一種溫室智能滴灌設備的制作方法

專利名稱：：一種溫室智能滴灌設備的制作方法
技術領域：
：本發明涉及農業滴灌技術，具體為采用模糊控制技術的一種溫室智能滴灌設備，可廣泛應用于溫室作物的無土栽培和可控農業的營養液滴灌。
背景技術：
：溫室無土栽培因其具有受外界環境影響小、室內溫度可控、適宜作物生長等優點己在我國得到大面積推廣。溫室作物為豐富老百姓的菜籃子做出了巨大的貢獻。溫室無土栽培技術中營養液的配制及滴灌技術是其重要組成部分，對提高設施農業效益有非常重要的影響。但由于人為因素、技術和設備等條件的限制，溫室無土栽培技術存在著營養液配制不精確、滴灌自動化程度低、實踐性差、數據不準確和決策不科學等缺點。于是人們幵始把檢測、反饋、自動控制、自動配液等技術應用于溫室無土栽培的營養液配液及滴灌技術中。在曹東興等設計的"無土栽培營養液調配及滴灌自動控制機"公開了一種無土栽培的營養液供液控制方法(參見ZL01118328.4)，其主要技術內容是采用單片機控制電磁閥，按比例方式控制泵閥開關時間以實現養液調配，并且調配完一桶滴灌一桶以此完成一個滴灌循環，不能實現連續滴灌及大型溫室灌溉，且養液混合過程采用電機帶動葉片實現攪拌混合質量較差，長時間使用會在管路內產生沉淀，當管路堵塞時又沒有反沖洗裝置，該系統無知識庫不能實現智能操作。在魏正英等發表的"滴灌施肥自動控制系統的研究與開發"一文中公開了一種無土栽培的營養液供液控制方法(參見《西安交通大學學報》2008年第3期P348)，其主要技術內容是營養液通過球閥形成漩渦，通過漩渦自身的旋轉混合各種肥料，采用單片機與變頻調節技術控制滴灌。這種方法的不足是營養液濃度與PH值的控制精度低，系統自身無反沖洗系統，在滴灌過程中出現雜質沉淀時不能自行進行清除，且無專家決策系統，不能實現智能操作，因此其應用受到一定限制。在程月華等發表的"設施農業滴灌量控制模型和營養液供給自動控制系統"文章中公開了一種無土栽培營養液的配制及滴灌系統(參見《計算機工程》2003年第11期P13S)，該系統采用沉淀池和隔膜泵來防止雜質阻塞，并基于人工神經網絡控制模型，采用單片機閉環控制滴灌。該系統缺點是采用沉淀池占用場地，增加了土地要求或限制，進一步增加了成本，同時該系統使用PI調節營養液的濃度和PH值，配制精度低，也無知識庫，不能實現智能操作。
發明內容針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種溫室智能滴灌設備，該設備可迅速、穩定地混合營養液，實現實時配液、實時滴灌，對在配液及滴灌過程中產生的雜質可使用反沖洗泵進行清洗，有手動和自動兩種功能，并可進行智能操作，對作物營養液的溫度、濃度和酸度值進行實時監測和控制，具有設計合理，參數測量準確、決策科學，智能化程度高，可操作性好，成本較低，實用性強等優點。本發明解決所述設備技術問題的技術方案是設計一種溫室智能滴灌設備，其特征在于該設備包括硬件和軟件兩大部分，其中硬件包括模塊化設計的六個部分反沖洗過濾機構，原料液供給機構、原料液混合機構、營養液滴灌機構、電氣控制機構和營養液檢測機構；所述的反沖洗過濾機構包括反沖洗裝置以及與其外接的進水控制閥、出水控制閥、反沖洗控制閥和壓力傳感器，反沖洗裝置包括立式設計的筒體、與筒體密封配裝的筒蓋，在筒體壁的下部開有進水口，進水口安裝進水控制閥，且進水口在筒體內部的一端裝有開合蓋板，進水口與筒體壁之間連接壓力傳感器，在筒體壁的上部開有出水口，出水口安裝出水控制閥，在筒體壁下部與所述進水口對應的另一側開有排污口，排污口安裝排污閥；在筒蓋的中心開有反沖洗口，反沖洗口安裝反沖洗控制閥；在筒體內安裝有過濾網，過濾網的底邊固定在筒體的底部，過濾網的頂端位置高于所述的出水口；所述的進水控制閥、出水控制閥、反沖洗控制閥均由控制機構的壓力傳感器控制；所述過濾網的改進設計為可拆卸式的雙層穹頂柱型結構，雙層過濾網之間填襯無紡布；所述的原料液供給機構包括并接的三條支路，一條是母液A,供給支路-母液Ai儲液罐依次管路連接的母液Aj急壓過濾閥、母液Ai泵和母液Aj荒量控6制閥，并接入儲液罐；第二