CN117608341A - 一种基于plc的智能浇花系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PLC的智能浇花系统及其控制方法，其中系统包括：数据采集模块、PLC模块和浇灌模块；所述数据采集模块用于采集环境数据和植物信息；所述PLC模块用于基于所述环境数据和所述植物信息生成控制信号；所述浇灌模块用于基于所述控制信号对植物进行浇灌。本发明监测土壤和空气的多个物理量，利用PLC对这些物理量进行处理计算，来控制浇灌模块进行相应的浇灌工作，不仅可以节约用水从而相当大的程度上减少浪费和减轻土壤的板结等现象的发生，还能将植物培养的更加有针对性。

Description

一种基于PLC的智能浇花系统及其控制方法

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，具体涉及一种基于PLC的智能浇花系统及其控制方法。

背景技术

大多数人平时忙于工作和学习，导致很多时候忘记对花草进行浇灌或是不能及时对花草进行浇灌，又或是人们休假在家却不想过去浇灌，当今市场急需一种能够智能对花草进行浇灌的系统。但是现如今并没有一个智能创新且完善的浇花灌溉系统，而且随着生活水平的提高，对于植物种类的培养也愈发细致和针对性。当前的灌溉技术针对的是大范围的农作物进行无差别的浇灌，却没有对特定区域的不同植物进行特定培养。

发明内容

本发明旨在解决现有技术的不足，提出一种基于PLC的智能浇花系统及其控制方法，不仅可以节约用水从而相当大的程度上减少浪费和减轻土壤的板结等现象的发生，还能将植物培养的更加有针对性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于PLC的智能浇花系统，包括：数据采集模块、PLC模块和浇灌模块；

所述数据采集模块用于采集环境数据和植物信息；

所述PLC模块用于基于所述环境数据和所述植物信息生成控制信号；

所述浇灌模块用于基于所述控制信号对植物进行浇灌。

优选的，所述数据采集模块包括：土壤数据采集单元、空气数据采集单元、电导率采集单元、营养液液位采集单元和植物信息设定单元；

所述土壤数据采集单元用于采集土壤湿度和土壤温度；

所述空气数据采集单元用于采集空气湿度和空气温度；

所述电导率采集单元用于采集土壤电导率；

所述营养液液位采集单元用于采集营养液配置罐中的液位信息；

所述植物信息设定单元用于设定待浇灌植物的所述植物信息。

优选的，所述植物信息包括：生长环境湿度、生长环境温度和最优土壤电导率。

优选的，所述PLC模块包括：温度控制单元、湿度控制单元和营养液控制单元；

所述温度控制单元用于基于所述生长环境温度、所述土壤温度和所述空气温度发出加热控制信号；

所述湿度控制单元用于基于所述生长环境湿度和所述空气湿度发出喷雾控制信号；

所述湿度控制单元还用于基于所述生长环境湿度和所述土壤湿度发出浇水控制信号；

所述营养液控制单元用于基于所述最优土壤电导率和所述土壤电导率计算营养液配置，并基于所述液位信息发出营养液浇灌信号。

优选的，所述浇灌模块包括：加热单元、喷雾单元、浇水单元和营养液浇灌单元；

所述加热单元用于基于所述加热控制信号对土壤和空气进行加热；

所述喷雾单元用于基于所述喷雾控制信号对空气进行喷雾加湿；

所述浇水单元用于基于所述浇水控制信号对土壤进行浇灌；

所述营养液浇灌单元用于基于所述营养液配置来调配营养液，并基于所述营养液浇灌信号对土壤进行营养液浇灌。

本发明还提供了一种基于PLC的智能浇花系统的控制方法，所述控制方法用于控制上述任一项所述的系统，其特征在于，包括以下步骤：

设置数据采集模块来采集环境数据和植物信息，其中，所述环境数据包括：土壤湿度、土壤温度、空气湿度、空气温度、土壤电导率、营养液配置罐中的液位信息，所述植物信息包括：生长环境湿度、生长环境温度和最优土壤电导率；

