CN107182717A - 一种微润灌溉水肥一体控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微润灌溉水肥一体控制系统，属于节水灌溉自动控制技术领域。包括就地测控系统、中心站监控系统和因特网应用系统，就地测控系统与中心站监控系统采用无线通讯方式连接，中心站监控系统通过以太网连接网络应用，再连接到因特网应用系统。就地测控系统包括控制箱、传感器模块等；中心站监控系统包括视频服务器、数据库服务器等；因特网应用系统包括网络应用服务器等。因特网应用系统连接位于不同地理位的中心站，并提供远程访问与监控、数据分析以及查询服务。本发明利用互联网和数据分析方法，能方便的查询出不同作物在不同地点的最优灌水施肥模式，能提高农业生产效率，可实现农业生产自动化与智能化。

Description

一种微润灌溉水肥一体控制系统

技术领域

本发明涉及一种微润灌溉水肥一体控制系统，特别是一种利用微润灌溉技术、自动控制技术和互联网技术相结合的新型灌溉系统，属于节水灌溉自动控制技术领域。

背景技术

微润灌溉是以半透膜微润管为核心的地下连续节水微灌技术，其工作方式与渗灌相似，属于局部灌溉。与其他灌溉技术相比，微润灌溉具有改善作物根区土壤环境，防止地表蒸发、减少深层渗漏、提高灌水利用效率，以及适时适量连续灌溉的特点。另外，由于微润管既是输水管，又是给水器，因此微润灌溉还具有系统结构简单、运行维护成本低的特点。

微润管为双层结构：内层为新型高分子半透膜制成，外层为无纺布保护层。半透膜表面有均匀而密集的纳米孔，孔的大小允许水分子通过，而不允许较大的分子团和固体颗粒通过。在灌水过程中，可控制半透膜内外水势差，使灌水量随作物耗水量波动，与作物吸水曲线拟合，灌溉过程不抑制根系呼吸，使根区达到最佳水气比，为作物提供良好的生长环境。半透膜的孔径特征决定，微润管对压力水头非常敏感。微润管出水量与压力水头正相关，随压力水头的升高而增大。当压力水头较低时，微润管内水压低，出水量小，形成润湿体的直径较小。当压力水头较高时，微润管内水压高，出水量大，形成润湿体的直径较大。此外，微润管除了充当输水管和给水器的作用之外，还具有施肥器的作用，能够以水带肥，降低施肥作业劳动强度，提高施肥均匀度。

微润灌溉除了能替代通常农业生产条件下的灌溉方式，而且具有其特殊的应用场合，如：在沙生植物灌溉中的应用。由于沙土的持水性差，渗漏严重，普通的渠灌、滴灌和喷灌用于沙地灌溉很难发挥应有的效果。而微润灌溉通过地埋微润管方式为作物供水，流量可根据土壤含水率变化进行调节，可有效减少地面蒸发、提高灌水利用效率。该灌溉技术灌水均匀度比滴灌更高，更节水，在干旱半干旱地区节水灌溉领域具有非常广阔的应用前景。

微润灌溉以实时微量连续灌溉为特征，区别于喷灌、渗灌、滴灌等间歇式灌溉方式。设计灌溉控制系统时，按以往间歇式灌溉的方法将失去意义，新的灌溉方式要求的灌溉控制系统也将发生新的变化。目前，微润灌溉自动化水平较低，主要通过人工控制供水压力或水位实现连续灌溉，压力或水位的控制需要使用者根据经验人工设定，劳动强度较大，缺乏一种自动调节微润管供水压力及自动施肥的装置。已有的关于微润灌溉控制系统的专利功能结构比较单一，没有实现水肥一体自动控制，不能实现远程和就地两种控制方式，也没有相关灌溉参数的采集、存储与优化。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种微润灌溉水肥一体控制系统，能有效提高微润灌溉自动化水平，解决与微润灌溉技术相适应的灌溉控制系统的问题，可实现水肥一体，远程和就地控制，灌溉参数的采集与优化，并能适应不同环境，使作物生长的水肥环境达到最优。

本发明采用的技术方案是：一种微润灌溉水肥一体控制系统，包括就地测控系统、中心站监控系统、网络应用服务器和因特网应用系统，所述的就地测控系统包括控制箱、传感器模块、供电系统、摄像头、灌溉管网装置、无线网桥Ⅰ，控制箱包括PLC控制器、触摸屏、交换机、中间继电器，传感器模块与PLC控制器连接，用于就地检测农田的实际状况，PLC控制器、摄像头分别与交换机连接，交换机与无线网桥连接，中间继电器一端与PLC控制器连接，另一端与灌溉管网装置连接，中心站监控系统包括监控工作站及设置在监控工作站内的与控制计算机连接的无线网桥Ⅱ、视频服务器、数据库服务器、显示屏、组态软件、路由器，无线网桥Ⅱ一端与无线网桥Ⅰ无线通讯连接，另一端通过路由器与网络应用服务器连接，网络应用服务器与因特网应用系统连接，控制计算机与路由器连接，视频服务器存储摄像头拍摄到的视频并显示屏上显示，组态软件接收现场数据，然后存储在数据库中，控制计算机根据PLC控制器传递的传感器模块检测信号，通过PLC控制器控制灌溉管网装置进行灌溉，因特网应用系统包括网络应用服务器、WEB终端、WAP终端和应用软件，WEB终端、WAP终端和应用软件，给远程控制提供人机界面，WEB终端、WAP终端通过网络应用服务器提供的接口访问中心站监控系统。

