專利名稱：一種水肥一體化智能精準控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及有關信息技術、農業(yè)灌溉和科學施肥技術交叉應用的水肥控制系 統(tǒng)，尤其涉及一種經濟實用的水肥一體化智能精準控制裝置。
背景技術：
20世紀30年代法國開始灌溉施肥自動化控制技術的探索；50年代以來，美國、日 本等發(fā)達國家將電子技術、傳感器技術、計算機科學技術等應用于農業(yè)灌排網絡，并得到了 廣泛的發(fā)展和運用，控制方式由現場控制慢慢發(fā)展為無線控制，控制模式由分散控制發(fā)展 到集中控制。我國許多項目引進了一些國外的自動控制系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)都是為國外的生產實 際而設計的，沒有考慮我國的氣候條件、土壤條件和作物類型等，因而不適于我國的生產實 際。國外的限制和國內的需求迫使我國必須自主研制國產化的自動控制系統(tǒng)。20世紀70 年代，我國開始引進灌溉施肥技術并開展相關實驗，80年代至90年代開始研制自主知識產 權的設備，90年代后期，開始大力開展灌溉施肥技術的研究和培訓及其技術推廣應用，各類 高校與科研機構做了許多相關實驗研究。但大多數研究偏重于學術和技術引進，考慮作物 的水肥需求特征不夠充分，系統(tǒng)構建成本昂貴，且實用性不強，因而有必要整合多學科現有 成熟技術，研制一種經濟實用的水肥一體化精準控制系統(tǒng)，滿足社會需求。
發(fā)明內容本實用新型的目的就在于克服現有技術存在的缺點和不足，提供一種經濟實用的 水肥一體化智能精準控制裝置。本實用新型的目的是這樣實現的一、水肥一體化智能精準控制裝置(簡稱裝置)本裝置由依次連接的監(jiān)控機、串口轉換模塊、下位機、執(zhí)行機構和輪灌區(qū)組成。二、基于水肥一體化智能精準控制裝置的控制方法(簡稱方法)本方法包括下列步驟①監(jiān)控機啟動，運行“水肥一體化精準決策控制軟件”；②監(jiān)控機通過串口轉換模塊發(fā)送控制命令，并實時監(jiān)測流量計數信息與濕度信 息；③下位機經屏蔽電纜接收控制命令，并將控制命令轉換為邏輯控制序列，下位機 反饋流量計數信息；④執(zhí)行機構依據邏輯控制序列依序動作，完成對輪灌區(qū)的澆水和施肥，并實時采 集濕度信息，經下位機反饋至監(jiān)控機，自動完成閉環(huán)控制。本實用新型具有下列優(yōu)點和積極效果1、成本低廉采用成熟技術與通用硬件科學構建系統(tǒng)，降低設備成本；采用輪詢方式灌溉施肥，任意時刻只開啟一個輪灌區(qū)，降低管網投資，有利于推廣使用；2、擴展性強施肥方案因作物、因施肥階段的不同而不同，并以數據庫形式保存，只要擴充數據 庫并增加田間毛管，便很容易做到面向多種作物的自動化控制；3、實用性強本裝置于2010年3月份放入華農果園教學基地梨園中，至今運轉良好，成功實現 了土壤含水率在線實時監(jiān)測與梨樹灌溉施肥的智能化管理。2010年8月份通過梨樹收獲結 果分析，本裝置不僅節(jié)水節(jié)肥而且提高作物產量和品質。本實用新型體現了“精準灌溉、精準施肥”的發(fā)展趨勢，對于緩解我國水資源矛盾， 降低農業(yè)面源污染，保證我國糧食安全具有實用價值。

[0022]圖1是本實用新型的結構方框圖；[0023]圖2是執(zhí)行機構和輪灌區(qū)的結構方框圖；[0024]圖3是水肥一體化精準決策控制軟件的工作流程圖。[0025]其中[0026]100-監(jiān)控機；[0027]200-串口轉換模塊；[0028]300-下位機；[0029]400-執(zhí)行機構，[0030]410-手動配肥閥，411、412……4IM-H 1、2…..··M手動配肥閥；[0031]420-營養(yǎng)罐，421、422......42N-第 1、2......N |,養(yǎng)罐；[0032]430-營養(yǎng)閥+流量計，431、432……43N-第1、2……N營養(yǎng)[0033]閥+流量計；[0034]440-驅動混合倉；[0035]450-輪灌區(qū)電磁閥，451、452......45K-第 1、2.· …K輪灌區(qū)電磁I[0036]460-水份傳感器，461、462……46L-第1、2.....·· L水份傳感器；[0037]470-手動總水閥；[0038]480-水閥+流量計；[0039]500-輪灌區(qū)；[0040]510,520......5L0-第 1、2......L 輪灌區(qū)。