智能灌溉解决方案

2017-03-22 15:26:00

灌溉控制系统功能

一、系统综述

1.系统介绍

灌溉系统在农业生产中有着重要的地位，但是传统人工灌溉作业方式是农业生产中费时费力的环节，占据了很大的作业成本。而智能灌溉系统可以最大程度的解决这个矛盾。通俗的讲，所谓“智能”就是不需要人到现场的干预，系统能利用软件系统进行远程控制地块灌溉作业：在哪个位置灌溉，灌溉多久；也可以根据设定的程序，自动开启指定地块的灌溉作业，结束后，自动关闭灌溉系统并自动作记录；技术人员可以根据不同的土壤，不同的气象特征，不同的农作物生长规律，可以选择不同的灌溉模式，然后交付计算机进行控制灌溉过程。

本控制系统有全自动模式（可选），手动远程模式，时序自动模式，脱机时序模式，遥控模式可以供用户选择。

智能灌溉过程，都是针对灌溉水利用系数较低和传统灌溉浪费大量人力物力而发展的一种高科技灌溉手段,。代表了行业的潮流和方向。一个人，操作几步电脑程序，就可以对几千亩土地进行自动灌溉。大大提高了工作效率。由于系统的可编程性，灌溉模式可以根据农学专家对本地作物的研究建议进行自由设定，从而达到进行分段，分时，个性化优化灌溉。灌溉系统，少不了水管网的优化设计，这个关系到节水的重要环节。 本灌溉水网的专业化设计过程涵盖管道材料阻尼分析，水压力平衡分析，喷水量化分析等过程，从设计原理层面上保证了节水的效果，根据国内研究的示范区观测,灌溉水利用系数由传统的的0.6左右提高到0.8-0.9。

本控制系统包括硬件设备和软件控制两个组成部分

2.硬件设备系统

由主控制器（计算机或者触摸屏）、无线数据传输设备、传感器、电磁阀、解码器，防雷接地系统，等组成。

整个灌溉控制过程，是通过无线方式由中央计算机集中控制，利用分布的解码器实现数据交互，然后由解码器通过串行或并行有线网络控制分布在地块里电磁阀。同时实现对温田间的气象参数和灌溉参数的实时采集。

中央计算机采用工业计算机，稳定可靠。田间解码器与无线模块采用自主设计的工业级产品，电磁阀采用国外进口产品，系统可靠。解码器防护等级为IP68

可地埋或安装在阀门箱内。

防雷系统是由在现场的控制箱体供电模块增加系统专业二级三级防雷单元，电磁阀线圈控制线路增加压敏防雷电路。同时做防雷棒接地系统。

3.软件功能系统

软件部分包括中央控制系统的系统软件和嵌入式控制的控制软件。田间控制器软件系统采用了工程化设计，标准化测试，和高度实时性嵌入操作系统，从而保证了数据传输过程的可靠性。这部分的软件功能主要用来完成数据的转换和指令的解析从而达到控制阀门的目的。这软件是系统一上电后控制器自动执行的，一般不需要干预，只有特殊情况下，需要维工程师在厂家指导下进行编程升级维护。中央控制软件采用了MCGS开发平台，是基于win7 操作系统的应用软件，是操作者直接接触的工作系统。集成了基础的算法设计， 可以实时显示当前土壤气象参数 （温度，湿度） ，灌溉状态，同时可以用各种内置模式控制灌溉设备，实现定量自动灌溉并自动保存灌溉记录，供管理人员研究分析，在系统软件中可以进行灌溉参数设置，及对灌溉情况进行统计，并在计算机上存储、显示。

二、控制系统详细介绍

1.灌溉模式功能含义

全自动模式（可选）

灌溉系统工作时，湿度传感器采集土壤里的湿度信号，检测到的湿度温度信号通过 A/D 模块转换，将标准的电流模拟信号转换为湿度数字信号，输入到中央控制器。可编程控制器内预先设定30%—40%RH为标准湿度值，实际测得的湿度信号与 30%—40%RH 比较，可以分为：在这个范围内，超出这个范围，小于这个范围三种情况。用模糊决策的模型进行判断是否进行灌溉，以及计算灌溉强度是多大。但是考虑到湿度信号在控制函数里面是个大滞后控制模型系统，所以，需要在计算上采用微分环节计算。通过这样的闭环控制过程，让土壤保持一定的湿度值，达到植物生长的最佳状态，要想保证这个结果的顺利实现取决几个因素：系统硬件设计的可靠性，软件控制模型，传感器的可靠性，以及电磁阀和恒压供水系统的可靠性等。