优选地，所述的就地测控系统设有与PLC控制器连接的人工控制按钮，用户可通过人工控制按钮控制PLC控制器使灌溉管网装置进行灌溉。

具体地，所述的传感器模块包括安装在农田中的温度传感器、湿度传感器、光照传感器、降雨量传感器、风速传感器、土壤水分传感器。

具体地，所述的供电系统包括太阳能电池板、风力发电机、小型柴油发电机、蓄电池组、电源管理模块，太阳能电池板、风力发电机、小型柴油发电机均与电源管理模块连接，电源管理模块一方面与灌溉管网装置连接，提供交流电，另一方面与蓄电池组连接，蓄电池组与就地测控系统连接。

优选地，所述的蓄电池组采用免维护铅酸蓄电池组，控制箱为不锈钢材质制作的户外防水型控制箱。

具体地，所述的灌溉管网装置包括水箱1、水箱溢流管2、水箱顶盖3、电动球阀Ⅰ4、流液位变送器5、水箱排污阀7、地下水水井8、潜水泵9、手动球阀Ⅰ10、电动球阀Ⅱ11、流量变送器12、手动球阀Ⅱ13、电动球阀Ⅲ14、施肥罐15、浮球阀16、U型吸管17、水溶肥18、支架19、称重传感器20、电动球阀Ⅳ21、电动球阀Ⅴ23、文丘里施肥器24、电动球阀Ⅵ25、电动球阀Ⅶ26、电动球阀Ⅷ27、电动球阀Ⅸ28、电动球阀Ⅹ29、电动球阀Ⅺ30、电动球阀Ⅻ31、调压阀Ⅰ32、调压阀Ⅱ33、调压阀Ⅲ34、调压阀Ⅳ35、压力变送器36、微润管37、土壤水分变送器38、手动球阀Ⅲ39、液位传感器、压力传感器、流量传感器；

所述水箱1上端设有水箱溢流管2和水箱顶盖3，水箱1底面为圆弧面，在最底部安装有排污管，排污管上安装有排污阀7，水箱1一侧顶端安装有进水主管，进水主管伸入地下水井8内且通过潜水泵9从地下水井8内抽取水，进水主管上设有手动球阀Ⅰ4，水箱1底端安装有出水主管和液位传感器；

所述的水箱1出水主管上依次设有流液位变送器5、手动球阀Ⅰ10、电动球阀Ⅱ11、流量传感器、流量变送器12以及电动球阀Ⅶ26，流液位变送器5与液位传感器连接，流量变送器12与流量传感器连接；

所述的施肥罐15中安装有水溶肥容器、浮球阀16、U型吸管17、支架19、称重传感器20、电动球阀Ⅳ21、进水管和混合肥出肥管；水溶肥容器通过支架19安装在施肥罐15上方，称重传感器20安装在水溶肥容器下方，水溶肥容器底部连接水溶肥出肥管，水溶肥出肥管上安装有电动球阀Ⅳ21，进水管通过安装在其上的电动球阀Ⅲ14、手动球阀Ⅱ13与水箱1的出水主管相连接；U型吸管17竖向安装在施肥罐15的中下部，U型吸管17的出口低于U型吸管17的入口，混合肥出肥管安装在施肥罐15底部且通过安装在其上的电动球阀Ⅴ23，与文丘里施肥器24连接；文丘里施肥器24一端经过电动球阀Ⅵ25与水箱1的出水主管相连接，另一端经过电动球阀Ⅷ27也与水箱1的出水主管相连接；

所述的水箱1出水主管末端分别连接电动球阀Ⅸ28、电动球阀Ⅹ29、电动球阀Ⅺ30、电动球阀Ⅻ31，电动球阀Ⅸ28、电动球阀Ⅹ29、电动球阀Ⅺ30、电动球阀Ⅻ31的另一端分别连接调压阀Ⅰ32、调压阀Ⅱ33、调压阀Ⅲ34、调压阀Ⅳ35，调压阀Ⅰ32、调压阀Ⅱ33、调压阀Ⅲ34、调压阀Ⅳ35的另一端均与压力变送器36连接，压力变送器36的另一端与微润管37相连，微润管37上设置土壤水分变送器38，微润管37尾管上设有手动球阀Ⅲ39；

