一種智能控制的噴灌裝置的制作方法

該發明涉及一種農業噴灌裝置，特別是涉及一種智能控制的噴灌裝置。

背景技術：

噴灌是將灌溉水通過噴灌系統（或噴灌機具），形成具有一定壓力的水，由噴頭噴射到空中，形成水滴狀態，灑落在土壤表面，為作物生長提供必要的水分。噴灌比地面灌可提高產量15％一25％；灌水均勻度一般可達到80％一85％，水的有效利用率為80％以上，用水量比地面灌溉節省36％—50％；噴灌可用于各種類型的土壤和作物，受地形條件的限制小；可以提高工效20一30倍；可提高耕地利用率7％一15％。但噴灌受風的影響大，3一4級以上風力時應停止噴灌。噴灌的蒸發損失相對較大。噴灌系統組成：水源工程、首部裝置、輸配水管道系統和噴頭等噴灌系統形式：管道式噴灌系統和機組式噴灌系統。其中管道式噴灌系統以輸配水管網為主體，在我國使用比較廣泛。機組式噴灌系統：結構緊湊，使用靈活，機械利用率高，單位噴灌面積的投資較低，在農業節水灌溉智能化中具有廣泛的使用前景。

技術實現要素：

本發明克服了現有技術中，農業節水灌溉智能化仍需提高的問題，提供一種結構簡單、方便高效的智能控制的噴灌裝置。

本發明的技術解決方案是，提供一種具有以下結構的智能控制的噴灌裝置：含有噴灌機架、行走裝置、供水機構、控制器，所述噴灌機架固定設置在行走裝置上，噴灌機架上固定設置有控制器，噴灌機架下方固定設置有噴水機構，控制器含有主控模塊、濕度傳感器、a/d模塊、判斷模塊、噴頭電磁閥和下雨停機控制裝置，其中濕度傳感器通過a/d模塊轉換后接入判斷模塊，下雨停機控制裝置的輸出信號接入判斷模塊，判斷模塊的輸出信號接入噴頭電磁閥。

所述下雨停機控制裝置含有雨水收集板、雨水收集槽、控制線和控制母線，其中雨水收集板上設有多個雨水收集槽，每個雨水收集槽的上半部固定設有兩根控制線，每個雨水收集槽的控制線分別接入兩根控制母線上，控制母線接入控制器內。

所述雨水收集槽的形狀為圓柱體、矩形體、圓錐體或梯形體。

所述噴水機構含有噴水主管、噴水分管和噴頭，噴水主管和噴灌機架橫梁固定連接，噴水分管垂直噴水主管，噴頭的開口方向垂直向下。

所述噴水主管的一端固定連接有壓力供水裝置，壓力供水裝置包括水泵和壓力容器。

所述主控模塊含有定時模塊、無線通訊模塊、過載保護模塊、自動轉停功能和故障自動檢測模塊，定時模塊、無線通訊模塊、過載保護模塊、自動轉停功能和故障自動檢測模塊均和單片機導線相連，無線通訊模塊和上位機進行通訊。

所述噴灌機架的數量為多個，通過噴灌機架橫梁并排固定設置在行走裝置上。

與現有技術相比，本發明智能控制的噴灌裝置具有以下優點：本發明針對灌溉水利用系數較低，提出一種基于嵌入式智能灌溉控制系統。依托無線網絡采集灌區作物需水信息，匯聚到網關節點發送給主控中心，中心主機根據信息確定灌溉狀態并計算灌水量，控制灌溉設備工作實現智能灌溉，依托internet管理員有權對系統遠程管理，滿足了規模化灌溉的需求。根據示范區觀測，灌溉水利用系數由原來的0.6提高到0.9。系統結合了無線傳感、計算和網絡通信技術，解決了精確農業亟待解決的關鍵技術問題，使我國的農業由傳統的勞動密集型向技術密集型轉變奠定了重要的基礎。

噴灌智能控制系統是在農業中節約噴灌用水、解放人力，采用單片機控制器控制，是微機技術與傳統的繼電接觸器控制技術相結合的產物，它克服了繼電接觸器控制系統的機械觸點的接線復雜，可靠性低，功耗高通用性和靈活性差和計算機控制對環境的要求，成本高的缺點。

