CN110622842A - 一种测控一体化农田灌溉系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测控一体化农田灌溉系统，所述系统包括智能水闸、电气系统、云平台系统，其中，所述电气系统包括电机控制器、水位传感器、主控制器、无线传输模块、光伏控制器、蓄电池组、太阳能板；所述主控制器与所述水位传感器连接；所述主控制器通过所述无线传输模块与所述云平台系统连接；所述主控制器与所述光伏控制器连接；所述太阳能板、光伏控制器、蓄电池组依次连接，所述蓄电池组与所述电机控制器连接；所述主控制器与所述电机控制器连接；所述电机控制器与所述智能水闸连接。本发明使系统能够自主控制，达到农田水位始终处在合理状态下的效果，降低人为操作失误的几率，便于用户及时掌握系统的工作情况，提高工作效率。

Description

一种测控一体化农田灌溉系统

技术领域

本发明属于农田灌溉技术领域，特别涉及一种测控一体化农田灌溉系统。

背景技术

我国作为一个农业大国，农业建设的发展牵动着国民经济的命脉，因此，对农田水利建设进行不断的优化改革便成为了当前农业建设过程中一项至关重要的问题。作为农田水利建设中的一个重要分支，灌溉系统的设计对农田水利建设的运行效率也有着息息相关的影响。

基于我国平原广阔地势平坦的地理优势，可为农业工程的建设提供良好的便利条件，因此我国的农业发展水平相对较高。但同时，在气候方面，我国也面临着洪涝灾害较多的问题，在恶劣气候的影响下，灌溉工作的发展受到不同程度的限制。

现有的灌溉系统还是人为进行操控为主，智能化控制能力低，不能体现良好的人机交互方式，在农田终端微调控能力差，并且灌溉、检测等操作是单独进行控制，会对水位测量数据的时效性产生影响，工作较为繁琐，操作人员容易出现操作失误，因此需要提高系统的自动化程度和一体化程度，提高工作效率，实现整个农田的联网管控。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种测控一体化农田灌溉系统，所述系统包括智能水闸、电气系统、云平台系统，其中，

所述电气系统包括电机控制器、水位传感器、主控制器、无线传输模块、光伏控制器、蓄电池组、太阳能板；

所述主控制器与所述水位传感器连接，用于采集水位信息；

所述主控制器通过所述无线传输模块与所述云平台系统连接，以实现所述主控制器将采集的水位信息上传至所述云平台系统或接收所述云平台系统发送的控制指令；

所述主控制器与所述光伏控制器连接，用于控制所述光伏控制器进行调压稳流和充放电；

所述太阳能板、光伏控制器、蓄电池组依次连接，所述蓄电池组与所述电机控制器连接，用于给所述电机控制器提供电能；

所述主控制器与所述电机控制器连接；

所述电机控制器与所述智能水闸连接，用于控制智能水闸运行；

所述云平台系统用于根据接收的水位信息生成所述智能水闸的控制指令。

进一步地，

所述云平台系统包括数据接收模块、数据持久化模块、数据解析模块、数据发送模块、设备管理模块，其中，

所述数据接收模块用于实时接收水位信息、PC端控制指令、移动端控制指令中的一种或多种数据；

所述数据持久化模块用于将接收的所述数据存储至数据库中，并对数据库中的数据进行管理；

所述数据解析模块用于对接收的所述数据和/或数据库中的历史数据进行解析、处理，并生成对所述智能水闸的控制指令，以及用于监测、显示所述智能水闸的运行状态；

所述数据发送模块用于执行以下动作，包括：

将所述智能水闸的控制指令发送至所述主控制器、

将所述智能水闸的运行状态、水位信息发送至PC端或移动端；

所述设备管理模块用于对所述主控制器、光伏控制器或电机控制器进行管理。

进一步地，

所述智能水闸的控制指令包括：

所述智能水闸的闸门行程、所述智能水闸的闸门升降时间、所述智能水闸的闸门升降切换保护时间、所述智能水闸的闸门行程限位保护时间、水位探测量程、水位探测档位、水位回差响应时间。

