鬼佬大哥大
  • / 9
  • 下載費用:30 金幣  

一種微灌用自動控制系統.pdf

關 鍵 詞:
一種 微灌用 自動控制系統
  專利查詢網所有資源均是用戶自行上傳分享,僅供網友學習交流,未經上傳用戶書面授權,請勿作他用。
摘要
申請專利號:

CN201610116456.3

申請日:

20160301

公開號:

CN105660320A

公開日:

20160615

當前法律狀態:

有效性:

審查中

法律詳情:
IPC分類號: A01G25/16 主分類號: A01G25/16
申請人: 河海大學,江蘇九澍機電科技有限公司
發明人: 方部玲,葉文朝,齊松濤,禹阿喜,劉紅喜,孫雄飛
地址: 210098 江蘇省南京市西康路1號
優先權: CN201610116456A
專利代理機構: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 代理人: 孟旭彤
PDF完整版下載: PDF下載
法律狀態
申請(專利)號:

CN201610116456.3

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本發明公開了一種微灌用自動控制系統,用于包括滴灌和微噴灌的農業微灌作業,包括主控器和遙控器,主控器包括紅外接收器,遙控器包括紅外發射器,遙控器通過紅外無線傳輸數據至主控器,所述遙控器具有鍵盤和顯示屏,所述的主控器連接有土壤濕度傳感器、雨量傳感器和電磁閥,通過土壤濕度傳感器和雨量傳感器進行土壤濕度和雨量檢測,并且向電磁閥發出開、閉控制指令。所述的遙控器內置時鐘。所述主控器和遙控器均采用低電壓微靜態功耗芯片,且采用電池也可采用太陽能充電電池作為電源。主控器的運行模式參數在遙控器上編輯完成并保存后,用紅外無線傳輸至主控器。

權利要求書

1.一種微灌用自動控制系統,用于包括滴灌和微噴灌的農業微灌作業,其特征在于,包括主控器和遙控器,主控器包括紅外接收器,遙控器包括紅外發射器,遙控器通過紅外無線傳輸數據至主控器,所述遙控器具有鍵盤和顯示屏,所述的主控器連接有土壤濕度傳感器、雨量傳感器和電磁閥,通過土壤濕度傳感器和雨量傳感器進行土壤濕度和雨量的檢測,并且向電磁閥發出開、閉控制指令。2.如權利要求1所述的微灌用自動控制系統,其特征在于,所述的遙控器內置時鐘。3.如權利要求1所述的微灌用自動控制系統,其特征在于,所述主控器和遙控器均采用低電壓微靜態功耗芯片,且采用電池或太陽能充電電池作為電源。4.如權利要求1所述的微灌用自動控制系統,其特征在于,主控器的運行模式參數在遙控器上編輯設置完成并保存后,用紅外無線傳輸至主控器。5.如權利要求4所述的微灌用自動控制系統,其特征在于,主控器的運行模式中包括時刻型模式,所述時刻型模式是指:在設定的時間內進行灌溉,包括日期(年、月、日)、時、分設定,可每天運行,也可間隔天數運行,灌溉時間時、分、秒可調。6.如權利要求5所述的微灌用自動控制系統,其特征在于,主控器的運行模式還包括:時刻+時間間隔型、土壤濕度控制型和雨量控制型,所述的時刻+時間間隔型,在時刻型模式內再設置時間間隔,可對每天任意個不同灌溉時間段內對時間間隔進行設定,時間間隔以時、分、秒任意設定;所述的土壤濕度控制型,用土壤濕度傳感器測定土壤濕度,在設定的時間段內,主控器采集土壤濕度實測值,與設定值比較,實測值達到設定下限或上限時,主控器打開電磁閥進行供水灌溉,關閉電磁閥有兩種情況,一種是到達設定的灌溉時間時,主控器關閉電磁閥,停止供水,另一種是測定的濕度大于設定值時電磁閥關閉,停止供水;所述的雨量控制型,是當電磁閥在設定的時間點打開噴霧時,主控器監測噴霧所接收的雨量次數,當檢測到所接收的雨量達到設定的雨量次數后電磁閥自動關閉噴霧,主控器停止雨量檢測。

