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，功能齊全。為

2、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)定濕度

3、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(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)的轉(zhuǎn)速，

4、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)先編制的程序依次打

5、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的濕度，濕度

6、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。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%rh為標(biāo)準(zhǔn)濕度，傳感器采集的濕度模擬信號(hào)經(jīng)a/d模塊轉(zhuǎn)換成

7、數(shù)字信號(hào)，此信號(hào)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(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1.噴灌智能控制系統(tǒng)工作原理：待添加的隱藏文字內(nèi)容2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?？删幊炭刂破鲀?nèi)預(yù)先設(shè)定50%60%rh為標(biāo)準(zhǔn)濕度值，實(shí)際測(cè)得的濕度信號(hào)與50%60%rh比較，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

8、況?？删幊炭刂破鲗⒖刂菩盘?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)樗畨翰蛔悖瑖婎^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。2.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?？删幊炭刂破鳎贺?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