CN108738595B - 微功耗自动灌溉控制系统 - Google Patents

微功耗自动灌溉控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微功耗自动灌溉控制系统，包括：多个传感器模块，其采集或收集农田参数信息、管道数据以及空气数据信息并无线传递；传感器接口模块，其与所述多个传感器模块无线连接，接收并转化所述传感器模块传递的数据；主控制模块，其包括储存区，其用于储存所述传感器模块通过所述传感器接口模块传递的数据；所述主控制模块根据储存所述传感器接口模块传递的数据信息作出需水诊断，并根据该需水诊断作出相应指令；多个执行模块，其接收所述主控制模块发送的指令，并执行；本发明基于无线网络，可实时远程监控；采用太阳能供电，节能环保；自动控制，精准浇灌。

Description

微功耗自动灌溉控制系统
技术领域
本发明涉及浇灌领域。更具体地说，本发明涉及一种微功耗自动灌溉控制系统。
背景技术
在灌溉系统中合理地推广自动化控制，不仅可以提高水资源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低农产品的成本。灌溉系统自动化的水平较低也是制约我国高效农业发展的主要原因。由传统的充分灌溉向非充分灌溉发展，对灌区用水进行监测预报，实际动态管理。高效农业和精细农业要求我们必须提高水资源的利用率。要真正实现水资源的高效，仅凭单项节水灌溉技术是不可能解决的。因此，有必要开展微功耗自动灌溉控制系统的开发与研制，从而实现自动化智能化浇灌。
发明内容
本发明提供一种微功耗自动灌溉控制系统，可以实现自动化智能化浇灌。
为了实现以上目的，本发明提供一种微功耗自动灌溉控制系统，包括：
多个传感器模块，其采集或收集农田参数信息、管道数据以及空气数据信息并无线传递；
传感器接口模块，其与所述多个传感器模块无线连接，接收并转化所述传感器模块传递的数据；
主控制模块，其包括储存区，其用于储存所述传感器模块通过所述传感器接口模块传递的数据；所述主控制模块根据储存所述传感器接口模块传递的数据信息作出需水诊断，并根据该需水诊断作出相应指令；
多个执行模块，其接收所述主控制模块发送的指令，并执行。
优选的是，所述的微功耗自动灌溉控制系统，所述多个传感器模块为以下传感器中的任意两个或者两个以上：
湿度传感器，其周期性采集土壤含水量；
盐度传感器，其周期性采集土壤盐分；
温湿度传感器，其实时采集空气的温湿度情况；
风速传感器，其实时采集风速；
压力传感器，其实时采集浇灌管道的管道压力；
水流传感器，其实时采集浇灌管道的水流流速情况。
优选的是，所述的微功耗自动灌溉控制系统，所述执行模块包括分布在田间浇灌管道上的多种电磁阀、分布在田间的施肥/施药装置。
优选的是，所述的微功耗自动灌溉控制系统，还包括，供电模块，其包括蓄电组以及为其供电的太阳能充电模块；所述蓄电池与所述传感器模块、传感器接口模块、所述主控制模块以及所述执行模块均实现电连接。
优选的是，所述的微功耗自动灌溉控制系统，所述主控制模块根据储存所述传感器接口模块传递的数据信息作出需水诊断，并根据该需水诊断作出相应指令，并执行；具体为以下情况中的任意一个和/或任意多个的组合：
1)若湿度传感器采集到土壤含水量低于预设最低预设值，则主控制模块发送灌溉指令；若等于或者高于预设最高预设值，则发送停止灌溉指令；直至浇灌至土壤含水量达到预设范围即可停止浇灌；
