CN105638394B - 一种基于植物全生育期的智能灌溉控制器及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于植物全生育期的智能灌溉控制器及使用方法，它包括：智能灌溉控制器主机和智能灌溉控制器外壳；所述的智能灌溉控制器主机包括：ARM数据处理核心单元、电源管理单元、通信单元、灌溉管理单元以及灌溉控制单元。所述的智能灌溉控制器外壳采用不锈钢材料制成。本发明设计了连接流量传感器接口和控制电磁阀接口，以使仪器可以根据预设定的植物全生育期内灌溉处方进行灌溉，并根据采集的流量数据来控制电磁阀的开启和停止，达到精量控制农业灌溉的目的。能够比传统灌水方式节水15%以上，同时收割的春茬黄瓜产量和品质能够达到甚至超过由传统方式种植得到的春茬黄瓜的相应水平。

Description

一种基于植物全生育期的智能灌溉控制器及使用方法

技术领域

一种基于植物全生育期的智能灌溉控制器及使用方法。

背景技术

21世纪水资源正在变成一种宝贵的稀缺资源，水资源问题已不仅仅是资源问题，更是关系到国家经济、社会可持续发展和长治久安的重大战略问题。资源缺乏，一直是制约我国经济社会发展的重要因素之一。目前，全市设施种植业达60万亩，带动30多万农民就业。人工管理成本高、水肥药等资源利用效率低严重制约设施种植业的可持续发展，采用先进的节水灌溉控制技术应用于农业节水灌溉，不仅可以提高资源利用效率、改善生态环境、降低管理成本、提高经济效益，还可以减少频繁的灌溉导致的根层无机氮的大量淋失，减轻不断追肥造成根层氮素失衡的恶性循环，减少频繁灌溉造成的作物养分需求和土壤供应的不同步带来的损失。对天津乃至全国节水灌溉技术的发展具有重要意义。

设施农业是发达地区现代农业的重要标志，是天津沿海都市型农业的支柱产业和农民增收的主要途径，在农业及农村经济发展中的地位和作用越来越重要。随着农业物联网技术的发展，使得设施农业能够实现集中管理，整体监控。在设施农业生产过程中，植物的生长对于水的依赖在其整个生育期内都是毋庸置疑的，传统的大水漫灌或者是不当的灌水制度，将会导致植物发病率大大提高，生长受限，甚至死亡。智能灌溉控制器是现代农业节水灌溉的重要手段，总的来看，基于植物全生育期的智能灌溉控制器通过采用预设植物灌溉处方程序与流量传感器、电磁阀相结合，提高了灌溉精度，降低了人工成本，能够比传统灌水方式节水15%以上。

目前，传统的灌溉方式大多通过农民田间经验，甚至是大水漫灌的方式，耗时费力，针对性差，并且容易导致植物跟层无机氮的淋失，增加作物养分的流失，给植物和土壤都会带来了不可估量的损失；采用传统的灌溉方式也无法适应在农业物联网环境下实现的温室远程灌溉管理等相关工作。

发明内容

本发明多要解决的问题是：克服现有技术的不足，提供一种能够按照预设置植物灌溉处方参数，对设施温室内植物进行全生育期自动化智能灌溉的设备，通过采用流量传感器和电磁阀精确控制植物在不同生育期内的灌水量、灌水次数、时间间隔等。同时该设备能够起到农业物联网的中间件设备的作用，完成物联网底层设备感知层和上层应用层之间的互通互联。本发明所公开的控制器具有体积小，重量轻，操作简单，安装方便，控制灌水量精确等特点。