所述流液位变送器5、流量变送器12、压力变送器36、土壤水分变送器38、潜水泵9、电动球阀Ⅰ4、电动球阀Ⅱ11、电动球阀Ⅲ14、称重传感器20、电动球阀Ⅳ21、电动球阀Ⅴ23、电动球阀Ⅵ25、电动球阀Ⅶ26、电动球阀Ⅷ27、电动球阀Ⅸ28、电动球阀Ⅹ29、电动球阀Ⅺ30、电动球阀Ⅻ31、调压阀Ⅰ32、调压阀Ⅱ33、调压阀Ⅲ34、调压阀Ⅳ35均与PLC控制器连接。

优选地，所述的水箱1出水主管的入口处设有过滤器Ⅰ6，混合肥出肥管的入口处设有过滤器Ⅱ22。

优选地，所述的水箱1的顶部两侧一侧高一侧低，水箱盖3的两侧一侧高一侧低，水箱盖3低的一侧的末端设有开口。

优选地，所述的水箱1的一侧安装有人梯。

优选地，所述的就地测控系统还包括与PLC控制器连接的报警指示灯。

本发明的工作原理是：

就地测控系统完成灌溉施肥控制以及数据、图像的采集与上传；中心站监控系统对就地测控系统的工作过程、数据参数和实时图像进行远程监视与控制，并完成数据的存储和参数设置；因特网应用系统完成基于互联网的应用开发，为互联网应用提供远程访问与监控、数据分析与查询服务。

就地测控系统中的传感器模块将检测到的农田的各项信息传递给PLC控制器，PLC控制器将收到的信号无线传递给中心站监控系统中的计算机控制器，计算机控制器将收集的信号通过网络应用服务器传递给因特网应用系统，因特网应用系统将受到的信号远程传递给用户终端设备，例如手机、电脑等，PLC控制器根据传感器模块检测到的信号可以自动控制灌溉管网装置进行灌溉，也可以是用户通过手动按钮命令PLC控制器控制控制灌溉管网装置进行灌溉，在中心站监控系统中，用户也查看计算机控制器接收到的信息并通过计算机控制器命令PLC控制器控制控制灌溉管网装置进行灌溉，远程用户终端也可以根据因特网应用系统查看传感器模块检测到的信号，并通过WEB终端、WAP终端发信号给中心站监控系统中的计算机控制器，进而命令PLC控制器控制控制灌溉管网装置进行灌溉，即通过就地测控系统、中心站监控系统、因特网应用系统均可以控制灌溉管网装置进行灌溉，但同一时间段只能通过三者中的其中一个来进行控制。中心站监控系统可以与多个就地测控系统连接，因特网应用系统可以与多个中心站监控系统连接。

本发明系统主流程如图6所示，系统启动后首先进行系统初始化，将所有电动球阀复位，所有电动球阀的初始状态为关闭状态，以及将小型柴油发电机、深井潜水泵9和报警指示灯复位。读取各路传感器数值，判断水箱液位是否需要注水。如水箱液位低于下限则开始水箱注水流程，如水箱不需注水则进入灌溉流程，通过土壤水分传感器数值判断是否开始灌溉。如施肥周期到则开始施肥流程。

水箱注水控制流程如图7所示，测控系统首先读取液位传感器数值，并判断水箱液位是否高于上限或低于下限，若水箱液位低于下限时，系统将启动小型柴油发电机供电，并打开水箱进水电动球阀Ⅰ4，发电机运行平稳后，启动深井潜水泵9开始向水箱1注水。当液位传感器检测到水箱1液位高于上限时停止潜水泵，关闭柴油发电机，关闭电动球阀Ⅰ4，水箱1注水完成。

灌溉控制流程如图8所示，灌溉开始时打开电动球阀Ⅱ11、电动球阀Ⅶ26、电动球阀Ⅸ28，并读取土壤水分传感器数值。根据作物的实际需水情况设置土壤含水率的上限和下限。当土壤含水率大于上限时，开始调压阀组降压流程。当土壤含水率介于上限和下限之间时，返回主程序。当土壤含水率低于下限时，开始调压阀组升压流程。

调压阀组降压流程如图9所示，降压开始时依次关闭电动球阀Ⅸ28、电动球阀Ⅹ29、电动球阀Ⅺ30、电动球阀Ⅻ31。每进入一次降压流程关闭一个低压力等级调压阀对应的电动球阀，直到调压阀组内所有调压阀对应的电动球阀关闭，电动球阀Ⅻ31、电动球阀Ⅺ30、电动球阀Ⅹ29、电动球阀Ⅸ28对应的调压阀压力分别为0.5 m、1.0 m、1.5 m、2.0 m。

调压阀组升压流程如图10所示，升压开始时依次打开电动球阀Ⅻ31、电动球阀Ⅺ30、电动球阀Ⅹ29、电动球阀Ⅸ28，电动球阀Ⅻ31、电动球阀Ⅺ30、电动球阀Ⅹ29、电动球阀Ⅸ28对应的调压阀压力分别为0.5 m、1.0 m、1.5 m、2.0 m。每进入一次升压流程打开一个高一级压力水头所对应的电动球阀，直到压力水头最高时调压阀对应的电动球阀打开。