條支路是母液B供給支路母液B,儲液罐依次管路連接的母液B^急壓過濾閥、母液Bi泵和母液Bi流量控制閥，并接入儲液罐；第三條是酸/堿液供給支路酸/堿儲液罐依次管路連接的酸/堿穩壓過濾閥、酸/堿泵和酸/堿流量控制閥，并接入儲液罐；所述的原料液混合機構包括儲液罐、與儲液罐配裝的開啟式上蓋和攪拌泵；儲液罐的頂部是待混合溶液的輸入口，在儲液罐的一側開有攪拌輸入口和滴灌輸出口，另一側是攪拌輸出口；所述攪拌輸入口管接攪拌泵的一端，所述攪拌輸出口管接攪拌泵的另一端，形成營養液混合攪拌回路；在混合攪拌回路上平行設計有液體截留管路，截留管路內部放置濃度傳感器和PH值傳感器，所述滴灌輸出口與滴灌泵管接；所述儲液罐內部設有交錯平行安裝的3—5塊擋板，擋板構成S形的營養液流動通道，儲液罐內還安裝有液位傳感器和溫度傳感器；所述的營養液滴灌機構包括管路連接的滴灌泵、滴灌控制閥、換向控制閥和穩壓過濾閥；滴灌泵的入口與儲液罐一側的滴灌輸出口管接，滴灌泵的出口依次管接滴灌控制閥、穩壓閥和換向控制閥；所述的電氣控制機構包括工控機、控制閥、接觸器、固態繼電器和電源構成的兩條控制支路，一條是所述各個泵的控制支路；另一條是所述各個電磁閥的控制支路所述的營養液檢測機構包括濃度測量電路、酸度測量電路、溫度測量電路、液位測量電路及壓力測量電路；濃度檢測電路包括濃度傳感器，濃度傳感器的一端連接信號發生器，另一端依次與電壓跟隨器、單運放放大器和A/D轉化器連接；酸度檢測電路包括酸度傳感器，酸度傳感器通過三運放高共模抑制比放大電路連接到A/D轉化器；溫度測量電路包括溫度傳感器，溫度傳感器通過單運放的溫度補償電路連接到A/D轉化器；液位檢測電路包括液位傳感器，液位傳感器通過同相放大器連接到A/D轉化器；壓力測量電路包括壓力傳感器，壓力傳感器通過三運放高共模抑制比放大電路連接到A/D轉化器，A/D轉化器與工控機連接；所述的軟件部分包括營養液檢測及控制程序控制程序包括一個主程序、四個子程序和一個知識庫；所述主程序包括系統初始化設置、按鍵判斷、液位判斷、管道堵塞時壓力判斷、營養液參數檢測、執行模糊控制、滴灌輸出、滴灌天數和滴灌次數判斷以及分別調用相應的四個子程序的程序；所述四個子程序包括參數輸入子程序、低液位溶液加入子程序、高液位溶液加入子程序和反沖洗子程序；所述的模糊控制采用人工設定營養液輸出時的濃度和酸度值，系統通過濃度傳感器、酸度傳感器檢測實時值，然后將檢測的實時值與標準值相比較得出差值，根據濃度和酸度值的偏差調用相應二維模糊控制規則表內的母液M、母液Bi、酸/堿液的輸入開關量，通過閉環控制進行系統循環檢測，實現實時配液、實時滴灌；所述知識庫包括常見農作物營養液配方表及種植知識表；營養液配方表含有不同農作物不同時期的營養液成分配方；種植知識表中包含常用農作物不同時期營養液的需求值。與現有技術相比，本發明滴灌設備有如下優點1.采用模糊控制原理(參見圖12)，開機營養液配制時間短，開機時間約15分鐘即可正常開始滴灌，實現實時配液、實時滴灌；2.配有知識庫，包含設計要求的(實施例為常見的十多種)農作物種植知識及其營養液配方，使該滴灌裝置實現了智能化控制；3.采用反沖洗裝置(參見圖7—8)可以通過手動和自動裝置對入水管道內的雜質進行定期和不定期的清洗，保證營養液質量，使用攪拌泵中的高壓營養液進行反沖洗，且結構簡單，功耗少，成本低；4.采用單獨的攪拌泵連接儲液罐設計，其儲液罐結構設計內部采用擋板設計(參見圖4一6)，循環攪拌與營養液S型流動相結合，結構簡單，能耗低，運轉方便，故障少，穩定性高；5.在滴灌泵的出液口處接有滴灌控制閥、穩壓閥和換向控制閥。滴灌控制閥能夠準確計量所滴灌的營養液用量，穩壓閥可以起到保護作用，保護滴灌控制閥，防止外界營養液壓力過大而出現滲漏和反灌；同時可實現營養液在滴灌過程中的恒壓，換向電磁閥可以在不停機的狀態下對多個滴灌區進行滴灌；6.對頻繁使用的母液泵流量控制閥和母液泵B！及其流量控制閥進行了冗余設計，采用兩套機構并行安裝，實現系統冗余，增強設備的安全性、穩定性及可靠性。