进一步地，

所述主控制器包括电机工作单元、工况信息采集单元；

所述电机工作单元用于通过电机控制器控制所述智能水闸中的电机工作；

所述工况信息采集单元用于采集所述水位传感器中的水位信息。

进一步地，

所述光伏控制器包括电池充电单元；

所述电池充电单元用于将太阳能转换的电能储存在所述蓄电池组中。

进一步地，

所述蓄电池组还与所述智能水闸中的电机、主控制器、水位传感器、无线传输模块连接，用于给所述智能水闸中的电机、主控制器、水位传感器、无线传输模块提供电能。

进一步地，

所述PC端与所述云平台系统连接，其中，

所述PC端包括远程监测模块、远程控制模块、查询统计模块、系统管理模块、地图服务模块。

进一步地，

所述远程监测模块、远程控制模块、查询统计模块、系统管理模块、地图服务模块依次连接，其中，

所述远程监测模块用于根据接收来自所述云平台系统的所述智能水闸的运行状态和水位信息远程监测智能水闸及水位；

所述远程控制模块用于根据所述远程监测模块的监测结果向所述数据接收模块发送PC端控制指令；

所述查询统计模块用于对所述云平台系统中的历史数据进行查询、分析，并汇总生成统计报表；

所述系统管理模块用于对系统权限、角色、用户以及日志进行管理；

所述地图服务模块用于实时展示所述智能水闸和农田的位置信息。

进一步地，

所述移动端与所述云平台系统连接，其中，

所述移动端包括移动监测模块、移动控制模块、查询分析模块。

进一步地，所述移动监测模块、移动控制模块、查询分析模块依次连接，其中，

所述移动监测模块用于根据接收来自所述云平台系统的所述智能水闸的运行状态和水位信息实时监测智能水闸及水位；

所述移动控制模块用于根据所述移动监测模块的监测结果向所述数据接收模块发送移动端控制指令；

所述查询分析模块用于对云平台系统中的历史数据进行查询。

本发明采用太阳能供电可以有效解决用电困难的问题；通过对系统进行远程监控，给系统设置预定的参数，各子系统之间相互协调工作，使系统能够自主控制，达到农田水位始终处在合理状态下的效果，降低人为操作失误的几率；对各类数据进行汇总报告，便于用户及时掌握系统的工作情况，提高工作效率；通过电子地图的形式即时显示控制设备及农田的位置信息，便于用户快速、准确了解相应农田的水位状态信息。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例的测控一体化农田灌溉系统整体示意图；

图2示出了本发明实施例的电气系统结构示意图；

图3示出了本发明实施例的云平台系统功能结构示意图；

图4示出了本发明实施例的智能水闸正视图；

图5示出了本发明实施例的智能水闸侧视图。

图中：1太阳能板固定架；2支撑轴；3固定套轴；4机架；5手提把手；6闸门；7太阳能板；8第一穿线孔；9第二穿线孔；10升降杆；11底座；12门盖板；13电机；14钥匙孔；15置物架；16楔形块；17门轴；18悬架；19闸槽。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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。

本发明提供了一种测控一体化农田灌溉系统，示例性的，图1示出了本发明实施例的测控一体化农田灌溉系统整体示意图，如图1所示，所述系统包括智能水闸、电气系统、云平台系统、终端设备，所述电气系统与所述智能水闸连接，所述电气系统用于直接控制所述智能水闸，所述云平台系统用于根据接收的水位信息生成所述智能水闸的控制指令，所述终端设备通过所述云平台系统与所述电气系统连接，便于操作人员远程控制水闸。本实施例中，所述云平台系统连接有三套电气系统，三套系统相互独立、互不影响，每套电气系统控制一个智能水闸，但不限于此。通过连接多个电气系统，可以同时控制多个水闸，提高工作效率。

具体的，所述电气系统包括电机控制器、水位传感器、主控制器、无线传输模块、光伏控制器、蓄电池组、太阳能板。示例性的，图2示出了本发明实施例的电气系统结构示意图，如图2所示，所述光伏控制器连接太阳能板，所述蓄电池组连接在所述光伏控制器上，太阳能转换后的电能输送到蓄电池组进行储存，所述蓄电池组与用电设备连接，为用电设备提供电能。所述主控制器与光伏控制器连接，主控制器控制光伏控制器进行调压稳流和充放电。所述主控制器还与所述电机控制器连接，用于给电机控制器下发指令，所述电机控制器根据所述主控制器的指令控制电机工作。所述主控制器采集水位传感器中的水位信息，并将采集到的水位信息通过无线传输模块上传到云平台系统中的数据库中，从而用户可以通过云平台系统中的数据库得知水位信息。用户也可以通过云平台系统发送控制指令，无线传输模块接收到控制指令后传给主控制器，主控制器将控制指令下发给电机控制器，从而实现用户的远程控制。