說明書

技術領域

本發明屬于農業灌溉設備技術領域,特別涉及一種微灌用自動控制系統。

背景技術

農業生產中的微灌(包括滴灌、微噴灌)作業,可以控制需要微灌作業范圍的溫、濕度,為作物提供良好的生長條件,因此被世界各國廣泛采用。滴灌可大量節省水、電、人工,其優越性日漸受人們重視。微灌系統一般由尾部:滴頭、微噴頭、防滴閥;首部:泵組、過濾器、施肥器、電器控制柜;中間連接:干、支管道、閥門等零部件組成,以往對這些部件的開關控制均是由人工進行操作的。由于微灌作業時間較長,開關次數頻繁,人工費時且不易掌握灌水施肥的準確性,隨著電子技術的發展,國內外先后逐漸采用了自動控制技術。與本技術方案較接近的現有技術有,美國的Hunter公司的WVS系統和美國雨鳥公司的CYCLIK控制裝置,它們都是由電子技術裝置的自動控制系統,對微灌系統部件進行操縱控制,實現了自動化灌溉,但是,它們存在一定的不足。

美國雨鳥公司的電子控制系統是有線輸入控制模式,編程器與控制器間需要用插頭連接,程序輸入后再將插頭拔下移走。插頭裸露在外面,野外或水下工作存在不可靠因素。

而美國Hunter公司,為無線控制,其編程遙控器可在30米距離內進行控制,一則傳送的距離有限,同時,其無線控制是采用電磁波原理,這種裝置的結構較復雜,造價較高,電耗大,不適宜我國國內經濟薄弱和偏遠地區推廣使用。

目前國內現有的主要用于溫室的灌溉控制器,大都是有線控制,由于微灌系統一般應用面積較大,而且微灌用水的泵站常常離控制閥門較遠,采用有線形式,很長的導線埋在地下,常會出現不慎被壓壞碰、勾斷的現象,尤其在我國廣大農村的規劃還跟不上,有時是這邊規劃設計安裝好,下一個項目又要另行規劃設計開挖,將別說是電線就連灌溉管道都被挖壞。還有,有時掩埋時間長了,電線老化,也常會出現短路,使控制出現故障,導致整個控制系統癱瘓,甚至對人身安全造成威脅。而且導線埋入土壤中,對清查修復工作也帶來困難。因此弊端明顯,難以在我國廣大農村特別是在西北貧困少雨地區推廣。有些科研院校雖以單片機為核心研制出有線小型智能化灌溉控制器,但尚存在以下問題:

控制器以8031等為核心,通常還需加EPROM,RAM以及顯示接口芯片(如8279)等,鍵盤及顯示器等。帶來的問題是靜態功耗達到數十毫瓦及至數百毫瓦級以上。又因輸出一般采用繼電器驅動電磁閥方式,運行時維持電流較大。使得這一系統一般都需接入220V工頻電源,經變壓器減壓、整流,以獲得低壓直流源供系統使用。由于工頻電源極易引進干擾,為可靠穩定地工作,往往需在軟件、硬件上采用一系列抗干擾措施。這些都使得裝置的體積增大,本體及安裝成本增加,便攜性、移動性減低,難以適應野外工作環境。

近年有不少使用無線傳輸模塊ZigBee節點控制傳輸方式進行傳感器網絡技術傳輸,這種形式可進行遠距離信號傳輸,但是系統復雜,價格遠高于本技術方案,并且需無線傳輸網絡運行使用費或者建設無線發射基站,建成后有一定的使用成本。

發明內容

本發明的目的是提供一種微灌用自動控制系統,用于包括滴灌和微噴灌的農業微灌作業。

本發明的自動控制系統包括主控器和遙控器,主控器包括紅外接收器,遙控器包括紅外發射器,遙控器通過紅外無線傳輸數據至主控器,

所述遙控器具有鍵盤和顯示屏,

所述的主控器連接有土壤濕度傳感器、雨量傳感器和電磁閥,通過土壤濕度傳感器和雨量傳感器進行土壤濕度檢測,并且向電磁閥發出開閉控制指令。

所述的遙控器內置時鐘。

所述主控器和遙控器均采用低電壓微靜態功耗芯片,且采用電池作為電源。

所述主控器的運行模式參數在遙控器上編輯完成并保存后,用紅外無線傳輸至主控器。

進一步的,主控器的運行模式中包括時刻型模式,所述時刻型模式是指:在設定的時間段內進行灌溉,包括日期(年、月、日)、時、分設定,可每天運行,也可間隔某些天數運行,灌溉時間時、分、秒可調。

主控器的運行模式還包括:時刻+時間間隔型、土壤濕度控制型和雨量控制型,

所述的時刻+時間間隔型,在時刻型模式內再設置時間間隔,可對每天任意個不同灌溉時間段內進行時間間隔設定,時間間隔以時、分、秒任意設定;所述的土壤濕度控制型,用土壤濕度傳感器測定土壤濕度,在設定的時間段內,主控器采集土壤濕度實測值,與設定值比較,實測值達到設定下限或上限時,主控器打開電磁閥,電磁閥開啟供水灌溉,關閉電磁閥有兩種情況,一種是到達設定的灌溉時間時,主控器關閉電磁閥,停止供水;另一種是測定的濕度大于設定值時電磁閥關閉,停止供水;