基于所述生长环境温度、所述土壤温度和所述空气温度，通过温度控制单元发出加热控制信号，并通过加热单元对土壤和空气进行加热；

基于所述生长环境湿度和所述空气湿度，通过湿度控制单元发出喷雾控制信号，并通过喷雾单元对空气进行喷雾加湿；

基于所述生长环境湿度和所述土壤湿度，通过湿度控制单元发出浇水控制信号，并通过浇水单元对土壤进行浇灌；

营养液控制单元通过所述最优土壤电导率和所述土壤电导率计算营养液配置，并基于所述液位信息发出营养液浇灌信号，

营养液浇灌单元基于所述营养液配置来调配营养液，并基于所述营养液浇灌信号对土壤进行营养液浇灌。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明监测土壤和空气的多个物理量，利用PLC对这些物理量进行处理计算，来控制浇灌模块进行相应的浇灌工作，不仅可以节约用水从而相当大的程度上减少浪费和减轻土壤的板结等现象的发生，还能将植物培养的更加有针对性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面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为本发明实施例的系统结构示意图；

图2为本发明实施例的系统方框图；

图3为本发明实施例的控制流程示意图。

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。

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。

实施例一

在本实施例中，如图1所示，一种基于PLC的智能浇花系统，包括：数据采集模块、PLC模块和浇灌模块。

数据采集模块用于采集环境数据和植物信息。

数据采集模块包括：土壤数据采集单元、空气数据采集单元、电导率采集单元、营养液液位采集单元和植物信息设定单元；土壤数据采集单元包括土壤湿度传感器和土壤温度传感器，用于采集土壤湿度和土壤温度；空气数据采集单元包括空气湿度传感器和空气温度传感器，用于采集空气湿度和空气温度；电导率采集单元采用电导传感器用于采集土壤电导率；营养液液位采集单元采用液位传感器，用于采集营养液配置罐中的液位信息；植物信息设定单元用于设定待浇灌植物的植物信息。

其中，植物信息包括：生长环境湿度、生长环境温度和最优土壤电导率。

PLC模块用于基于环境数据和植物信息生成控制信号。

PLC模块包括：温度控制单元、湿度控制单元和营养液控制单元；温度控制单元用于基于生长环境温度、土壤温度和空气温度发出加热控制信号；湿度控制单元用于基于生长环境湿度和空气湿度发出喷雾控制信号；湿度控制单元还用于基于生长环境湿度和土壤湿度发出浇水控制信号；营养液控制单元用于基于最优土壤电导率和土壤电导率计算营养液配置，并基于液位信息发出营养液浇灌信号。

浇灌模块用于基于控制信号对植物进行浇灌。

浇灌模块包括：加热单元、喷雾单元、浇水单元和营养液浇灌单元；加热单元采用加热器，用于基于加热控制信号对土壤和空气进行加热；喷雾单元采用喷头，用于基于喷雾控制信号对空气进行喷雾加湿；浇水单元采用浇水阀，用于基于浇水控制信号对土壤进行浇灌；营养液浇灌单元包括配置罐和储液罐，配置罐用于基于营养液配置来调配营养液，储液罐用于储存配置好的营养液，并基于营养液浇灌信号对土壤进行营养液浇灌。

本实施例还公开了一种基于PLC的智能浇花系统的控制方法，包括以下步骤：

设置数据采集模块来采集环境数据和植物信息，其中，环境数据包括：土壤湿度、土壤温度、空气湿度、空气温度、土壤电导率、营养液配置罐中的液位信息，植物信息包括：生长环境湿度、生长环境温度和最优土壤电导率；

基于生长环境温度、土壤温度和空气温度，通过温度控制单元发出加热控制信号，并通过加热单元对土壤和空气进行加热；

基于生长环境湿度和空气湿度，通过湿度控制单元发出喷雾控制信号，并通过喷雾单元对空气进行喷雾加湿；

基于生长环境湿度和土壤湿度，通过湿度控制单元发出浇水控制信号，并通过浇水单元对土壤进行浇灌；

营养液控制单元通过最优土壤电导率和土壤电导率计算营养液配置，并基于液位信息发出营养液浇灌信号，

营养液浇灌单元基于营养液配置来调配营养液，并基于营养液浇灌信号对土壤进行营养液浇灌。

实施例二

在本实施例中，将详细介绍本发明的具体构成以及工作流程。

如图2所示，土壤数据采集单元包括土壤温度传感器和土壤湿度传感器。土壤温度传感器加变送器将温度信号转成电信号，接PLC模块的模拟量输入，经PLC模块内部计算，得实测土壤温度，进行土壤温度显示和加热控制；土壤湿度传感器加变送器将湿度信号转成电信号，接PLC模块的模拟量输入，经PLC模块内部计算，得实测土壤湿度，进行湿度显示和浇水控制。