进一步地，所述主控制器包括电机工作单元、工况信息采集单元，所述电机工作单元用于通过电机控制器控制所述智能水闸中的电机工作，所述工况信息采集单元用于采集所述水位传感器中的水位信息。所述光伏控制器包括电池充电单元，所述电池充电单元用于将太阳能转换的电能储存进所述蓄电池组中。

本实施例中，水位传感器以电子水尺(电子水尺是一种采用先进微处理器芯片为控制器、内置通讯电路的数字式水位传感器,具备高可靠性及抗干扰性能,可应用于江河、湖泊、水库、水电站、灌区及输水等水利工程)为例，主控制器选用型号为STM32的单片机，但不限于此。

具体的，所述云平台系统包括数据接收模块、数据持久化模块、数据解析模块、数据发送模块、设备管理模块。进一步地：

所述数据接收模块用于实时接收所述无线传输模块上传的数据、PC端数据和移动端数据；

所述数据持久化模块用于将所述数据接收模块接收的数据存储至数据库中，并对数据库中的数据进行管理；

所述数据解析模块用于对所述数据接收模块接收的数据与数据库中的历史数据进行解析、处理，并生成所述智能水闸的控制指令，以及所述智能水闸的运行状态，其中，所述智能水闸的控制指令包括：所述智能水闸的闸门行程、所述智能水闸的闸门升降时间、所述智能水闸的闸门升降切换保护时间、所述智能水闸的闸门行程限位保护时间、水位探测量程、水位探测档位、水位回差响应时间；

所述数据发送模块用于将所述智能水闸的控制指令发送至所述电气系统，将所述智能水闸的运行状态发送至所述PC端或移动端；

所述设备管理模块实时读取所有设备的信息并实时调整设备参数，确保命令及数据的准确性。

所述云平台系统通过各个模块可以实现相应的功能，示例性的，图3示出了本发明实施例的云平台系统功能结构示意图，如图3所示，云平台系统具有的功能包括：系统管理、数据监测、历史数据管理、远程监控。

具体的：

所述系统管理包括：权限管理、角色管理、用户管理。

所述权限管理，用于设定系统的使用权限，根据不同的操作人员设置不同的操作权限；

所述角色管理，用于增加或删除用户；

所述用户管理，用于修改用户的相关信息及权限。

所述数据监测包括：实时数据监测、设备运行状态监测、报警信息监测；

所述实时数据监测，用于实时获取水位信息；

所述设备运行状态监测，用于实时获取设备运行的状态信息；

所述报警信息监测，用于设置关键状态信息的阈值，当获取的关键状态信息达到阈值，启动报警机制。

所述历史数据管理包括：历史数据云端入库、历史数据展示；

所述历史数据云端入库，用于将历史数据存入云平台系统的数据库中；

所述历史数据展示，用于将云平台系统的数据库中的历史数据取出并进行展示。

所述远程监控包括：远程实时监测、远程实时控制。

所述终端设备用于人为控制系统、数据的收发和信息的展示，所述终端设备包括PC端和移动端，具体的：

所述PC端包括远程监测模块、远程控制模块、查询统计模块、系统管理模块、地图服务模块，所述远程监测模块、远程控制模块、查询统计模块、系统管理模块、地图服务模块依次连接。其中，所述远程监测模块用于远程监测各设备的状态及相关的采集数据；

所述远程控制模块用于发送控制指令，对设备进行远程控制；

所述查询统计模块用于对历史数据进行查询、分析，并汇总生成统计报表；

所述系统管理模块用于对系统权限、角色、用户以及日志进行管理；

所述地图服务模块用于实时展示控制设备和农田的位置信息。

所述移动端包括移动监测模块、移动控制模块、查询分析模块组成，所述移动监测模块、移动控制模块、查询分析模块依次连接。其中，所述移动监测模块用于实时监测各设备的状态及相关的采集数据；

