CN1951170A

CN1951170A - 基于公共通讯网络的远程自动化灌溉系统及控制方法

Info

Publication number: CN1951170A
Application number: CNA2005101093254A
Authority: CN
Inventors: 王光强
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-10-17
Filing date: 2005-10-17
Publication date: 2007-04-25

Abstract

一种基于公共通讯网络的远程灌溉自动化系统，涉及一种农业水利自动化灌溉，属于水利灌溉自动控制领域，系统为中央控制级和田间控制级二级结构，中央控制级主要由中央监控站构成，中央监控站由中央监控计算、公共模块和相应软件构成，田间控制级主要由多个田间灌溉控制器和多个电磁阀组成。本发明的有益效果是，可以通过多种灌溉软件完成自动控制，使得参数测量与灌溉自动控制合为一体，而且单体控制器可根据需要实现就地自动控制、遥控或手动控制，也可通过通讯网络实现中央控制系统对灌溉网络的集中管理。本发明还可以通过网络对作物的生长环境、生长状况、施肥灌溉和病虫害诊断防止进行检测、诊断和控制。

Description

基于公共通讯网络的远程自动化灌溉系统及控制方法

一、所属技术领域

本发明涉及一种农业水利自动化灌溉，属于水利灌溉自动控制领域，尤其是一种基于公共通讯网络的远程灌溉自动化系统及控制方法。

二、背景技术

目前世界上普遍采用的田间灌水技术有地面灌溉，喷灌和地下滴灌等非地面灌溉，在已知的灌溉技术中，一般先根据事先测得的土壤墒情数据，结合种植作物判定是否需要灌溉，以及采用何种控制类型进行灌溉，在分别计量出灌溉的用水量、用电量，再控制各类灌溉设施，如机井电机、管道电磁阀、明渠闸门等，分别测量出他们的计量参数，如水位、闸门开度、电量、开关量和土壤墒情变化等，如此各道程序依次分别进行，人工操作不但步骤繁琐、强度大而且工作效率低、不利于节水，就大面积规模化农田灌溉人工作业而言，由于人的因素至关重要但操作和控制水平又参差不齐，不能根本实现精准控制，因而实现灌溉自动化，已成为世界上公认势在必行的农业现代化发展方向。

现代农业的发展要求对农作物的生长做到精确灌溉、精确施肥。在自动监测控制条件下的精确灌溉工程技术，根据不同作物的不同生育期间土壤墒情和作物需水量，实施时精量灌溉，，可大大节约水资源，提高水资源有效利用率。经准施肥要求根据不同地区、不同土壤类型以及土壤中各种养分的盈亏情况，作物类别和产量水平，多种可促进作物生长的微量元素与有机肥加以科学配方，从而做到有目的地科学施肥，既可减少因过量施肥造成的环境污染和农产品质量下降，又可降低成本。要求有科学的施肥方式和具有自动控制的精确施肥措施。

随着节水灌溉技术的逐步推广和农业灌溉技术的不断进步，灌溉自动控制技术逐渐得到研究开发和应用。它是实现精准灌溉的必要手段也是农业现代化发展的必由之路。先进的灌溉自动化控制技术可提供农田中所需温度、湿度、蒸发量、用水量、施肥量等信息，并对作物所需水、肥和农药及时进行自动化供应。自动控制系统的采用为精准农业的研究提供了可靠的采集和执行手段。自动化系统精准执行的结果和自动采集的真实可靠数据为农业专家进一步研究提供了可靠的依据，从而形成一个精准执行促进精确研究，精准研究指导精准执行的良性循环。

国内在这一方面仍处于初创阶段，相关公知技术较少。我国虽然是资源大国，但由于人均用水少，用水地域不平衡等因素，使农业节水灌溉成为当前农业生产乃至整个国民经济发展必须突破的关口。尤其是针对我国目前农业生产水资源缺口较大，一些地区甚至不得不采用非充分灌溉技术维持农业生产的条件下，自动化灌溉才是实现节水精准控制的唯一选择。

