CN102835295A

CN102835295A - 一种太阳能喷灌装置的智能管理方法

Info

Publication number: CN102835295A
Application number: CN2012103578090A
Authority: CN
Inventors: 叶桦; 冒建亮; 孙晓洁; 张舒哲; 何冰
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2012-09-24
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2012-12-26

Abstract

本发明公开了一种太阳能喷灌装置的智能管理方法，该方法包括智能喷灌管理策略和太阳能锂电池充电管理策略。其中，智能喷灌管理策略根据草坪的需水量、耐热性及获病害规律综合制定，需水量根据草坪在不同持水量下外观质量的变化得出，耐热性通过喷水前后草坪外渗液电导率的变化得出，获病害规律是指在晚间喷灌将加剧草坪的病虫灾害；太阳能锂电池充电管理策略，利用电源管理芯片，根据检测到的电量对锂电池进行恒压、恒流、涓流模式的智能充电。本发明可实现太阳能喷灌装置的智能控制，并由CAN总线实现PC机与各喷灌节点间的通讯，实现分布式网络管理，不仅满足了草坪的正常生长需求，同时减少了水资源的浪费，提高了喷灌装置的智能化水平。

Description

一种太阳能喷灌装置的智能管理方法

技术领域

本发明涉及智能灌溉领域，具体涉及到一种太阳能喷灌装置的智能管理方法。

背景技术

我国水资源总量28000亿平方千米，人均占有量约2200立方米，只有世界人均占有量的25%，水资源时空分布不均、水污染、水生态系统失衡等问题加剧了当前水资源供需矛盾。因此于我国而言，对水资源的合理规划与利用迫在眉睫。科学合理地利用有限的水资源，有效地控制灌溉用水量，根据天然降水量、水库蓄水量、可开采地下水量及农作物生长的需要及时供应水量，是促进节约用水的必要的科学手段，因此实施智能灌溉控制系统势在必行。

城市绿化作为城市生态系统中的还原组织，在改善城市环境中占有很高地位。草坪作为城市绿化的重要组成部分，其合理的管理方式，不仅是对城市绿化的促进，更是对水资源的有效利用。目前城市草坪管理有以下典型特点：应用环境可知性、草坪生产需求可知性、充足的太阳能资源、草坪建设基础设施少。因此，结合太阳能实现系统的供电，既能节约电能，亦可省去对系统供电所需要的电缆等设备。

目前，草坪一般仍采用人工喷灌或者电磁阀定时喷灌的方式，也有少量对智能喷灌的研究，但仅仅实现了对草坪简单的管理，尚没有一种科学、合理、完善的智能管理方法应用于实际，导致了水资源的严重浪费。部分技术较为先进的喷灌装置，采用无线传感技术或GPRS技术进行远程控制，对于一般的草坪喷灌没有优势可言。因此，实施一种适用于一般性草坪灌溉的智能管理方法势在必行。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种太阳能喷灌装置的智能管理方法，以减少水资源的浪费。

本发明采用的技术方案为：一种太阳能喷灌装置的智能管理方法，包括智能喷灌管理策略和太阳能锂电池充电管理策略；

所述智能喷灌管理策略是根据草坪需水量、草坪耐热性及草坪获病害规律综合制定的；在保证草坪正常生长而又不浪费水资源的前提下，设定的工作模式为：（1）清晨进行喷灌，夜间系统进入睡眠状态；（2）保持土壤的含水量在之间，当含水量低于

时使能灌溉，当含水量高于

时结束灌溉；（3）在午间当气温高于35℃时，进行短时间的喷水降温，当温度降至25℃时，结束物理降温过程；

所述太阳能锂电池充电管理策略，利用电源管理芯片进行恒压、恒流、涓流模式充电，当检测到的电池电量小于20%时开始充电，当电池电量高于额定值时停止充电；这样在喷灌装置遇到长时间阴雨天气时，自然降雨可供给草坪正常的水分；待天气好转，利用锂电池充电管理方法对装置重新充电，恢复正常工作，从而减少了锂电池充电次数，延长了使用寿命。

作为优选，所述草坪需水量是根据草坪在不同月份、不同持水量下的外观质量的变化趋势得出的；

所述草坪耐热性，是通过喷水前后草坪外渗液电导率的变化趋势得出的；

所述草坪获病害规律，是指在晚间进行喷灌会加剧草坪的病虫灾害，选择在清晨喷灌将有益草坪生长。

作为优选，所述智能喷灌管理策略中土壤含水量和空气温度参数由水分传感器及温度传感器测出，由MCU（单片机）读取并通过CAN总线发送数据到PC机显示。

作为优选，所述的太阳能喷灌装置的智能管理方法，由人机交互软件提供用户的可视化操作，可实现人工控制与自动控制方式间的切换，并通过CAN收发器、CAN总线实现PC与各喷灌节点间的通讯。