附圖說明

圖1是本發明智能控制的噴灌裝置的整體結構示意圖；

圖2是本發明智能控制的噴灌裝置中下雨停機控制裝置的結構示意圖；

圖3是本發明智能控制的噴灌裝置中下雨停機控制裝置的結構示意圖。

具體實施方式

附圖說明中標號1是行走裝置，2是噴灌機架橫梁，3是噴水主管，4是噴灌機架，5是控制器，6是噴水分管，7是噴頭，8是下雨停機控制裝置，9是雨水收集槽，10是控制線。

下面結合附圖和具體實施方式對本發明智能控制的噴灌裝置作進一步說明：如圖所示，本實施例中含有噴灌機架、行走裝置、供水機構、控制器，所述噴灌機架固定設置在行走裝置上，噴灌機架上固定設置有控制器，噴灌機架下方固定設置有噴水機構，控制器含有主控模塊、濕度傳感器、a/d模塊、判斷模塊、噴頭電磁閥和下雨停機控制裝置，其中濕度傳感器通過a/d模塊轉換后接入判斷模塊，下雨停機控制裝置的輸出信號接入判斷模塊，判斷模塊的輸出信號接入噴頭電磁閥。

所述下雨停機控制裝置含有雨水收集板、雨水收集槽、控制線和控制母線，其中雨水收集板上設有多個雨水收集槽，每個雨水收集槽的上半部固定設有兩根控制線，每個雨水收集槽的控制線分別接入兩根控制母線上，控制母線接入控制器內。

所述雨水收集槽的形狀為圓柱體、矩形體、圓錐體或梯形體。

所述噴水機構含有噴水主管、噴水分管和噴頭，噴水主管和噴灌機架橫梁固定連接，噴水分管垂直噴水主管，噴頭的開口方向垂直向下。

所述噴水主管的一端固定連接有壓力供水裝置，壓力供水裝置包括水泵和壓力容器。

所述主控模塊含有定時模塊、無線通訊模塊、過載保護模塊、自動轉停功能和故障自動檢測模塊，定時模塊、無線通訊模塊、過載保護模塊、自動轉停功能和故障自動檢測模塊均和單片機導線相連，無線通訊模塊和上位機進行通訊。單片機控制器充分利用了微處理器的程序編制，直接把要執行的邏輯命令在單片機的內部寫好，集成度和穩定性更高，對上位機發出的指令，執行時間更短，并且內部有容錯保護邏輯，對操作失誤預留有時間進行糾錯；前端設備有邏輯保護程序，前端設備會實時判斷與上位機的心跳通訊，在命令下達后，上位機與前端設備通訊中斷，前端設備會根據下達的指令集，在規定時間內沒有進一步的上位機指令操作，會根據預設的預案，前端設備進行智能化操作，在操作執行過程中，前端設備與上位機的通訊恢復，上位機會實時讀取前端設備的執行狀態；加入與上位機的通訊一直未恢復，根據前端設備預設的方案，會在規定時間內恢復到停止狀態，從而會保護前端設備的使用安全，不會因為沒有外來的停止命令，讓設備一直運行下去。

所述噴灌機架的數量為多個，通過噴灌機架橫梁并排固定設置在行走裝置上。

所述主控模塊含有定時模塊、無線通訊模塊、過載保護模塊、自動轉停功能和故障自動檢測模塊，本發明的具備以下功能：數據采集功能：可接收土壤濕度傳感器采集的模擬量。模擬量信號的處理是將模擬信號轉變成數字信號（a/d轉換），經無線網絡把土壤濕度數據傳輸到數據中心。

控制功能：具有定時控制、循環控制的功能，用戶可根據需要靈活選用控制方式，分為以下兩種控制形式。

①自動控制功能：控制器通過程序將傳感器檢測的濕度信號與預先設定的標準濕度范圍值相比較，如果檢測的濕度值小于設定濕度值，低于設定值則調大水泵轉速，高于設定值則調小水泵轉速，則自動調節水泵轉速，進行灌溉操作。

②定時控制功能：系統中定時模塊可對電磁閥設定開、關時間，當灌溉的濕度值達到設定的濕度值時，水泵自動停止灌溉。③循環控制功能：用戶在后臺控制管理軟件內預先編好控制模式，分別設定起始時間、結束時間、灌溉時間、停止時間，系統按設定好的時間自動循環灌溉。

