CN109964793B - 一种绞盘式喷灌机桁架倾倒报警控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种绞盘式喷灌机桁架倾倒报警控制系统及方法，系统包括绞盘式喷灌机以及设置在绞盘式喷灌机上的桁架，桁架的两端分别设置有左倾倒检测装置和右倾倒检测装置，绞盘式喷灌机上设置有中央控制器和第一无线通信模块，中央控制器分别与左倾倒检测装置、右倾倒检测装置和第一无线通信模块连接；系统还包括设置在井泵处的控泵执行装置，控泵执行装置包括井泵控制器和第二无线通信模块，井泵控制器分别与井泵、第二无线通信模块电性连接，井泵控制器通过第二无线通信模块与远程监控终端无线通信连接。本发明提供的绞盘式喷灌机桁架倾倒报警控制系统及方法，系统操作简单，自动化控制水平高，能够在桁架倾倒时及时停机，减少桁架损坏。

Description

一种绞盘式喷灌机桁架倾倒报警控制系统及方法
技术领域
本发明涉及绞盘式喷灌机技术领域，特别是涉及一种绞盘式喷灌机桁架倾倒报警控制系统及方法。
背景技术
绞盘式喷灌机是一种利用喷灌压力水，驱动水涡轮带动绞盘旋转，绞盘缠绕PE管牵引喷头车移动喷洒作业的喷灌机械，它具有移动方便、操作简单、省工省时、灌溉精度高、节水效果好、适应性强等优点，能有效地提供作物所需要的水分，提高产量。
在实际应用中，由于地块不平整或者农作物的缠绕，导致绞盘式喷灌机的桁架倾倒。此时，如果没有人在现场及时停止喷灌机，倾倒的桁架就会在水动力的驱动下继续移动，这样桁架上的机械装置在拖地后，由于继续行走导致机械装置损坏，给用户带来巨大损失。
发明内容
本发明的目的是提供一种绞盘式喷灌机桁架倾倒报警控制系统及方法，系统操作简单，自动化控制水平高，能够在桁架倾倒时及时停机，降低管理人员的劳动强度，减少桁架损坏，确保了设备安全。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种绞盘式喷灌机桁架倾倒报警控制系统，包括绞盘式喷灌机以及设置在绞盘式喷灌机上的桁架，其特征在于，所述桁架的两端分别设置有左倾倒检测装置和右倾倒检测装置，所述绞盘式喷灌机上设置有中央控制器和第一无线通信模块，所述中央控制器分别与所述左倾倒检测装置、右倾倒检测装置通信连接，所述左倾倒检测装置和右倾倒检测装置用于采集所述桁架的姿态信息，第一无线通信模块与所述中央控制器电性连接，所述中央控制器通过所述第一无线通信模块与远程监控终端无线通信连接；
所述绞盘式喷灌机桁架倾倒报警控制系统还包括设置在井泵处的控泵执行装置，所述控泵执行装置包括井泵控制器和第二无线通信模块，所述井泵控制器分别与井泵、第二无线通信模块电性连接，所述井泵控制器通过所述第二无线通信模块与所述远程监控终端无线通信连接，所述井泵控制器控制所述井泵的启停。
可选的，所述左倾倒检测装置和右倾倒检测装置均包括角度传感器和磁力计，所述角度传感器的型号为MPU-6050，所述姿态信息包括所述桁架的倾斜角、翻滚角和航向角。
可选的，所述左倾倒检测装置和右倾倒检测装置还包括微控制器和LORA天线，所述微控制器分别与所述角度传感器、磁力计和LORA天线电性连接，所述中央控制器电连接有LORA通信模块，所述LORA天线与所述LORA通信模块无线通信连接。
可选的，所述第一无线通信模块和第二无线通信模块为GPRS通信模块，所述中央控制器和井泵控制器为单片机。