2)若盐度传感器采集到土壤盐度低于预设最低预设值，则主控制模块发送施肥指令；若等于或者高于预设最高预设值，则发送灌溉指令；直至浇灌至土壤盐度达到预设范围即可停止浇灌；
3)若温湿度传感器采集到空气的湿度高于预设最低预设值，则主控制模块发送降低浇灌管道的水流流速的指令；
4)若风速传感器采集到风速过大，超过预设值，则主控制模块发送停止灌溉的指令；待风速下降至低于预设值，则恢复灌溉；
5)若压力传感器采集到浇灌管道的管道压力值不在预设范围内，则主控制模块发送增大或减小灌溉速度的指令直至管道压力值达到预设范围；
6)若水流传感器采集到浇灌管道的水流流速不在预设范围内，其主控制模块发送增大或减小灌溉速度的指令直至浇灌管道的水流流速达到预设范围；
当以上任意两个或者以上情况组合同时出现且主控制模块针对该多种情况发送的指令并不存在冲突时，则执行模块执行同时执行多种模块；若存在冲突，则遵循预设的不同指令的重要级别情况依次进行处理，且处理时，该传感器模块都会实时采集数据，并把该数据通过传感器接口模块传递给所述主控制模块，并所述主控制模块实时根据新的数据信息确定指令，直至所有的数据信息达到预设值。
优选的是，所述的微功耗自动灌溉控制系统，所述施肥/施药装置具体包括：
肥液罐，其通过连通管道与浇灌主管路连通；连通管道上装有水泵，其将浇灌主管路的水泵入肥液罐，该所述肥液罐内放置肥/药；
施肥/药管路，其一端连通于所述肥液罐，另一端连通于农田，所述施肥/药管路上设置电磁阀，控制其启闭，即可控制喷洒肥/药与否；
pH计和EC计，其位于所述肥液罐内，用于实时采集其内液体的pH值和EC值，并将该数据信息传递给所述主控制模块；当pH值和EC值尚未达到预设范围值但是接近预设范围值时，则所述主控制模块则发出降低泵体转速的指令，从而泵体泵水速度降低；直至pH值和EC值都达到预设范围值，则所述主控制模块则发出关闭泵体且开启所述电磁阀开始喷洒肥/药的指令，则泵体停止泵水，电磁阀开启，即开始喷洒肥/药。
优选的是，所述的微功耗自动灌溉控制系统，所述肥液罐具体包括：
罐体，其侧壁设供投入肥/药的投料口；
外筒体以及内筒体，其彼此内外套设，且外筒体、内筒体分别固定于轴承的外圈以及内圈，所述外筒体、内筒体分别在电机的带动下实现转动，且二者转动方向相反；所述外筒体的外壁向外连接多个倾斜向上的第一搅拌板；所述内筒体的外壁向外连接多个倾斜向下的第二搅拌板；所述外筒体以及内筒体均内部中空；
所述施肥/药管路竖直穿过所述罐体的顶部，并穿过所述内筒体伸入到所述罐体的底部，所述施肥/药管路的底部还水平连通一圆弧状的扫动管体，所述扫动管体靠近罐体1底部的一侧开设一开口，以吸取所述罐体底部的液体；随着逐步远离所述施肥/药管路，所述扫动管体的直径逐步减小。
本发明至少包括以下有益效果：1、基于无线网络，可实时远程监控；2、采用太阳能供电，节能环保，而且采用的电磁阀等设备都是微功耗型；3、自动控制，精准浇灌。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明微功耗自动灌溉控制系统的整体结构示意图；
图2为本发明微功耗自动灌溉控制系统中的施肥/施药装置的结构示意图；
图3为本发明微功耗自动灌溉控制系统中肥液罐的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明提供一种微功耗自动灌溉控制系统，包括：
