智能灌溉農(nóng)田灌溉控制系統(tǒng)

系統(tǒng)簡介

智能灌溉一種現(xiàn)代高效節(jié)水的灌溉方式，智能灌溉系統(tǒng)是集自動控制技術(shù)和專家系統(tǒng)技術(shù)，傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)、計算機技術(shù)等于一體的灌溉管理系統(tǒng)。隨著農(nóng)業(yè)及園林業(yè)的發(fā)展，水資源的不斷升值，傳統(tǒng)灌溉方式正在被現(xiàn)代智能型微機控制灌溉系統(tǒng)所取代并得以推廣，是有效解決灌溉節(jié)水問題的必要措施之一。

金斗云自主研發(fā)的智能灌溉系統(tǒng)是集傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、無線通信技術(shù)等多種高新技術(shù)于一體的智能灌溉控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的應(yīng)用使我國的農(nóng)業(yè)由傳統(tǒng)的勞動密集型向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變奠定了重要的基礎(chǔ)。 系統(tǒng)既可以根據(jù)植物和土壤種類，光照數(shù)量來優(yōu)化用水量，也可以在雨後監(jiān)控土壤的濕度。據(jù)研究統(tǒng)計顯示，金斗云智能灌溉系統(tǒng)和傳統(tǒng)灌溉系統(tǒng)的成本差不多，卻可實現(xiàn)節(jié)水16%到30%。

智能灌溉系統(tǒng)-軟件設(shè)計 

軟件是控制系統(tǒng)的靈魂，需要與硬件配合，將實時數(shù)據(jù)與專家系統(tǒng)的設(shè)定值進(jìn)行比較判斷，來控制電磁閥的開啟和延續(xù)時間的長短，實現(xiàn)智能控制。中央控制室的計算機系統(tǒng)使用了大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫，能對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲和自動備份，并能根據(jù)定制條件進(jìn)行查詢。本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)全自動、無人值守的數(shù)據(jù)處理，并預(yù)留WEB接口，遠(yuǎn)程用戶可以通過瀏覽器查詢有關(guān)的灌溉信息。

本系統(tǒng)采用了圖形用戶界面，用戶操作簡單方便。實時或定時采集的田間土壤水分、土壤溫度、空氣溫濕度等數(shù)據(jù)，均可以實時地以圖形或者表格方式在中央控制計算機上顯示。用戶可以通過圖形界面設(shè)定每個地塊的灌溉策略，實現(xiàn)定時、定量的無人值守的自動灌溉。

智能灌溉系統(tǒng)-系統(tǒng)組成

智能灌溉電腦界面

手機APP頁面

控制流程圖

智能灌溉系統(tǒng)-優(yōu)點

與傳統(tǒng)灌溉方式相比，金斗云智能灌溉控制系統(tǒng)有如下優(yōu)點：

1、微機控制噴灌和滴灌，大大節(jié)省日趨寶貴的水資源，具有巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。

2、根據(jù)植物對土壤水份的需求特點設(shè)定不同的灌溉方式，使植物按最佳生長周期生長， 達(dá)到增產(chǎn)增收的目的。

3、自動灌溉，大大節(jié)省人力資源，提高勞動生產(chǎn)率。

智能灌溉系統(tǒng)-功能

為了最大限度地節(jié)約噴灌用水和實現(xiàn)智能控制，灌溉系統(tǒng)具備以下功能： 

1、數(shù)據(jù)采集功能：可接收土壤濕度傳感器采集的模擬量。模擬量信號的處理是將模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號（A/D轉(zhuǎn)換）。 

2、控制功能：具有定時控制、循環(huán)控制的功能，用戶可根據(jù)需要靈活選用控制方式。 

①自動控制功能：可編程控制器通過程序?qū)鞲衅鳈z測的濕度信號與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)濕度范圍值相比較，如果檢測的濕度值超出了設(shè)定濕度值，（低于設(shè)定值則調(diào)大電動機轉(zhuǎn)速，高于設(shè)定值則調(diào)小電動機轉(zhuǎn)速）則自動調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速，進(jìn)行灌溉操作。 

②定時控制功能：系統(tǒng)可對電磁閥設(shè)定開、關(guān)時間，當(dāng)灌溉的濕度值達(dá)到設(shè)定的濕度值時，電動機自動停止灌溉。 

③循環(huán)控制功能 ：用戶在可編程控制器內(nèi)預(yù)先編好控制程序，分別設(shè)定起始時間、結(jié)束時間、灌溉時間、停止時間，系統(tǒng)按設(shè)定好的時間自動循環(huán)灌溉。 

3、變速功能:當(dāng)前所測的土壤濕度值與預(yù)先設(shè)定的最適宜草坪生長的濕度值50%—60%RH比較，分為大于、等于、小于三種結(jié)果，即可將濕度分為高濕度、中濕度、低濕度三種狀態(tài)。在控制面板上表現(xiàn)為高濕度、中濕度、低濕度三個指示燈。變頻器根據(jù)土壤濕度的三個狀態(tài)自動調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，電動機設(shè)有高速，中速，低速3種旋轉(zhuǎn)速度，分別對應(yīng)高速，中速，低速三個指示燈。 