圖1是本發明溫室智能滴灌設備一種實施例的整體結構主視示意圖2是本發明溫室智能滴灌設備一種實施例的整體結構俯視示意圖；在圖2中，DG代表滴灌液、PW代表排污液、Aj戈表母液Ai、B!代表母液B,、A2代表母液A2、B2代表母液B2、C代表酸/堿、E代表水；圖3是本發明溫室智能滴灌設備一種實施例的整體結構左視示意圖；圖4是本發明溫室智能滴灌設備一種實施例的組成和工作原理示意圖；圖5是本發明溫室智能滴灌設備一種實施例的儲液罐主視結構示意在圖5中，儲液罐4的管口標記分別是酸入口Sc、母液A,入口S^、母液A2入口Sa2、母液B!入口Sw、母液B2入口Sb2、水入口Se、液位計接口Sm、液位計接口Su2、攪拌輸入口Sw、攪拌輸出口Soun、滴灌輸出口SouT2;圖6是本發明溫室智能滴灌設備一種實施例的儲液罐俯視結構示意圖；圖7是本發明溫室智能滴灌設備一種實施例的反沖洗裝置主視示意圖；圖8是本發明溫室智能滴灌設備一種實施例的反沖洗裝置俯視示意在圖7和圖8中，反沖洗裝置10的管口標記分別是反沖洗進水口F肌、反沖洗出水口Foun、高壓營養液進液口FIN2、反沖洗排污口FouT2;圖9是本發明溫室智能滴灌設備一種實施例的控制面板照片圖IO是本發明溫室智能滴灌設備一種實施例的電氣控制原理示意圖；在圖11中，標記KM1、KM2、KM5、KM6、KM7分別代表母液Ai泵、Bi泵、酸/堿泵、攪拌泵及滴灌泵控制器的接觸器；標記S1、S2、S5、S6、S7分別代表母液Ai泵、B工泵、酸/堿泵、攪拌泵及滴灌泵控制器的固態繼電器圖11是本發明溫室智能滴灌設備一種實施例的模擬電路示意圖；圖12是本發明溫室智能滴灌設備一種實施例的模糊控制原理示意圖；圖13是本發明溫室智能滴灌設備一種實施例的控制程序流程圖；其中，Ml子程序低液位溶液加入子程序；M2子程序高液位溶液加入子程序；M3子程序反沖洗程序。具體實施方式下面結合實施例及其附圖對本發明作進一步詳述本發明設計的溫室智能滴灌設備(簡稱滴灌設備或設備，參見圖1一13)一種實施例的特征結構如下該設備包括硬件和軟件兩大部分，其中硬件包括模塊化設計的六個部分反沖洗過濾機構，原料液供給機構、原料液混合機構、營養液滴灌機構、電氣控制機構和營養液檢測機構。所述的反沖洗過濾機構為本發明自主設計(參見圖7-8)，它包括反沖洗裝置10以及與其外接的進水控制閥21、出水控制閥15、反沖洗控制閥8和壓力傳感器35等，反沖洗裝置10包括立式設計，其特征在于該裝置外殼是由所述的筒體42配裝筒蓋37、密封墊圈38通過螺栓連接為一體。在筒體壁的下部開有進水口FIN1，進水口F^外接進水控制閥21，且進水口F^在筒體42內部的一端裝有開合蓋板(簡稱蓋板)34，蓋板34可以隨著進水水流的方向打開，反沖洗水流方向閉合。在進水口F^與筒體42的側壁之間連接有壓力傳感器35，在筒體42的上部開有出水口F。utl，出水口F。w外接出水控制閥15，在筒體42底部與所述進水口F^對應的另一側開有排污口F。ut2，排污口F。ut2安裝有圓錐銷39、彈簧40、調壓螺栓41機械組裝成的(單向)排污閥；在筒蓋37的中心開有反沖洗口FIN2，反沖洗口F^2外接反沖洗控制閥8;在筒體42內安裝有過濾網36，過濾網36為可拆卸式的雙層穹頂柱型結構，內襯無紡布，過濾網36的底邊固定在筒體42的底部，過濾網36的頂端位置高于所述的出水口F。utl;所述的進水口F,經進水控制閥21與用于調配營養液的水源E連接，所述的出水口F。uti連接出水控制閥15，并接入營養液儲液罐(以下簡稱儲液罐)4;所述的反沖洗控制閥8接入營養液的循環攪拌管路(參見圖2)中。所述的進水控制閥21、出水控制閥15、反沖洗控制閥8均由控制機構的壓力傳感器35控制。所述反沖洗過濾機構的進水控制閥21、出水控制閥15、反沖洗控制閥8為電磁閥，可以手動控制，也可以通過壓力傳感器35輸出的壓力信號實現自動控制。所述的筒體42實施例采用碳鋼材料。所述的過濾網36實施例為不銹鋼材質。所述排污部件采用機械閥，手動控制調節。本發明實施例設計了一種簡單的自動的排污閥，它由安裝在排污口管道內、并與排污口管道內腔匹配的圓錐銷39，為圓錐銷提供壓力的彈簧40以及調整彈簧40壓力的調壓螺栓41機械組裝而成(參見圖7)。