多个传感器模块，其采集或收集农田参数信息、管道数据以及空气数据信息并无线传递；所述多个传感器模块为以下传感器中的任意两个或者两个以上：湿度传感器，其周期性采集土壤含水量；盐度传感器，其周期性采集土壤盐分；温湿度传感器，其实时采集空气的温湿度情况；风速传感器，其实时采集风速；压力传感器，其实时采集浇灌管道的管道压力；水流传感器，其实时采集浇灌管道的水流流速情况。传感器接口模块，其与所述多个传感器模块无线连接，接收并转化所述传感器模块传递的数据；主控制模块，其包括储存区，其用于储存所述传感器模块通过所述传感器接口模块传递的数据；所述主控制模块根据储存所述传感器接口模块传递的数据信息作出需水诊断，并根据该需水诊断作出相应指令；多个执行模块，其接收所述主控制模块发送的指令，并执行。所述执行模块包括分布在田间浇灌管道上的多种电磁阀、分布在田间的施肥/施药装置。
在上述实施方式中，传感器模块，也就是数据采集单元，对农田的土壤墒情、盐分。空气温湿度、降雨、风速风向、管道压力以及流量等参数实时监控，实现整个系统的数据采集，然后通过数据分析进行信息管理和远程智能控制，是系统能否达到精准灌溉的关键。传感器模块能在出现电源故障时实现自我保护，再次通电时自动恢复；传感器接口模块适合农田节水灌溉的特定环境和特殊需求，其可以对数据采集模块的各种数据进行转换；
另一种实施方式中，所述的微功耗自动灌溉控制系统，还包括，供电模块，其包括蓄电组以及为其供电的太阳能充电模块；所述蓄电池与所述传感器模块、传感器接口模块、所述主控制模块以及所述执行模块均实现电连接。
另一种实施方式中，所述的微功耗自动灌溉控制系统，所述主控制模块根据储存所述传感器接口模块传递的数据信息作出需水诊断，并根据该需水诊断作出相应指令，并执行；具体为以下情况中的任意一个和/或任意多个的组合：1)若湿度传感器采集到土壤含水量低于预设最低预设值，则主控制模块发送灌溉指令；若等于或者高于预设最高预设值，则发送停止灌溉指令；直至浇灌至土壤含水量达到预设范围即可停止浇灌；2)若盐度传感器采集到土壤盐度低于预设最低预设值，则主控制模块发送施肥指令；若等于或者高于预设最高预设值，则发送灌溉指令；直至浇灌至土壤盐度达到预设范围即可停止浇灌；3)若温湿度传感器采集到空气的湿度高于预设最低预设值，则主控制模块发送降低浇灌管道的水流流速的指令；4)若风速传感器采集到风速过大，超过预设值，则主控制模块发送停止灌溉的指令；待风速下降至低于预设值，则恢复灌溉；5)若压力传感器采集到浇灌管道的管道压力值不在预设范围内，则主控制模块发送增大或减小灌溉速度的指令直至管道压力值达到预设范围；6)若水流传感器采集到浇灌管道的水流流速不在预设范围内，其主控制模块发送增大或减小灌溉速度的指令直至浇灌管道的水流流速达到预设范围；
当以上任意两个或者以上情况组合同时出现且主控制模块针对该多种情况发送的指令并不存在冲突时，则执行模块执行同时执行多种模块；若存在冲突，则遵循预设的不同指令的重要级别情况依次进行处理，且处理时，该传感器模块都会实时采集数据，并把该数据通过传感器接口模块传递给所述主控制模块，并所述主控制模块实时根据新的数据信息确定指令，直至所有的数据信息达到预设值。比如当情况1)中的土壤含水量过低和情况4)风速过大同时出现时，针对情况1)，控制器发出灌溉指令，而针对情况4)，控制器发出停止浇灌的指令，则此前如果将停止灌溉的指令设定为比浇灌重要，首先会满足停止浇灌的指令，然后待风速下降至低于预设值，再重新浇灌；
另一种实施方案中，所述的微功耗自动灌溉控制系统，如图2所示，所述施肥/施药装置具体包括：
肥液罐8，其通过连通管道9与浇灌主管路10连通；连通管道10上装有水泵11，其将浇灌主管路10的水泵入肥液罐8，该所述肥液罐8内放置肥/药；