所述的雨量控制型,當電磁閥在設定的時間點打開噴霧時,主控器通過雨量傳感器監測噴霧所接收的雨量噴霧次數(每接收到單位面積上某個設定值的水量時傳感器記錄一次,如每0.5毫米深的雨量記錄一次,也可用其它雨量傳感器沒定,有相應的設置值),當檢測到所接收的雨量達到設定的雨量次數后電磁閥自動關閉噴霧,主控制器也停止雨量檢測。

主控器運行模式包括的時刻+濕度型和時刻+雨量型,所述時刻+濕度型,是指在預定時間段內運行土壤濕度控制型模式,所述時刻+雨量型,是指在預定時間段內運行雨量控制型模式。

本發明由遙控器設置灌溉參數并發送給主控器,主控器采集傳感器信號并與設置參數比較,當達到設定灌溉開啟(關閉)值時,主控單元向電磁閥發出開、閉指令實施灌溉系統的自動控制。其主控單元由信息采集電路、信號隔離電路、遙控接受器、微處理器、驅動電路及電源等部件組成。

本發明的微處理器采用低功耗芯片,其內置FLASH程序存儲器和RAM數據存儲器,可滿足控制器程序的裝載及運行數據的存取和中轉,以此為核心構建的單片機系統。勿需增置程序和數據存儲等外圍器件,也勿需在線路板上設計數據和地址線,從而使硬件構成非常簡單。故對微功耗的控制器設計極為有利。微處理器的工作電壓僅為1.8~3.6V,在休眠狀態下典型電流不到1μA,故其本身能耗極低。

本發明主控單元的輸出驅動,充分考慮到盡量減低功耗,采用驅動芯片來驅動自鎖電磁閥工作,該芯片靜態電流小于2μA。通過微處理器按控制邏輯輸出相應的脈沖信號,使驅動芯片驅動自鎖電磁閥打開或關閉。電磁閥打開或關閉完成后,芯片處于靜態狀態,在實際工作條件下,電磁閥狀態改變的次數是有限的,故在絕大部分時間,是不消耗任何能量的。

本發明與通常采用鍵盤進行命令輸入的方式不同,它采用遙控器對主控制器的運行模式進行設置和修改,本發明提供的無線控制裝置采用紅外發射接受控制方式。對各電磁閥的開停時序和周期的命令由遙控器的鍵盤編輯完成并發射后,由控制器的紅外線接收器接收并傳輸到微處理器存儲。本遙控器由液晶顯示、鍵盤等組成,發送遙控信號采用三極管驅動紅外二極管,電路簡單、體積小、功耗低。

主控制器所需的參數由遙控器設置好并保存在遙控器中,遙控器內置時鐘,并通過紅外線發送到主控單元中,紅外接收器接收到信號后,相應發光管發光,遙控器開啟自控裝置的同時設置(輸入)實時時間,自控裝置進入運行狀態。當達到設定的開啟時刻時,微處理器開始采集信號并與設定參數比較來決定是否發送開啟電磁閥的脈沖,當達到設定的關閉時刻時,微處理器發送關閉電磁閥脈沖通過驅動電路來驅動電磁閥;本自動控制裝置用4節5號電池組作電源,有4種工作模式。

1、時刻型:即在某一設定的時間內進行灌溉,有日期(年、月、日)、時、分設定,可每天循環(每天這個時刻打開電磁閥進行灌溉)、天循環(過幾天這個時刻打開電磁閥)灌溉。一只遙控器可設置50組電磁閥,每組閥可有5個不同的灌溉時間段(時、分)設定,灌溉時間時、分、秒可調,最大為23小時59分59秒。

2、時刻+時間間隔型,本型以時刻型作先導,在時刻型(時、分)內再設置時間間隔,可對每天任意個不同灌溉時間間隔進行設定,可每天循環,也可按周期(天)循環,間隔時、分、秒任意設定,一只遙控器可設置50組以上電磁閥,每組閥可設置5個不同的灌溉時刻段,每天循環,也可按周循環,時間間隔時、分、秒任意設定。。