可选的，所述绞盘式喷灌机上还安装有电源装置，所述电源装置为所述绞盘式喷灌机提供电源，所述电源装置包括蓄电池和太阳能供电装置，所述太阳能供电装置包括多个光伏板和太阳能控制器，多个所述光伏板与所述太阳能控制器连接，所述太阳能控制器与所述蓄电池连接，多个所述光伏板通过伸缩支架安装在所述绞盘式喷灌机的上方。
可选的，所述电源装置还包括水动力供电装置，所述水动力供电装置包括两个微型涡轮发电机和充电控制器，所述微型涡轮发电机与所述充电控制器连接，所述充电控制器与所述蓄电池连接；所述桁架中间固定安装有供水三通，所述供水三通的两端出水口分别连接有左侧输水管道和右侧输水管道，所述左侧输水管道和右侧输水管道固定设置在所述桁架上，所述左侧输水管道和和右侧输水管道上均安装有水流调节阀，所述水流调节阀的两侧连接有水流支管，所述微型涡轮发电机通过所述水流支管连接到所述左侧输水管道上。
可选的，所述远程控制终端为云平台、远程监控计算机或手机终端。
本发明还提供了一种绞盘式喷灌机桁架倾倒报警控制方法，包括以下步骤：
左倾倒检测装置和右倾倒检测装置分别采集桁架左右两端的姿态信息，并分别判断桁架是否发生倾倒；
如果左倾倒检测装置和右倾倒检测装置中至少一个倾倒检测装置判断出发生倾倒，判断出发生倾倒的倾倒检测装置向中央控制器发送倾倒提示信号；
中央控制器接收到倾倒提示信号后，通过第一无线通信模块向远程监控终端发送报警信号；
远程控制终端收到报警信号后，向第二无线通信模块发送停机指令；
第二无线通信模块接收停机指令，并传输给井泵控制器，井泵控制器控制井泵停机，绞盘式喷灌机停止运行。
可选的，所述左倾倒检测装置和右倾倒检测装置分别采集桁架左右两端的姿态信息，并分别判断桁架是否发生倾倒，具体包括：所述左倾倒检测装置采集桁架左端的姿态信息，判断所述桁架的左端是否倾倒，所述右倾倒检测装置采集桁架右端的姿态信息，判断所述桁架的右端是否倾倒；所述左倾倒检测装置和右倾倒检测装置均包括角度传感器、磁力计、微控制器和LORA天线，所述角度传感器型号为MPU-6050，所述姿态信息包括所述桁架的倾斜角、翻滚角和航向角，所述微控制器分别与所述角度传感器、磁力计和LORA天线电性连接，所述角度传感器、磁力计用于采集桁架的姿态信息，并传输给所述微控制器，所述微控制器将姿态信息与设定阈值进行比较，判断桁架是否发生倾倒。
可选的，所述的如果左倾倒检测装置和右倾倒检测装置中至少一个倾倒检测装置判断出发生倾倒，判断出发生倾倒的检测装置向中央控制器发送倾倒提示信号，具体包括：所述中央控制器电连接有LORA通信模块，所述LORA天线与所述LORA通信模块无线通信连接，判断出发生倾倒的控制器通过与其连接LORA天线向LORA通信模块发送倾倒提示信号。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的绞盘式喷灌机桁架倾倒报警控制系统及方法，在桁架上设置左倾倒检测装置和右倾倒检测装置，分别采集桁架左右两端的姿态信息，对桁架的姿态进行实时监测，并通过内置的微控制器判断是否桁架是否发生倾倒，实时将倾倒提示信号发送到中央控制器，中央控制器及时发现桁架倾倒，并通过第一无线通信模块将报警信号传输给远程控制终端，远程控制终端可以向控泵执行装置发出停机指令，通过控泵执行装置及时停止井泵，从而使得绞盘式喷灌机失去动力而停机，减少桁架的损坏，确保设备安全，实时监测和远程控制的操作提高了自动化控制水平，减少了管理人员的劳动强度；绞盘式喷灌机上太阳能供电装置与水力供电装置的设置，进一步提高了水资源和太阳能资源的利用效率，更加节能环保，并实现了两种节能供电方式的互补，在阴天太阳能不足时，也可以确保电力供应。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例绞盘式喷灌机桁架倾倒报警控制系统结构框图；