施肥控制流程如图11所示，施肥前由PLC读取称重传感器20的数值，并设置好施肥量，然后打开电动球阀Ⅳ21，将肥料加入水肥混合箱内，加入的肥料达到预定值后关闭电动球阀Ⅳ21，打开进水电动球阀Ⅲ14，打开出水电动球阀Ⅴ23。当水肥混合箱内液位淹过U型吸液管17后，肥液开始进入过滤器Ⅱ22，经过滤后的混合肥液由文丘里施肥器24吸入出水主管。当施肥罐15内液位达到上限时，进水管浮球阀16动作，进水口关闭，完成施肥工作模式。

本发明的有益效果为：本发明将微润灌溉技术与自动控制技术有效的结合起来，为微润灌溉提供了控制技术支持，不仅集成了微润灌溉的优点，而且通过引入自动控制技术，实现对农田进行连续、自动、实时灌溉，具有操作简单，适用范围广，通用性强等特点，特别是对于提升微涧灌溉自动化程度、高效节水，以及对微润灌溉技术的推广有着重要的意义。

附图说明

图1 为本发明系统整体结构图；

图2 为本发明系统供电结构图；

图3 为本发明就地测控系统通讯结构示意图；

图4 为本发明中心站监控系统通讯结构示意图；

图5 为本发明灌溉管网系统示意图；

图6 为本发明控制系统主流程图；

图7 为本发明水箱注水控制流程图；

图8 为本发明灌溉控制流程图；

图9为本发明调压阀组降压控制流程图；

图10为本发明调压阀组升压控制流程图；

图11 为本发明施肥控制流程图。

图中各标号：图中各标号：1-水箱、2-水箱溢流管、3-水箱顶盖、4-手动球阀Ⅰ、5-流液位变送器、6-过滤器Ⅰ、7-水箱排污阀、8-地下水水井、9-潜水泵、10-手动球阀Ⅰ、11-电动球阀Ⅱ、12-流量变送器、13-手动球阀Ⅱ、14-电动球阀Ⅲ、15-施肥罐、16-浮球阀、17-U型吸管、18-水溶肥、19-支架、20-称重传感器、21-电动球阀Ⅳ、22-过滤器Ⅱ、23-电动球阀Ⅴ、24-文丘里施肥器、25-电动球阀Ⅵ、26-电动球阀Ⅶ、27-电动球阀Ⅷ、28-电动球阀Ⅸ、29-电动球阀Ⅹ、30-电动球阀Ⅺ、31-电动球阀Ⅻ、32-调压阀Ⅰ、33-调压阀Ⅱ、34-调压阀Ⅲ、35-调压阀Ⅳ、36-压力变送器、37-微润管、38-土壤水分变送器、39-手动球阀Ⅲ。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但本发明的内容并不限于所述范围。

实施例1：如图1-11所示，一种微润灌溉水肥一体控制系统，包括就地测控系统、中心站监控系统、网络应用服务器和因特网应用系统，所述的就地测控系统包括控制箱、传感器模块、供电系统、摄像头、灌溉管网装置、无线网桥Ⅰ，控制箱包括PLC控制器、触摸屏、交换机、中间继电器，传感器模块与PLC控制器连接，用于就地检测农田的实际状况，PLC控制器、摄像头分别与交换机连接，交换机与无线网桥连接，中间继电器一端与PLC控制器连接，另一端与灌溉管网装置连接，中心站监控系统包括监控工作站及设置在监控工作站内的与控制计算机连接的无线网桥Ⅱ、视频服务器、数据库服务器、显示屏、组态软件、路由器，无线网桥Ⅱ一端与无线网桥Ⅰ无线通讯连接，另一端通过路由器与网络应用服务器连接，网络应用服务器与因特网应用系统连接，控制计算机与路由器连接，视频服务器存储摄像头拍摄到的视频并显示屏上显示，组态软件接收现场数据，然后存储在数据库中，控制计算机根据PLC控制器传递的传感器模块检测信号，通过PLC控制器控制灌溉管网装置进行灌溉，因特网应用系统包括网络应用服务器、WEB终端、WAP终端和应用软件，WEB终端、WAP终端和应用软件，给远程控制提供人机界面，WEB终端、WAP终端通过网络应用服务器提供的接口访问中心站监控系统。

进一步地，所述的就地测控系统设有与PLC控制器连接的人工控制按钮，用户可通过人工控制按钮控制PLC控制器使灌溉管网装置进行灌溉。即PLC控制器可根据传感器模块检测到的信号自动控制灌溉管网装置进行灌溉，也可以由人工控制控制PLC控制器使灌溉管网装置进行灌溉，两种方式控制使得实用新型更强。

进一步地，所述的传感器模块包括安装在农田中的温度传感器、湿度传感器、光照传感器、降雨量传感器、风速传感器、土壤水分传感器，这些传感器安装在农田中，可实时检测农田的各项情况。

