CN107155831A - 一种智能控制的喷灌装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能控制的喷灌装置，克服了现有技术中，农业节水灌溉智能化仍需提高的问题。该发明含有喷灌机架、行走装置、供水机构、控制器，所述喷灌机架固定设置在行走装置上，喷灌机架上固定设置有控制器，喷灌机架下方固定设置有喷水机构，控制器含有主控模块、湿度传感器、A/D模块、判断模块、喷头电磁阀和下雨停机控制装置，其中湿度传感器通过A/D模块转换后接入判断模块，下雨停机控制装置的输出信号接入判断模块，判断模块的输出信号接入喷头电磁阀。该技术喷灌智能控制系统是在农业中节约喷灌用水、解放人力，采用单片机控制器控制，是微机技术与传统的继电接触器控制技术相结合的产物。

Description

一种智能控制的喷灌装置

技术领域

该发明涉及一种农业喷灌装置，特别是涉及一种智能控制的喷灌装置。

背景技术

喷灌是将灌溉水通过喷灌系统（或喷灌机具），形成具有一定压力的水，由喷头喷射到空中，形成水滴状态，洒落在土壤表面，为作物生长提供必要的水分。喷灌比地面灌可提高产量15％一25％；灌水均匀度一般可达到80％一85％，水的有效利用率为80％以上，用水量比地面灌溉节省36％—50％；喷灌可用于各种类型的土壤和作物，受地形条件的限制小；可以提高工效20一30倍；可提高耕地利用率7％一15％。但喷灌受风的影响大，3一4级以上风力时应停止喷灌。喷灌的蒸发损失相对较大。喷灌系统组成：水源工程、首部装置、输配水管道系统和喷头等喷灌系统形式：管道式喷灌系统和机组式喷灌系统。其中管道式喷灌系统以输配水管网为主体，在我国使用比较广泛。机组式喷灌系统：结构紧凑，使用灵活，机械利用率高，单位喷灌面积的投资较低，在农业节水灌溉智能化中具有广泛的使用前景。

发明内容

本发明克服了现有技术中，农业节水灌溉智能化仍需提高的问题，提供一种结构简单、方便高效的智能控制的喷灌装置。

本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的智能控制的喷灌装置：含有喷灌机架、行走装置、供水机构、控制器，所述喷灌机架固定设置在行走装置上，喷灌机架上固定设置有控制器，喷灌机架下方固定设置有喷水机构，控制器含有主控模块、湿度传感器、A/D模块、判断模块、喷头电磁阀和下雨停机控制装置，其中湿度传感器通过A/D模块转换后接入判断模块，下雨停机控制装置的输出信号接入判断模块，判断模块的输出信号接入喷头电磁阀。

所述下雨停机控制装置含有雨水收集板、雨水收集槽、控制线和控制母线，其中雨水收集板上设有多个雨水收集槽，每个雨水收集槽的上半部固定设有两根控制线，每个雨水收集槽的控制线分别接入两根控制母线上，控制母线接入控制器内。

所述雨水收集槽的形状为圆柱体、矩形体、圆锥体或梯形体。

所述喷水机构含有喷水主管、喷水分管和喷头，喷水主管和喷灌机架横梁固定连接，喷水分管垂直喷水主管，喷头的开口方向垂直向下。

所述喷水主管的一端固定连接有压力供水装置，压力供水装置包括水泵和压力容器。

所述主控模块含有定时模块、无线通讯模块、过载保护模块、自动转停功能和故障自动检测模块，定时模块、无线通讯模块、过载保护模块、自动转停功能和故障自动检测模块均和单片机导线相连，无线通讯模块和上位机进行通讯。