图2为左倾倒检测装置和右倾倒检测装置的安装结构示意图；
图3为本发明实施例微型涡轮发电机的安装结构示意图；
图4为本发明实施例电源装置的电路原理示意图；
图5为本发明实施例绞盘式喷灌机桁架倾倒报警控制方法流程示意图；
附图标记说明：1、左倾倒检测装置；2、右倾倒检测装置；3、中央控制器；4、第一无线通信模块；5、远程控制终端；6、第二无线通信模块；7、井泵控制器；8、井泵；9、桁架；10、右侧输水管道；11、水流调节阀；12、水流支管；13、微型涡轮发电机；14、喷头。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种绞盘式喷灌机桁架倾倒报警控制系统及方法，系统操作简单，自动化控制水平高，能够在桁架倾倒时及时停机，降低管理人员的劳动强度，减少桁架损坏，确保了设备安全。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-图2所示，本发明提供的绞盘式喷灌机桁架倾倒报警控制系统，包括绞盘式喷灌机以及设置在绞盘式喷灌机上的桁架，所述桁架9的两端分别设置有左倾倒检测装置1和右倾倒检测装置2，所述绞盘式喷灌机上设置有中央控制器3和第一无线通信模块4，所述中央控制器3分别与所述左倾倒检测装置1、右倾倒检测装置2和通信连接，所述左倾倒检测装置和右倾倒检测装置用于采集所述桁架的姿态信息，第一无线通信模块4与所述中央控制器3电性连接，所述左倾倒检测装置1和右倾倒检测装置2分别采集所述桁架9左右两端的姿态信息，并传输给所述中央控制器3，所述中央控制器3通过所述第一无线通信模块4与远程监控终端5无线通信连接；所述中央控制器3将所述姿态信息与设定的阈值进行比较，判断出桁架9发生倾倒后，将报警信号通过第一无线通信模块4传输给所述远程监控终端5；
所述绞盘式喷灌机通过PE管线与井泵连接，井泵为所述绞盘式喷灌机提供水源；所述绞盘式喷灌机桁架倾倒报警控制系统还包括设置在井泵处的控泵执行装置，所述控泵执行装置包括井泵控制器7和第二无线通信模块6，所述井泵控制器7分别与井泵8、第二无线通信模块6电性连接，所述井泵控制器控制所述井泵的启停，所述井泵控制器7通过所述第二无线通信模块6与所述远程监控终端5无线通信连接，还可以通过第二无线通信模块6与所述第一无线通信模块4连接，所述井泵控制器7通过第二无线通信模块6接收所述远程监控终端5或所述中央控制器3发出的停机指令后，控制所述井泵8停机，所述井泵控制器7通过安装在井泵上的电磁继电器控制井泵停机；
所述左倾倒检测装置1和右倾倒检测装置2均包括角度传感器和磁力计，角度传感器和磁力计，所述角度传感器采用MPU-6050，所述姿态信息包括所述桁架的倾斜角、翻滚角和航向角。所述左倾倒检测装置和右倾倒检测装置还包括微控制器和LORA天线，所述微控制器分别与所述角度传感器、磁力计和LORA天线电性连接，所述中央控制器电连接有LORA通信模块，所述LORA天线与所述LORA通信模块无线通信连接，所述微处理器为单片机，所述微处理器通过LORA天线将角度传感器和磁力计采集到的姿态信息传输到所述中央控制器。左倾倒检测装置和右倾倒检测装置通过无线通信方式与中央控制器通信，避免了桁架上架设通信电缆的麻烦。