有益效果：1.由于本发明结合了草坪的生长规律，以草坪需水量、耐热性及获病害规律制定智能喷灌管理策略，不仅满足了草坪的正常生长需求，同时减少了水资源的浪费。结合城市草坪的管理特点，利用太阳能对装置进行供电，减少了电缆铺设成本，并采用锂电池充电管理策略，减少了电池充电次数，延长了使用寿命。

2.本发明的智能管理方法由人机交互软件提供用户的可视化操作，通过CAN总线实现分布式网络管理，可对所有网络进行实时的人工与自动控制。

3.随着人们生活水平的提高，作为农业大国，我国农村的粮食种植会趋于集中化管理，因此本发明的智能管理方法亦可应用于农业、果园种植的大面积管理，可节约大量人力资源，并减少水资源的浪费，更好地推进农村经济和城市绿化工作。

附图说明

图1为太阳能喷灌装置的智能管理方法的结构示意图；

图2为不同持水量下草坪外观质量变化趋势示意图；

图3为喷水处理前、后草坪外渗液电导率随试验天数的变化示意图；

图4为智能喷灌管理策略的实现流程图；

图5为太阳能喷灌装置的智能管理方法的总体实现流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

采用本发明实施的总体结构示意图如图1所示。其中，草坪需水量101是通过不同持水量下草坪的外观质量的变化规律确定，草坪耐热性102通过草坪草叶片的外渗液电导率进行衡量，草坪获病害规律103是指草坪在晚间进行喷灌将加剧获病害率，在清晨喷灌将有益草坪生长，智能喷灌管理策略104是根据草坪需水量101、草坪耐热性102、草坪获病害规律103综合制定的。太阳能锂电池充电管理策略105，利用电源管理芯片进行恒压、恒流、涓流模式充电，当检测到的电池电量小于20%时开始充电，当电池电量高于额定值时停止充电；这样在喷灌装置遇到长时间阴雨天气时，自然降雨可供给草坪正常的水分；待天气好转，利用锂电池充电管理方法使装置重新充电，恢复正常工作，从而减少了锂电池充电次数，延长了使用寿命。太阳能喷灌装置106结合智能喷灌管理策略104、太阳能锂电池充电管理策略105，实现整套系统的智能控制，通过双稳态脉冲驱动电路控制脉冲电磁阀108的通、断，从而使能与结束喷灌；同时，通过CAN收发器107、CAN总线109实现PC与各喷灌节点间的通讯，并提供人机交互软件供用户进行可视化操作。

不同持水量下草坪外观质量变化趋势如图2所示，目的是为了确定草坪需水量101。由图可见，80%~60%田间持水量时草坪的生长情况与100%~80%田间持水量时几乎一致，且较60%~40%田间持水量时有较大提升，由此可确定使土壤持水量保持在田间持水量的80%~60%之间时，既保证了草坪的正常生长，又避免了过量灌溉造成的水量流失，是最适宜的土壤持水量。