为实现上述目的，本发明公开了如下的技术方案：

一种基于植物全生育期的智能灌溉控制器，其特征在于该控制器包括智能灌溉控制器主机和智能灌溉控制器主机外壳；

所述的智能灌溉控制器主机包括：ARM数据处理核心单元、通信单元、电源管理单元、灌溉管理单元以及灌溉控制单元，其工作时，通过向触摸屏系统输入与植物全生育期灌溉相关的参数，如各个生育期的起始时间和截止时间、不同阶段所对应的灌溉量、灌溉次数、间隔时间等，之后启动自动灌溉流程，系统能够自动判断作物所处生育周期，跟据流量传感器传回的实时数据，并按照设定参数控制电磁阀的启停完成灌溉。同时系统也可以采用临时补灌方案，随时增加灌水量；同时，系统还可以通过短距离无线模块接收由下位机传感器传回的环境参数数据，如空气温湿度、土壤温湿度、光照等，也能够为植物全生育期的灌溉提供有力的参考依据；同时，系统通过打包环境数据后通过GPRS模块上传至设施农业物联网监控系统中。电源管理单元主要为系统提供合适的电压输出，保证整个设备的正常运行。

本发明所述的智能灌溉控制器主机同时存储4种植物全生育期内的灌溉处方参数，以供种植选择；程序通过实时时钟和已设定的灌溉处方参数自动判断植物当前所处生育期；或采用临时补灌方案，随时增加灌水量,其中临时补灌方式可选择按需水量补灌或者按照时间补灌。植物全生育期内的灌溉处方参数是由农业专家通过进行不同水分处理实验挑选出的兼具节水、产量和品质优势的参数，这些参数可以通过触摸屏输入到控制器CPU当中，并存储在控制器的外部存储器中，该外部存储器具有非易失性。

本发明所述的智能灌溉控制器主机外壳包括：壳体6、外层门1，有机玻璃窗2、外层门手柄锁3、百叶窗散热孔19、高强度铰链5、悬挂安装孔9、内层门14、内层门手柄锁15、触摸屏安装孔16、合页18和触摸屏安装窗17；壳体6通过高强度铰链5与外层门1连接，与传统焊接铰链相比更加美观、强度更高、不会脱焊、断裂；壳体6通过合页18与内层门14连接；壳体6两侧分别有一排百叶窗散热孔19，具有散热和防水功能；壳体6底面连接安装底板7，用于固定安装智能灌溉控制器主电路板；壳体6上方设置有天线安装孔13、下部设有电源线固定孔10、流量传感器引线孔11、电磁阀接线孔12。所述的外层门1上设有有机玻璃窗2，通过密封胶圈4连接，还设有外层门手柄锁3。所述的内层门14上设有触摸屏安装窗17和触摸屏固定孔16，还设有内层门手柄锁15。

本发明通过采用433MHz短距离无线通讯芯片接收下位机传感器传回的环境参数数据为植物全生育期的灌溉提供有力的参考依据；或打包环境数据后通过GPRS模块上传至设施农业物联网监控系统中。所述ARM数据处理核心单元（20）由STM32F103RCT6控制芯片及其外围电路构成。所述的触摸屏能够采用VGUS组态开发软件进行用户图形界面设计,能够通过SD卡批量下载程序。

本发明的智能灌溉控制器主机外壳内设置有ARM数据处理核心单元、通信单元、电源管理单元、灌溉管理单元以及灌溉控制单元；智能灌溉控制器主机电路板通过4个电路板固定孔与安装底板连接。所述智能灌溉控制器主机外壳上设置有外层门、外层门手柄锁、有机玻璃窗、高强度铰链、内层门、内层门手柄锁、触摸屏安装孔、触摸屏嵌入窗、合页、百叶窗式散热孔、电源线固定孔、流量传感器引线孔、电磁阀引线孔、天线安装孔。

本发明所述的ARM主控制器采用 32 位的ARM 低功耗微处理器STM32F103RCT6，具有25Kbyte Flash、48Kbyte RAM，工作频率可达72MHz，能够满足该控制器监测与数据处理的需求。该处理器具有5个异步串行接口，能够同时连接触摸屏单元、GPRS模块、无线传输模块和流量检测模块，还可以扩展TF卡用于存储数据。满足设施温室精量智能灌溉控制器多串口数据采集、处理、存储、显示和传输的需求。