本發明所述的原料液供給機構(參見圖1-2)包括并接的三條支路一條是母液Al的瑜入管道與1號穩壓過濾閥26的一端相連，1號穩壓過濾閥26的另一端通過管道串接母液A,泵29和1號流量控制閥11，并與儲液罐4的入口SAi相連；第二條是母液B,輸入管道與3號穩壓過濾閥24的一端相連，3號穩壓過濾閥24另一端通過管道串接母液B,泵18和3號流量控制閥13，并與儲液罐4的入口Sw相連；第三條是酸/堿的輸入管道與5號穩壓過濾閥27的一端相連，5號穩壓過濾閥27的另一端串接酸/堿泵28相連和5號流量控制閥7，并與儲液罐4的入口Sc相連。所述原料液混合機構的原料液通過儲液罐4頂部的溶液輸入口Sc、SA1、Sa2、SB1、SB2、及Se瑜入到儲液罐4內。在儲液罐4的一側開有攪拌輸入口S^和滴灌輸出口S0UT2，另一側開有攪拌輸出口S0UT1;儲液罐4一側的攪拌輸入口Sw(見圖5)通過管道連接攪拌泵16的一端，儲液罐4另一側的攪拌輸出口S0UT1通過管道連接于攪拌泵16的另一端形成營養液混合攪拌回路；當攪拌泵16啟動時營養液在儲液罐4內進行推流運動，儲液罐4內等距交錯排列的3—5塊梯形擋板使營養液以S形流動實現混合。同時為了消除營養液流動對濃度、酸度測量的影響。在混合攪拌回路上平行安裝有液體截留管路(見圖l)，其內部放置濃度傳感器5和酸度傳感器6，而溫度傳感器2和液位傳感器3安放在儲液罐4內的底部。本發明所述的營養液滴灌機構(參見圖1-2)包括管路連接的滴灌泵1、滴灌控制閥17、換向控制閥19和穩壓閥20;滴灌泵1的一端連接儲液罐滴灌輸出口S0UT1，另一端連接滴灌控制閥17再依次連接換向控制閥19、穩壓閥20;當營養液混合均勻后，滴灌機構中的滴灌泵l啟動，從營養液儲液罐4中排出營養液通過滴灌控制閥17、穩壓閥20和換向控制閥19后進行滴灌。由于滴灌過程中存在壓力波動，而且需要對多個栽培床滴灌。因此本發明發明使用了穩壓閥20、換向控制閥19。在滴灌時，可以實現自動切換，滴灌多個栽培床。本發明所述的電氣控制機構(參見圖10):包括兩條控制支路，一條是所述各個泵的控制支路；另一條是所述各個電磁閥的控制支路泵的控制支路包括，母液A!泵29、母液Bi泵18、酸/堿泵28、攪拌泵16及滴灌泵1分別與母液Ai泵接觸器(圖11中標記為KM1)、母液Bi泵接觸器(KM2)、膽/堿泵接觸器(KM5)、攪拌泵接觸器(KM6)、滴灌泵接觸器(KM7)相連，各接觸器還分別連接工控機GKJ的K。K2、K3、K4、K5、Kg、K7腳及電源以便實現自動控制，同時每個接觸器并接一個固態繼電器S卜S2、S3、S4、S5、S6、S7可進行自動控制，而每個接觸器所串接的手動開關BSt、BS2、BS3、BS4、BS5、BS6、BS7也可以進行手動控制；電磁閥的控制支路包括，各電磁閥分別通過固態繼電器P21、P8、P15、P7、P、P12、P13、P14、P17、P,9與工控機GKJ的F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8、F9、F。腳及電源相連。且電源Vcc為工控機GKJ的標準供電電源，同工控機相連，酸度傳感器6、濃度EC傳感器5、溫度T傳感器2、液位H傳感器1、壓力P傳感器35，通過各自的信號調理電路與A/D轉換連接，A/D轉換分別與工控機GKJ的M,、M2、M3、M4、M5腳相連。電氣控制機構本身為現有技術。本發明所述的營養液檢測機構(參見圖ll)包括，濃度測量電路、酸度測量電路、溫度測量電路、液位測量電路及壓力測量電路。其中濃度EC傳感器5用來測量營養液濃度。為了減少營養液流動對濃度傳感器5造成的沖擊，將其放入攪拌管路的并行截流管道內，然后接入由運算放器組成的跟隨電路和單運放差動放大電路，其輸出接A/D轉換器的2腳；酸度傳感器6用來測量營養液PH。