[0041]其中M、N、K、L均為1 100的自然數。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例詳細說明一、裝置1、總體如圖1，本裝置由依次連接的監(jiān)控機100、串口轉換模塊200、下位機300、執(zhí)行機構 400和輪灌區(qū)500組成。[0046]2、功能塊1)監(jiān)控機 100如圖1，所述的監(jiān)控機100為普通PC機，如選用Intel低功耗Atom N270主板，IG 內存、40G硬盤，15寸液晶顯示器，操作系統(tǒng)Windows XP/2000或以上。監(jiān)控機100是系統(tǒng)監(jiān)控中心，運行著水肥一體化精準決策控制軟件。2)串口轉換模塊200 如圖1，串口轉換模塊200選用RS-232/RS-485通訊轉換模塊或者USB2. 0/RS-485 模塊。3)下位機 300如圖1，所述的下位機300由具備串口通訊的標準工業(yè)控制模塊組成，包括模擬量 采集模塊(如北京阿爾泰生產的DAM-3058R)、數字量輸出模塊(如16路繼電器DO模塊) 和流量計數模塊(如MTJC-6E1R-M智能6位數顯計數器)。4)執(zhí)行機構400和輪灌區(qū)500如圖2，所述的執(zhí)行機構400包括手動配肥閥410、營養(yǎng)罐420、營養(yǎng)閥+流量計 430、驅動混合倉440、輪灌區(qū)電磁閥450、水份傳感器460、手動總水閥470和水閥+流量計 480 ；手動總水閥470的輸出端分別與手動配肥閥410和水閥+流量計480的輸入端連 接；手動配肥閥410、營養(yǎng)罐420、營養(yǎng)閥+流量計430和驅動混合倉440依次連接，水 閥+流量計48和驅動混合倉440連接；驅動混合倉440和輪灌區(qū)電磁閥450連接；手動配肥閥410、營養(yǎng)閥+流量計430、輪灌區(qū)電磁閥450、手動總水閥470和水閥 +流量計480以及設置于輪灌區(qū)500中的水份傳感器460均和下位機300連接。執(zhí)行機構400和輪灌區(qū)500中的功能部件均為常用件。3、本裝置的工作過程如圖1、2，監(jiān)控機100發(fā)送控制命令，通過串口轉換模塊200經屏蔽電纜發(fā)送至下 位機300，下位機300響應，將控制命令轉化為邏輯信號，控制執(zhí)行機構400工作。以第1輪灌區(qū)510為例，1)裝置處于工作狀態(tài)時，手動總水閥470常開，手動配肥閥410關閉；(1)供水監(jiān)控機100發(fā)送控制命令至下位機300，下位機300控制第1輪灌區(qū)電磁閥451開 啟，隨后水閥+流量計480工作(其中水閥開啟、流量計啟動計數)；水從水閥+流量計480 輸出端流入驅動混合倉440，經驅動混合倉440過濾加壓后，流入第1輪灌區(qū)510。下位機 300將水閥+流量計480的水計數值實時回送至監(jiān)控機100，通過監(jiān)控機100可以實時觀測 澆水信息。監(jiān)控機100設置澆水最大時限如20分鐘，當時間到，發(fā)送關閉命令，下位機300 控制水閥+流量計480停止工作，隨后關閉第1輪灌區(qū)電磁閥451，同時停止水量監(jiān)測，第1 輪灌區(qū)510澆水量入庫。然后，系統(tǒng)轉入下一需水輪灌區(qū)。如果所有需水輪灌區(qū)處理完畢， 系統(tǒng)休眠，等待下一次灌溉(下一次濕度采集時刻)，設置兩次采集間隔2小時。(2)供肥[0068]監(jiān)控機100發(fā)送控制命令至下位機300，下位機300控制第1輪灌區(qū)電磁閥451開 啟，假設第1輪灌區(qū)510需要第1營養(yǎng)罐421供肥，那么第1營養(yǎng)閥+流量計431工作(其 中營養(yǎng)閥開啟、流量計啟動計數)。肥液從營養(yǎng)閥+流量計431輸出端流入驅動混合倉440， 經驅動混合倉440過濾加壓后，流入第1輪灌區(qū)510。下位機300將第1營養(yǎng)閥+流量計 431的營養(yǎng)計數值實時回送至監(jiān)控機100，通過監(jiān)控機100可以實時觀測施肥信息。監(jiān)控機 100設置最大施肥時限如10分鐘，當施肥量不小于所需肥量或者不小于最大施肥時限時， 監(jiān)控機100發(fā)送關閉命令，下位機300控制第1營養(yǎng)閥+流量計431停止工作，隨后關閉第 1輪灌區(qū)電磁閥451，同時停止肥量監(jiān)測，第1輪灌區(qū)510施肥量入庫。