本发明所述的灌溉管理单元包括触摸屏、外部FLASH和SD卡。其中，触摸屏采用8英寸、分辨率为800*600的真彩电阻触摸屏，用于整个灌溉过程中的人机交互；其中，外部FLASH采用采用W25Q64芯片，具有64M位存储空间，其擦写周期多达10W次，支持电压为2.7~3.6V，支持标准SPI通信，外部Flash用于存储不同品种植物灌溉处方；其中，SD卡用于进行脱机下载，以提高工作效率。

所述的灌溉控制单元包括流量传感器接口和电磁阀接口。其中，流量传感器接口采用标准的MODBUS DTU协议，通过STM32F103RCT6控制芯片串口4与外部流量计进行连接，用于实时监测灌水量值，保证整个系统灌溉作业的精确程度；其中电磁阀接口通过主控芯片的GPIO引脚与一路5DVC-24DVC高电平触发继电器模块相连接，来实现电磁阀的接通和断开。

所述的通信单元包括无线传输模块和GPRS模块。其中，无线传输模块采用433MHz短距离无线通讯芯片，实现该控制器主机与下位机传感器之间的数据传输工作。其中GPRS模块，采用SIM900A芯片，采用工业标准接口，工作频率为GSM/GPRS 850/900/1800/1900MHz，可以低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的传输。

所述的电源管理单元包括符合国际标准的220VAC-12VDC电源适配器给控制器主机供电，控制器内部由XL4005和ASM1117直流降压芯片构成，将12V输入电压转换成5V和3.3V为不同用电设备提供稳定的直流电压。

本发明中采用PG7-M12尼龙塑料电缆防水固定头固定传感器线缆和电源线缆。其具有夹紧电缆范围大，带自锁功能，抗拉力特强等特点，可防水、防尘、耐酸碱、油脂及一般溶剂。工作温度为静态-40至100℃，瞬时耐热至120℃，动态-20至60℃，瞬间耐热至100℃。

本发明进一步公开了基于植物全生育期的智能灌溉控制器的使用方法，其特征在于按如下的步骤进行：

（1）将智能灌溉控制器通过悬挂安装孔，安放于日光温室耳房墙壁上，将棚内的电磁阀和流量计引线通过线路保护管引入安装于耳房内，分别引入控制器的流量传感器引线孔和电磁阀接线孔内与智能灌溉控制器主机电路板相连接，市电线路通过电源固定孔引入并连接至主机电路板；

（2）安装完毕，启动控制器，选择灌溉方式和要灌溉的植物品种；

（3）初次起动设备需要进行用户身份验证，然后进入修改参数界面通过触摸屏输入已选植物在整个生育期内的所有的灌溉处方参数，之后再次启动设备系统会自动调用对应处方参数，无需重复输入；

（4）点击屏幕上的“启动灌溉”按钮，系统自动进入准备灌溉状态，系统在每次打开电磁阀后定时更新当前总灌溉水量，直到达到应灌水量值关闭电磁阀，并更新已灌水量、已灌溉次数等参数，系统将在每天0时判断是否需要更新植物生育期，并调用该生育期内的相关灌溉处方参数，最终完成选定品种在整个生育期内的灌溉任务；

（5）管理员可以根据需要暂停灌溉，进行临时补灌，以选择采用按水量或按时间方式进行补灌；

（6）管理员可以查询已选植物在整个生育期内的完整灌溉记录；

（7）管理员可以通过设施农业物联网监控系统查询当前温室内环境信息，以对种植作业进行辅助管理。

本发明更进一步公开了基于植物全生育期智能灌溉控制器的使用方法在提高灌溉节水方面的应用。实验结果显示：采用本发明的灌溉方法后总灌水量比传统的灌溉方式节省了15%以上，提高了灌溉精度，降低了人工成本。