其中，MPU-6050以数字输出6轴的旋转矩阵、四元数(quaternion)、欧拉角格式(Euler Angle forma)的融合演算数据，本申请采用四元数法经过反余弦计算得出俯仰角、翻滚角和航向角，这属于本领域的常规技术手段；磁力计主要是校正航向角的作用，实际应用中发现，如果绞盘式喷灌机静止时，因为MPU-6050芯片非常灵敏，航向角是通过芯片MPU-6050测得的角速度积分得到的，静态时由于误差而导致航向角会慢慢的累加，此时，桁架实际上是不动的，但是通过程序计算桁架的姿态在慢慢的水平旋转，本申请中通过加上磁力计来解决静态下航向角的校正问题，进而提高姿态信息采集的准确性。
所述第一无线通信模块4和第二无线通信模块6为GPRS通信模块，可以通过GPRS通信网络通信，所述中央控制器3和井泵控制器7为单片机，所述远程控制终端为云平台、远程监控计算机或手机终端。
所述绞盘式喷灌机上还安装有电源装置，所述电源装置为所述绞盘式喷灌机提供电源，所述电源装置包括蓄电池和太阳能供电装置，所述太阳能供电装置包括多个光伏板和太阳能控制器，多个所述光伏板与所述太阳能控制器连接，所述太阳能控制器与所述蓄电池连接，多个所述光伏板通过伸缩支架安装在所述绞盘式喷灌机的上方，伸缩支架为伸缩杆，所述伸缩杆的一端固定在所述绞盘式喷灌机上，另一端与光伏板连接，通过伸缩杆可以调整光伏板的高度；所述电源装置还包括水动力供电装置，所述水动力供电装置包括两个微型涡轮发电机和充电控制器，所述微型涡轮发电机与所述充电控制器连接，所述充电控制器与所述蓄电池连接；所述桁架中间固定安装有供水三通，所述供水三通的两端出水口分别连接有左侧输水管道和右侧输水管道，所述左侧输水管道和右侧输水管道固定设置在所述桁架上，所述左侧输水管道和右侧输水管道上均安装有水流调节阀，所述水流调节阀的两侧连接有水流支管，所述微型涡轮发电机通过所述水流支管连接到所述左侧输水管道上，水流调节阀可以选用球阀；以右侧输水管道上的微型涡轮发电机的安装为例，如图3所示，微型涡轮发电机13通过水流支管12连接到所述水流调节阀11两侧的右侧输水管道10上，右侧输水管道10的末端为喷头14，通过调节水流调节阀11可以控制右侧输水管道10中流过的水，进而控制通过水流支管12流过微型涡轮发电机13的水流速度；所述左侧输水管上的微型涡轮发电机与右侧输水管道对称设置。
太阳能供电装置和水动力供电装置同时给蓄电池充电，所述蓄电池为绞盘式喷灌机上的中央控制器和左、右倾倒监测装置等设备供电，电路原理示意图如图4，由两个二极管器发挥隔离作用，工作时，选择最佳的供电方式，例如阴天可以由水动力供电装置供电。
如图5所示，本发明还提供了一种绞盘式喷灌机桁架倾倒报警控制方法，包括以下步骤：
步骤一，左倾倒检测装置和右倾倒检测装置分别采集桁架左右两端的姿态信息，并分别判断桁架是否发生倾倒；
步骤二，如果左倾倒检测装置和右倾倒检测装置中至少一个倾倒检测装置判断出发生倾倒，判断出发生倾倒的倾倒检测装置向中央控制器发送倾倒提示信号；
步骤三，中央控制器接收到倾倒提示信号后，通过第一无线通信模块向远程监控终端发送报警信号；
步骤四，远程控制终端收到报警信号后，向第二无线通信模块发送停机指令；
步骤五，第二无线通信模块接收停机指令，并传输给井泵控制器，井泵控制器控制井泵停机，绞盘式喷灌机停止运行。