然后，系統(tǒng)轉入下一 需肥輪灌區(qū)。如果所有需肥輪灌區(qū)處理完畢，系統(tǒng)休眠，等待下一次施肥(下一次濕度采集 時刻)，設置兩次采集間隔2小時。2)裝置處于非工作狀態(tài)，手動總水閥470關閉。二、方法如圖3，本方法的水肥一體化精準決策控制軟件工作流程如下第01、定時開機A ；第02、判斷系統(tǒng)是否自動運行B是則通過自動填入登陸信息C進入第03步驟，否 則通過手動輸入登陸信息D進入第03步驟；第03、判斷數據庫是否存在自動控制參數E，是若為現場操作員則通過控制參數 顯示界面F進入第05步驟；若為系統(tǒng)管理員則通過控制參數編輯界面G進入第05步驟；否 則進入第04步驟；第04、判斷是否為系統(tǒng)管理員H，是則通過控制參數管理界面I而后退出J，否則退 出J ；第05、判斷系統(tǒng)是否自動運行K是則直接進入自動控制L42，否則進入第06步驟；第06、系統(tǒng)總功能界面L包括用戶管理LlO 切換用戶Lll和編輯用戶L12 ；數據管理L20 參數編輯L21、導出數據L22、備份還原L23和數據壓縮L24 ；硬件管理L30 板卡管理L31和串口設置L32 ；系統(tǒng)控制L40 緊急控制L41、自動控制L42和手動控制L43 ；歷史瀏覽L50 歷史施肥L51、歷史灌溉L52、AD采集L53和日志管理L54 ；第07、系統(tǒng)記錄N;第08、數據庫P，包括濕度信息P10、控制參數P20、操作記錄P30、水肥累計P40、運行日志P50、用戶列表 P60、設備地址P70和水肥比例P80 ；第09、后續(xù)處理Q(包括停止?jié)穸刃畔⒉杉?，檢測所有電磁閥是否關閉，否則關閉， 并停止流量計數，灌溉施肥量存入數據庫，關閉串口)；第10、定時關機R。
權利要求1.一種水肥一體化智能精準控制裝置，其特征在于由依次連接的監(jiān)控機(100)、串口轉換模塊000)、下位機(300)、執(zhí)行機構(400)和輪 灌區(qū)(500)組成。
2.按權利要求1所述的一種水肥一體化智能精準控制裝置，其特征在于所述的監(jiān)控機(100)為一種PC機。
3.按權利要求1所述的一種水肥一體化智能精準控制裝置，其特征在于所述的下位機(300)由具備串口通訊的標準工業(yè)控制模塊組成，包括模擬量采集模 塊、數字量輸出模塊和流量計數模塊。
4.按權利要求1所述的一種水肥一體化智能精準控制裝置，其特征在于所述的執(zhí)行機構(400)包括手動配肥閥010)、營養(yǎng)罐020)、營養(yǎng)閥+流量計030)、 驅動混合倉G40)、輪灌區(qū)電磁閥050)、水份傳感器060)、手動總水閥(470)和水閥+流 量計G80)；手動總水閥G70)的輸出端分別與手動配肥閥(410)和水閥+流量計080)的輸入端 連接；手動配肥閥010)、營養(yǎng)罐020)、營養(yǎng)閥+流量計(430)和驅動混合倉(440)依次連 接，水閥+流量計(480)和驅動混合倉(440)連接；驅動混合倉(440)和輪灌區(qū)電磁閥(450)連接；營養(yǎng)閥+流量計G30)、輪灌區(qū)電磁閥(450)和水閥+流量計080)以及設置于輪灌區(qū) (500)中的水份傳感器(460)均和下位機(300)連接。
專利摘要本實用新型公開了一種水肥一體化智能精準控制裝置，涉及有關信息技術、農業(yè)灌溉和科學施肥技術交叉應用的水肥控制系統(tǒng)。本裝置由依次連接的監(jiān)控機(100)、串口轉換模塊(200)、下位機(300)、執(zhí)行機構(400)和輪灌區(qū)(500)組成；所述的執(zhí)行機構(400)包括手動配肥閥(410)、營養(yǎng)罐(420)、營養(yǎng)閥+流量計(430)、驅動混合倉(440)、輪灌區(qū)電磁閥(450)、水份傳感器(460)、手動總水閥(470)和水閥+流量計(480)。本實用新型成本低廉、擴展性強和實用性強，體現了“精準灌溉、精準施肥”的發(fā)展趨勢，對于緩解我國水資源矛盾，降低農業(yè)面源污染，保證我國糧食安全具有實用價值。
文檔編號A01C23/00GK201926887SQ2010206287
公開日2011年8月10日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權日2010年11月26日
發(fā)明者嚴豫疆, 馮文韜, 尤蘭婷, 賀立源 申請人:華中農業(yè)大學