施肥/药管路12，其一端连通于所述肥液罐8，另一端连通于农田，所述施肥/药管路12上设置电磁阀，控制其启闭，即可控制喷洒肥/药与否；
pH计13和EC计14，其位于所述肥液罐8内，用于实时采集其内液体的pH值和EC值，并将该数据信息传递给所述主控制模块；当pH值和EC值尚未达到预设范围值但是接近预设范围值时，则所述主控制模块则发出降低泵体转速的指令，从而泵体泵水速度降低；直至pH值和EC值都达到预设范围值，则所述主控制模块则发出关闭泵体且开启所述电磁阀开始喷洒肥/药的指令，则泵体停止泵水，电磁阀开启，即开始喷洒肥/药。
另一种实施方式中，所述的微功耗自动灌溉控制系统，如图3所示，所述肥液罐具体包括：
罐体1，其侧壁设供投入肥/药的投料口，该投料口连通一投料漏斗2；
外筒体3以及内筒体4，其彼此内外套设，且外筒体3、内筒体4分别固定于轴承5的外圈以及内圈，所述外筒体3、内筒体4分别在电机的带动下实现转动，且二者转动方向相反；所述外筒体3的外壁向外连接多个倾斜向上的第一搅拌板310；所述内筒体的外壁向外连接多个倾斜向下的第二搅拌板410；所述外筒体3以及内筒体4均内部中空；
所述施肥/药管路6竖直穿过所述罐体1的顶部，并穿过所述内筒体4伸入到所述罐体1的底部，所述施肥/药管路6的底部还水平连通一圆弧状的扫动管体7，所述扫动管体7靠近罐体1底部的一侧开设一开口，以吸取所述罐体1底部的液体；随着逐步远离所述施肥/药管路6，所述扫动管体7的直径逐步减小。
在工作过程中，外筒体3和内筒体4反向转动，带动布置方向相反的第一搅拌板310和第二搅拌板410转动，这样可以实现逆流对流，使得搅拌效果更好，而且扫动管体7在外部电机的带动下实现转动，此时扫动管体7边转动，边将罐体底部沉积的粘稠的液体刮到一起，并利用其上开设的开口吸收刮取到一起的液体，尤其是当液体粘稠的时候，效果充分利用底部沉积的液体，节省大量药物。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (4)

1.一种微功耗自动灌溉控制系统，其特征在于，包括：
多个传感器模块，其采集或收集农田参数信息、管道数据以及空气数据信息并无线传递；
传感器接口模块，其与所述多个传感器模块无线连接，接收并转化所述传感器模块传递的数据；
主控制模块，其包括储存区，其用于储存所述传感器模块通过所述传感器接口模块传递的数据；所述主控制模块根据储存所述传感器接口模块传递的数据信息作出需水诊断，并根据该需水诊断作出相应指令；
多个执行模块，其接收所述主控制模块发送的指令，并执行；
所述执行模块包括分布在田间浇灌管道上的多种电磁阀、分布在田间的施肥/施药装置；
所述施肥/施药装置具体包括：
肥液罐，其通过连通管道与浇灌主管路连通；连通管道上装有水泵，其将浇灌主管路的水泵入肥液罐，该所述肥液罐内放置肥/药；
施肥/药管路，其一端连通于所述肥液罐，另一端连通于农田，所述施肥/药管路上设置电磁阀，控制其启闭，即可控制喷洒肥/药与否；
pH计和EC计，其位于所述肥液罐内，用于实时采集其内液体的pH值和EC值，并将该数据信息传递给所述主控制模块；当pH值和EC值尚未达到预设范围值但是接近预设范围值时，则所述主控制模块则发出降低泵体转速的指令，从而泵体泵水速度降低；直至pH值和EC值都达到预设范围值，则所述主控制模块则发出关闭泵体且开启所述电磁阀开始喷洒肥/药的指令，则泵体停止泵水，电磁阀开启，即开始喷洒肥/药；
所述肥液罐具体包括：
罐体，其侧壁设供投入肥/药的投料口；