在自动化灌溉计算的技术中控制信号的传送方法是较为关键的环节，公知技术中有通过有线和无线传输两种方式，其中无线传输方式作为首选，而无线传输中，设置电台或无线局域网等方法皆因造价成本过高严重影响上述技术的研发和推广。

二、发明内容

本发明的目的在于，提出一种通过有效利用公用网络通讯功能，低成本，以推广的精确灌溉、精确施肥自动化灌溉节水灌溉技术。即一种基于公共网络监测、分配、接收工作信息实现自动或应急情况下手动控制功能的自动化灌溉系统及控制方法。

本发明的技术方案是：系统为中央控制级和田间控制级二级结构。

中央控制级主要由中央监控站构成，中央监控站由中央监控计算、公共模块和相应软件构成。

田间控制级主要由多个田间灌溉控制器和多个电磁阀组成。

控制方法包括中央控制级中央监控站通过公共网络向田间控制级田间灌溉控制器发送指令，由田间灌溉控制器控制电磁阀启闭完成灌溉指令。

控制方法还包括通过授权手机进行以上操作。

本发明的有益效果是，可以通过多种灌溉软件完成自动控制，使得参数测量与灌溉自动控制合为一体，而且单体控制器可根据需要实现就地自动控制、遥控或手动控制，也可通过通讯网络实现中央控制系统对灌溉网络的集中管理。利用公共网络进行灌溉控制具有覆盖范围广，通讯成本与传输距离无关，节约通讯网络建设费用和维护使用费用，方便实施，设备功耗小，通讯不受环境变化影响，工作可靠，扩展方便，以及与internet连接方便等优点。本发明还可以通过网络对作物的生长环境、生长状况、施肥灌溉和病虫害诊断防止进行检测、诊断和控制。

四、附图说明：

图1是本发明的基于公共通讯网络的远程灌溉自动化系统及控制方法工作结构示意图

五、具体实施方式

实施例1：采用加压滴灌方式对4300亩棉田实施控制的自动化灌溉系统。

在棉花生长的不同时期，水分的匮缺或过量及其程度对棉花的产量均有明显的影响。在棉花的不同生育阶段，有其适宜的土壤水分范围，不足超过这个范围，都将造成棉花减产。目前对棉田滴灌是通过人工操作大量的阀门实现的，灌溉周期通常为5-6天，而经研究，在高温期，间隔7天的灌溉棉花受旱的可能性非常大，灌水当天土壤含水量趋于饱和，随着水分渗漏、蒸腾和作物吸收，土壤含水量在低于15％左右后趋于作物凋萎点，为了保持土壤有效持水量，实现有效灌溉，至少2-3天轮灌一次最为宜，少量多次使土壤湿度保持在最佳范围，使灌溉达到理想状态，由于人工操作精确性和及时性都难以保证，因而这种最佳灌溉方式依靠人工实现的困难较大。

系统为中央控制级和田间控制级二级结构。

田间控制级主要由多个田间灌溉控制器和多个电磁阀组成。

计算机提供人机界面便于管理人员操作，公共模块、负责与田间灌溉控制器进行数据局通讯；internet连接设备负责将本地数据提供给更高级的管理者。田间控制器带有公共通讯功能，它接受中央监控站的控制指令，按程序开启或关闭相应的电磁阀。24个轮灌组，182个灌溉小区，除一个小区由单阀灌溉以外每小区两个电磁阀，共计363个电磁阀，单阀灌溉的最大面积17.5亩，平均每阀灌溉面积11.8亩，单阀最大流量84.2m³/h，单阀平均流量55.7m³/h。系统主要监测为57个土壤湿度传感器，控制对象为一个中央监控站通过19个田间灌溉控制器控制均匀分布在4300亩棉田范围内的363个电磁阀。