所述喷灌机架的数量为多个，通过喷灌机架横梁并排固定设置在行走装置上。

与现有技术相比，本发明智能控制的喷灌装置具有以下优点：本发明针对灌溉水利用系数较低，提出一种基于嵌入式智能灌溉控制系统。依托无线网络采集灌区作物需水信息，汇聚到网关节点发送给主控中心，中心主机根据信息确定灌溉状态并计算灌水量，控制灌溉设备工作实现智能灌溉，依托Internet管理员有权对系统远程管理，满足了规模化灌溉的需求。根据示范区观测，灌溉水利用系数由原来的0.6提高到0.9。系统结合了无线传感、计算和网络通信技术，解决了精确农业亟待解决的关键技术问题，使我国的农业由传统的劳动密集型向技术密集型转变奠定了重要的基础。

喷灌智能控制系统是在农业中节约喷灌用水、解放人力，采用单片机控制器控制，是微机技术与传统的继电接触器控制技术相结合的产物，它克服了继电接触器控制系统的机械触点的接线复杂，可靠性低，功耗高通用性和灵活性差和计算机控制对环境的要求，成本高的缺点。

附图说明

图1是本发明智能控制的喷灌装置的整体结构示意图；

图2是本发明智能控制的喷灌装置中下雨停机控制装置的结构示意图；

图3是本发明智能控制的喷灌装置中下雨停机控制装置的结构示意图。

具体实施方式

附图说明中标号1是行走装置，2是喷灌机架横梁，3是喷水主管，4是喷灌机架，5是控制器，6是喷水分管，7是喷头，8是下雨停机控制装置，9是雨水收集槽，10是控制线。

下面结合附图和具体实施方式对本发明智能控制的喷灌装置作进一步说明：如图所示，本实施例中含有喷灌机架、行走装置、供水机构、控制器，所述喷灌机架固定设置在行走装置上，喷灌机架上固定设置有控制器，喷灌机架下方固定设置有喷水机构，控制器含有主控模块、湿度传感器、A/D模块、判断模块、喷头电磁阀和下雨停机控制装置，其中湿度传感器通过A/D模块转换后接入判断模块，下雨停机控制装置的输出信号接入判断模块，判断模块的输出信号接入喷头电磁阀。

所述下雨停机控制装置含有雨水收集板、雨水收集槽、控制线和控制母线，其中雨水收集板上设有多个雨水收集槽，每个雨水收集槽的上半部固定设有两根控制线，每个雨水收集槽的控制线分别接入两根控制母线上，控制母线接入控制器内。

所述雨水收集槽的形状为圆柱体、矩形体、圆锥体或梯形体。

所述喷水机构含有喷水主管、喷水分管和喷头，喷水主管和喷灌机架横梁固定连接，喷水分管垂直喷水主管，喷头的开口方向垂直向下。

所述喷水主管的一端固定连接有压力供水装置，压力供水装置包括水泵和压力容器。

所述主控模块含有定时模块、无线通讯模块、过载保护模块、自动转停功能和故障自动检测模块，定时模块、无线通讯模块、过载保护模块、自动转停功能和故障自动检测模块均和单片机导线相连，无线通讯模块和上位机进行通讯。单片机控制器充分利用了微处理器的程序编制，直接把要执行的逻辑命令在单片机的内部写好，集成度和稳定性更高，对上位机发出的指令，执行时间更短，并且内部有容错保护逻辑，对操作失误预留有时间进行纠错；前端设备有逻辑保护程序，前端设备会实时判断与上位机的心跳通讯，在命令下达后，上位机与前端设备通讯中断，前端设备会根据下达的指令集，在规定时间内没有进一步的上位机指令操作，会根据预设的预案，前端设备进行智能化操作，在操作执行过程中，前端设备与上位机的通讯恢复，上位机会实时读取前端设备的执行状态；加入与上位机的通讯一直未恢复，根据前端设备预设的方案，会在规定时间内恢复到停止状态，从而会保护前端设备的使用安全，不会因为没有外来的停止命令，让设备一直运行下去。