3、土壤濕度控制型,用土壤濕度傳感器測定土壤濕度,在設定的某一時間內,微處理器采集傳感器測定的土壤濕度實時值,與設定值比較,實測值達到設定下限(或上限,根據選用的濕度傳感器而定)時,微處理器打開電磁閥脈沖,電磁閥開啟向系統供水灌溉。關閥有兩種模式,一種是到達設定的灌溉時間時,微處理器再發一反向脈沖給電磁閥關閉,停止供水;另一種是測定的濕度大于設定值時電磁閥關閉,停止供水。

4、雨量控制型,當電磁閥按設定的時間打開時,控制器通過雨量傳感器監測雨量(噴霧)次數,在噴霧狀態時,本雨量傳感器每接受到一次最小雨量,即0.5mm雨量記錄一次,可設置到9999次,相當于降雨量為5米深,一般只需用到400—500次。當檢測到設定的雨量次數后電磁閥自動關閉噴霧,并停止雨量檢測。

以上4種工作模式,第1工作模式為基本模式,與其它3種功能可結合使用,可滿足不同的灌溉要求。其它3種模式運行必須捕捉到啟動時刻點后自控裝置才能啟動,即構成三種模式,簡單示例如下:

時刻+時間間隔型:在8:00(工作起點)-9:00(工作終點)之中,每隔5秒開閥澆灌,持續3秒關閥。在第二個時間段,12:00(工作起點)-14:00(工作終點)之中重復上述的工作和停止時間。一天內可設置有5個不同的時間段重復也可不重復的工作和停止時間。

時刻+濕度型:自控裝置在8:00(工作起點)-9:00(工作終點)之間,如微處理器開啟檢測,當檢測到傳感器測定的土壤濕度實時值低于(或高于,根據選用的濕度傳感器而定)設定值時,則打開電磁閥進行灌溉,當達到設定的工作時間或檢測到土壤濕度達到設定值時電磁閥關閉。

時刻+雨量型:自控裝置在8:00(工作起點,開啟電磁閥)-9:15(工作終點)之間,如雨量傳感器接收到的雨量達到設定次數時,則關閉電磁閥。(收集雨量次數時間一定要小于噴霧時間,否則直到終點9:15才關閉電磁閥。)

通過遙控器可進行手動操作和自動操作切換,當切換至手動操作時,可通過遙控器手動打開、關閉電磁閥;當切換至自動操作時,主控器按設定的模式和參數進行工作。

本發明的有益效果是:

本發明的四種模式工作的有益效果基本涵蓋了農業上所有的灌溉自動化需求,尤其是對育苗時期需要保持土壤和空氣的一定濕度,就需要每隔幾分鐘噴霧幾秒鐘(時間+時間間隔型),并且是24小時連續幾個月的工作,這是人工很難達到的。

多種運行模式的方便設置,使得本控制裝置對不同地區,不同的生態環境,不同的作物,不同的農藝要求都具有極其廣泛的適應性。由于避免了布線,其工程造價很小,運行成本也極為低廉。同時由于不使用工頻電源,杜絕了干擾信號自交流電源線的侵入,還極大地提高了本裝置工作的可靠性、穩定性、安全性。對于大量使用在野外環境、尤其是邊遠山區、大面積使用往往長時間無人監管的灌溉控制系統,直接使用干電池供電,不但可使裝置體積大大下降,從而使其更便于安裝、攜帶,尤為重要的是大大減少干擾故障產生的機率,使之工作更為可靠。

本發明借助遙控器的顯示窗口對命令進行編輯,主控制器可省去顯示部分,故進一步簡化了硬件結構,并使命令輸入的操作更為方便。

本發明提供的無線控制裝置采用遙控器編程紅外發射接收控制方式,以及多種模式的短時間隔循環不間斷控制,不僅解決了農業微灌的精準控制,也使得主控單元可以實現超小型智能化獨特的設計,大大減低了裝置的靜態功耗,使之成為一臺微功耗、超小型(主線路板僅6×6cm2),密封性能好,便于攜帶、移動的性價比高且特別適合野外工作環境的裝置。尤其適用于潮濕雨淋的作業環境,這是一般自控裝置所不能達到的。也沒有額外的使用費用,不象遠程無線控制多數要通過網絡,每月有一定網絡使用費,這對沒有網絡覆蓋的廣大農村來說也是制約推廣的一個重要方面。

附圖說明

圖1是本發明控制系統示意圖。

其中,1——遙控器鍵盤;2——遙控器;3——遙控器顯示屏;4——發射器;5——主控器;6——接收器;7——雨量、濕度傳感器;8——電磁閥;9——主控器干電池電源;10——遙控器干電池電源。

