智慧農(nóng)業(yè)噴灌智能控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1、智慧農(nóng)業(yè)噴灌智能控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、,、-前言隨著科技的發(fā)展，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)開始應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，托普儀器農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)就是在這種情境下應(yīng)用而生，而且取得了良好的效果。浙江托普儀器有限公司和浙江大學(xué)合作積極響應(yīng)科技興農(nóng)政策突出農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新重點(diǎn)，研發(fā)出農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)智能控制系統(tǒng)通過通過射頻識(shí)別（rfid）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備等新型技術(shù)將農(nóng)業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)連接起來提大大提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的工作效率和精細(xì)管理，避免了“瘦肉精”、“毒辣椒粉”、“紅心鴨蛋”等問題的再次發(fā)生，保證了食品的安全和產(chǎn)量。目前此物聯(lián)系統(tǒng)已在全國(guó)多家科技園、示范園區(qū)、農(nóng)場(chǎng)、科研所、院校等區(qū)域成功運(yùn)行，技術(shù)穩(wěn)定成熟，功能齊

2、全。為在農(nóng)業(yè)種植業(yè)、畜牧養(yǎng)殖業(yè)等領(lǐng)域的生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)建立智能化控制、信息化管理的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)項(xiàng)目提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)施將大大提高國(guó)家推進(jìn)科技創(chuàng)新增強(qiáng)農(nóng)產(chǎn)品的步伐。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將開啟農(nóng)業(yè)生產(chǎn)騰飛的新篇章。一、噴灌智能控制系統(tǒng)的功能為了最大限度地節(jié)約噴灌用水和實(shí)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(hào)的處理是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)（A/D轉(zhuǎn)換）。2.控制功能：具有定時(shí)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。自動(dòng)控制功能：可編程控制器通過程序?qū)鞲衅鳈z測(cè)的濕度信號(hào)與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)濕度范圍值相比較，如果檢測(cè)的濕度值小于設(shè)定

3、濕度值，（低于設(shè)定值則調(diào)大電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，高于設(shè)定值則調(diào)小電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速）則自動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)行灌溉操作。 定時(shí)控制功能：系統(tǒng)可對(duì)電磁閥設(shè)定開、關(guān)時(shí)間，當(dāng)灌溉的濕度值達(dá)到設(shè)定的濕度值時(shí)，電動(dòng)機(jī)自動(dòng)停止灌溉。 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(shí)間、結(jié)束時(shí)間、灌溉時(shí)間、停止時(shí)間，系統(tǒng)按設(shè)定好的時(shí)間自動(dòng)循環(huán)灌溉。3.變速功能:當(dāng)前所測(cè)的土壤濕度值與預(yù)先設(shè)定的最適宜草坪生長(zhǎng)的濕度值50%60%RHt匕較，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(gè)指示燈。變頻器根據(jù)土壤濕度的三個(gè)狀態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的

4、轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)設(shè)有高速，中速，低速3種旋轉(zhuǎn)速度，分別對(duì)應(yīng)高速，中速，低速三個(gè)指示燈。4. 自動(dòng)轉(zhuǎn)停功能：控制系統(tǒng)根據(jù)土壤的干濕度情況自動(dòng)啟動(dòng)噴灌，控制電動(dòng)機(jī)以所需的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，噴頭噴灌5分鐘，停2分鐘，再噴5分鐘后自動(dòng)停轉(zhuǎn)。5. 電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)功能：當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載時(shí)，電動(dòng)機(jī)立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，灌溉過程中止，并且故障指示燈閃爍報(bào)警，過載消除后自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。6. 陰雨天自動(dòng)停止：利用濕度傳感器的開關(guān)量作為一個(gè)可編程控制器的輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)控制相關(guān)程序的功能。7.省電功能：定時(shí)控制器在斷電時(shí)正常計(jì)時(shí)，故采用其作為可編程控制器的電源控制。在定時(shí)灌溉控制時(shí)間之內(nèi)，由定時(shí)器接通可編程控制器的電源，可編程控制器按預(yù)先編制

