做到一次設(shè)定，長期不用干預(yù)操作，從而實現(xiàn)大面積自動復(fù)雜的灌溉過程。

手動模式

允許用戶可以自由開關(guān)任意灌溉單元的任意電磁閥。但是考慮到管網(wǎng)的水壓供給能力，我們在系統(tǒng)做了自鎖，就是保證任何灌溉單元不允許同時出現(xiàn)兩個以上供水電磁閥被打開。啟動水泵的同時，默認同時打開第一個電磁閥，以防止出現(xiàn)瞬間憋壓。打開另外一個電磁閥的同時，系統(tǒng)會自動關(guān)閉先前打開的電磁閥。

如果某個地塊設(shè)置為手動模式， 則可以在電腦界面里進入指定的地塊控制圖，通過鼠標點擊任意指定的閥門圖標或者左面的控制盤圖標，進行打開或者關(guān)閉。

2.控制部件工作原理 

要實現(xiàn)智能灌溉，系統(tǒng)需要有中央控制計算機，智能終端控制器、傳感器、數(shù)據(jù)采集模塊，電動機、水泵、電磁閥、滴灌管道等設(shè)備，下面進行一一介紹他們的工作原理和技術(shù)要求，便于操作人員和維護人員有個大致的了解。

1)中央控制室內(nèi)設(shè)備

①專用計算機：標準工業(yè)級pc，運行我們的監(jiān)控程序，配備標準的數(shù)據(jù)通訊接口和win7 企業(yè)級服務(wù)操作系統(tǒng)。

②專用無線路由控制系統(tǒng)：負責無線信號的轉(zhuǎn)換，放大和數(shù)據(jù)解析，是控制田間控制器的中央樞紐。

③室外天線：全向玻璃鋼專用天線，防雨防曬，防風，負責無線信號的接受和發(fā)送。

2)田間控制設(shè)備

1解碼器：負責接收和反饋各種中央計算機通過無線系統(tǒng)發(fā)來運行程序指令， 同時控制分布在田間的電磁閥門。是整個灌溉控制控制系統(tǒng)的核心樞紐部分。解碼器和傳統(tǒng)控制系統(tǒng)比較，只需一根通訊線纜最多可以在一公里范圍內(nèi)串行99個解碼器，控制198個電磁閥。極大的節(jié)省了線纜及施工費用，減少傳統(tǒng)施工對土地的破壞。

2傳感器：進行土壤溫度和濕度檢測。是農(nóng)業(yè)專用傳感器，耐高溫，耐腐蝕，耐一定的沖擊，正常情況下，安置在中央控制室周邊的田間土壤下5厘米下。溫度測量范圍是-20-100 攝氏度濕度范圍是 0-95%。濕度傳感器由于目前的技術(shù)限制，在大于 50%精度普遍不高。但是我們目前的土壤濕度有效飽和數(shù)值都小于等于50%，所以測量出來的數(shù)據(jù)完全可以用來作為農(nóng)學(xué)工藝參考。

3電磁閥：控制噴頭的澆灌通道。我們選用按照國際農(nóng)業(yè)商用電磁閥標準設(shè)計的產(chǎn)品，堅固耐用，性能優(yōu)異，可滿足河南新鄭市農(nóng)業(yè)環(huán)境氣象系統(tǒng)環(huán)境的要求。

3、控制系統(tǒng)通信方式

解碼器和計算機之間通訊采用的是有線控制串行結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。這樣的拓卜結(jié)構(gòu)保證了系統(tǒng)的成本降低，組網(wǎng)靈活，特別是擴展成本降低，便于維護。

上行數(shù)據(jù)包括：土壤溫度、濕度；電磁閥及各控制器的工作狀態(tài)等信息。

下行數(shù)據(jù)是指中央計算機向各控制單元發(fā)出的各種控制指令，包括電磁閥的開關(guān)指令；各工作單元的狀態(tài)查詢指令以及對各控制單元的參數(shù)預(yù)設(shè)等。

由于采用了先進的無線數(shù)字網(wǎng)絡(luò)，因此本系統(tǒng)能夠快速地任意規(guī)模地構(gòu)建而且不受時間、空間和其它條件的限制。無線系統(tǒng)自動組網(wǎng)。主要兩點之間有通電的網(wǎng)內(nèi)節(jié)點，就可以自動組網(wǎng)。

特殊說明解碼器特性：

1、一個解碼器可以控制2路電磁閥，解碼器采用全密封方式，防水等級達到IP68，安裝方式采用地埋式安裝比傳統(tǒng)的控制柜的安裝節(jié)約的大量的人工和材料費用。

2、當解碼器發(fā)生故障時只需要把每路的解碼器更換掉即可，每一支路的解碼器如果發(fā)生故障不影響總體的灌溉運行。

3、維修成本大大降低（只需要按說明操作即可更換解碼器）

4、JDYHF-B707的工作原理我們攻克了美國亨特的解碼器原理開發(fā)出來的產(chǎn)品已經(jīng)獲得國家zhuanli。

5、JDYHF-B707 經(jīng)過市場的考驗穩(wěn)定可靠，而且跟傳統(tǒng)的灌溉控制器相比性價比高，價格低。

功能設(shè)計：

支持查看所有傳感器數(shù)據(jù)

支持查看所有傳感器歷史數(shù)據(jù)

支持控制云臺視頻轉(zhuǎn)動、縮放

支持遠程控制手自一體繼電器和手自一體點動繼電器

智能灌溉系統(tǒng)拓撲圖