图3是对草坪耐热性102研究，为喷水处理前、后草坪外渗液电导率随试验天数的变化示意图。由图可见，使用喷水作为草坪物理降温的手段，可以有效降低高温对草坪的危害。

结合图2、图3及草坪获病害规律103，智能喷灌管理策略104设定的工作模式为：（1）在清晨进行喷灌，夜间系统进入睡眠状态，降低能耗；（2）保持土壤的含水量在

之间，当含水量低于

时使能灌溉，当含水量高于

时结束灌溉；（3）在午间当气温高于35℃时，进行短时间的喷水降温，当温度降至25℃时，结束物理降温过程。

采用本发明实施的智能喷灌管理策略104的实现流程图如图4所示，开始于步骤401，结束于步骤410：

步骤401：开始；

步骤402：太阳能喷灌装置106判断当前时间是否为清晨，如果满足条件，则进入步骤403，否则进入步骤407；

步骤403：时间为清晨，通过太阳能喷灌装置106检测到的土壤水分含量，判断土壤含水量是否低于

，若满足条件，则进入步骤404，否则转入步骤402；

步骤404：太阳能喷灌装置106使能喷灌，开启脉冲电磁阀108；

步骤405：通过太阳能喷灌装置106检测到的土壤水分含量，判断土壤含水量是否高于

，若满足条件，则进入步骤406，否则转入步骤404；

步骤406：太阳能喷灌装置106结束喷灌，关断脉冲电磁阀108；

步骤407：时间不在清晨，通过太阳能喷灌装置106检测的空气温度，判断温度是否高于35℃，若满足条件，则进入步骤408，否则转入步骤402；

步骤408：太阳能喷灌装置106使能喷灌，开启脉冲电磁阀108；

步骤409：通过太阳能喷灌装置106检测的空气温度，判断温度是否低于25℃，若满足条件，则进入步骤410，否则转入步骤408；

步骤410：太阳能喷灌装置106结束喷灌，关断脉冲电磁阀108。

采用本发明实施的太阳能喷灌装置106的智能管理方法的总体实现流程图如图5所示，开始于步骤501，结束于步骤515，其中步骤503~507用于实现太阳能锂电池充电管理策略105，步骤511~515用于实现智能喷灌管理与人工方式的选择：

步骤501：软件初始化，主要包括，初始化脉冲继电器（用于控制锂电池充电）及脉冲电磁阀（用于使能喷灌）的状态，初始化单片机（C8051F040）的相关寄存器，初始化水分传感器、温度传感器的相关寄存器；

步骤502：使能单片机（C8051F040）全局中断，包括定时器中断、CAN中断；

步骤503：利用单片机（C8051F040）的模数转换器，进行锂电池电压采集；

步骤504：判断电池电量是否小于20%，如果满足条件，则进入步骤505，否则无动作；

步骤505：脉冲继电器闭合，使能锂电池充电；

步骤506：判断电池电量是否高于额定值，如果满足条件，则进入步骤507，否则无动作；

步骤507：脉冲继电器断开，结束锂电池充电；

步骤508：利用温度传感器进行空气温度的采集；

步骤509：利用土壤水分传感器进行土壤水分含量的采集；

步骤510：将相关参数通过CAN总线109发送给PC机；

步骤511：通过CAN总线109接收用户的控制信息；

步骤512：判断是否满足人工控制模式条件，如果满足，则进入人工控制模式，否则，转入步骤514；

步骤513：人工喷灌控制模式，可手动控制脉冲电磁阀108的通、断；

步骤514：判断是否满足自动控制模式条件，如果满足，则进入自动控制模式，否则，转入步骤511

步骤515：智能喷灌控制模式，根据智能喷灌管理策略104进行自动控制；

上述图4、图5的过程均可以用现有技术中的编程方法实现，在此不作进一步限制。

同时，本发明实现的太阳能喷灌装置的智能管理方法，由人机交互软件提供用户的可视化操作，用户可以在PC机上实现人工控制与自动控制模式的选择，查看当前各网络中电磁阀、电池电压、土壤水分含量、空气温度等相关状态，供用户做出有效决策。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种太阳能喷灌装置的智能管理方法，其特征在于：包括智能喷灌管理策略（104）和太阳能锂电池充电管理策略（105）；

所述智能喷灌管理策略（104）是根据草坪需水量（101）、草坪耐热性（102）及草坪获病害规律（103）综合制定的；在保证草坪正常生长而又不浪费水资源的前提下，设定的工作模式为：（1）清晨进行喷灌，夜间系统进入睡眠状态；（2）保持土壤的含水量在之间，当含水量低于时使能灌溉，当含水量高于时结束灌溉；（3）在午间当气温高于35℃时，进行短时间的喷水降温，当温度降至25℃时，结束物理降温过程；

所述太阳能锂电池充电管理策略（105），利用电源管理芯片进行恒压、恒流、涓流模式充电，当检测到的电池电量小于20%时开始充电，当电池电量高于额定值时停止充电。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能喷灌装置的智能管理方法，其特征在于：所述草坪需水量（101）是根据草坪在不同月份、不同持水量下的外观质量的变化趋势得出的；

所述草坪耐热性（102），是通过喷水前后草坪外渗液电导率的变化趋势得出的；

所述草坪获病害规律（103），是指在晚间进行喷灌会加剧草坪的病虫灾害，选择在清晨喷灌将有益草坪生长。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能喷灌装置的智能管理方法，其特征在于：所述智能喷灌管理策略（104）中土壤含水量和空气温度参数由水分传感器及温度传感器测出，由单片机读取并通过CAN总线（109）发送数据到PC机显示。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能喷灌装置的智能管理方法，其特征在于：采用双稳态脉冲驱动电路控制电磁阀（108）的通或断。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能喷灌装置的智能管理方法，其特征在于：所述的太阳能喷灌装置的智能管理方法，由人机交互软件提供用户的可视化操作，可实现人工控制与自动控制方式间的切换，并通过CAN收发器（107）、CAN总线（109）实现PC与各喷灌节点间的通讯。