所述移动控制模块用于发送控制指令，实时对设备进行远程控制；

所述查询分析模块用于对历史数据进行查询。

本实施例中，所述太阳能板7设置在所述智能水闸的顶部，如图4和图5所示，所述智能水闸包括机架4、闸门6和底座11，所述机架4底部与底座11连接，所述机架4顶部设置有太阳能板固定架1，所述太阳能板7固定在太阳能板固定架1上表面，所述太阳能板固定架1通过支撑轴2和固定套轴3连接在机架4的顶部。所述支撑轴2靠近底端的表面设置有第一穿线孔8，所述机架4表面还设有第二穿线孔9，所述第一穿线孔8和第二穿线孔9用于连接电线通过。所述机架4内部设置有升降杆10，所述升降杆10底端与闸门6连接，所述机架4两侧表面均设置有手提把手5。所述升降杆10顶端连接有电机13，电机13可以带动升降杆10进行升降，所述电机13底部设置有置物架15。所述机架4一侧表面设置有门盖板12，所述门盖板12一侧通过门轴17与机架4铰接，所述门盖板12内部一侧还设有悬架18，所述悬架18用于放置电路板，所述门盖板12表面设有钥匙孔14。所述机架4靠近底座11的部分表面设有闸槽19，所述闸槽19侧壁和闸门6的一侧均设有楔形块16，通过楔形块16有利于稳定闸门6，所述闸门6能够沿着闸槽19中上下滑动。

本实施例中，水位传感器实时获取水位信息，水位传感器设置两个，两个水位传感器分别置放于闸门6两侧，测量两侧水位和水位差。水渠一侧水位传感器数据不用于实际调整水闸升降作用，只作用水闸保持时的高度调节，并将各个水闸水渠监测数据上传作为系统对比用于整体调控。通过STM32主控制器收集两个水位传感器数据，完成对当前农田水位等状态的实时监测，并且上传至云平台系统，云平台系统对上传的数据进行存储、分析、处理，同时将数据传输至终端设备的人机交互界面上，通过数据的实时传输，达到用户实时监控农田水位状态的效果。通过云平台系统对控制器上传的数据分析、处理后得知农田是否处在需水状态。当检测到水位小于设定值时，云平台系统将会发送指令至电机控制器，控制电机工作，电机带动闸门打开，进行开闸放水；当水位大于设定值时，控制水闸下降关闭，阻隔水流。水闸向下关闭时，闸门上的楔形块与机架上的楔形块在闸槽内契合，致使闸门与槽内壁紧密贴合，在闸门两侧压力差较大时，可以起到稳定作用。在闸门的左侧、右侧、下侧都设有弹性橡胶垫，在水闸与内壁横向紧密贴合的同时与内壁径向弹性贴合，防止渗流。采用升降式闸门结构设计，使闸门无论何时停止时都能拥有较强的稳定性。

通过数据的实时远程传输，实现智能水闸的实时控制，达到农田水位始终处在合理状态下的效果。构建基础数据库，实现数据的存储、统计归类分析、监控和调用，用户可对历史数据进行查询、分析，为B/S结构的监测与技术支持系统提供后台数据库服务。云平台系统会对设备信息进行管理，存储设备认证信息、设备ID、设备参数等。云平台系统可实时读取设备参数，实时下发设备参数和实时调整设备参数。在本控制模式下，用户可向云平台系统下发参数控制标准。通过水位监测完成当前农田水位等状态的实时探测并且上传到云平台系统，云平台系统根据当前接收的水位监测数据与用户设置的水位参数进行智能化处理分析，给出各农田需水结果，再通过智能化算法给出相应控制参数(控制参数为结合自然条件和用户需求设定水闸开关的临界点)，并将相应控制参数发送至控制设备，控制设备完成相应操作，从而达到自主控制的效果。其中，智能化算法是已产生针对灌溉系统进出水流调节的算法，通过水闸两侧水位、水位差和农田实际所需的水位，计算出水闸开、关、保持等状态需要达到的条件。通过人机交互的方式实现农田灌溉系统的信息化，基于信息建模等技术构建实时、友好的场景展示和控制界面。

通过对系统中各类数据的统计汇总，满足用户对数据的统计和分析利用，以图表的方式展现，统计出来的数据表单，以Excel文件方式展示、打印或导出，并可以用柱状图、饼状图、折线图等进行多角度展示。基于电子地图，通过电子地图的形式即时显示控制设备及农田的位置信息，便于用户快速、准确了解相应农田的水位状态信息。电子地图中还会通过热力图的形式展示相应农田的水位状态信息、控制设备信息、闸门状态信息等，并配上标注进行说明。

需要说明的是，本发明实施例中连接关系仅仅表示数据连接关系，但不代表设备之间直接的连接关系，中间也可以存在其他的设备。并且，在本发明描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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，而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。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种测控一体化农田灌溉系统，其特征在于，所述系统包括智能水闸、电气系统、云平台系统，其中，