為了減少營養液流動對酸度傳感器6造成的沖擊，也將其放入攪拌管路的并行截流管道內，然后接運算放大器構成的電壓放大器，其輸出接A/D轉換器的3腳；溫度T傳感器2安放在儲液罐4內，用于檢測營養液的溫度，實現對濃度和酸度測量結果的補償，然后接運算放大器構成的電壓放大器，并接入A/D轉換器的5腳；液位H傳感器3放置在儲液罐4內，用來測量營養液高度，然后接運算放大器構成的電壓放大器，并接入A/D轉換器的4腳；壓力傳感器35安放在反沖洗裝置10的筒體42外壁上測量過濾網36內外壓差。所述的各個傳感器連接A/D轉化器，A/D轉化器與工控機相連。本發明設備的整體管道結構連接關系如下母液A,的輸入管道與1號穩壓過濾閥26的一端相連，1號穩壓過濾閥26的另一端通過管道串接母液A,泵29和1號流量控制閥11，并接入營養液儲液罐4的入口SA1;母液Bi輸入管道與3號穩壓過濾閥24的一端相連，3號穩壓過濾閥24的另一端通過管道串接母液B!泵18和3號流量控制閥13，并接入儲液罐4的入口SBn酸/堿輸入管道與5號穩壓過濾閥27的一端相連，5號穩壓過濾閥27的另一端串接酸/堿泵28和5號流量控制閥7，并接入儲液罐4的入口Sc。反沖洗裝置出水口Foun通過管道連接出水控制閥15，并接入儲液罐4的入口SE。攪拌泵16的兩端分別和營養液儲液罐4的兩端通過管道連接成一個循環回路(見圖2)。本發明設備的進一步特征是所述的原料液供液機構還包括冗余設計的備用原料液供液機構。備用原料液供液機構與所述的(主)原料液供液機構結構和功能均相同。具體包括母液A2的輸入管道與2號穩壓過濾閥25的一端相連，2號穩壓過濾閥25的另一端通過管道串接母液A2泵30和2號流量控制閥12，并接入營養液儲液罐4的入口SA2;母液B2輸入管道與4號穩壓過濾閥23的一端相連，4號穩壓過濾閥23的另一端通過管道串接母液B2泵22和4號流量控制閥14，并接入儲液罐4的入口SB2;這種為冗余設計的備用原料液供液機構在安裝時一同并列安裝，可以大大提高系統工作的適應性(如多溶液供給)和可靠性。本發明滴灌設備一種實施例的罐體結構如下(參見圖5—6):營養液儲液罐4的攪拌輸出口Sc)UT1與攪拌泵16入口端相連，營養液儲液罐4的攪拌輸入口Sw與攪拌泵16出口端相連。這樣儲液罐4與攪拌泵16通過管道連接成循環回路。本發明使用攪拌泵16的儲液罐4為自主設計。該罐體內部采用了平行交錯安裝的3—5塊擋板，在罐體的一側是營養液攪拌輸入口S、營養液滴灌輸出口S0UT2，罐體的另一側是液體攪拌輸出口S0UT1，罐體上方是母液At輸入口SA1、母液Bj俞入口SB1、母液A2輸入口Sa2、母液B2輸入口SB2、酸/堿液輸入口Sc、水源輸入口SE。在儲液罐4的頂部有開啟的蓋子32，側面有液位計接口(圖5中標記為Sw與Su2)，頂部開啟或透明的蓋子32可以人工觀察營養液流動狀況。當儲液罐4加入待混合溶液到一定液位后，攪拌泵16啟動，營養液在儲液罐4和攪拌泵16之間進行推流運動。在儲液罐4內由于擋板33的作用，使營養液在儲液罐內呈S型流動，延長混合時間，在有限空間內增加了流動距離。因此該罐體結構設計可以快速均勻的混合營養液，提高配液效率。本發明滴灌設備一種實施例的反沖洗裝置工作原理和過程如下(參見圖7-8):正常過濾時，水流由反沖洗裝置入水口F加進入筒體，經過濾網36過濾，水在過濾網36內由于慣性作用將水中的細小顆粒雜質及懸浮物沉積在過濾網36上，過濾的水由反沖洗裝置的出水口F。ut2流出。在設備運行過程中，當過濾水的反沖洗裝置10內雜質達到一定厚度時，壓力傳感器35就會檢測到壓差信號，并輸出脈沖信號，工控機控制反沖洗排污。首先打開反沖洗控制閥8，導入營養液混合攪拌回路管道內的高壓營養液流，高壓營養液從反沖洗口F!N2進入筒體，對過濾網36進行反沖洗，清洗黏附在過濾網36上的雜質。清洗后的液體累積和壓力作用，會沖開由圓錐銷39、彈簧40、調壓螺栓41組成的單向排污閥，使清洗液和雜質從排污口Fout2排出，達到清潔過濾網36及筒體的目的。本發明設備可以進行手動控制，當水過濾正常時，進水控制閥21為開啟狀態，所述蓋板34打開，出水控制閥15為開啟狀態，反沖洗控制閥8為關閉狀態。反沖洗時，手動控制方式使進水控制閥21為關閉狀態，出水控制閥15為關閉狀態，所述蓋板34閉合，反沖洗控制閥8為開啟狀態。