空气数据采集单元包括空气温度传感器和空气湿度传感器。空气温度传感器加变送器将温度信号转成电信号，接PLC模块的模拟量输入，经PLC模块内部计算，得实测空气温度，进行空气温度显示和加热控制；空气湿度传感器加变送器将湿度信号转成电信号，接PLC模块的模拟量输入，经PLC模块内部计算，得实测空气湿度，进行湿度显示和浇水控制。

电导率采集单元采用电导率传感器。电导率传感器加变送器将电导率信号转成电信号，接PLC模块的模拟量输入，经PLC模块内部计算，得实测电导率，进行电导率显示和加营养液控制。

营养液液位采集单元包括第一液位传感器、第二液位传感器和第三液位传感器。第一液位传感器加变送器将营养液配置罐1的液位信号转成电信号，接PLC模块的模拟量输入，经PLC模块内部计算，得实测营养液配置罐1液位，进行营养液配置罐1液位显示和营养液配置罐1液位控制；营第二液位传感器加变送器将营养液配置罐2的液位信号转成电信号，接PLC模块的模拟量输入，经PLC模块内部计算，得实测营养液配置罐2液位，进行营养液配置罐2液位显示和营养液配置罐2液位控制；第三液位传感器加变送器将营养液存储罐的液位信号转成电信号，接PLC模块的模拟量输入，经PLC模块内部计算，得实测营养液存储罐液位，进行营养液存储罐液位显示和营养液存储罐液位控制。

PLC模块的模拟量输出接营养液配置罐1调节控制，用于控制营养液配置罐1调节阀的开度，控制营养液配置；PLC模块的模拟量输出接营养液配置罐2调节控制，用于控制营养液配置罐2调节阀的开度，控制营养液配置。

PLC模块输出接营养液配置罐1入料控制继电器，通过继电器控制电磁阀，电磁阀控制营养液配置罐1入料阀；PLC模块输出接营养液配置罐1出料控制继电器，通过继电器控制电磁阀，电磁阀控制营养液配置罐1出料阀。

PLC模块输出接营养液配置罐2入料控制继电器，通过继电器控制电磁阀，电磁阀控制营养液配置罐2入料阀；PLC输出接营养液配置罐2出料控制继电器，通过继电器控制电磁阀，电磁阀控制营养液配置罐2出料阀。

PLC模块输出接营养液存储罐入料控制继电器，通过继电器控制电磁阀，电磁阀控制营养液存储罐入料阀；PLC模块输出接营养液存储罐出料控制继电器，通过继电器控制电磁阀，电磁阀控制营养液存储罐出料阀。

PLC输出接外部的运行指示灯和故障指示灯，运行状态显示。PLC输出接温湿度模式指示灯、喷雾降尘模式指示灯、定时模式指示灯，用于控制模式显示。

该系统的控制方法如图3所示。

进行参数设置，设定模拟量输入，设定各控制参数。读取模拟量输入，进行数据转换，进行数据比较。按启动按钮，启动系统，根据读取的土壤温度、土壤湿度、空气温度、空气湿度、电导率、营养液配置罐1液位、营养液配置罐2液位、营养液存储罐液位等进行加热、浇水、喷雾降尘喷头控制、营养液配置罐1入料阀、营养液配置罐1出料阀、营养液配置罐2入料阀、营养液配置罐2出料阀、营养液存储罐入料阀、营养液存储罐出料阀等操作。

选择自动模式或者手动模式：选择自动模式，系统启动，按照设定的程序进行运行。外部的温湿度模式、喷雾降尘模式、定时模式接PLC的输入，进行灌溉模式选择。第一种通过预设的土壤温湿度和空气温湿度的预值与实时的数据的差值进行自动浇灌；第二种喷雾降尘模式，在浇灌的同时可以减少空气粉尘含量；第三种特定的浇灌系统，可根据特定植物的习性和属性进行特定培养，同时可以调定时进行定时灌溉。

外部的手动控制开关，接PLC的信号，进行手动模式，针对性模块控制。外部的泵手动、浇水阀手动、喷头手动、营养液配置罐1入料阀手动、营养液配置罐1出料阀手动、营养液配置罐2入料阀手动、营养液配置罐2出料阀手动、营养液存储罐入料阀手动、营养液存储罐出料阀手动、加热手动接PLC的输入，用于选择手动模式，可实现各模块的功能。外部的泵电机过载、加热过载接PLC的输入，用于故障报警。