具体地，所述的供电系统包括太阳能电池板、风力发电机、小型柴油发电机、蓄电池组、电源管理模块，太阳能电池板、风力发电机、小型柴油发电机均与电源管理模块连接，电源管理模块一方面与灌溉管网装置连接，如为潜水泵9提供交流电，另一方面与蓄电池组连接，蓄电池组与就地测控系统连接，如为PLC控制器、各个变送器、各个电动球阀、无线网桥Ⅰ、交换机、摄像头等供直流电。

优选地，所述的蓄电池组采用免维护铅酸蓄电池组，控制箱为不锈钢材质制作的户外防水型控制箱。

具体地，所述的灌溉管网装置包括水箱1、水箱溢流管2、水箱顶盖3、电动球阀Ⅰ4、流液位变送器5、水箱排污阀7、地下水水井8、潜水泵9、手动球阀Ⅰ10、电动球阀Ⅱ11、流量变送器12、手动球阀Ⅱ13、电动球阀Ⅲ14、施肥罐15、浮球阀16、U型吸管17、水溶肥18、支架19、称重传感器20、电动球阀Ⅳ21、电动球阀Ⅴ23、文丘里施肥器24、电动球阀Ⅵ25、电动球阀Ⅶ26、电动球阀Ⅷ27、电动球阀Ⅸ28、电动球阀Ⅹ29、电动球阀Ⅺ30、电动球阀Ⅻ31、调压阀Ⅰ32、调压阀Ⅱ33、调压阀Ⅲ34、调压阀Ⅳ35、压力变送器36、微润管37、土壤水分变送器38、手动球阀Ⅲ39、液位传感器、压力传感器、流量传感器；

所述水箱1上端设有水箱溢流管2和水箱顶盖3，水箱1底面为圆弧面，在最底部安装有排污管，排污管上安装有排污阀7，水箱1一侧顶端安装有进水主管，进水主管伸入地下水井8内且通过潜水泵9从地下水井8内抽取水，进水主管上设有手动球阀Ⅰ4，水箱1底端安装有出水主管和液位传感器；

所述的水箱1出水主管上依次设有流液位变送器5、手动球阀Ⅰ10、电动球阀Ⅱ11、流量传感器、流量变送器12以及电动球阀Ⅶ26，流液位变送器5与液位传感器连接，流量变送器12与流量传感器连接；

所述的施肥罐15中安装有水溶肥容器、浮球阀16、U型吸管17、支架19、称重传感器20、电动球阀Ⅳ21、进水管和混合肥出肥管；水溶肥容器通过支架19安装在施肥罐15上方，称重传感器20安装在水溶肥容器下方，水溶肥容器底部连接水溶肥出肥管，水溶肥出肥管上安装有电动球阀Ⅳ21，进水管通过安装在其上的电动球阀Ⅲ14、手动球阀Ⅱ13与水箱1的出水主管相连接；U型吸管17竖向安装在施肥罐15的中下部，U型吸管17的出口低于U型吸管17的入口，混合肥出肥管安装在施肥罐15底部且通过安装在其上的电动球阀Ⅴ23，与文丘里施肥器24连接；文丘里施肥器24一端经过电动球阀Ⅵ25与水箱1的出水主管相连接，另一端经过电动球阀Ⅷ27也与水箱1的出水主管相连接；

所述的水箱1出水主管末端分别连接电动球阀Ⅸ28、电动球阀Ⅹ29、电动球阀Ⅺ30、电动球阀Ⅻ31，电动球阀Ⅸ28、电动球阀Ⅹ29、电动球阀Ⅺ30、电动球阀Ⅻ31的另一端分别连接调压阀Ⅰ32、调压阀Ⅱ33、调压阀Ⅲ34、调压阀Ⅳ35，调压阀Ⅰ32、调压阀Ⅱ33、调压阀Ⅲ34、调压阀Ⅳ35的另一端均与压力变送器36连接，压力变送器36的另一端与微润管37相连，微润管37上设置土壤水分变送器38，微润管37尾管上设有手动球阀Ⅲ39；

所述流液位变送器5、流量变送器12、压力变送器36、土壤水分变送器38、潜水泵9、电动球阀Ⅰ4、电动球阀Ⅱ11、电动球阀Ⅲ14、称重传感器20、电动球阀Ⅳ21、电动球阀Ⅴ23、电动球阀Ⅵ25、电动球阀Ⅶ26、电动球阀Ⅷ27、电动球阀Ⅸ28、电动球阀Ⅹ29、电动球阀Ⅺ30、电动球阀Ⅻ31、调压阀Ⅰ32、调压阀Ⅱ33、调压阀Ⅲ34、调压阀Ⅳ35均与PLC控制器连接。

进一步地，所述的水箱1出水主管的入口处设有过滤器Ⅰ6，混合肥出肥管的入口处设有过滤器Ⅱ22，通过安装过滤器Ⅰ6、过滤器Ⅱ22可以有效防止水箱1出水主管及混合肥出肥管堵塞。

进一步地，所述的水箱1的顶部两侧一侧高一侧低，水箱盖3的两侧一侧高一侧低，水箱盖3低的一侧的末端设有开口，水箱盖3可以将收集到的雨水汇集并注入水箱1，另外可以遮挡日光照晒减少水箱1的水量蒸发。