电磁阀采用口径80mm高流量低压损的玻璃纤维增强塑料阀门，工作压力范围0.5-10bar，工作温度0℃-80℃，具有近似于直线流道德Y形阀体，具有水利控制和隔膜驱动等特点，不低于标称口径40％的全无阻隔面积，压力在0.2bar时即可良好密封，流量为100m³/h时压力损失为0.25bar，压力损失为1bar时流量为230m³/h。

土壤湿度传感器采用TR-II型，测量参数为土壤水分体积百分含量-W％，工作温度-10℃～+70℃，环境湿度40℃(20-90)％RH，工作电压DC12V-15V，输出负载＜150欧姆时输出4-20mA电流信号，量程0-100％，测量精度0-50％量程内达到2％，同时土壤湿度传感器具有抗化肥农药腐蚀，小巧轻便，密封性好，可长期暴露在户外工作的特点。安装时根据作物情况，先出去周围的杂草、石块，将地表整平，再将其插入土中，插入时应尽量将探针全部插入土壤中，各传感器探针插入土中的深度及松紧条件要保持一致，以免影响测量准确度。

田间灌溉控制器与电磁阀和土壤湿度传感器间通过共计127267M的控制线连接。

每一个田间控制器均可以通过公共移动电话网实现与中央监控站的数据通讯，从而对灌溉系统实施遥控和遥测。中央监控站通过计算机了解灌区当前土壤湿度、灌溉状况和灌溉历史纪录。系统用自动记录每个电磁阀总计和累计开启时间，由此计算出每个电磁阀的灌溉用水量，在根据每个电磁阀与地块的隶属关系可以计算出每块地的灌溉量等统计数据。所有现场设备可采用36伏以下的安全电压。

本实施例基于为农业服务，本着可靠、经济、实用原则进行选型设计，满足成本要求，具有示范作用。可靠性是系统最主要的性能，必须确保农业生产不会因为自动化系统的使用而受到影响。实用性是为了让用户方便地使用，而且留用扩充和发展的余地，这就要求用户界面友好，必须是中文环境，中文界面，中文说明。经济性是在保证系统可靠性和实用性的基础上从四个方面尽量为用户节约资金，即一次性投资少；避免重复投资；系统扩充投资少；系统运行和维护费用少。

实施例2：采用实施例1中系统依据专家决策进行自动灌溉。根据自动采集和人工录入的地块信息、灌溉系统信息、作物品种、生长阶段、土壤性质、土壤成分、天气预报、天气实况、积温值等多种参数，根据专家数据库进行综合分析和模糊控制计算，并自动产生灌溉和施肥计划。每次灌溉计划产生后系统自动发短信给管理人员请求审批，管理人员可以通过短信直接批准该灌溉计划也可以调整该计划或拒绝该计划，经过管理人员审批的计划由系统负责自动执行。

管理人员也可以强行中止正在执行的灌溉计划。

实施例3：采用实施例1中系统以土壤湿度为主参数进行自动灌溉。系统包含有土壤湿度传感器对典型点的土壤湿度进行连续的测量，以多点土壤湿度治标为主要依据进行自动灌溉，灌溉量按地块面积比例均匀分配到每个轮灌区，由田间控制器自动执行任务。

实施例4：采用实施例1中系统已预先制定程序为主进行自动灌溉。系统允许操作人员预先设定一段时间的灌溉计划，系统按照该灌溉计划自动进行灌溉。

可根据近期天气变化情况对灌溉计划进行修正。最后系统将修正的灌溉计划传给田间控制器自动执行灌溉任务。

实施例5：采用实施例1中系统遥控灌溉。通过中央监控站直接操作电磁阀，进行灌溉控制和从土壤湿度传感器读取田间土壤湿度。

也可通过授权手机进行包括以上内容的遥控中央监控站、田间控制器和电磁阀的操作。

实施例6：采用实施例1中系统手动就地灌溉。系统包含的电磁阀带有手动开关，可以实现就地手动控制。

实施例7：在采用实施例1中系统基础上增加田间控制级田间图像采集和传输设备，使中央监控站可以远程监控田间作物生长过程和灌溉实况。

实施例8：在采用实施例1中系统中中央控制级中央监控计算与internet连接设备连接。由权限系统操作人员可以在internet覆盖的任一地点通过网络查询、操作系统。

