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，智能灌溉自動化控制系統(tǒng)是集自動控制技術(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。

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。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。