具體實施方式

本發明由遙控器鍵盤1輸入將指令由遙控器2通過紅外發射器4傳送給主控器5,再由主控器5按照指令要求的控制模式向電磁閥8發出執行指令,控制電磁閥8的開、閉,在自反饋模式下通過土壤濕度、雨量傳感器7進行土壤濕度、雨量檢測反饋信號給主控器5,根據指令設置進行電磁閥8的開、閉控制。

微處理器采用低功耗芯片,其內置FLASH程序存儲器和RAM數據存儲器,通過簡化硬件,改進輸出驅動方式,采用遙控器替代鍵盤等幾個方面措施,有效地降低了裝置的功耗,本裝置僅需4節1.5V電池即可維持運行1年以上。本發明提供的無線控制裝置采用遙控器編程紅外發射接收控制方式。遙控器2和主控器5均采用低電壓微靜態功耗且內置硬件更為豐富的微處理器芯片,使外圍器件大為減少。微處理器的工作電壓僅為1.8~3.6V,在休眠狀態下典型電流不到1μA。

該裝置的輸出驅動芯片驅動自鎖電磁閥工作,該芯片靜態電流小于2μA。通過微處理器按控制邏輯輸出相應的脈沖信號,使驅動芯片驅動自鎖電磁閥打開或關閉。電磁閥打開或關閉完成后,芯片處于靜態狀態,在實際工作條件下,電磁閥狀態改變的次數是有限的,故在絕大部分時間,是不消耗任何能量的。

本裝置采用遙控器2對主控器5的運行模式進行修改,對各電磁閥的啟停時序和周期的命令由遙控器2的鍵盤1編輯完成并發射后,由主控器5接收并存儲到主控器微處理器中。

主控制器5所需的參數由遙控器2設置好并保存在遙控器2中,遙控器2內置時鐘,再通過紅外線發送,由主控器5的接收器6接收,主控器5信號接收成功時相應發光管發光,然后用遙控器2開啟自控裝置的同時設置(輸入)實時時間,自控裝置進入運行狀態。當達到設定的開啟時刻時,主控器5開始采集土壤濕度、雨量傳感器7的信號并與設定參數比較來決定是否發送開啟電磁閥8,當達到設定的關閉時刻時,由主控器5發送關閉電磁閥命令來驅動電磁閥8的關閉;本自動控制裝置用4節5號電池組9作主控器電源,本自控系統有4種工作模式。

1、時刻型;2、時刻+時間間隔型;3、土壤濕度控制型;4、以雨量型控制。

所述的雨量控制型,當電磁閥在設定的時間點打開噴霧時,主控器通過雨量傳感器監測噴霧所接收的雨量次數(每接收到單位面積上某個設定值的水量時傳感器記錄一次,如每0.5mm記錄一次。也可用其它方式的傳感器測量,對應設置相的參數。),當檢測到所接收的雨量達到設定的雨量次數(值)后電磁閥自動關閉噴霧,主控制器也停止雨量檢測。

以上四種工作模式,模式1與其它三種功能可結合使用,其它三種模式運行必須捕捉到啟動時刻點后自控裝置才能啟動,即構成三種模式,時刻+時間間隔型、時刻+濕度型和時刻+雨量型。

簡單示例如下:

時刻+間隔型:在8:00(工作起點)-9:00(工作終點)之中,每隔5秒開閥澆灌,持續3秒關閥。這種時間段在一天內可以有5組數據供設置并每組的數據可重復也可不重復設置。

時刻+濕度型:自控裝置在8:00(工作起點)-9:00(工作終點)之間,如微處理器檢測到傳感器測定的土壤濕度實時值低于(或高于,根據選用的濕度傳感器而定)設定值時,則打開電磁閥進行灌溉,當達到設定的工作時間或檢測到土壤濕度達到設定值時電磁閥關閉。

時刻+雨量型:自控裝置在8:00(工作起點,開啟電磁閥)-9:15(工作終點)之間,如雨量傳感器接收到的雨量達到設定次數時,則關閉電磁閥。(收集雨量次數時間一定要小于噴霧時間,否則直到終點9:15才關閉電磁閥。)

本遙控器2具有手動操作和自動操作切換功能,當切換至手動操作時,可通過遙控器手動打開、關閉電磁閥;當切換至自動操作時,主控器5按設定的模式和參數進行工作。

關于本文
本文標題:一種微灌用自動控制系統.pdf
鏈接地址:http://www.wwszu.club/p-6940681.html
關于我們 - 網站聲明 - 網站地圖 - 資源地圖 - 友情鏈接 - 網站客服 - 聯系我們

[email protected] 2017-2018 zhuanlichaxun.net網站版權所有
經營許可證編號:粵ICP備17046363號-1 
 


收起
展開
鬼佬大哥大