CN104216445A - 一种用于大棚花卉的自动灌溉控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于大棚花卉的自动灌溉控制系统，包括数据输入装置，用于输入大棚花卉的初始化数据；传感器装置，用于获取与农田灌溉有关的多种参数；主控装置，与传感器装置和数据输入装置相连，用于接受传感器装置获取的多种参数，并结合数据输入装置的初始数据进行分析计算后，发送信号指令给执行装置；执行装置也与主控装置相连；所述控制系统还包括系统供能装置，为整个系统运行提供电能。采用主控装置测控来实现花卉生长环境因子信息数据的实时采集、处理，而后输出控制执行装置，以实现环境湿度、温度和光照强度的测控，达到节水节能，省时省工的效果。

Description

一种用于大棚花卉的自动灌溉控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及节水灌溉领域，具体涉及一种用于大棚花卉的自动灌溉控制系统及其控制方法。

背景技术

随着现代农业灌溉技术的迅速发展，滴灌节水技术得到了全面的推广和普及。自动灌溉系统已成现代农业发展的必由之路。大棚自动灌溉系统可实现环境温度和所需水分进行有效管理，是保证设施作物优质高产的重要措施。随着精准感知技术、定量控制技术的迅速发展，自动控制技术在节水灌溉中有了新的发展，通过灌溉控制器适时、适量的灌水，在节省水、人工和提高作物产量方面取得了一定的成效，可显著提高灌溉精准度，提高水的利用率。

因此利用现代信息技术把握大棚环境参数的变异，提高科学灌溉和滴灌的自动化控制程度提高作物综合效益变得日益重要和紧迫。

发明内容

本发明要解决的问题是，采用单片机测控来实现花卉生长环境因子信息数据的实时采集、处理，而后输出控制执行装置，以实现环境湿度、温度和光照强度的测控，达到节水节能，省时省工的效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于大棚花卉的自动灌溉控制系统，其特征在于：包括数据输入装置，用于输入大棚花卉的初始化数据；传感器装置，用于获取与农田灌溉有关的多种参数；主控装置，与传感器装置和数据输入装置相连，用于接受传感器装置获取的多种参数，并结合数据输入装置的初始数据进行分析计算后，发送信号指令给执行装置；执行装置也与主控装置相连；所述控制系统还包括系统供能装置，为整个系统运行提供电能。

进一步，所述数据输入装置为外接键盘；所述传感器装置包括湿度传感器、温度传感器和光照传感器，均与主控装置相连；所述执行装置包括灌溉执行装置、窗户执行装置和窗帘执行装置，均与主控装置相连；所述主控装置为单片机。

优选的，所述单片机为AT89S52。

进一步，所述灌溉执行装置包括电磁阀和继电器；电磁阀与继电器连接，继电器连接主控装置；

窗户执行装置包括窗户电机和驱动器；窗户电机与驱动器相连，驱动器连接主控装置；

窗帘执行装置包括窗帘步进电机和步进电机驱动器；窗帘步进电机与步进电机驱动器相连，步进电机驱动器连接主控装置。

进一步，所述系统供能装置包括太阳能电池板和蓄电电池；太阳能电池板转化太阳能为蓄电电池充电，蓄电电池连接主控装置。

优选的，太阳能电池通过充电集成电路为蓄电池充电，电池的输出经过稳压滤波为单片机供电。

本发明的另一目的在于提供一种大棚花卉自动灌溉控制系统的控制方法，由湿度传感器、温度传感器和光照传感器采集花卉的各种参数，并与大棚花卉的初始化数据的给定值进行对比，由单片机根据对比结果进行分析，并发出指令带动灌溉执行装置、窗户执行装置和窗帘执行装置执行，执行后，花卉的各种参数发生变化，湿度传感器、温度传感器和光照传感器继续采集花卉的各种参数，重复以上动作，使之达到一个动态平衡。

进一步，所述控制系统的温度控制方法如下：

通过数据输入装置设定系统温度初始数据，将温度传感器采集到的温度数据与初始数据进行比较，当采集到的温度低于初始数据的下限值时，单片机控制驱动器驱动窗户电机关闭窗户，当采集到的温度高于初始数据的上限值时，单片机控制驱动器驱动窗户电机打开窗户。

所述控制系统的湿度控制方法如下：

通过数据输入装置设定系统湿度初始数据，将湿度传感器采集到的土壤湿度数据与初始数据进行比较，当采集到的湿度低于初始数据的下限值时，单片机控制继电器打开电磁阀进行灌溉，当采集到的湿度高于初始数据的上限值时，单片机控制继电器关闭电磁阀停止灌溉。

所述控制系统的光照强度控制方法如下：

通过数据输入装置设定系统光照强度初始数据，将光照传感器采集到的光照强度数据与初始数据进行比较，当采集到的光照强度低于初始数据的下限值时，单片机控制步进电机驱动器驱动窗帘步进电机打开窗帘，当采集到的光照强度高于初始数据的上限值时，单片机控制步进电机驱动器驱动窗帘步进电机关闭窗帘。