进一步地，所述的水箱1的一侧安装有人梯，方便对水箱进行清洗和维修操作。

进一步地，所述的就地测控系统还包括与PLC控制器连接的报警指示灯，系统故障、传感器量程超限、液位过高过低等情况出现时，报警指示灯就可以亮，提醒用户注意。

本发明中传感器的选型：

土壤水分传感器用于测量土壤含水率，为微润灌溉施肥测控系统控制参数之一。系统要求土壤水分传感器能长期用于野外环境条件下的土壤水分测量，并要求工作稳定性、可靠性以及检测精度高。因此采用北京星仪公司生产的CFS11型土壤水分传感器能基本满足测量需要。该传感器具有价格便宜、重量轻、安装方便、体积小等优点，并且抗干扰能力强、防护等级高（IP68），工作稳定性可靠性高，具有过压限流保护且检测精度高的特点，可以长期用于野外环境下的土壤水分连续监测。土壤水分传感器的工作原理是利用晶体振荡电路从平行金属探针上发出高频信号，并通过金属探针测量产生信号与返回信号叠加后的振幅来测量土壤含水量。本发明微润灌溉控制系统所选土壤水分传感器具体型号为CSF11–60-A1-B-G（量程0-60%、输出信号4-20mA、不带温度输出、供电电压9-36VDC）。

温度传感器用于测量灌区户外温度，为灌区记录的环境参数之一，可为估算土壤水分蒸发强度提供参考，为灌溉水平的制定提供依据。本系统选用的温度传感器为北京星仪公司生产的CWDZ19户外型温度传感器。该传感器为户外型，配有标准防辐射罩，避免传感器本体受雨淋日晒和紫外线辐射的影响，可保障传感器在室外、野外等恶劣环境条件下的正常工作。该温度传感器具有测量精度高，工作性能稳定，抗干扰能力强，响应速度快，使用寿命长和过压限流反向保护的特点。具体型号为CWD19-04-A1-G（户外型温度变送器、量程-50-50℃、输出4-20mA、电压9-36VDC）。

液位传感器用于测量水箱内蓄水水位高度，是进行水箱液位控制的依据。采用北京星仪公司生产的CYW11通用型投入式液位传感器可基本满足要求。该液位传感器采用膜片隔离技术和进口压力敏感元件，放大电路为美国进口集成芯片，供电电压范围宽，电缆连接，直接投入现场。具有工作稳定性好、响应速度快、安装维护简单、抗干扰能力强以及具有过压限流保护等特点。具体型号为CYW11-L5-B6-A1-B-G（通用型投入式液位变送器、量程0-5米、线缆6米、输出4-20mA、精度0.25级、供电9-36VDC）。

压力传感器主要用于调压阀后的压力测量，根据压力传感器的读数可以判断出调压阀工作状态以及调压阀是否正常工作。调压阀后压力范围为0-2 m水头，即0-20 KPa，因此采用的压力传感器量程范围应在20*1.5 KPa - 20*2 KPa之间，结合北京星仪公司产品目录选择量程最接近的0-50 KPa的CYYZ15小巧型压力变送器，可基本满足要求。该型传感器采用膜片隔离技术和进口压力敏感元件，放大电路为美国进口集成芯片，供电电压范围宽。具有工作稳定性好、抗干扰能力强、测量精度高和响应速度快等特点。具体型号为CYYZ15-Y-06-A1-14-A-G（小巧型压力变送器、有锁母、量程0-50 KPa、输出4-20mA、连接M20*1.5、精度0.1级、供电9-36VDC）。

光照度传感器用于检测灌区光照强度，为灌区记录的环境参数之一，为估算地面水分蒸发量提供参考，也为灌水量的制定提供依据。本系统选用武汉能慧公司生产的NHZD10型光照度传感器。该型照度传感器核心为专用照度元件，壳体由铝合金制成，感光窗口为光学玻璃。具有抗干扰能力强、工作稳定性好、测量精度高、铝合金壳体结构、工作寿命长等特点。广泛用于各种环境条件下的室内外光线强度测量。具体型号为NHZD10CI（量程：0-200000lx，输出信号：4-20mA）。

降雨量传感器用于测量灌区的降雨量，为灌区记录的环境参数之一，并与温度传感器和光照度传感器一同为灌溉水平的制定提供参考依据。系统采用武汉能慧公司生产的NHYL42型降雨量传感器。该降雨量传感器主要由量杯、翻斗、过滤漏斗、承水器、干簧管和底座等组成。降雨经过承雨器，进入过滤漏斗，然后流入翻斗，当翻斗内聚集一定量的雨水后，翻斗翻转，倒空翻斗里的雨水，翻斗的另一个斗又开始接水。干簧管将翻斗的翻转动作转换成脉冲输出到信号采集系统。翻斗式雨量传感器适用于水文站、气象站、农林领域等需要测量降雨量、降雨起迄时间和降雨强度的场合。具体型号为NHYL42AI（分辨率0.1mm，输出信号4-20mA）。