4、自動轉(zhuǎn)停功能：控制系統(tǒng)根據(jù)土壤的干濕度情況自動啟動噴灌，控制電動機以所需的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，噴頭噴灌5分鐘，停2分鐘，再噴5分鐘后自動停轉(zhuǎn)。 

5、電動機過載保護(hù)功能：當(dāng)電動機過載時，電動機立即停止轉(zhuǎn)動，灌溉過程中止，并且故障指示燈閃爍報警，過載消除后自動恢復(fù)運轉(zhuǎn)。 

6、陰雨天自動停止：利用濕度傳感器的開關(guān)量作為一個可編程控制器的輸入信號，實現(xiàn)控制相關(guān)程序的功能。 

7、省電功能：定時控制器在斷電時正常計時，故采用其作為可編程控制器的電源控制。在定時灌溉控制時間之內(nèi)，由定時器接通可編程控制器的電源，可編程控制器按預(yù)先編制的程序依次打開各控制設(shè)備電源，并根據(jù)輸入信號的變化隨時調(diào)整程序的執(zhí)行。在非系統(tǒng)工作時間里，定時器自動斷開可編程控制器的電源，這樣既減少了系統(tǒng)耗費的電能又延長了設(shè)備的使用壽命。 

8、急停功能：當(dāng)出現(xiàn)緊急意外事故時，按下急停按鈕，電動機立即停止運轉(zhuǎn)，閥門關(guān)閉，噴頭停止灌溉。 

9、故障自動檢測功能：當(dāng)灌溉系統(tǒng)出現(xiàn)故障，如水管破裂（水壓為零），傳感器故障，電動機故障，變頻器故障，電磁閥故障等，水泵立即停止運行，電磁閥關(guān)閉，故障報警燈閃爍并伴有警笛聲響起。操作人員可以按下“消音”按鈕以解除鈴響，但故障指示燈仍在閃爍，直到故障消除，故障指示燈才自動停止閃爍。

智能灌溉系統(tǒng)-方案與設(shè)計 

每種植物都有適合其生長的濕度，濕度過大，植物的根系就會在土壤中腐爛，濕度過小，就不足以滿足植物生長所需要的水分。灌溉就是最大限度地滿足土壤的濕度在適宜植物生長的濕度范圍之內(nèi)。經(jīng)資料查證最適宜草坪生長的濕度是50%—60%RH。此信號與50%—60%RH比較，可以分為：大于，等于，小于三種情況。系統(tǒng)按可編程控制器內(nèi)預(yù)先編好的程序自動按一定的灌水量進(jìn)行灌溉。最終實現(xiàn)不需要人的直接參與，由系統(tǒng)自動實現(xiàn)灌溉，人的作用只是調(diào)整控制程序和檢修控制設(shè)備。 

可編程控制器、傳感器、變頻器是實現(xiàn)智能灌溉不可缺少的設(shè)備。但要想使整個草坪都得到相同的水量，對草坪實現(xiàn)均勻而智能的灌溉，必須要設(shè)計一套完整的系統(tǒng)。一套完整的金斗云智能灌溉系統(tǒng)由水源、電源、可編程控制器、開關(guān)量、模擬量輸入、現(xiàn)場儀表，顯示面板等組成。 

1、水源：包括各種可能使用的水源的類型，如自來水、河流、井水、池塘等。視距離灌溉區(qū)的遠(yuǎn)近而定，重要的是所選水源必須要有足夠的供水量。 

2、電源模塊：穩(wěn)定可靠的電源供應(yīng)是整個系統(tǒng)安全、可靠運行的重要前提，要求電源模塊穩(wěn)定、可靠，留有一定的功率余量。 

3、可編程控制器主控模塊：負(fù)責(zé)發(fā)出和接收各種運行程序指令，是整個控制系統(tǒng)的中樞部分，要求具有高可靠性和穩(wěn)定性，通信方式靈活，具有可擴展的功能。 

4、開關(guān)量、模擬量輸入、輸出模塊：該部分是可編程控制器裝置正確接收信息和發(fā)出指令的關(guān)鍵設(shè)備，要求有高可靠性、穩(wěn)定性，能實現(xiàn)某些電、磁的隔離功能。 

5、現(xiàn)場儀表：可編程控制器系統(tǒng)通過接收現(xiàn)場儀表設(shè)備發(fā)出的信號判斷被控設(shè)備的運行狀況，以及是否符合設(shè)備運行的環(huán)境條件，因此要求現(xiàn)場儀表設(shè)備具有高可靠性、穩(wěn)定性和精確性。 

6、顯示面板：通過顯示面板上的指示燈，使操作人員能清晰的看到系統(tǒng)的運行狀態(tài)，便于控制和維修。 

7、其他輔助設(shè)備：輔助設(shè)備如冷卻風(fēng)扇、UPS不間斷電源等是完善整個系統(tǒng)所必須的，對提高系統(tǒng)的可靠性和使用壽命有很大的幫助。

前景展望

金斗云智能灌溉系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用，在實現(xiàn)節(jié)約灌溉、智能灌溉、高效灌溉的同時，不僅可以提高水資源利用率，緩解水資源日趨緊張的矛盾，還可以增加農(nóng)作物的產(chǎn)量，降低農(nóng)產(chǎn)品的成本。