本发明公开的基于植物全生育期的智能灌溉控制器与现有技术相比所具有的积极效果在于：

（1）本发明设计了连接流量传感器和电磁阀的接口，以供控制器实时采集当前灌溉流量，保证精确的控制电磁阀开启或关闭，达到精量灌溉的目的；同时，控制器接口具有扩展功能，可根据实际需要连接其他电磁阀实现温室内灌溉的多路控制。

（2）本发明将不同品种植物的全生育期灌溉处方参数保存在非易失存储器内，可以根据种植的具体情况灵活调用预设参数，实现植物在整个生育期内的自动化灌溉，同时其作为设施农业物联网中间件设备，位于物联网底层设备感知层和上层应用层中间，是设施农业物联网的核心。除下达灌溉控制决策外，还兼具数据采集、提取及有效验证，以及预处理数据，统一协议，发送、传输数据等工作。

（3）该设计整个设备具有体积小，重量轻，操作简单，节省人工，安装简便，控制精确等特点。

（4）本发明由于选用了功能、价格比较高的芯片，还具备价格低廉的优点。

附图说明

图1是基于植物全生育期的智能灌溉控制器主机的外层门结构示意图；

图2是基于植物全生育期的智能灌溉控制器主机的壳体结构示意图；

图3是基于植物全生育期的智能灌溉控制器主机的内层门结构示意图；

图4是基于植物全生育期的智能灌溉控制器主机的壳体右视图；

图5是基于植物全生育期的智能灌溉控制器主机的壳体左视图；

图6是基于植物全生育期的智能灌溉控制器系统组成结构示意图；

图7为基于植物全生育期的智能灌溉控制器结构示意图；

其中：

1：外层门 2：有机玻璃窗 3：外层门手柄锁

4：密封胶圈 5：高强度铰链 6：壳体

7：安装底板 8：电路板固定孔 9：悬挂安装孔

10：电源线固定孔 11：流量传感器引线孔 12：电磁阀接线孔

13：天线安装孔 14：内层门 15：内层门手柄锁

16：触摸屏安装孔 17：触摸屏嵌入窗 18：合页

19：百叶窗式散热孔 20：ARM数据处理核心单元 21：通信单元

22：电源管理单元 23：灌溉管理单元 24：灌溉控制单元。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体的实施方案叙述本发明。除非特别说明，本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。

实施例1

参考图1-6，基于植物全生育期的智能灌溉控制器，它包括：智能灌溉控制器主机和智能灌溉控制器外壳；

所述的智能灌溉控制器主机包括：ARM数据处理核心单元20、通信单元21、电源管理单元22、灌溉管理单元23以及灌溉控制单元24。其工作时，通过向触摸屏系统输入与植物全生育期灌溉相关的处方参数，如各个生育期的起始时间和截止时间、不同阶段所对应的灌溉量、灌溉次数、间隔时间等，之后启动自动灌溉流程，系统能够自动判断作物所处生育周期，跟据流量传感器传回的实时数据，并按照设定参数控制电磁阀的启停完成灌溉。同时系统也可以采用临时补灌方案，随时增加灌水量；同时，系统还可以通过短距离无线模块接收下位机传感器传回的环境参数数据，如空气温湿度、土壤温湿度、光照等，也能够为植物全生育期的灌溉提供有力的参考依据；同时，系统通过打包环境数据后通过GPRS模块上传至设施农业物联网监控系统中。电源管理单元主要为系统提供合适的电压输出，保证整个设备的正常运行。