称重传感器20安装在施肥罐15中，用于水溶肥重量的测量，是施肥量控制的依据。根据微润灌溉和施肥最优模式施肥水平，设置称重传感器的最佳量程范围，结合施肥罐设计要求和根据OMEGA公司产品目录选择量程最接近的LC8200系列紧凑型通孔称重传感器，可基本满足要求。该系列称重传感器结构简单坚固耐用，具有测量稳定性好、精度高、寿命长的优点。具体型号为LC8200-[1.00]-100（外径为2.00 inch（51 mm），内径为1.00 inch（25 mm），测量范围为0-100 lb（45 Kg））。

流量传感器安装于出水主管上，用于记录总灌水量，根据微润灌溉和施肥水平的最优组合，采用杭州美控MK-LDG型低流量电磁流量计，可基本满足要求。电磁型流量传感器具有不受流体温度、粘度、密度等物理特性的影响，测量管内没有阻流件部件，流体阻力小，压力损失小，对直管段要求低等特点。此外，该系列电磁流量计采用线性测量原理，测量精确高，并且通径覆盖范围宽。衬里材料和电极材料可选，能根据实际生产需要进行定做，可以满足多种导电流体流量测量的需要。在水利灌溉、给排水、石油化工、造纸、食品等工农业应用广泛。具体选型为LDG-MK-5-1-1-B-1-1-1-P2-T1-E2-1（公称直径DN5，一体式，法兰安装，精度等级0.5，橡胶衬里，316L不锈钢电极，碳钢外壳，压力等级1.6Mpa，温度等级≤60℃，供电方式24VDC，信号输出4-20mA，RS485）。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种微润灌溉水肥一体控制系统，其特征在于：包括就地测控系统、中心站监控系统、网络应用服务器和因特网应用系统，所述的就地测控系统包括控制箱、传感器模块、供电系统、摄像头、灌溉管网装置、无线网桥Ⅰ，控制箱包括PLC控制器、触摸屏、交换机、中间继电器，传感器模块与PLC控制器连接，用于就地检测农田的实际状况，PLC控制器、摄像头分别与交换机连接，交换机与无线网桥连接，中间继电器一端与PLC控制器连接，另一端与灌溉管网装置连接，中心站监控系统包括监控工作站及设置在监控工作站内的与控制计算机连接的无线网桥Ⅱ、视频服务器、数据库服务器、显示屏、组态软件、路由器，无线网桥Ⅱ一端与无线网桥Ⅰ无线通讯连接，另一端通过路由器与网络应用服务器连接，网络应用服务器与因特网应用系统连接，控制计算机与路由器连接，视频服务器存储摄像头拍摄到的视频并显示屏上显示，组态软件接收现场数据，然后存储在数据库中，控制计算机根据PLC控制器传递的传感器模块检测信号，通过PLC控制器控制灌溉管网装置进行灌溉，因特网应用系统包括网络应用服务器、WEB终端、WAP终端和应用软件，WEB终端、WAP终端和应用软件，给远程控制提供人机界面，WEB终端、WAP终端通过网络应用服务器提供的接口访问中心站监控系统。

2.根据权利要求1所述的一种微润灌溉水肥一体控制系统，其特征在于：所述的就地测控系统设有与PLC控制器连接的人工控制按钮，用户可通过人工控制按钮控制PLC控制器使灌溉管网装置进行灌溉。

3.根据权利要求1所述的一种微润灌溉水肥一体控制系统，其特征在于：所述的传感器模块包括安装在农田中的温度传感器、湿度传感器、光照传感器、降雨量传感器、风速传感器、土壤水分传感器。

4.根据权利要求1所述的一种微润灌溉水肥一体控制系统，其特征在于：所述的供电系统包括太阳能电池板、风力发电机、小型柴油发电机、蓄电池组、电源管理模块，太阳能电池板、风力发电机、小型柴油发电机均与电源管理模块连接，电源管理模块一方面与灌溉管网装置连接，提供交流电，另一方面与蓄电池组连接，蓄电池组与就地测控系统连接。

5.根据权利要求4所述的一种微润灌溉水肥一体控制系统，其特征在于：所述的蓄电池组采用免维护铅酸蓄电池组，控制箱为不锈钢材质制作的户外防水型控制箱。

6.根据权利要求3所述的一种微润灌溉水肥一体控制系统，其特征在于：所述的灌溉管网装置包括水箱（1）、水箱溢流管（2）、水箱顶盖（3）、电动球阀Ⅰ（4）、流液位变送器（5）、水箱排污阀（7）、地下水水井（8）、潜水泵（9）、手动球阀Ⅰ（10）、电动球阀Ⅱ（11）、流量变送器（12）、手动球阀Ⅱ（13）、电动球阀Ⅲ（14）、施肥罐（15）、浮球阀（16）、U型吸管（17）、水溶肥（18）、支架（19）、称重传感器（20）、电动球阀Ⅳ（21）、电动球阀Ⅴ（23）、文丘里施肥器（24）、电动球阀Ⅵ（25）、电动球阀Ⅶ（26）、电动球阀Ⅷ（27）、电动球阀Ⅸ（28）、电动球阀Ⅹ（29）、电动球阀Ⅺ（30）、电动球阀Ⅻ（31）、调压阀Ⅰ（32）、调压阀Ⅱ（33）、调压阀Ⅲ（34）、调压阀Ⅳ（35）、压力变送器（36）、微润管（37）、土壤水分变送器（38）、手动球阀Ⅲ（39）、液位传感器、压力传感器、流量传感器；