PLC输出方面，总体来说，这些控制信号旨在控制相应设备的操作，实现种植环境的自动化控制。按照实际操作，由PLC输出信号控制相应设备的线圈得电，继电器的常开触点闭合，实现设备的启动和关闭。例如，通过PLC输出控制泵控制继电器，启动控制泵的电路；通过PLC输出控制加热器线圈，启动加热器进行加热；通过控制浇水阀、喷头等电磁阀，控制灌溉设备的开关；通过控制营养液配置罐的入料和出料电磁阀，控制营养液的供应和排放。

以上所述的实施例仅是对本发明优选方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于PLC的智能浇花系统，其特征在于，包括：数据采集模块、PLC模块和浇灌模块；

所述数据采集模块用于采集环境数据和植物信息；

所述PLC模块用于基于所述环境数据和所述植物信息生成控制信号；

所述浇灌模块用于基于所述控制信号对植物进行浇灌。

2.根据权利要求1所述一种基于PLC的智能浇花系统，其特征在于，所述数据采集模块包括：土壤数据采集单元、空气数据采集单元、电导率采集单元、营养液液位采集单元和植物信息设定单元；

所述土壤数据采集单元用于采集土壤湿度和土壤温度；

所述空气数据采集单元用于采集空气湿度和空气温度；

所述电导率采集单元用于采集土壤电导率；

所述营养液液位采集单元用于采集营养液配置罐中的液位信息；

所述植物信息设定单元用于设定待浇灌植物的所述植物信息。

3.根据权利要求2所述一种基于PLC的智能浇花系统，其特征在于，所述植物信息包括：生长环境湿度、生长环境温度和最优土壤电导率。

4.根据权利要求3所述一种基于PLC的智能浇花系统，其特征在于，所述PLC模块包括：温度控制单元、湿度控制单元和营养液控制单元；

所述温度控制单元用于基于所述生长环境温度、所述土壤温度和所述空气温度发出加热控制信号；

所述湿度控制单元用于基于所述生长环境湿度和所述空气湿度发出喷雾控制信号；

所述湿度控制单元还用于基于所述生长环境湿度和所述土壤湿度发出浇水控制信号；

所述营养液控制单元用于基于所述最优土壤电导率和所述土壤电导率计算营养液配置，并基于所述液位信息发出营养液浇灌信号。

5.根据权利要求4所述一种基于PLC的智能浇花系统，其特征在于，所述浇灌模块包括：加热单元、喷雾单元、浇水单元和营养液浇灌单元；

所述加热单元用于基于所述加热控制信号对土壤和空气进行加热；

所述喷雾单元用于基于所述喷雾控制信号对空气进行喷雾加湿；

所述浇水单元用于基于所述浇水控制信号对土壤进行浇灌；

所述营养液浇灌单元用于基于所述营养液配置来调配营养液，并基于所述营养液浇灌信号对土壤进行营养液浇灌。

6.一种基于PLC的智能浇花系统的控制方法，所述控制方法用于控制权利要求1-5任一项所述的系统，其特征在于，包括以下步骤：

设置数据采集模块来采集环境数据和植物信息，其中，所述环境数据包括：土壤湿度、土壤温度、空气湿度、空气温度、土壤电导率、营养液配置罐中的液位信息，所述植物信息包括：生长环境湿度、生长环境温度和最优土壤电导率；

基于所述生长环境温度、所述土壤温度和所述空气温度，通过温度控制单元发出加热控制信号，并通过加热单元对土壤和空气进行加热；

基于所述生长环境湿度和所述空气湿度，通过湿度控制单元发出喷雾控制信号，并通过喷雾单元对空气进行喷雾加湿；

基于所述生长环境湿度和所述土壤湿度，通过湿度控制单元发出浇水控制信号，并通过浇水单元对土壤进行浇灌；

营养液控制单元通过所述最优土壤电导率和所述土壤电导率计算营养液配置，并基于所述液位信息发出营养液浇灌信号，

营养液浇灌单元基于所述营养液配置来调配营养液，并基于所述营养液浇灌信号对土壤进行营养液浇灌。