宏电GPRS浇灌自动控制系统解决方案.docx

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1、宏电GPRS浇灌自动控制系统解决方案1.1目的和意义我国是一个水资源严重缺乏，水旱灾难频繁的国家。固然水资源的总量居世界第6位，但是按人均水资源量计算，人均占有量只有2500立方米，约为世界人均水量的1/4，在世界排110位，已被结合国列为13个贫水国家之一。另一方面，我国水资源的分布很不平衡。北方有些地区水资源的占有量仅为900立方米，低于国际公认的1000立方米的水资源下限。有些地区的人均占有量甚至低于世界最贫水的国家埃及和以色列的程度。我国农业用水量约占总用水量的80%左右，由于农业浇灌用水的利用率普遍低下，就全国范围而言，水的利用率仅为45%，而水资源利用率高的国家已达70%一80%，

2、因此，解决农业浇灌用水的问题，对于缓解水资源的紧缺是非常重要的。在浇灌系统公道地推广自动化控制，不仅可以进步资源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低农产品的本钱。浇灌系统自动化的程度较低，这也是制约我国高效农业开展的主要原因。以色列、日本、美国等一些国家已采用先进节水浇灌制度。由传统的充分浇灌向非充分浇灌开展，对灌区用水进展监测预告，实际动态治理。采用传感器来监测土壤的墒情和农作物的生长，实现水治理的自动化。高效农业和精细农业要求我们必须进步水资源的利用率。要真正实现水资源的高效，仅凭单项节水浇灌技术是不可能解决的。必须将水源开发、输配水、灌水技术和降雨、蒸发、土壤墒

3、情和农作物需水规律等方面统一考虑。做到降雨、浇灌水、土壤水和地下水结合调用，实现按期、按需、按量自动供水。自动浇灌监控系统有如下优点：1、将充分发挥现有的节水设备作用，优化调度，进步效益。2、通过自动控制技术的应用，更加节水节能，降低浇灌本钱，进步浇灌质量。3、将使浇灌更加科学，方便、进步治理程度。研制和推广节水浇灌控制新技术是实现农业当代化的需要。1.2相关研究综述自动浇灌技术在兴旺国家，十分是有大面积种植或者缺水地区。按浇灌方式分为地面灌、喷灌喷洒浇灌和微灌等等。而微灌又分为滴灌、微喷灌、涌泉灌和地下渗灌。浇灌系统自动化是世界先进国家开展高效农业的重要手段，而我国目前的浇灌系统自动化的程度

4、较低，这也是制约我国高效农业开展的主要原因。以色列、日本、美国等一些国家已采用先进节水浇灌制度，由传统的充分浇灌向非充分浇灌开展，对灌区用水进展监测预告，实行动态治理。2自动浇灌系统的总体设计2.1功能设计浇灌自控系统主要由中心主控系统主计算机、控制柜、电磁阀、田间湿度传感器可测土壤湿度绝对值、气象观测站可测量气温、风向、风速、数据收集指令传输等通讯设备组成。可坐在控制室里，对GPRSDTU传上来的气象资料、田间土壤湿度等数据进展综合分析，利用手动或者自动方式，足不出户的对整个小区进展浇灌。同时还可以利用数据查询系统和打印系统，随时记录、查询、打印整个浇灌小区的气象资料、土壤湿度、浇灌设置、浇

5、灌进程、灌水历史记录等数据。多个控制单元组成，每个控制单元治理一片区域。利用GPRS/GSM网路，由中央计算机统一治理。室外的空气温湿度传感器把结果送入计算机，在这里进展浇灌参数设置，及对浇灌情况进展统计，并可通过专用软件在计算机上存储，显示数据和图表。同时可以人工进展特殊操纵。通过互联网获取天气信息，有预见性地施行浇灌。系统总体构造框图如图1所示。2.2网络构造设计如上图所示，我们的网络构造分为三层，第一层为控制中心，有电脑和以太网组成；第二层为GPRS无线控制器，该层和第一层之间无需电缆连接；第三层为阀门控制器，所有的阀门控制器和GPRS无线控制器只需要用一根电缆连接。下面具体介绍一下本方

6、案。可以将需要浇灌的区域分成假设干个小区，划分的原那么为阀门相对集中。每个小区内采用一个无线数传设备GPRSDTU，通过它与中心控制室通讯；在GPRSDTU上可以连接一个手动控制器，用来手动控制该区域内的阀门开关；再用一跟电缆连接到各个阀门，在阀门的位置需要接一个控制器，一个控制器可以控制1一4个阀门，如下列图所示：该套设备只需要很少的电力，可以使用太阳能来供电。这个小区的控制系统无需任何电缆与中心控制室连接。我们对各个小区实现同样的控制方法，然后再通过无线连成一套系统。如下列图所示：这样的控制方式的主要优点有：1、中心控制室可以控制远在千里之外的阀门。2、每个小区内只需使用一根电缆连接所有的

7、阀门。大大节约本钱。3、在电力无法到达的地方，我们可以采用太阳能供电。4、也可以通过就地的手动控制器来控制阀门。5、也可以通过手机短信来控制阀门。3控制器的设计3.1控制器的主要功能l土壤含水量的监测；2EC电导率值和pH值的监测可选;3电磁阀状态的监测；4电磁l饲状态的控制；5各种监测和控制信号的通讯传输；6低电压报警；3.2工作原理每个控制单元控制着1一4路电磁阀。通过传感器收集来的多路数据，经过A/D转换，信号处理，在微处理器中，根据不同植被需求，确定浇灌量，然后控制信号输出，结合中央治理计算机的指令，控制电磁阀的开关，即可以实现自动浇灌。土壤湿度传感器用来测量土壤的湿度，以理解土壤的真