其中，步骤一中，所述左倾倒检测装置和右倾倒检测装置分别采集桁架左右两端的姿态信息，并分别判断桁架是否发生倾倒，具体包括：所述左倾倒检测装置采集桁架左端的姿态信息，判断所述桁架的左端是否倾倒，所述右倾倒检测装置采集桁架右端的姿态信息，判断所述桁架的右端是否倾倒；所述左倾倒检测装置和右倾倒检测装置均包括角度传感器、磁力计、微控制器和LORA天线，所述角度传感器型号为MPU-6050，所述姿态信息包括所述桁架的倾斜角、翻滚角和航向角，所述微控制器分别与所述角度传感器、磁力计和LORA天线电性连接，所述角度传感器、磁力计用于采集桁架的姿态信息，并传输给所述微控制器，所述微控制器将姿态信息与设定阈值进行比较，判断桁架是否发生倾倒；所述设定阈值指的正常运行的桁架左右两端的姿态信息。
步骤二中，所述的如果左倾倒检测装置和右倾倒检测装置中至少一个倾倒检测装置判断出发生倾倒，判断出发生倾倒的检测装置向中央控制器发送倾倒提示信号，具体包括：所述中央控制器电连接有LORA通信模块，所述LORA天线与所述LORA通信模块无线通信连接，判断出发生倾倒的控制器通过与其连接LORA天线向LORA通信模块发送倾倒提示信号。
步骤三中，中央控制器接收到左倾倒检测装置和右倾倒检测装置中的一个或两个装置发来的倾倒提示信号后，即只要桁架有一端发生倾倒，中央控制器就会通过第一无线通信模块向远程监控终端发送报警信号。
本发明提供的绞盘式喷灌机桁架倾倒报警控制系统及方法，在桁架上设置左倾倒检测装置和右倾倒检测装置，分别采集桁架左右两端的姿态信息，对桁架的姿态进行实时监测，并通过内置的微控制器判断是否桁架是否发生倾倒，实时将倾倒提示信号发送到中央控制器，中央控制器及时发现桁架倾倒，并通过第一无线通信模块将报警信号传输给远程控制终端，远程控制终端可以向控泵执行装置发出停机指令，通过控泵执行装置及时停止井泵，从而使得绞盘式喷灌机失去动力而停机，减少桁架的损坏，确保设备安全，实时监测和远程控制的操作提高了自动化控制水平，减少了管理人员的劳动强度；绞盘式喷灌机上太阳能供电装置与水力供电装置的设置，进一步提高了水资源和太阳能资源的利用效率，更加节能环保，并实现了两种节能供电方式的互补，在阴天太阳能不足时，也可以确保电力供应。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种绞盘式喷灌机桁架倾倒报警控制系统，包括绞盘式喷灌机以及设置在绞盘式喷灌机上的桁架，其特征在于，所述桁架的两端分别设置有左倾倒检测装置和右倾倒检测装置，所述绞盘式喷灌机上设置有中央控制器和第一无线通信模块，所述中央控制器分别与所述左倾倒检测装置、右倾倒检测装置通信连接，所述左倾倒检测装置和右倾倒检测装置用于采集所述桁架的姿态信息，第一无线通信模块与所述中央控制器电性连接，所述中央控制器通过所述第一无线通信模块与远程监控终端无线通信连接；
所述绞盘式喷灌机桁架倾倒报警控制系统还包括设置在井泵处的控泵执行装置，所述控泵执行装置包括井泵控制器和第二无线通信模块，所述井泵控制器分别与井泵、第二无线通信模块电性连接，所述井泵控制器通过所述第二无线通信模块与所述远程监控终端无线通信连接，所述井泵控制器控制所述井泵的启停；
所述左倾倒检测装置和右倾倒检测装置均包括角度传感器和磁力计，所述角度传感器的型号为MPU-6050，所述姿态信息包括所述桁架的倾斜角、翻滚角和航向角；
所述左倾倒检测装置和右倾倒检测装置还包括微控制器和LORA天线，所述微控制器分别与所述角度传感器、磁力计和LORA天线电性连接，所述中央控制器电连接有LORA通信模块，所述LORA天线与所述LORA通信模块无线通信连接；