所述的智能灌溉控制器主机外壳包括：壳体6、外层门1，有机玻璃窗2、外层门手柄锁3、百叶窗散热孔19、高强度铰链5、悬挂安装孔9、内层门14、内层门手柄锁15、触摸屏安装孔16、合页18和触摸屏安装窗17；壳体6通过高强度铰链5与外层门1连接，与传统焊接铰链相比更加美观、强度更高、不会脱焊、断裂；壳体6通过合页18与内层门14连接；壳体6两侧分别有一排百叶窗散热孔19，具有散热和防水功能；壳体6底面连接安装底板7，用于固定安装智能灌溉控制器主电路板；壳体6上方设置有天线安装孔13、下部设有电源线固定孔10、流量传感器引线孔11、电磁阀接线孔12。所述的外层门1上设有有机玻璃窗2，通过密封胶圈4连接，还设有外层门手柄锁3。所述的内层门14上设有触摸屏安装窗17和触摸屏固定孔16，还设有内层门手柄锁15。

图1示出了本发明智能灌溉控制器主机的外层门设计情况。由图可见，所述的外层门1设有外层门手柄锁3、有机玻璃窗2、密封胶圈4、高强度铰链5；

图2示出了本发明智能灌溉控制器主机的壳体设计情况。由图可见，所述的壳体6设有安装底板7、电路板固定孔8、悬挂安装孔9，电源引线通过电源固定孔10与智能灌溉控制器主机相连，流量传感器引线通过流量传感器引线孔11与智能灌溉控制器主机相连，电磁阀引线通过电磁阀引线孔12与智能灌溉控制器主机相连，智能灌溉控制器上的无线传输模块和GPRS模块天线从天线安装孔13引出；

图3示出了本发明智能灌溉控制器主机的内层门设计情况。由图可见，内层门14设有内层门手柄锁15、合页18，触摸屏嵌入到触摸屏嵌入窗17内，并用螺钉与触摸屏安装孔16固定；

图4示出了本发明智能灌溉控制器主机的壳体右侧设计情况。由图可见，壳体6右侧设有百叶窗式散热孔19；

图5示出了本发明智能灌溉控制器主机的壳体左侧设计情况。由图可见，壳体6左侧设有百叶窗式散热孔19；

图6 示出了本发明基于植物全生育期的智能灌溉控制器系统组成结构，由图可见，ARM数据处理核心单元20（包括MCU及其外围电路）、通信单元21（包括无线传输及其外围电路和GPRS及其外围电路）、电源管理单元22（包括电源适配器和内部电压转换电路）、灌溉管理单元23（包括触摸屏及其外围电路和FLASH存储器及其外围电路）以及灌溉控制单元24（包括流量传感器接口电路和电磁阀控制电路）。

系统使用市电进行供电，将市电通过电源线固定孔10引入智能灌溉控制器主机当中，并与主电路板连接。

实施例2

设计了基于植物全生育期的智能灌溉控制器，通过将专家长期积累得到的植物全生育期内灌溉处方参数嵌入到该控制器中，精确控制灌溉量以确保植物在不同生长阶段的水分供应，同时大大较少水资源的浪费。采用所述的基于植物全生育期的智能灌溉控制器对春茬黄瓜在整个生育期内进行精确灌溉，将智能灌溉控制器通过悬挂安装孔，安放于日光温室耳房墙壁上，将棚内的电磁阀和流量计引线通过线路保护管引入安装于耳房内，分别引入控制器的流量传感器引线孔和电磁阀引线孔内与智能灌溉控制器主机电路板想连接，市电线路通过电源固定孔引入并连接至主机电路板。安装完毕，启动控制器，等待控制器初始化后，选择灌溉方式和要灌溉的品种，系统自动调用对应处方参数，点击屏幕上的“启动灌溉”按钮，系统自动进入准备灌溉状态，最终完成选定品种在整个生育期内的灌溉任务。

实施例3

基于植物全生育期的智能灌溉控制器管理春茬黄瓜灌溉情况。

设备安装和使用步骤：

1、将智能灌溉控制器通过悬挂安装孔，安放于日光温室耳房墙壁上，并与棚内的电磁阀和流量计引线连接，市电线路通过电源固定孔引入并连接至主机电路板。打开电源开关，待设备初始化后开始工作。