所述水箱（1）上端设有水箱溢流管（2）和水箱顶盖（3），水箱（1）底面为圆弧面，在最底部安装有排污管，排污管上安装有排污阀（7），水箱（1）一侧顶端安装有进水主管，进水主管伸入地下水井（8）内且通过潜水泵（9）从地下水井（8）内抽取水，进水主管上设有手动球阀Ⅰ（4），水箱（1）底端安装有出水主管和液位传感器；

所述的水箱（1）出水主管上依次设有流液位变送器（5）、手动球阀Ⅰ（10）、电动球阀Ⅱ（11）、流量传感器、流量变送器（12）以及电动球阀Ⅶ（26），流液位变送器（5）与液位传感器连接，流量变送器（12）与流量传感器连接；

所述的施肥罐（15）中安装有水溶肥容器、浮球阀（16）、U型吸管（17）、支架（19）、称重传感器（20）、电动球阀Ⅳ（21）、进水管和混合肥出肥管；水溶肥容器通过支架（19）安装在施肥罐（15）上方，称重传感器（20）安装在水溶肥容器下方，水溶肥容器底部连接水溶肥出肥管，水溶肥出肥管上安转有电动球阀Ⅳ（21），进水管通过安装在其上的电动球阀Ⅲ（14）、手动球阀Ⅱ（13）与水箱（1）的出水主管相连接；U型吸管（17）竖向安装在施肥罐（15）的中下部，U型吸管（17）的出口低于U型吸管（17）的入口，浮球阀(16)安装在施肥罐（15）内的进水管上，混合肥出肥管安装在施肥罐（15）底部且通过安装在其上的电动球阀Ⅴ（23），与文丘里施肥器（24）连接；文丘里施肥器（24）一端经过电动球阀Ⅵ（25）与水箱（1）的出水主管相连接，另一端经过电动球阀Ⅷ（27）也与水箱（1）的出水主管相连接；

所述的水箱（1）出水主管末端分别连接电动球阀Ⅸ（28）、电动球阀Ⅹ（29）、电动球阀Ⅺ（30）、电动球阀Ⅻ（31），电动球阀Ⅸ（28）、电动球阀Ⅹ（29）、电动球阀Ⅺ（30）、电动球阀Ⅻ（31）的另一端分别连接调压阀Ⅰ（32）、调压阀Ⅱ（33）、调压阀Ⅲ（34）、调压阀Ⅳ（35），调压阀Ⅰ（32）、调压阀Ⅱ（33）、调压阀Ⅲ（34）、调压阀Ⅳ（35）的另一端均与压力传感器连接，压力传感器通过压力变送器（36）与微润管（37）相连，微润管（37）上设置土壤水分变送器（38），土壤水分变送器（38）与土壤水分传感器连接，微润管（37）尾管上设有手动球阀Ⅲ（39）；

所述流液位变送器（5）、流量变送器（12）、压力变送器（36）、土壤水分变送器（38）、潜水泵（9）、电动球阀Ⅰ（4）、电动球阀Ⅱ（11）、电动球阀Ⅲ（14）、称重传感器（20）、电动球阀Ⅳ（21）、电动球阀Ⅴ（23）、电动球阀Ⅵ（25）、电动球阀Ⅶ（26）、电动球阀Ⅷ（27）、电动球阀Ⅸ（28）、电动球阀Ⅹ（29）、电动球阀Ⅺ（30）、电动球阀Ⅻ（31）、调压阀Ⅰ（32）、调压阀Ⅱ（33）、调压阀Ⅲ（34）、调压阀Ⅳ（35）均与PLC控制器连接。

7.根据权利要求6所述的一种微润灌溉水肥一体控制系统，其特征在于：所述的水箱（1）出水主管的入口处设有过滤器Ⅰ（6），混合肥出肥管的入口处设有过滤器Ⅱ（22）。

8.根据权利要求6所述的一种微润灌溉水肥一体控制系统，其特征在于：所述的水箱（1）的顶部两侧一侧高一侧低，水箱盖（3）的两侧一侧高一侧低，水箱盖（3）低的一侧的末端设有开口。

9.根据权利要求6所述的一种微润灌溉水肥一体控制系统，其特征在于：所述的水箱（1）的一侧安装有人梯。

10.根据权利要求6所述的一种微润灌溉水肥一体控制系统，其特征在于：所述的就地测控系统还包括与PLC控制器连接的报警指示灯。