CN105123448A - 一种采用电动蝶阀的无线灌溉自控系统及方法 - Google Patents

一种采用电动蝶阀的无线灌溉自控系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种采用电动蝶阀的无线灌溉自控系统，其由触摸屏灌溉控制终端，无线低频网络网关，无线低频网络传输模块，蝶阀远程控制单元、电动蝶阀和压力传感器构成，触摸屏控制终端与无线低频网络网关相连，无线低频网络传输模块与蝶阀远程控制单元和传感器相连，蝶阀远程控制单元控制电动蝶阀开闭。本发明还涉及一种基于无线低频网络蝶阀自控方法，实现电动蝶阀的远程遥控开启和关闭，并能根据管道的水压，自动调节阀门的开度，达到灌溉均匀性要求。本发明的实现，能够替代农业滴灌或喷灌中进口电磁阀的使用，性价比高；控制系统覆盖面积大，传输距离远，操作简单，适应力强，有效反馈田间的实际运行状况，为灌溉均匀性提供相应的指标数据。

Description

一种采用电动蝶阀的无线灌溉自控系统及方法
技术领域
本发明属于农业灌溉自动控制领域，尤其是一种适用于滴灌或喷灌的采用电动蝶阀的无线灌溉自控系统及方法。
背景技术
滴灌和喷灌节水增产的巨大作用，已经被越来越多的种植者得到认可。传统的田间首部阀门都采用电磁阀，特别是滴灌系统中，进口电磁阀的应用最多。进口电磁阀价格昂贵，其工作原理是依靠水压实现阀门的开启和关闭，水压过低或是自流水，则电磁阀就无法正常工作，限制了其应用范围。
目前灌溉自控系统分为有线和无线两种控制连接方式，有线自控系统由于要铺设电缆，成本太高，且易遭雷击损坏，后期维护困难。
现今的自控无线系统存在诸多缺陷：采用电信网络作为通讯手段，虽然覆盖广，但由于偏远区域信号差，导致使用效果不可靠，无法保证通讯时时畅通；采用ZigBee网络形式，由于ZigBee使用高频2.4G信号，容易被作物遮挡，受环境限制，且当通讯距离加大时，功耗也大，无法适应大面积种植；控制终端使用电脑，难以适应农业的恶劣潮湿等环境，故障率高，成本高，对于低学历农业种植者操作难度大；田间首部缺少反馈手段反映灌溉均匀性，也缺乏切实的检测手段。
发明内容
本发明的目的在于克服现有自控技术的不足，提供一种采用电动蝶阀的无线灌溉自控系统，电动蝶阀能够取代电磁阀在田间首部的作用；改善无线技术，提高网络信号穿透力，增大覆盖面积；触摸终端操作简单，适应范围广；系统能有效反馈田间的实际运行状况，为灌溉均匀性提供相应的指标数据。
本发明的目的还在于提供一种采用电动蝶阀的无线灌溉自控方法。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种采用电动蝶阀的无线灌溉自控系统，其特征在于：由触摸屏灌溉控制终端，无线低频网络网关，无线低频网络传输模块，蝶阀远程控制单元、电动蝶阀和压力传感器构成，触摸屏控制终端与无线低频网络网关相连，无线低频网络传输模块与蝶阀远程控制单元和传感器相连，蝶阀远程控制单元控制电动蝶阀开闭。
所述的电动蝶阀为直流电动蝶阀，带有阀门开度检测信号，通过正负电源供给，实现阀门的自动打开和关闭。
所述的触摸屏控制终端由显示部分和控制部分组成，显示部分采用触摸屏，控制部分采用高性能、低功耗的CMOS8位微处理器。
所述的无线网络为无线低频网络，采用433Mhz～490Mhz频段信号，mesh自组网。
所述的无线低频网络网关由收发单元和集中器组成。
所述的蝶阀远程控制单元由微控制器、阀门控制单元、数据采集单元和能源管理单元组成，所述微处理器通过无线低频网络传输模块接受触摸屏控制终端指令，驱动控制阀门控制单元实现滴灌阀门的启停；数据采集部分将采集到的传感器数据通过无线模块反馈给触摸屏控制终端；能源管理部分负责让太阳能板或锂电池为阀门远程控制单元和通讯模块供电，同时保持锂电池的能源储备。
所述的压力传感器实时采集电动蝶阀出口的水压，并通过与蝶阀远程控制单元连接的无线低频网络传输模块传递给触摸屏灌溉控制终端。
一种采用电动蝶阀的无线灌溉自控方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1).低频信号检测：对种植区域，检测433Mhz～490Mhz频段信号，选取合适的低频工作频段，触摸屏控制终端通过无线低频网络网关进行自动组网，获取网络节点的数量、地址、级数以及路由等情况，一旦网络通畅，证明无线信号穿越成功，可以执行滴灌或喷灌控制任务；