8、实浇灌情况，据此确定浇灌与否和时间长短；配有EC电导率值和pH值传感器，可对进出水进展EC值和pH值的检测，以便控制自动营养液的配给。其主要工作原理框图如图2所示。这样的控制方式的主要优点有：1、中心控制室可以控制远在千里之外的阀门。2、每个小区内只需使用一根电缆连接所有的阀门。大大节约本钱。3、在电力无法到达的地方，我们可以采用太阳能供电。4、也可以通过就地的手动控制器来控制阀门。5、也可以通过手机短信来控制阀门。3控制器的设计3.1控制器的主要功能l土壤含水量的监测；2EC电导率值和pH值的监测可选;3电磁阀状态的监测；4电磁l饲状态的控制；5各种监测和控制信号的通讯传输；6低电压报警；3

9、.2工作原理每个控制单元控制着1一4路电磁阀。通过传感器收集来的多路数据，经过A/D转换，信号处理，在微处理器中，根据不同植被需求，确定浇灌量，然后控制信号输出，结合中央治理计算机的指令，控制电磁阀的开关，即可以实现自动浇灌。土壤湿度传感器用来测量土壤的湿度，以理解土壤的真实浇灌情况，据此确定浇灌与否和时间长短；配有EC电导率值和pH值传感器，可对进出水进展EC值和pH值的检测，以便控制自动营养液的配给。其主要工作原理框图如图2所示。直流闭锁电磁阀采用的工作电流是一种快速脉冲电流。这种电磁阀一般使用6伏，9伏和12伏电压。由于当一个快速脉冲电流作用在线圈上不会产生电流，因此柱塞在一个电流脉冲信

10、号作用下改变位置后假如保持不动那么不再需要电流，即在直流闭锁电磁阀中没有持续电流。这样，直流闭锁电磁阀在一小块电池或者太阳能电源控制装置的作用下即可长时间的工作。要开启阀门时，线圈收到一个直流脉冲信号，使得柱塞堵住端口p，连同端口A与端口R。控制腔排放，阀门开启。要关闭阀门时，线圈收到一个直流脉冲信号，柱塞向相反方向挪动，端口A和端口连通，而端口R堵住。这样压力水流从阀门进口上游充满控制腔，关闭阀门。脉冲对柱塞产生一个反向的磁力使得柱塞沿与开启阀门时相反的方向挪动。3传感器信号的输入在大田中埋设多个传感器，然后把传感器和多路开关相连，多路传感器的输出经A/;D转换后送入单片机，CP叫等不断读1

11、/0口，并把收集到的信号存放在数据存储器中，然后进展模糊化处理，根据模糊决策的结果，决定是否浇灌以及浇灌的时间。控制局部微控制器为核心，通过接收效劳器发送来的系统时间，起始工作时间，每次放水时间，停水时间和阀工况选择等。微控制器是CMOS器件，功耗很低。3.2数据处理及软件编制传感来的信号送入多路开关CD4O51，分时把收集来的信号送到A/D转换器进展转换。本系统选用单片机作为微处理器，A/D转换器采用精度高，速度快的AD574。该A/D转换器的分辨率为12位，转换时间为25115，并在转换前对信号用LF398作了采样保持处理。软件是控制系统的灵魂，需要与硬件配合，将实时收集的数据与相应的浇灌

12、需求量专家系统的设定值进展比拟判定，来控制电磁阀开启和延续时间长短，实现智能控制。控制程序采用C编写。3.3输出通道及总线设计输出通道包括继电器和输出接口。单片机的1/0口可作为输出口控制固态继电器的开合，并由续流二极管与继电器并接以保护继电器。固态继电器不仅可以实现小信号对大功率负载的开关控制，而且还具有隔离功能。还涉及到与上位机的通讯。RS一232属单端信号传送，且不能用于长间隔的通讯。在要求通讯间隔几十米到上千米时，广泛采用RS一485收发器。RS一485收发器采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的才能，加上接收用具有高的灵敏度，能检测低达20OmV的电压，帮传输信号能在千米以外

13、得到恢复。设计使用RS一485总线来进展信号传输，用一对双绞线实现多站联网构成分布式系统。单个控制单元把信号通过RS一485接口送至GPRSDTU上，以传送给远方的中央监控计算机。4治理系统的设计从控制单元通过GPRS送到中央监控计算机。在中央监控计算机的总治理软件上，我们可以设置相关浇灌的参数，并传送到各个控制单元。另外，它还可以接收室外实时的天气温湿度情况，及通过工nternet获取近期的天气情况，以作预先性处理。4.1设计要求l数据传输通讯稳定；2数据存储平安；3操纵界面美观；4整个系统人性化；5系统整体稳定；6整个系统的高速运行；7系统容错性强；8操纵帮助功能要求强大；9要考虑后续工作的接口；4.2监控治理软件的主要功能l操纵人员的权限治理；2图形化动态显示各种参数；3人工编制套浇灌方案；4自动记录各个站点传来的数据；5自动分析各站点传来的数据；6可随时干预控制各站点的浇灌状态；7可根据实地情况随意组合站点，分区；8对所分的区进展各种参数设置；9随时记录操纵员的信息；10随时记录操纵信息；11能随时显示各站点的状态；12能随时查询数据库中记录的各种信息；13能对治理员有档案治理；14历史记录的随时打印；15自动生成浇灌记录报表；16根据参数随时报警提示或者直接分析处理；