變速功能：當前所測的土壤濕度值與預先設定的最適宜農作物生長的濕度值比較，分為大于、等于、小于三種結果，即可將土壤墑情情況分為適宜、缺水、干旱三種狀態。在控制面板上表現為適宜、缺水、干旱三個指示燈，并用不同的顏色直觀表示。后臺數據分析服務器，根據土壤濕度的三個狀態，自動調節水泵的轉速，水泵設有高速，中速，低速3種旋轉速度，分別對應高速，中速，低速三個指示燈。

自動轉停功能：控制系統根據土壤的干濕度情況自動啟動噴灌，控制水泵以所需的轉速轉動，噴頭噴灌5分鐘，停2分鐘，再噴5分鐘后自動停轉。

水泵過載保護功能：當水泵過載時，水泵立即停止轉動，灌溉過程中止，并且故障指示燈閃爍報警，并且把故障狀態實施上次到后臺服務器，后臺服務器實施推送告警信息到值班人員的手機等移動終端上去，過載消除后自動恢復運轉。

陰雨天自動停止：利用濕度傳感器的開關量和下雨停機控制裝置的開關量相并列，輸入控制器中，作為一個后臺采集數據的信號輸入，實現控制相關程序的功能。當濕度過大時，控制器認為不需要灌溉，當下雨下到一定的降水量的時候，下雨停機控制裝置會被雨水收集槽中的雨水觸發輸出一個開關量，控制器同樣認為不需要灌溉。

省電功能：定時控制器在斷電時正常計時，故采用其作為控制器的電源控制。在定時灌溉控制時間之內，由定時器接通控制器的電源，控制器按預先編制的程序依次打開各控制設備電源，并根據輸入信號的變化隨時調整程序的執行。在非系統工作時間里，定時器自動斷開控制器的電源，這樣既減少了系統耗費的電能又延長了設備的使用壽命。

急停功能：當出現緊急意外事故時，按下急停按鈕，水泵立即停止運轉，閥門關閉，噴頭停止灌溉。

故障自動檢測功能：當灌溉系統出現故障，如水管破裂（水壓為零），傳感器故障，水泵故障，變頻器故障，電磁閥故障等，水泵立即停止運行，電磁閥關閉，故障報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，故障指示燈才自動停止閃爍。

本發明的設計原理：每種植物都有適合其生長的土壤濕度，土壤濕度過大，植物的根系就會在土壤中腐爛，土壤濕度過小，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。經資料查證最適宜植物生長的濕度是50%—60%rh。所謂智能就是不需要人的控制，系統能自動感測到什么時候需要灌溉，灌溉多長時間；系統可以自動開啟灌溉，也可以自動關閉灌溉；可以實現土壤太干時增大噴灌量，太濕時減少噴灌量。要實現此功能就要充分利用控制器的控制作用。系統要實現自動感測土壤濕度的功能必須要有土壤濕度傳感器。要實現灌溉水量的多與少的調節，必須要有變頻器。在控制器內預先設定50%—60%rh為標準濕度，傳感器采集的濕度模擬信號經a/d模塊轉換成數字信號，此信號與50%—60%rh比較，可以分為：大于，等于，小于三種情況。系統按可編程控制器內預先編好的程序自動按一定的灌水量進行灌溉。最終實現不需要人的直接參與，由系統自動實現灌溉，人的作用只是調整控制程序和檢修控制設備。

本發明的工作原理：灌溉系統工作時，濕度傳感器采集土壤里的水分含量信號，檢測到的濕度信號通過a/d模塊轉換，將標準的電流模擬信號轉換為濕度數字信號，輸入到控制器，并實時上傳到平臺服務器。控制器內預先設定50%—60%rh為標準濕度值，實際測得的濕度信號與50%—60%rh比較，可以分為：在這個范圍內，超出這個范圍，小于這個范圍三種情況。控制器將控制信號傳給變頻器，變頻器根據濕度值，相應的調節水泵的轉速，水泵帶動水泵從水源抽水，需要灌溉時，電磁閥就自動開啟，通過主管道和支管道為噴頭輸水，噴頭以各自的旋轉角度自動旋轉。灌溉結束時電磁閥自動關閉。為了避免離水源遠的噴頭不能被供給足夠的壓力，在電磁閥的一側安裝一塊壓力表，保證個噴頭的水壓滿足設定的噴灌射程，避免發生因為水壓不足，噴頭射程減少的現象。整個系統協調工作，實現對植物灌溉的智能控制。