(2).开启灌溉系统：操作人员通过触摸屏控制终端界面开启手动或者自动灌溉模式；电动蝶阀动作命令被激发，触摸屏控制终端将相应指令通过网关传递给对应ID的无线低频网络传输模块和蝶阀远程控制单元；蝶阀远程控制单元解析动作要求，执行阀门动作；
(3).蝶阀自动控制：远程控制单元通过给电动蝶阀供电，实现电动蝶阀的打开和关闭，蝶阀动作到位后，位置信号回传给控制终端，动作执行完毕，一旦出现故障，及时报警，停止灌溉；
(4).阀门开度自动控制：通过压力传感器检测蝶阀出口水压，并通过无线网络，反馈给触摸屏控制终端，触摸屏控制终端根据水压值，调节阀门开度，使出水压保持在工作范围内，确保灌溉均匀性。
所述的自动灌溉模式是通过设定轮管组和轮管组工作制度，以及水肥的配比关系，通过启动键，系统按照预先设定程序，自动完成灌溉任务。
所述的无线网络为无线低频网络，采用433Mhz～490Mhz频段信号，mesh自组网。
本发明的优点和有益效果为：
1、本发明的采用电动蝶阀的无线灌溉自控系统及方法，采用电动蝶阀能有效降低田间首部设备成本；在水压低或自流水的场合，作用优于进口电磁阀；相对于电磁阀，电动蝶阀带有开度检测信号，更方便反馈设备的运行状态。
2、本发明的采用电动蝶阀的无线灌溉自控系统及方法，采用无线低频网络，绕障碍物能力强，解决了地形复杂对无线信号传输的影响；带有自组网功能的mesh网络，信号覆盖半径大，传输距离远，网络覆盖半径3千米，节点间传输距离达到1200米。
3、本发明的采用电动蝶阀的无线灌溉自控系统及方法，使用触摸屏控制终端，图形化标识简单清楚，易于操作，成本低，适应恶劣环境。
4、本发明的采用电动蝶阀的无线灌溉自控系统及方法，使用阀门开度信号和压力传感器，反馈阀门动作状态和出水流量，确保了大面积使用时，每个阀门有较好的反馈手段和准确的流量数据，为灌溉均匀性提供了有效的检测手段，确保阀门工作正常。
附图说明
图1为本发明的滴灌自动控制系统的结构示意图。
附图标记说明
1-触摸屏控制终端(CTS)、2-无线低频网络网关、3-无线低频网络传输模块、4-阀门远程控制单元、5-电动蝶阀、6-压力传感器。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种采用电动蝶阀的无线灌溉自控系统，其由触摸屏控制终端(CTS)1，无线低频网络网关2，无线低频网络传输模块3，阀门远程控制单元(VLRTU)4，电动蝶阀5和压力传感器6构成，触摸屏控制终端与无线低频网络网关相连，无线低频网络传输模块、电动蝶阀和传感器与阀门远程控制单元相连。
电动蝶阀为直流电动蝶阀，带有阀门开度检测信号，通过正负电源供给，实现阀门的自动打开和关闭。
显示部分采用串口触摸屏，通过组态软件能够实现功能画面的设计和实现。控制部分采用高性能、低功耗的CMOS8位微处理器，做为灌溉控制的核心单元，实现无线网络组网和通讯功能，以及触摸屏画面的操作响应，完成滴灌灌溉控制。
无线低频网络网关由收发单元和集中器组成。集中器控制网络的一切活动。一个集中器最多可以控制256个节点，最大支持10级路由。负责自动组建网络，自动维护和优化网络路由，无需用户干预，自动发现和删除节点，维持网络信号的稳定性。收发单元采用玻璃钢天线，信号增益10DB，防雷。无线网络为无线低频网络，采用433Mhz～490Mhz频段信号，mesh自组网。
无线低频网络传输模块是网络中的节点，具有路由器与中继功能，传输数据时动态的选择最佳路由。任意节点既可以作为子节点，又可以作为父节点，向集中器传输数据的时候，通过上一级父节点转发数据，然后它的父节点再通过其它节点传输到集中器，每个节点有多个父节点，使网络更加可靠，同时扩大了网络的覆盖面积。目前，网络内模块节点之间通讯距离达1200米，室外网络覆盖半径3千米。
阀门远程控制单元由微控制器、阀门控制单元、数据采集单元和能源管理单元组成，所述微处理器通过无线低频网络传输模块接受触摸屏控制终端指令，驱动控制阀门控制单元实现电动蝶阀的启停；数据采集部分将采集到的传感器数据通过无线模块反馈给触摸屏控制终端；能源管理部分负责让太阳能板或锂电池为阀门远程控制单元和通讯模块供电，同时保持锂电池的能源储备。使用阀门开度信号和压力传感器，反馈阀门动作状态和出水流量，确保了大面积使用时，每个阀门有较好的反馈手段和准确的流量数据，为灌溉均匀性提供了有效的检测手段，确保阀门工作正常。
本发明的采用电动蝶阀的无线灌溉自控方法，包括如下步骤：
(1).低频信号检测：对种植区域，检测433Mhz～490Mhz频段信号，选取合适的低频工作频段，触摸屏控制终端通过无线低频网络网关进行自动组网，获取网络节点的数量、地址、级数以及路由等情况，一旦网络通畅，证明无线信号穿越成功，可以执行滴灌或喷灌控制任务；