2、进入触摸屏上的灌溉方式选择界面，选择“定时时间+水量”的灌溉方式；

3、进入触摸屏上的选择品种界面，选择“品种1春茬黄瓜”（设备默认存储4个不同品种的灌溉处方参数）；

4、进入主界面，在设备主界面上分为3个区域，分别为“功能选项区”、“状态显示区”和“灌溉状态区”。其中“功能选项区”主要包括“启动灌溉”、“停止灌溉”、“修改参数”、“历史查询”、“临时补灌”和“返回”6个触控按钮；其中“状态显示区”又分为3个小显示区，分别显示“品种状态”（包括植物品种、当前生育期、当前生育期持续周期、当前时间）、“处方参数”（包括应灌水量、应灌次数、时间间隔、生育期开始时间和灌溉开始时间）和“实时参数”（包括已灌水量、已灌水次数和当前环境参数）；其中“灌溉状态区”主要包括累计灌水量和当前工作状态显示。用户可以清晰的观察到已选品种当前状态的完整信息。

5、在“功能选项区”中点击“修改参数”按钮，输入4位用户权限密码，进入参数设置界面；

6、进入参数设置界面后分别设置已选品种5个生育期（定植期、缓苗期、结果初期、结果盛期、结果后期）内的5个处方参数（应灌水量、应灌次数、时间间隔、生育期开始时间和灌溉开始时间），其中“应灌水量”参数为单次灌水量，“应灌次数”为已选品种在该生育期内的应灌溉次数，“时间间隔”为已选品种在该生育期内两次灌溉的时间间隔，“生育期开始时间”为已选品种所处生育期的起始年月日，“灌溉开始时间”为系统开启电磁阀的月日和时分）。

7、参数设定完毕后点击确认按钮，返回系统主界面，此时所设定参数将自动保存到控制器的外部存储器中，不受设备掉电或重新启动的影响。

8、在设备主页面“功能选项区”中点击“启动灌溉”按钮后，系统进入等待灌溉状态，通过系统RTC与触摸屏RTC的同步，按照预设定的灌溉起始时间启动或停止已选品种所有生育期内的灌溉任务。

9、在主界面“功能选项区”中点击“停止灌溉”按钮，可以暂停当前灌溉过程。

10、在主界面“功能选项区”中点击“临时补灌”按钮，可以通过手动方式进行临时补灌，临时补灌分为按照水量和时间两种方式可供选择。

11、在主界面上“实时参数”显示区域内是接收由下位机传感器上报的实时环境信息，如空气温度、空气湿度、光照度、土壤温度、土壤水分等。

使用效果：

1、用户可以将常用的4中植物的全生育期灌溉处方参数通过触摸屏添加到系统中，方便日后直接使用。

2、系统能够根据预设处方参数自动判断植物当前所处生育期，并从系统外部存储器内调用对应的处方参数。

3、管理员可以一键启动整个灌溉流程，完成选定植物全生育期内的灌溉作业，极大的降低了管理人员的工作量、节省了管理成本、提高了管理效率。

4、管理员可以根据主页面上的“实时显示”信息，及时调整灌溉作业，通过临时补灌方式进行弥补。

5、设备能够通过GPRS通信模块将设备主界面上“实时显示”信息上传到农业物联网监控系统平台上，园区管理人员可以在远程实时查看，一方面能够帮助管理人员及时了解当前棚内环境变化，及时作出工作调整，另一方面可以积累大量的相关信息，方便日后进行大数据分析。

6、在修改参数过程中，设置了用户权限的确认，以防止意外或人为因素引起的误操作，保证处方参数的安全，保证系统正常运行。

7、管理员可以通过主页面“功能选择区”中“灌溉记录”按钮，了解已选植物在整个生育期内的灌溉记录，已便进一步完善灌溉处方参数。

8、当遇到系统未在程序设定位置开始灌溉、未在程序设定位置停止灌溉等问题时，系统能够通过多种无线传输方式，将报警信息发送至管理员PC或用户手机上，方便及时提醒和报警。