所述喷灌机架的数量为多个，通过喷灌机架横梁并排固定设置在行走装置上。

所述主控模块含有定时模块、无线通讯模块、过载保护模块、自动转停功能和故障自动检测模块，本发明的具备以下功能：数据采集功能：可接收土壤湿度传感器采集的模拟量。模拟量信号的处理是将模拟信号转变成数字信号（A/D转换），经无线网络把土壤湿度数据传输到数据中心。

控制功能：具有定时控制、循环控制的功能，用户可根据需要灵活选用控制方式，分为以下两种控制形式。

①自动控制功能：控制器通过程序将传感器检测的湿度信号与预先设定的标准湿度范围值相比较，如果检测的湿度值小于设定湿度值，低于设定值则调大水泵转速，高于设定值则调小水泵转速，则自动调节水泵转速，进行灌溉操作。

②定时控制功能：系统中定时模块可对电磁阀设定开、关时间，当灌溉的湿度值达到设定的湿度值时，水泵自动停止灌溉。③循环控制功能：用户在后台控制管理软件内预先编好控制模式，分别设定起始时间、结束时间、灌溉时间、停止时间，系统按设定好的时间自动循环灌溉。

变速功能：当前所测的土壤湿度值与预先设定的最适宜农作物生长的湿度值比较，分为大于、等于、小于三种结果，即可将土壤墒情情况分为适宜、缺水、干旱三种状态。在控制面板上表现为适宜、缺水、干旱三个指示灯，并用不同的颜色直观表示。后台数据分析服务器，根据土壤湿度的三个状态，自动调节水泵的转速，水泵设有高速，中速，低速3种旋转速度，分别对应高速，中速，低速三个指示灯。

自动转停功能：控制系统根据土壤的干湿度情况自动启动喷灌，控制水泵以所需的转速转动，喷头喷灌5分钟，停2分钟，再喷5分钟后自动停转。

水泵过载保护功能：当水泵过载时，水泵立即停止转动，灌溉过程中止，并且故障指示灯闪烁报警，并且把故障状态实施上次到后台服务器，后台服务器实施推送告警信息到值班人员的手机等移动终端上去，过载消除后自动恢复运转。

阴雨天自动停止：利用湿度传感器的开关量和下雨停机控制装置的开关量相并列，输入控制器中，作为一个后台采集数据的信号输入，实现控制相关程序的功能。当湿度过大时，控制器认为不需要灌溉，当下雨下到一定的降水量的时候，下雨停机控制装置会被雨水收集槽中的雨水触发输出一个开关量，控制器同样认为不需要灌溉。

省电功能：定时控制器在断电时正常计时，故采用其作为控制器的电源控制。在定时灌溉控制时间之内，由定时器接通控制器的电源，控制器按预先编制的程序依次打开各控制设备电源，并根据输入信号的变化随时调整程序的执行。在非系统工作时间里，定时器自动断开控制器的电源，这样既减少了系统耗费的电能又延长了设备的使用寿命。

急停功能：当出现紧急意外事故时，按下急停按钮，水泵立即停止运转，阀门关闭，喷头停止灌溉。

故障自动检测功能：当灌溉系统出现故障，如水管破裂（水压为零），传感器故障，水泵故障，变频器故障，电磁阀故障等，水泵立即停止运行，电磁阀关闭，故障报警灯闪烁并伴有警笛声响起。操作人员可以按下“消音”按钮以解除铃响，但故障指示灯仍在闪烁，直到故障消除，故障指示灯才自动停止闪烁。