(2).开启灌溉系统：操作人员通过触摸屏控制终端界面开启手动或者自动灌溉模式；电动蝶阀动作命令被激发，触摸屏控制终端将相应指令通过网关传递给对应ID的无线低频网络传输模块和蝶阀远程控制单元；蝶阀远程控制单元解析动作要求，执行阀门动作；
(3).蝶阀自动控制：远程控制单元通过给电动蝶阀供电，实现电动蝶阀的打开和关闭。电动蝶阀动作到位后，位置信号回传给控制终端，动作执行完毕。一旦出现故障，及时报警，停止灌溉；
(4).阀门开度自动控制：通过压力传感器检测电动蝶阀出口水压，并通过无线网络，反馈给触摸屏控制终端，触摸屏控制终端根据水压值，调节电动蝶阀的阀门开度，使出水压保持在工作范围内，确保灌溉均匀性。
由于田间阀门远程控制单元数量多，分布广，适合太阳能方式供电，既节省铺设电缆材料成本，又有利于后期设备的维护。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (10)

1.一种采用电动蝶阀的无线灌溉自控系统，其特征在于：由触摸屏灌溉控制终端，无线低频网络网关，无线低频网络传输模块，蝶阀远程控制单元、电动蝶阀和压力传感器构成，触摸屏控制终端与无线低频网络网关相连，无线低频网络传输模块与蝶阀远程控制单元和传感器相连，蝶阀远程控制单元控制电动蝶阀开闭。
2.根据权利要求1所述的一种采用电动蝶阀的无线灌溉自控系统，其特征在于：所述的电动蝶阀为直流电动蝶阀，带有阀门开度检测信号，通过正负电源供给，实现阀门的自动打开和关闭。
3.根据权利要求1所述的一种采用电动蝶阀的无线灌溉自控系统，其特征在于：所述的触摸屏控制终端由显示部分和控制部分组成，显示部分采用触摸屏，控制部分采用高性能、低功耗的CMOS8位微处理器。
4.根据权利要求1所述的一种采用电动蝶阀的无线灌溉自控系统，其特征在于：所述的无线网络为无线低频网络，采用433Mhz～490Mhz频段信号，mesh自组网。
5.根据权利要求1所述的一种采用电动蝶阀的无线灌溉自控系统，其特征在于：所述的无线低频网络网关由收发单元和集中器组成。
6.根据权利要求1所述的一种采用电动蝶阀的无线灌溉自控系统，其特征在于：所述的蝶阀远程控制单元由微控制器、阀门控制单元、数据采集单元和能源管理单元组成，所述微处理器通过无线低频网络传输模块接受触摸屏控制终端指令，驱动控制阀门控制单元实现滴灌阀门的启停；数据采集部分将采集到的传感器数据通过无线模块反馈给触摸屏控制终端；能源管理部分负责让太阳能板或锂电池为阀门远程控制单元和通讯模块供电，同时保持锂电池的能源储备。
7.根据权利要求6所述的所述的一种采用电动蝶阀的无线灌溉自控系统，其特征在于：所述的压力传感器实时采集电动蝶阀出口的水压，并通过与蝶阀远程控制单元连接的无线低频网络传输模块传递给触摸屏灌溉控制终端。
8.一种采用电动蝶阀的无线灌溉自控方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1).低频信号检测：对种植区域，检测433Mhz～490Mhz频段信号，选取合适的低频工作频段，触摸屏控制终端通过无线低频网络网关进行自动组网，获取网络节点的数量、地址、级数以及路由等情况，一旦网络通畅，证明无线信号穿越成功，可以执行滴灌或喷灌控制任务；
(2).开启灌溉系统：操作人员通过触摸屏控制终端界面开启手动或者自动灌溉模式；电动蝶阀动作命令被激发，触摸屏控制终端将相应指令通过网关传递给对应ID的无线低频网络传输模块和蝶阀远程控制单元；蝶阀远程控制单元解析动作要求，执行阀门动作；
(3).蝶阀自动控制：远程控制单元通过给电动蝶阀供电，实现电动蝶阀的打开和关闭，蝶阀动作到位后，位置信号回传给控制终端，动作执行完毕，一旦出现故障，及时报警，停止灌溉；
(4).阀门开度自动控制：通过压力传感器检测蝶阀出口水压，并通过无线网络，反馈给触摸屏控制终端，触摸屏控制终端根据水压值，调节阀门开度，使出水压保持在工作范围内，确保灌溉均匀性。
9.根据权利要求8所述的所述的一种采用电动蝶阀的无线灌溉自控方法，其特征在于：所述的自动灌溉模式是通过设定轮管组和轮管组工作制度，以及水肥的配比关系，通过启动键，系统按照预先设定程序，自动完成灌溉任务。
10.根据权利要求8所述的一种采用电动蝶阀的无线灌溉自控方法，其特征在于：所述的无线网络为无线低频网络，采用433Mhz～490Mhz频段信号，mesh自组网。
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