本发明具有的优点和积极效果是：1)集成传感技术、计算机技术和自动控制技术，运用于大棚花卉灌溉系统上，把影响花卉生长的多种环境参数(如光照、温度、湿度等)都保持在适宜花卉生长的状态，并尽可能使用最少量的环境调节装置(采光、遮光、通风、保温、加温、施用C02等)，节水节水，省时省力。

2)按照花卉的用水需求开启和关闭灌溉系统，实现一般的控制。

3)通过传感器检测花卉生长的环境温度、土壤湿度和光照强度，依据设定的植物要求的温度、湿度和光照强度的上下限值，由单片机来控制开关窗户、电磁阀和窗帘，从而调节温度、湿度和光照。当空气温度高于上限值时，自动打开窗户进行自然降温，达到要求值时则自动关闭。实现最佳生长环境。

4)室内环境中土壤湿度是重要因子，要求当土壤含水量过低己不能满足花卉最低需求时，就打开电磁阀进行灌溉，当湿度满足要求是关闭电磁阀。实现按需灌水。

5)光照强度高于上限值时，关闭窗帘降低光照，光照强度低，打开窗帘网。实现窗帘自动控制。

附图说明

图1是本发明自动灌溉控制系统的结构示意图

图2是本发明自动灌溉控制系统的控制原理逻辑框图

图3是本发明自动灌溉控制系统温度控制程序的流程图

图4是本发明自动灌溉控制系统土壤湿度控制程序的流程图

图5是本发明自动灌溉控制系统光照强度控制程序的流程图

图6是本发明自动灌溉控制系统用行原理流程图

图中：

1、主控装置；2、系统供能装置；3、执行装置；4、传感器装置

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种用于大棚花卉的自动灌溉控制系统，包括数据输入装置，该实施例中数据输入装置为外接键盘,用于输入大棚花卉的初始化数据。

传感器装置4，用于获取与农田灌溉有关的多种参数；传感器装置4包括湿度传感器、温度传感器和光照传感器，均与主控装置1相连。

主控装置1，为含有硬件电路的AT89S52单片机，该单片机用于灌溉决策的分析计算。通过接受传感器装置获取的多种参数，并结合数据输入装置的初始数据进行分析计算后，发送信号指令给执行装置3。主控装置1还包括有无线信号接收与发送模块。

另外，执行装置3包括灌溉执行装置、窗户执行装置和窗帘执行装置，均与主控装置1相连。其中，灌溉执行装置包括电磁阀和继电器；电磁阀与继电器连接，继电器连接主控装置1；

窗户执行装置包括窗户电机和驱动器；窗户电机与驱动器相连，驱动器连接主控装置1；

窗帘执行装置包括窗帘步进电机和步进电机驱动器；窗帘步进电机与步进电机驱动器相连，步进电机驱动器连接主控装置1。

控制系统还包括系统供能装置2，为整个系统运行提供电能。系统供能装置2包括太阳能电池板和蓄电电池；太阳能电池通过充电集成电路为蓄电池充电，电池的输出经过稳压滤波为单片机供电，避免电压的较大变化。

如图2所示，本发明大棚花卉自动灌溉控制系统的控制方法为，由湿度传感器、温度传感器和光照传感器采集花卉的各种参数，并与大棚花卉的初始化数据的给定值进行对比，由单片机根据对比结果进行分析，并发出指令带动灌溉执行装置、窗户执行装置和窗帘执行装置执行，执行后，花卉的各种参数发生变化，湿度传感器、温度传感器和光照传感器继续采集花卉的各种参数，重复以上动作，使之达到一个动态平衡。

如图3所示，控制系统的温度控制方法如下：开始，通过数据输入装置设定系统温度初始数据，通过温度传感器输入的模拟信号进行转换、处理分析并与初始数据限值进行比较，通过温度传感器输入的模拟信号进行转换、处理分析并与初始数据限值进行比较，判断温度是否低于初始数据的下限值，如果是YES，则单片机控制驱动器驱动窗户电机关闭窗户，返回开始；如果是NO，则判断温度是否高于初始数据的上限值，如果是YES，单片机控制驱动器驱动窗户电机打开窗户，返回开始；如果是NO，则返回开始。

如图4所示，控制系统的湿度控制方法如下：开始，通过数据输入装置设定系统湿度初始数据，通过光照传感器输入的模拟信号进行转换、处理分析并与初始数据限值进行比较，判断湿度是否低于初始数据的下限值，如果是YES，则单片机控制继电器打开电磁阀进行灌溉，返回开始；如果是NO，则判断湿度是否高于初始数据的上限值，如果是YES，单片机控制继电器关闭电磁阀停止灌溉，返回开始，如果是NO，返回开始。