引入反沖洗高壓營養液注入筒內，實現排污功能。該裝置同時也可以通過壓力傳感器35實現自動控制，當水流入反沖洗裝置10內，雜質會被過濾網36攔截，雜質達到一定厚度時，會影響水流通。水在反沖洗裝置10的過濾網內、外的壓力值會產生一定壓差，當壓力差達到設定數值時，鑲嵌在筒體42上的壓力傳感器35通過連接過濾網36內、外的壓力檢測孔就會檢測到該信息。然后壓力傳感器35輸出電信號給工控機GKJ。工控機控制打開反沖洗控制閥8引入高壓營養液對過濾網36進行反沖洗，把雜質從過濾網36上沖掉，從排污口F(xjt2排出，解決管路中的雜質沉淀問題。本發明滴灌設備一種實施例的控制面板結構如下(參見圖9):在溫室智能滴灌裝置工作過程中，可以從知識庫調用PH、EC數據，也可以通過控制面板上面的小鍵盤直接輸入參數和指令。在滴灌過程中對各液壓泵可以通過控制面板上按紐實現手動控制，同時控制面板的上面還有LCD顯示屏，可以實時顯示當前營養液各指標數值。同時反沖洗裝置10的手動控制也可在控制面板上實現。本發明滴灌設備一種實施例軟件程序如下所述(見圖12-13):程序先初始化進行判鍵，若觸發判鍵，調用參數輸入子程序，沒有觸發，則進入液位Hi判斷。若進入液位K時，調用M,低液位溶液加入子程序，接著進行液位H2判斷。若進入液位H2，調用M2高液位溶液加入子程序。系統進行壓差判斷，如果反沖洗裝置內部管道壓力差判斷被觸發，調用反沖洗子程序，沒有觸發則檢測酸度PH值、濃度EC值、溫度T值，然后執行模糊控制。當達到設定濃度和酸度參數范圍時，系統判斷是否滴灌，否則程序跳轉到壓力差判斷，繼續執行模糊控制，直到符合設定范圍進行灌溉輸出。接著判斷是否符合滴灌天數m，次數n，時間t的要求，如果被觸發，則程序結束，否則程序跳轉到判斷液位Hi，重新進行另一次循環。整個程序經過數次重復循環，直到符合結束條件。利用該程序進行模糊控制及營養液調配，當EC值和PH值達到設定范圍時，自動打開灌溉閥和啟動灌溉泵實現滴灌，而當儲液罐的液位低于設定液位時，關閉灌溉閥，灌溉泵重新進行調配。由于營養液對PH要求誤差一般為PH士0.5、EC的要求誤差一般為EC士0.2，所以模糊控制可以在H2的范圍內，實現營養液實時調配和實時滴灌。所述的參數輸入程序采用手動輸入數據如設定濃度EC、酸度PH、灌溉天數、次數等參數進行識別和儲存；所述的Mt低液位溶液加入子程序當儲液罐4的液位在低液位^以下時，只打開進水控制閥21，注入水；當液位到達液位Hi時，l號流量控制閥ll、3號流量控制閥13打開，按一定比例注入母液A^母液B,—定時間，注入約占罐體所需體積總量的80%母液(可由人工設定母液A^母液Bi泵閥的開關時間)。所述的M2高液位溶液加入子程序若液位到達高液位H2，通過測量的濃度EC、PH值，按模糊控制算法，使被控量逼近設定值，直到達到精度要求后，自動打開滴灌控制閥17及啟動滴灌泵1進行滴灌。當儲存罐4中液位底于H2時，供液機構打開，重新進行模糊控制，直到達到精度要求，再次進行滴灌。依此往復循環，直到完成設定周期，實現邊配液，邊滴灌。所述的反沖洗子程序控制進水控制閥21關閉，出水控制閥15關閉，反沖洗控制閥8為開啟，把反沖洗高壓營養液注入到反沖洗裝置10內，實現反沖洗功能。所述模糊控制的技術方案是，人工設定營養液輸出時的濃度EC和酸度PH值，系統通過濃度EC傳感器、PH值傳感器檢測實時值，然后將檢測的實時值與標準值相比較，得出差值，根據濃度EC和酸度PH值的偏差調用相應二維模糊控制規則表(參見表l)內的母液A卜母液B^酸/堿液的輸入開關量，通過閉環控制進行系統循環檢測，實現實時配液和實時滴灌。模糊控制的原理如下(參見圖12):本發明模糊控制程序設計的控制精度為±5%，模糊化等級為7級，分別是NB(負大)、麗(負中)、NS(負小)、Z0(零)、PS(正小)、PM(正中)、PB(正大)。因此只考慮研究對象的波動范圍為±15%之內的情況，對于±15%-±25%的數據采用濾波處理，均認為其模糊化的論域為PB或NB。