外筒体以及内筒体，其彼此内外套设，且外筒体、内筒体分别固定于轴承的外圈以及内圈，所述外筒体、内筒体分别在电机的带动下实现转动，且二者转动方向相反；所述外筒体的外壁向外连接多个倾斜向上的第一搅拌板；所述内筒体的外壁向外连接多个倾斜向下的第二搅拌板；所述外筒体以及内筒体均内部中空；
所述施肥/药管路竖直穿过所述罐体的顶部，并穿过所述内筒体伸入到所述罐体的底部，所述施肥/药管路的底部还水平连通一圆弧状的扫动管体，所述扫动管体靠近罐体底部的一侧开设一开口，以吸取所述罐体底部的液体；随着逐步远离所述施肥/药管路，所述扫动管体的直径逐步减小。
2.如权利要求1所述的微功耗自动灌溉控制系统，其特征在于，所述多个传感器模块为以下传感器中的任意两个或者两个以上：
湿度传感器，其周期性采集土壤含水量；
盐度传感器，其周期性采集土壤盐分；
温湿度传感器，其实时采集空气的温湿度情况；
风速传感器，其实时采集风速；
压力传感器，其实时采集浇灌管道的管道压力；
水流传感器，其实时采集浇灌管道的水流流速情况。
3.如权利要求1所述的微功耗自动灌溉控制系统，其特征在于，还包括，供电模块，其包括蓄电组以及为其供电的太阳能充电模块；所述蓄电池与所述传感器模块、传感器接口模块、所述主控制模块以及所述执行模块均实现电连接。
4.如权利要求2所述的微功耗自动灌溉控制系统，其特征在于，所述主控制模块根据储存所述传感器接口模块传递的数据信息作出需水诊断，并根据该需水诊断作出相应指令，并执行，具体为：以下情况中的任意一个和/或任意多个的组合：
1)若湿度传感器采集到土壤含水量低于预设最低预设值，则主控制模块发送灌溉指令；若等于或者高于预设最高预设值，则发送停止灌溉指令；直至浇灌至土壤含水量达到预设范围即可停止浇灌；
2)若盐度传感器采集到土壤盐度低于预设最低预设值，则主控制模块发送施肥指令；若等于或者高于预设最高预设值，则发送灌溉指令；直至浇灌至土壤盐度达到预设范围即可停止浇灌；
3)若温湿度传感器采集到空气的湿度高于预设最低预设值，则主控制模块发送降低浇灌管道的水流流速的指令；
4)若风速传感器采集到风速过大，超过预设值，则主控制模块发送停止灌溉的指令；待风速下降至低于预设值，则恢复灌溉；
5)若压力传感器采集到浇灌管道的管道压力值不在预设范围内，则主控制模块发送增大或减小灌溉速度的指令直至管道压力值达到预设范围；
6)若水流传感器采集到浇灌管道的水流流速不在预设范围内，其主控制模块发送增大或减小灌溉速度的指令直至浇灌管道的水流流速达到预设范围；
当以上任意两个或者以上情况组合同时出现且主控制模块针对该多种情况发送的指令并不存在冲突时，则执行模块执行同时执行多种模块；若存在冲突，则遵循预设的不同指令的重要级别情况依次进行处理，且处理时，该传感器模块都会实时采集数据，并把该数据通过传感器接口模块传递给所述主控制模块，并所述主控制模块实时根据新的数据信息确定指令，直至所有的数据信息达到预设值。
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节水灌溉太阳能无线智能控制系统的应用研究;邢方亮;《中国优秀硕士学位论文全文数据库（信息科技辑）》;20150515(第05期);第4-35、48-49页 *
邢方亮.节水灌溉太阳能无线智能控制系统的应用研究.《中国优秀硕士学位论文全文数据库（信息科技辑）》.2015,(第05期),第4-35、48-49页. *

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