5、的程序依次打開各控制設(shè)備電源，并根據(jù)輸入信號(hào)的變化隨時(shí)調(diào)整程序的執(zhí)行。在非系統(tǒng)工作時(shí)間里，定時(shí)器自動(dòng)斷開可編程控制器的電源，這樣既減少了系統(tǒng)耗費(fèi)的電能又延長(zhǎng)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(shí)，按下急停按鈕，電動(dòng)機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，閥門關(guān)閉，噴頭停止灌溉。9.故障自動(dòng)檢測(cè)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(dòng)機(jī)故障，變頻器故障，電磁閥故障等，水泵立即停止運(yùn)行，電磁閥關(guān)閉，故障報(bào)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(dòng)停止閃爍。二、噴灌智能控制系統(tǒng)方案的原理每種植物都有適合其生長(zhǎng)

6、的濕度，濕度過大，植物的根系就會(huì)在土壤中腐爛，濕度過小，就不足以滿足植物生長(zhǎng)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(zhǎng)的濕度范圍之內(nèi)。經(jīng)資料查證最適宜草坪生長(zhǎng)的濕度是50%60%RH所謂智能就是不需要人的控制，系統(tǒng)能自動(dòng)感測(cè)到什么時(shí)候需要灌溉，灌溉多長(zhǎng)時(shí)間；系統(tǒng)可以自動(dòng)開啟灌溉，也可以自動(dòng)關(guān)閉灌溉；可以實(shí)現(xiàn)土壤太干時(shí)增大噴灌量，太濕時(shí)減少噴灌量。要實(shí)現(xiàn)此功能就要充分利用可編程控制器的控制作用。系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)感測(cè)土壤濕度的功能必須要有土壤濕度傳感器。要實(shí)現(xiàn)灌溉水量的多與少的調(diào)節(jié)，必須要有變頻器。在可編程控制器內(nèi)預(yù)先設(shè)定50%-60%RF為標(biāo)準(zhǔn)濕度，傳感器采集的濕度模擬信號(hào)經(jīng)A/

7、D模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，此信號(hào)與50%-60%RH匕較，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(dòng)按一定的灌水量進(jìn)行灌溉。最終實(shí)現(xiàn)不需要人的直接參與，由系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)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。二、噴灌智能控制系統(tǒng)的工作噴灌智能控制系統(tǒng)工作原理：灌溉系統(tǒng)工作時(shí)，濕度傳感器采集土壤里的干濕度信號(hào)，檢測(cè)到的濕度信號(hào)通過A/D模塊轉(zhuǎn)換，將標(biāo)準(zhǔn)的電流模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為濕度數(shù)字信號(hào)，輸入到可編程控制器。可編程控制器內(nèi)預(yù)先設(shè)定50%-60%RM標(biāo)準(zhǔn)濕度值，實(shí)際測(cè)得的濕度信號(hào)與50%-60%RHfc較，可以分為：在這個(gè)范圍內(nèi)，超出這個(gè)范圍，小于這個(gè)范圍三種情況。可編

8、程控制器將控制信號(hào)傳給變頻器，變頻器根據(jù)濕度值，相應(yīng)的調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵從水源抽水，需要灌溉時(shí)，電磁閥就自動(dòng)開啟，通過主管道和支管道為噴頭輸水，噴頭以各自的旋轉(zhuǎn)角度自動(dòng)旋轉(zhuǎn)。灌溉結(jié)束時(shí)電磁閥自動(dòng)關(guān)閉。為了避免離水源遠(yuǎn)的噴頭不能被供給足夠的壓力，在電磁閥的一側(cè)安裝一塊壓力表，保證個(gè)噴頭的水壓滿足設(shè)定的噴灌射程，避免發(fā)生因?yàn)樗畨翰蛔?，噴頭射程減少的現(xiàn)象。整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)草坪灌溉的智能控制。1. 噴灌智能控制系統(tǒng)工作組成綜上所述，要實(shí)現(xiàn)智能灌溉，系統(tǒng)需要有可編程控制器、傳感器、A/D模塊、變頻器、電動(dòng)機(jī)、水泵、電磁閥、管網(wǎng)和噴頭等設(shè)備。 可編程控制器：負(fù)責(zé)發(fā)出和接收各種運(yùn)行程序指令，是整個(gè)控制系統(tǒng)的中樞部分。 傳感器：由于本次設(shè)計(jì)時(shí)間比較倉促，忽略了溫度對(duì)灌溉的影響，因此沒有使用溫度傳感器，只使用了土壤濕度傳感器。通過傳感器采集土壤里的濕度信號(hào)，判斷是否需要灌溉。 A/D模塊：因?yàn)榭删幊炭刂破鞑荒芙邮漳M信號(hào)，所以需