由于母液Ai和Bi的比例是相對固定的，即營養液輸入時兩種母液是按設定比例輸入的，所以可以把1號流量控制閥11和3號流量控制閥13的時間增量AZ合并為一個變量ZP5號流量控制閥7的時間增量AZ設為Z2，水為開關量由5號流量控制閥7控制，保證營養液在液面H2的位置上下浮動。Ul為混合的濃度偏差，U2為混合的PH值偏差。該系統使用閉環控制，當檢測到混合溶液的濃度和酸度值時，控制程序可以計算出濃度偏差Ul和PH值偏差U2，并根據模糊控制要求査詢模糊控制表，以獲得l號流量控制閥11和3號流量控制閥13的時間增量Zp5號流量控制閥7的時間增量Z2，將其結果反饋到工控機GKJ。工控機GKJ將控制供液機構實現實時調配。本發明采用知識挖掘的方法制定模糊控制表，其表l中母液A,、Bi和酸/堿液數值是指經過多次實驗所得的有效數據由于EC值和PH值的調節相互耦合，因此就需要進行解耦。以濃度值穩定作為約束條件對數據庫進行篩選。以所述的Z。Z2作為對象，進行數據挖掘，可以對濃度EC值的進行調節l號流量控制閥11和3號流量控制閥13時間增量Z,和5號流量控制閥7時間增量Z2同時增大，則濃度上升；1號流量控制閥11和3號流量控制閥13時間增量Zj和5號流量控制闊7時間增量Z2同時減小，則濃度降低；對ra值的進行調節所述時間增量Z,和時間增量Z2同時增大，ra值升高；所述時間增量Zi和時間增量Z2同時降低，則PH值降低。對模糊控制系統進行數據挖掘時可得到二維模糊控制規則表(即表1)。其中Ul為混合的濃度偏差。U2為混合的PH值偏差。然后根據模糊控制規則表，使用if…then…語句實現模糊控制規則的程序化。本發明所述知識庫包括營養液配方表及種植知識表，其中營養液配方表含有常見農作物不同農作物的營養液成分配方；種植知識表中包含常用農作物不同時期的營養液的需求值。所述的營養液配方表和營養液配方表的實施例可參見常見農作物不同時期的營養液配方表(參見表2)和常見農作物不同時期的種植知識表(參見表3)。表2內的種植(農)作物在知識庫內均有記錄。當進行種植時，可以輸入種植(農)作物的名稱，工控機GKJ可以在知識庫內査詢到該種植(農)作物生長周期內所需營養液的全部數據。以這些數據為標準，把數據導入到模糊控制程序中無需工作人員手動設定，如滴灌時間、滴灌次數、營養液成分等。如果知識庫內沒有該種植(農)作物信息，操作人員可以手動輸入，輸入后便將數據存入知識庫中。當該設備完成上述操作后開始運行，根據這些數據進行實時配液及滴灌，完成滴灌任務后自動停止工作，從而實現智能控制。這些種植數據本身為現有技術，知識庫的內容和大小取決于用戶要求。本發明實施例的知識庫包含了草莓、甜椒、番茄等常見高效作物的種植數據。根據這些農作物種植數據以及本發明裝置實時檢測到的營養液參數，操作者利用設備的控制面板對所種植作物進行科學決策，設定濃度值、PH值、滴灌次數及滴灌時間等，從而使種植物各項指標處于理想和適合的范圍內。很明顯，該知識庫的營養液配方表及種植知識表可集成更多的信息，并可根據需要更新。本發明滴灌設備，以工控機作為控制器，采用模糊控制算法實現實時配液，實時滴灌。水源E(參見圖2)經過進水控制閥21進入反沖洗裝置10入水口F閒(參見圖8)，經過濾網36過濾后，從反沖洗裝置出水口Foun流出。當攪拌泵16啟動時，營養液在營養液儲液罐4內進行推流運動，營養液儲液罐4內等距交錯排列的3—5塊梯形擋板使營養液以S形流動實現混合。當營養液混合均勻后，滴灌機構中的滴灌泵1啟動，從營養液儲液罐4中排出營養液，并通過滴灌控制閥17、穩壓閥20和換向控制閥19后進行實時滴灌。本發明滴灌設備包含知識庫。該知識庫包括草莓、甜椒等常用高效園藝17作物的營養液配方和生長周期內的滴灌數據，從而實現智能控制；采用單獨的攪拌泵16連接儲液罐體4設計，在罐體內設置S形排列的擋板33，以使營養液流動形式呈S形，實現液體均勻混合達到規定值；使用反沖洗裝置IO對進水管道進行反沖洗。采用傳感器分布式布局溫度T傳感器2、液位H傳感器3放置于儲液罐體4內，而濃度EC傳感器5與酸度PH傳感器6放置于回流管道的并行聯通截流管道內，壓力P傳感器35在反沖洗外壁上，完成數據的采集與控制信號的變送。