实施例9：在采用实施例1中系统中田间控制级增设防盗装置。如非法开启损坏田间控制器过其它设备元器件，系统就会发出报警。

实施例10：在采用实施例1中系统中田间控制级设备采用太阳能装置提供工作所需电源。这样既可节约能源又可降低动力电长距离传输的成本，同时也彻底消除料动力电源传输和使用中对动植物可能造成的伤害。当太阳能供电不足时，电池电压会降低到一定程度时系统会发出电池电压过低信号，提示维护。

Claims

1.一种基于公共通讯网络的远程灌溉自动化系统，其特征是：系统为中央控制级和田间控制级二级结构，中央控制级主要由中央监控站构成，中央监控站由中央监控计算、公共模块和相应软件构成，田间控制级主要由多个田间灌溉控制器和多个电磁阀组成。

2.根据权利要求1所述的基于公共通讯网络的远程灌溉自动化系统，其特征是：系统包含的电磁阀带有手动开关，可以实现就地手动控制。

3.根据权利要求1所述的基于公共通讯网络的远程灌溉自动化系统，其特征是：田间控制级增加田间图像采集和传输设备，使中央监控站可以远程监控田间作物生长过程和灌溉实况。

4.根据权利要求1所述的基于公共通讯网络的远程灌溉自动化系统，其特征是：中央控制级中央监控计算与internet连接设备连接。

5.根据权利要求1所述的基于公共通讯网络的远程灌溉自动化系统，其特征是：田间控制级增设防盗装置。

6.根据权利要求1所述的基于公共通讯网络的远程灌溉自动化系统，其特征是：田间控制级设备采用太阳能装置提供工作所需电源。

7.根据权利要求1所述的基于公共通讯网络的远程灌溉自动化系统，其特征是：系统依据专家决策进行自动灌溉。根据自动采集和人工录入的地块信息、灌溉系统信息、作物品种、生长阶段、土壤性质、土壤成分、天气预报、天气实况、积温值等多种参数，根据专家数据库进行综合分析和模糊控制计算，并自动产生灌溉和施肥计划。

8.根据权利要求1所述的基于公共通讯网络的远程灌溉自动化系统，其特征是：系统以土壤湿度为主参数进行自动灌溉，系统包含有土壤湿度传感器对典型点的土壤湿度进行连续的测量，以多点土壤湿度指标为主要依据进行自动灌溉，灌溉量按地块面积比例均匀分配到每个轮灌区，由田间控制器自动执行任务。

9.根据权利要求1所述的基于公共通讯网络的远程灌溉自动化系统，其特征是：系统已预先制定程序为主进行自动灌溉，系统允许预先设定一段时间的灌溉计划，系统按照该灌溉计划自动进行灌溉。

10.根据权利要求9所述的基于公共通讯网络的远程灌溉自动化系统，其特征是：可根据近期天气变化情况对灌溉计划进行修正。最后系统将修正的灌溉计划传给田间控制器自动执行灌溉任务。

11.根据权利要求1所述的基于公共通讯网络的远程灌溉自动化系统，其特征是：通过中央监控站直接操作电磁阀，进行灌溉控制和从土壤湿度传感器读取田间土壤湿度。

12.根据权利要求11所述的基于公共通讯网络的远程灌溉自动化系统，其特征是：通过授权手机进行包括以上内容的遥控中央监控站、田间控制器和电磁阀的操作。

13.根据权利要求1所述的基于公共通讯网络的远程灌溉自动化系统，其特征是：系统包含的电磁阀带有手动开关，可以实现就地手动控制。