所述电气系统包括电机控制器、水位传感器、主控制器、无线传输模块、光伏控制器、蓄电池组、太阳能板；

所述主控制器与所述水位传感器连接，用于采集水位信息；

所述主控制器通过所述无线传输模块与所述云平台系统连接，以实现所述主控制器将采集的水位信息上传至所述云平台系统或接收所述云平台系统发送的控制指令；

所述主控制器与所述光伏控制器连接，用于控制所述光伏控制器进行调压稳流和充放电；

所述太阳能板、光伏控制器、蓄电池组依次连接，所述蓄电池组与所述电机控制器连接，用于给所述电机控制器提供电能；

所述主控制器与所述电机控制器连接；

所述电机控制器与所述智能水闸连接，用于控制智能水闸运行；

所述云平台系统用于根据接收的水位信息生成所述智能水闸的控制指令。

2.根据权利要求1所述的测控一体化农田灌溉系统，其特征在于，

所述云平台系统包括数据接收模块、数据持久化模块、数据解析模块、数据发送模块、设备管理模块，其中，

所述数据接收模块用于实时接收水位信息、PC端控制指令、移动端控制指令中的一种或多种数据；

所述数据持久化模块用于将接收的所述数据存储至数据库中，并对数据库中的数据进行管理；

所述数据解析模块用于对接收的所述数据和/或数据库中的历史数据进行解析、处理，并生成对所述智能水闸的控制指令，以及用于监测、显示所述智能水闸的运行状态；

所述数据发送模块用于执行以下动作，包括：

将所述智能水闸的控制指令发送至所述主控制器、

将所述智能水闸的运行状态、水位信息发送至PC端或移动端；

所述设备管理模块用于对所述主控制器、光伏控制器或电机控制器进行管理。

3.根据权利要求2所述的测控一体化农田灌溉系统，其特征在于，

所述智能水闸的控制指令包括：

所述智能水闸的闸门行程、所述智能水闸的闸门升降时间、所述智能水闸的闸门升降切换保护时间、所述智能水闸的闸门行程限位保护时间、水位探测量程、水位探测档位、水位回差响应时间。

4.根据权利要求3所述的测控一体化农田灌溉系统，其特征在于，

所述主控制器包括电机工作单元、工况信息采集单元；

所述电机工作单元用于通过电机控制器控制所述智能水闸中的电机工作；

所述工况信息采集单元用于采集所述水位传感器中的水位信息。

5.根据权利要求4所述的测控一体化农田灌溉系统，其特征在于，

所述光伏控制器包括电池充电单元；

所述电池充电单元用于将太阳能转换的电能储存在所述蓄电池组中。

6.根据权利要求5所述的测控一体化农田灌溉系统，其特征在于，

所述蓄电池组还与所述智能水闸中的电机、主控制器、水位传感器、无线传输模块连接，用于给所述智能水闸中的电机、主控制器、水位传感器、无线传输模块提供电能。

7.根据权利要求2-6任一项所述的测控一体化农田灌溉系统，其特征在于，

所述PC端与所述云平台系统连接，其中，

所述PC端包括远程监测模块、远程控制模块、查询统计模块、系统管理模块、地图服务模块。

8.根据权利要求7所述的测控一体化农田灌溉系统，其特征在于，

所述远程监测模块、远程控制模块、查询统计模块、系统管理模块、地图服务模块依次连接，其中，

所述远程监测模块用于根据接收来自所述云平台系统的所述智能水闸的运行状态和水位信息远程监测智能水闸及水位；

所述远程控制模块用于根据所述远程监测模块的监测结果向所述数据接收模块发送PC端控制指令；

所述查询统计模块用于对所述云平台系统中的历史数据进行查询、分析，并汇总生成统计报表；

所述系统管理模块用于对系统权限、角色、用户以及日志进行管理；

所述地图服务模块用于实时展示所述智能水闸和农田的位置信息。

9.根据权利要求2-6任一项所述的测控一体化农田灌溉系统，其特征在于，

所述移动端与所述云平台系统连接，其中，

所述移动端包括移动监测模块、移动控制模块、查询分析模块。

10.根据权利要求9所述的测控一体化农田灌溉系统，其特征在于，

所述移动监测模块、移动控制模块、查询分析模块依次连接，其中，

所述移动监测模块用于根据接收来自所述云平台系统的所述智能水闸的运行状态和水位信息实时监测智能水闸及水位；

所述移动控制模块用于根据所述移动监测模块的监测结果向所述数据接收模块发送移动端控制指令；

所述查询分析模块用于对云平台系统中的历史数据进行查询。