通过上述的实施步骤，摆脱了传统农业中仅凭经验进行灌溉浇水的状况；目前农民主要通过多年的实践经验或者通过农业种植专家的口传心授的方式进行温室大棚内植物的种植，虽然通过经验传授和种植技术的提高带动现代农业温室种植的进步，但依然缺乏精确的计量和控制；采用上述的智能灌溉控制器，将传统“灌溉经验”量化为灌溉处方参数，并且与当下先进的智能控制技术相结合，配合良好的人机交互界面，对植物在整个生育期内的灌溉进行精确计量和控制，最终实现农业温室大棚内的精确灌溉和节水的目的。

实施例4

试验地点：武清基地设施所11号日光温室。地土壤质地为粘土，经实测土壤田间持水量为36%，土壤容重为1.12g/cm³。

品种：津优35。

灌水方式：滴灌。

试验时间：本试验于2014年3月14日定植，2014年7月3日拉秧。

（1）采用智能灌溉控制器方式

3月14日浇定植水（定植期：每667m²应不小于20m³）；3月21日浇缓苗水；4月3日-4月20日按结果初期浇水量，共浇水3次；4月21日-6月20日按照结果盛期浇水量，共浇水10次；6月21日-7月3日按照结果盛期浇水量，共浇水2次。日光温室黄瓜不同生育期灌水量见表1；

表1 日光温室黄瓜不同生育期灌水量

（2）采用传统的灌溉方式

以往试验按照经验采用人工手动启动阀门的方式，每5-7天灌水一次，每次灌水8m³/667m²，一茬下来至少要浇水23次。传统的作物整个生育周期内总的灌水量至少为184m³/667m²，采用本发明的方法后总灌水量最少能够达到134m³/667m²。

（3）结论

通过对比采用智能灌溉控制器和传统灌溉方式完成植物整个生育期内的灌溉控制可以看出，采用智能灌溉控制器进行灌溉能够精确的将专家前期对日光温室黄瓜通过不同水分处理实验挑选出的兼具节水、产量和品质（主要包括黄瓜Vc含量、硝酸盐含量）优势的灌溉处方参数嵌入到智能灌溉控制器程序当中，能够通过控制器内部程序定时监测流量传感器参数，并控制电磁阀的启动和停止，实现植物全生育期内的灌溉用水量的精确计量和控制。采用该智能灌溉控制器在大大节省人工工作时间、节约人工成本、提高人工工作效率的基础上，能够比传统灌水方式节水15%以上，同时收割的春茬黄瓜产量和品质能够达到甚至超过由传统方式种植得到的春茬黄瓜的相应水平。

Claims (3)

1.一种基于植物全生育期的智能灌溉控制器，其特征在于该控制器包括：智能灌溉控制器主机和智能灌溉控制器主机外壳；

所述的智能灌溉控制器主机包括：ARM数据处理核心单元（20）、通信单元（21）、电源管理单元（22）、灌溉管理单元（23）以及灌溉控制单元（24）；智能灌溉控制器主电路板通过4个电路板固定孔（8）与安装底板（7）连接；通过向触摸屏系统输入与植物全生育期灌溉相关的处方参数后启动自动灌溉流程，系统能够自动判断作物所处生育周期，根据流量传感器传回的实时数据，并按照设定参数控制电磁阀的启停完成灌溉；