本发明的设计原理：每种植物都有适合其生长的土壤湿度，土壤湿度过大，植物的根系就会在土壤中腐烂，土壤湿度过小，就不足以满足植物生长所需要的水分。灌溉就是最大限度地满足土壤的湿度在适宜植物生长的湿度范围之内。经资料查证最适宜植物生长的湿度是50%—60%RH。所谓智能就是不需要人的控制，系统能自动感测到什么时候需要灌溉，灌溉多长时间；系统可以自动开启灌溉，也可以自动关闭灌溉；可以实现土壤太干时增大喷灌量，太湿时减少喷灌量。要实现此功能就要充分利用控制器的控制作用。系统要实现自动感测土壤湿度的功能必须要有土壤湿度传感器。要实现灌溉水量的多与少的调节，必须要有变频器。在控制器内预先设定50%—60%RH为标准湿度，传感器采集的湿度模拟信号经A/D模块转换成数字信号，此信号与50%—60%RH比较，可以分为：大于，等于，小于三种情况。系统按可编程控制器内预先编好的程序自动按一定的灌水量进行灌溉。最终实现不需要人的直接参与，由系统自动实现灌溉，人的作用只是调整控制程序和检修控制设备。

本发明的工作原理：灌溉系统工作时，湿度传感器采集土壤里的水分含量信号，检测到的湿度信号通过A/D模块转换，将标准的电流模拟信号转换为湿度数字信号，输入到控制器，并实时上传到平台服务器。控制器内预先设定50%—60%RH为标准湿度值，实际测得的湿度信号与50%—60%RH比较，可以分为：在这个范围内，超出这个范围，小于这个范围三种情况。控制器将控制信号传给变频器，变频器根据湿度值，相应的调节水泵的转速，水泵带动水泵从水源抽水，需要灌溉时，电磁阀就自动开启，通过主管道和支管道为喷头输水，喷头以各自的旋转角度自动旋转。灌溉结束时电磁阀自动关闭。为了避免离水源远的喷头不能被供给足够的压力，在电磁阀的一侧安装一块压力表，保证个喷头的水压满足设定的喷灌射程，避免发生因为水压不足，喷头射程减少的现象。整个系统协调工作，实现对植物灌溉的智能控制。

Claims (7)

1.一种智能控制的喷灌装置，含有喷灌机架、行走装置、供水机构、控制器，其特征在于：所述喷灌机架固定设置在行走装置上，喷灌机架上固定设置有控制器，喷灌机架下方固定设置有喷水机构，控制器含有主控模块、湿度传感器、A/D模块、判断模块、喷头电磁阀和下雨停机控制装置，其中湿度传感器通过A/D模块转换后接入判断模块，下雨停机控制装置的输出信号接入判断模块，判断模块的输出信号接入喷头电磁阀。

2.根据权利要求1所述的智能控制的喷灌装置，其特征在于：所述下雨停机控制装置含有雨水收集板、雨水收集槽、控制线和控制母线，其中雨水收集板上设有多个雨水收集槽，每个雨水收集槽的上半部固定设有两根控制线，每个雨水收集槽的控制线分别接入两根控制母线上，控制母线接入控制器内。

3.根据权利要求2所述的智能控制的喷灌装置，其特征在于：所述雨水收集槽的形状为圆柱体、矩形体、圆锥体或梯形体。

4.根据权利要求3所述的智能控制的喷灌装置，其特征在于：所述喷水机构含有喷水主管、喷水分管和喷头，喷水主管和喷灌机架横梁固定连接，喷水分管垂直喷水主管，喷头的开口方向垂直向下。

5.根据权利要求4所述的智能控制的喷灌装置，其特征在于：所述喷水主管的一端固定连接有压力供水装置，压力供水装置包括水泵和压力容器。

6.根据权利要求5所述的智能控制的喷灌装置，其特征在于：所述主控模块含有定时模块、无线通讯模块、过载保护模块、自动转停功能和故障自动检测模块，定时模块、无线通讯模块、过载保护模块、自动转停功能和故障自动检测模块均和单片机导线相连，无线通讯模块和上位机进行通讯。

7.根据权利要求6所述的智能控制的喷灌装置，其特征在于：所述喷灌机架的数量为多个，通过喷灌机架横梁并排固定设置在行走装置上。