定时模式属于时序控制逻辑的控制模式，系统允许用户根据实际需求，在本模式下，设定灌溉启动时间，灌溉时间，灌溉次数等。时间可以精确到分钟。时间跨度可以任意长。通过这个模式，可以做到一次设定，长期不用干预操作，从而实现大面积自动复杂的灌溉过程。

手动模式

允许用户可以自由开关任意灌溉单元的任意电磁阀。但是考虑到管网的水压供给能力，我们在系统做了自锁，就是保证任何灌溉单元不允许同时出现两个以上供水电磁阀被打开。启动水泵的同时，默认同时打开第一个电磁阀，以防止出现瞬间憋压。打开另外一个电磁阀的同时，系统会自动关闭先前打开的电磁阀。

如果某个地块设置为手动模式， 则可以在电脑界面里进入指定的地块控制图，通过鼠标点击任意指定的阀门图标或者左面的控制盘图标，进行打开或者关闭。

2.控制部件工作原理 

要实现智能灌溉，系统需要有中央控制计算机，智能终端控制器、传感器、数据采集模块，电动机、水泵、电磁阀、滴灌管道等设备，下面进行一一介绍他们的工作原理和技术要求，便于操作人员和维护人员有个大致的了解。

1)中央控制室内设备

①专用计算机：标准工业级pc，运行我们的监控程序，配备标准的数据通讯接口和win7 企业级服务操作系统。

②专用无线路由控制系统：负责无线信号的转换，放大和数据解析，是控制田间控制器的中央枢纽。

③室外天线：全向玻璃钢专用天线，防雨防晒，防风，负责无线信号的接受和发送。

2)田间控制设备

1解码器：负责接收和反馈各种中央计算机通过无线系统发来运行程序指令， 同时控制分布在田间的电磁阀门。是整个灌溉控制控制系统的核心枢纽部分。解码器和传统控制系统比较，只需一根通讯线缆最多可以在一公里范围内串行99个解码器，控制198个电磁阀。极大的节省了线缆及施工费用，减少传统施工对土地的破坏。

2传感器：进行土壤温度和湿度检测。是农业专用传感器，耐高温，耐腐蚀，耐一定的冲击，正常情况下，安置在中央控制室周边的田间土壤下5厘米下。温度测量范围是-20-100 摄氏度湿度范围是 0-95%。湿度传感器由于目前的技术限制，在大于 50%精度普遍不高。但是我们目前的土壤湿度有效饱和数值都小于等于50%，所以测量出来的数据完全可以用来作为农学工艺参考。

3电磁阀：控制喷头的浇灌通道。我们选用按照国际农业商用电磁阀标准设计的产品，坚固耐用，性能优异，可满足河南新郑市农业环境气象系统环境的要求。

3、控制系统通信方式

解码器和计算机之间通讯采用的是有线控制串行结构结构。这样的拓卜结构保证了系统的成本降低，组网灵活，特别是扩展成本降低，便于维护。

上行数据包括：土壤温度、湿度；电磁阀及各控制器的工作状态等信息。

下行数据是指中央计算机向各控制单元发出的各种控制指令，包括电磁阀的开关指令；各工作单元的状态查询指令以及对各控制单元的参数预设等。

由于采用了先进的无线数字网络，因此本系统能够快速地任意规模地构建而且不受时间、空间和其它条件的限制。无线系统自动组网。主要两点之间有通电的网内节点，就可以自动组网。

特殊说明解码器特性：

1、一个解码器可以控制2路电磁阀，解码器采用全密封方式，防水等级达到IP68，安装方式采用地埋式安装比传统的控制柜的安装节约的大量的人工和材料费用。

2、当解码器发生故障时只需要把每路的解码器更换掉即可，每一支路的解码器如果发生故障不影响总体的灌溉运行。

3、维修成本大大降低（只需要按说明操作即可更换解码器）

4、JDYHF-B707的工作原理我们攻克了美国亨特的解码器原理开发出来的产品已经获得国家zhuanli。

5、JDYHF-B707 经过市场的考验稳定可靠，而且跟传统的灌溉控制器相比性价比高，价格低。

功能设计：

支持查看所有传感器数据

支持查看所有传感器历史数据

支持控制云台视频转动、缩放

支持远程控制手自一体继电器和手自一体点动继电器

智能灌溉系统拓扑图