如图5所示，控制系统的光照强度控制方法如下：开始，通过数据输入装置设定系统光照强度初始数据，将光照传感器采集到的光照强度数据与初始数据进行比较，判断光照强度是否低于初始数据的下限值，如果是YES，则单片机控制步进电机驱动器驱动窗帘步进电机打开窗帘，返回开始；如果是NO，则判断光照强度是否高于初始数据的上限值，如果是YES，则单片机控制步进电机驱动器驱动窗帘步进电机关闭窗帘，返回开始；如果是NO，返回开始。

如图6所示，本系统经过温度、湿度及光照检测的传感器把被测对象的温度、湿度光照转换成电压信号，转换为0-1数字信号后送入单片机中，与给定的所要控制的温度、湿度值进行比较，根据单片机AT89S52中设置的参数，输出相应温度、湿度值对应的被控对象电机和电磁阀的值，带动动力系统作相应的运动，不断减少与单片机中设置值的差值，温度过高时，单片机控制直流电机驱动器打开窗户，进行自然散热，温度适合时关闭窗户。当土壤湿度过低时，单片机通过继电器控制电磁阀使其打开进行浇水，浇水后湿度适中时关闭电磁阀。光照检测电路将光照强度转换成0-1代码，输入单片机，当光照过强时关闭窗帘，光照适合时打开窗帘。温度湿度不断地检测、控制，使之达到一个动态的平衡。

系统在上电初始化后将对环境温度、土壤湿度、光照强度进行细致的判断，当环境温度过高时，系统将打开窗户进行散热，当环境温度过低时，系统将关闭窗户；当土壤湿度过低，进行灌溉加湿；当内部光照强度较弱时，打开窗帘以利于阳光照射，过高时则关闭窗帘。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种用于大棚花卉的自动灌溉控制系统，其特征在于：包括数据输入装置，用于输入大棚花卉的初始化数据；传感器装置，用于获取与农田灌溉有关的多种参数；主控装置，与传感器装置和数据输入装置相连，用于接受传感器装置获取的多种参数，并结合数据输入装置的初始数据进行分析计算后，发送信号指令给执行装置；执行装置也与主控装置相连；所述控制系统还包括系统供能装置，为整个系统运行提供电能。

2.根据权利要求1所述的自动灌溉控制系统，其特征在于：所述数据输入装置为外接键盘；所述传感器装置包括湿度传感器、温度传感器和光照传感器，均与主控装置相连；所述执行装置包括灌溉执行装置、窗户执行装置和窗帘执行装置，均与主控装置相连；所述主控装置为单片机。

3.根据权利要求2所述的自动灌溉控制系统，其特征在于：所述单片机为AT89S52。

4.根据权利要求2所述的自动灌溉控制系统，其特征在于：所述灌溉执行装置包括电磁阀和继电器；电磁阀与继电器连接，继电器连接主控装置；

窗户执行装置包括窗户电机和驱动器；窗户电机与驱动器相连，驱动器连接主控装置；

窗帘执行装置包括窗帘步进电机和步进电机驱动器；窗帘步进电机与步进电机驱动器相连，步进电机驱动器连接主控装置。

5.根据权利要求4所述的自动灌溉控制系统，其特征在于：所述系统供能装置包括太阳能电池板和蓄电电池；太阳能电池板转化太阳能为蓄电电池充电，蓄电电池连接主控装置。

6.根据权利要求5所述的自动灌溉控制系统，其特征在于：太阳能电池通过充电集成电路为蓄电池充电，电池的输出经过稳压滤波为单片机供电。

7.一种如权利要求5所述的大棚花卉自动灌溉控制系统的控制方法，其特征在于：由湿度传感器、温度传感器和光照传感器采集花卉的各种参数，并与大棚花卉的初始化数据的给定值进行对比，由单片机根据对比结果进行分析，并发出指令带动灌溉执行装置、窗户执行装置和窗帘执行装置执行，执行后，花卉的各种参数发生变化，湿度传感器、温度传感器和光照传感器继续采集花卉的各种参数，重复以上动作，使之达到一个动态平衡。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：所述控制系统的温度控制方法如下：

通过数据输入装置设定系统温度初始数据，将温度传感器采集到的温度数据与初始数据进行比较，当采集到的温度低于初始数据的下限值时，单片机控制驱动器驱动窗户电机关闭窗户，当采集到的温度高于初始数据的上限值时，单片机控制驱动器驱动窗户电机打开窗户。

9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：所述控制系统的湿度控制方法如下：

通过数据输入装置设定系统湿度初始数据，将湿度传感器采集到的湿度数据与初始数据进行比较，当采集到的湿度低于初始数据的下限值时，单片机控制继电器打开电磁阀进行灌溉，当采集到的湿度高于初始数据的上限值时，单片机控制继电器关闭电磁阀停止灌溉。

10.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：所述控制系统的光照强度控制方法如下：

通过数据输入装置设定系统光照强度初始数据，将光照传感器采集到的光照强度数据与初始数据进行比较，当采集到的光照强度低于初始数据的下限值时，单片机控制步进电机驱动器驱动窗帘步进电机打开窗帘，当采集到的光照强度高于初始数据的上限值时，单片机控制步进电机驱动器驱动窗帘步进电机关闭窗帘。