所述绞盘式喷灌机上还安装有电源装置，所述电源装置为所述绞盘式喷灌机提供电源，所述电源装置包括蓄电池和太阳能供电装置，所述太阳能供电装置包括多个光伏板和太阳能控制器，多个所述光伏板与所述太阳能控制器连接，所述太阳能控制器与所述蓄电池连接，多个所述光伏板通过伸缩支架安装在所述绞盘式喷灌机的上方；
所述电源装置还包括水动力供电装置，所述水动力供电装置包括两个微型涡轮发电机和充电控制器，所述微型涡轮发电机与所述充电控制器连接，所述充电控制器与所述蓄电池连接；所述桁架中间固定安装有供水三通，所述供水三通的两端出水口分别连接有左侧输水管道和右侧输水管道，所述左侧输水管道和右侧输水管道固定设置在所述桁架上，所述左侧输水管道和和右侧输水管道上均安装有水流调节阀，所述水流调节阀的两侧连接有水流支管，所述微型涡轮发电机通过所述水流支管连接到所述左侧输水管道上。
2.根据权利要求1所述的绞盘式喷灌机桁架倾倒报警控制系统，其特征在于，所述第一无线通信模块和第二无线通信模块为GPRS通信模块，所述中央控制器和井泵控制器为单片机。
3.根据权利要求1所述的绞盘式喷灌机桁架倾倒报警控制系统，其特征在于，所述远程监控终端为云平台、远程监控计算机或手机终端。
4.一种绞盘式喷灌机桁架倾倒报警控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-3任一项所述的绞盘式喷灌机桁架倾倒报警控制系统，包括以下步骤：
左倾倒检测装置和右倾倒检测装置分别采集桁架左右两端的姿态信息，并分别判断桁架是否发生倾倒；
如果左倾倒检测装置和右倾倒检测装置中至少一个倾倒检测装置判断出发生倾倒，判断出发生倾倒的倾倒检测装置向中央控制器发送倾倒提示信号；
中央控制器接收到倾倒提示信号后，通过第一无线通信模块向远程监控终端发送报警信号；
远程监控终端收到报警信号后，向第二无线通信模块发送停机指令；
第二无线通信模块接收停机指令，并传输给井泵控制器，井泵控制器控制井泵停机，绞盘式喷灌机停止运行。
5.根据权利要求4所述的绞盘式喷灌机桁架倾倒报警控制方法，其特征在于，所述左倾倒检测装置和右倾倒检测装置分别采集桁架左右两端的姿态信息，并分别判断桁架是否发生倾倒，具体包括：所述左倾倒检测装置采集桁架左端的姿态信息，判断所述桁架的左端是否倾倒，所述右倾倒检测装置采集桁架右端的姿态信息，判断所述桁架的右端是否倾倒；所述左倾倒检测装置和右倾倒检测装置均包括角度传感器、磁力计、微控制器和LORA天线，所述角度传感器型号为MPU-6050，所述姿态信息包括所述桁架的倾斜角、翻滚角和航向角，所述微控制器分别与所述角度传感器、磁力计和LORA天线电性连接，所述角度传感器、磁力计用于采集桁架的姿态信息，并传输给所述微控制器，所述微控制器将姿态信息与设定阈值进行比较，判断桁架是否发生倾倒。
6.根据权利要求5所述的绞盘式喷灌机桁架倾倒报警控制方法，其特征在于，所述的如果左倾倒检测装置和右倾倒检测装置中至少一个倾倒检测装置判断出发生倾倒，判断出发生倾倒的检测装置向中央控制器发送倾倒提示信号，具体包括：所述中央控制器电连接有LORA通信模块，所述LORA天线与所述LORA通信模块无线通信连接，判断出发生倾倒的控制器通过与其连接LORA天线向LORA通信模块发送倾倒提示信号。
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