所述的智能灌溉控制器主机外壳包括：壳体（6）、外层门（1），有机玻璃窗（2）、外层门手柄锁（3）、百叶窗散热孔（19）、高强度铰链（5）、悬挂安装孔（9）、内层门（14）、内层门手柄锁（15）、触摸屏安装孔（16）、合页（18）和触摸屏安装窗（17）；壳体（6）通过高强度铰链（5）与外层门（1）连接，壳体（6）通过合页（18）与内层门（14）连接；壳体（6）两侧分别有一排具有散热和防水功能百叶窗散热孔（19），壳体（6）底面连接安装底板（7），用于固定安装智能灌溉控制器主电路板，壳体（6）上方设置有天线安装孔（13）、下部设有电源线固定孔（10）、流量传感器引线孔（11）、电磁阀接线孔（12）；所述的外层门（1）上设有有机玻璃窗（2），通过密封胶圈（4）连接，还设有外层门手柄锁（3），所述的内层门（14）上设有触摸屏安装窗（17）和触摸屏固定孔（16），还设有内层门手柄锁（15）；所述的智能灌溉控制器主机同时存储4种植物全生育期内的灌溉处方参数，以供种植选择；程序通过实时时钟和已设定的灌溉处方参数自动判断植物当前所处生育期；或采用临时补灌方案，随时增加灌水量,其中临时补灌方式可选择按需水量补灌或者按照时间补灌；所述的植物全生育期内的灌溉处方参数是通过进行不同水分处理实验挑选出的参数，这些参数通过触摸屏输入到控制器CPU当中，并存储在控制器的外部存储器中，该外部存储器具有非易失性；所述的触摸屏能够采用VGUS组态开发软件进行用户图形界面设计,通过SD卡批量下载程序；ARM主控制器采用 32 位的ARM 低功耗微处理器STM32F103RCT6，具有25Kbyte Flash、48Kbyte RAM，工作频率可达72MHz，能够满足该控制器监测与数据处理的需求；

该处理器具有5个异步串行接口，能够同时连接触摸屏单元、GPRS模块、无线传输模块和流量检测模块，还可以扩展TF卡用于存储数据；

所述的灌溉控制单元包括流量传感器接口和电磁阀接口，其中，流量传感器接口采用标准的MODBUS DTU协议，通过STM32F103RCT6控制芯片与外部流量计进行连接，用于实时监测灌水量值，保证整个系统灌溉作业的精确程度；其中电磁阀接口通过控制芯片的GPIO引脚与一路5DVC-24DVC高电平触发继电器模块相连接，来实现电磁阀的接通和断开。

2.根据权利要求1所述的一种基于植物全生育期的智能灌溉控制器，其特征在于通过采用433MHz短距离无线通讯芯片接收下位机传感器传回的环境参数数据为植物全生育期的灌溉提供有力的参考依据；或打包环境数据后通过GPRS模块上传至设施农业物联网监控系统中。

3.权利要求1所述的一种基于植物全生育期的智能灌溉控制器的使用方法，其特征在于按如下的步骤进行：

（1）将智能灌溉控制器通过悬挂安装孔，安放于日光温室耳房墙壁上，将棚内的电磁阀和流量计引线通过线路保护管引入安装于耳房内，分别引入控制器的流量传感器引线孔和电磁阀引线孔内与智能灌溉控制器主机电路板相连接，市电线路通过电源固定孔引入并连接至主机电路板；

（2）安装完毕，启动控制器，选择灌溉方式和要灌溉的植物品种；

（3）初次启动设备需要进行用户身份验证，然后进入修改参数界面通过触摸屏输入已选植物在整个生育期内的所有的灌溉处方参数，之后再次启动设备系统会自动调用对应处方参数，无需重复输入；

（4）点击屏幕上的“启动灌溉”按钮，系统自动进入准备灌溉状态，系统在每次打开电磁阀后定时更新当前总灌溉水量，直到达到应灌水量值关闭电磁阀，并更新已灌水量、已灌溉次数的参数，系统将在每天0时判断是否需要更新植物生育期，并调用该生育期内的相关灌溉处方参数，最终完成选定品种在整个生育期内的灌溉任务；

（5）管理员可以根据需要暂停灌溉，进行临时补灌，以选择采用按水量或按时间方式进行补灌；

（6）管理员可以查询已选植物在整个生育期内的完整灌溉记录；

（7）管理员可以通过设施农业物联网监控系统查询当前温室内环境信息，以对种植作业进行辅助管理。