表l模糊控制規則表\uiU2\P験4JZ1=NB—Z2=NB^Z>l=NSvZ1=ZCVZ2=NB^Zl=PSvZ2=NBp一函如，Z1=ZCMZ2=NM*，Z1=ZCMZ2=NS*，Z1=PS+'Z2=NS*，Z1=PM-Z2=NS+，Zl=PBwZ2=NM—'Z1=NS*'Z2=NS*，Z1=ZCVZ2=NSpZ1=ZCMZl-PM*'Z2=PS+，Z2=PM+'Z2=NSpZ1=NS-Z2=NSwZ1=NS"Z2=ZCMZl=PSwZl=PSwZ2-PS^Z1=PM"Z2=PS^PS^Z2=NSpZ2=NS^Z1=ZCMZ2=PS+，Zl=ZO+*Z2=PSwZl=PSwZ2=PM+，Z2=PM-Zl-NB一Z2=ZCVZl-函如'Z2=ZCVZl=NSvZ2=PS-Zl=PSwZ1=PS*'Z2=PMwZl-PM一Z2=PB^jZ2=ZOwZ2=PSpZ2=PMpZ1=NM-'Z2=PMwZl=PMvZ2=PBpZl=PMvZ2=PB^18表2常見農作物不同時期的營養液配方表<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>下面給出本發明的具體實施例，但它不構成對本發明權利要求的限制。實施例l本實施例以無土栽培的草莓為例，詳細說明利用本發明裝置實現營養液實時調配及自動控制滴灌的過程本發明的知識庫包括了栽培草莓專用營養液及其使用方法。草莓移栽一周時間為緩苗期，只滴罐清水即可(設定EC=0.36)。在緩苗至發芽期，滴灌營養液PH為5.56.5,電導率為0.81.0ms。分苗成長期，無土栽培滴灌營養液PH為5.56.0，電導率為1.41.6ms。結果盛期至采收末期，滴灌營養液PH為5.56.0，電導率為1.82.2ms。所用的水為清水，電導率為0.36ms，ra值6.8。首先開機啟動，由控制人員輸入(見圖9)所要滴灌的種植(農)作物名稱，如草莓等。如果知識庫含有該信息，信息就會自動導入到操作界面；如果沒有該信息，就需要控制人員手動輸入。信息輸入完成后，控制人員按動啟動按鈕，開始配液。如果液位位于仏以下，直接注入清水；當液位達到H2時，應先注入約罐體體積80%的母液(可由人工設定母液A1、Bl泵閥的開關時間)，然后按模糊控制要求，母液A^母液Bi、酸/堿、水進行實時調配。當營養液的EC和PH值達到設定值范圍時開始進行滴灌(見圖13)。這時液位會隨著滴灌而降低，當液位低于H2時，又重新注入清水直到H2液位之上，再進行模糊控制及營養液調配直到達到設定范圍實現滴灌，依此往復，實現一邊配液，一邊滴灌。配制營養液過程中，首先，母液M、Bi和酸/堿分別經過1號穩壓過濾閥26、3號穩壓過濾閥24、5號穩壓過濾閥27的過濾后，被母液泵At、母液泵B"酸/堿泵經過1號流量控制閥11、3號流量控制閥13、5號流量控制閥7輸送到儲液罐4。清水通過反沖洗裝置10后，由出水控制閥15直接輸送到儲液罐4。攪拌泵16連接儲液罐4通過營養液回流的方式進行攪拌。當營養液的濃度ec參數和酸度(ra值)參數達到要求時，滴灌泵l啟動，滴灌控制閥17和換向控制閥19和穩壓閥20打開實施滴灌。在該設備運行過程中，當反沖洗裝置的過慮網36內的雜質達到一定厚度時，會在反沖洗泵內外腔產生壓差。壓力傳感器35發出電信號給工控機GKJ，工控機啟動反沖洗控制閥8，引入攪拌泵16內的高壓營養液反沖洗過濾網36，沖洗污水由排污口Fout2排出。權利要求1.一種溫室智能滴灌設備，其特征在于該設備包括硬件和軟件兩大部分，其中硬件包括模塊化設計的六個部分反沖洗過濾機構，原料液供給機構、原料液混合機構、營養液滴灌機構、電氣控制機構和營養液檢測機構；所述的反沖洗過濾機構包括反沖洗裝置以及與其外接的進水控制閥、出水控制閥、反沖洗控制閥和壓力傳感器，反沖洗裝置包括立式設計的筒體、與筒體密封配裝的筒蓋，在筒體壁的下部開有進水口，進水口安裝進水控制閥，且進水口在筒體內部的一端裝有開合蓋板，進水口與筒體壁之間連接壓力傳感器，在筒體的上部開有出水口，出水口安裝出水控制閥，在筒體壁下部與所述進水口對應的另一側開有排污口，排污口安裝排污閥；在筒蓋的中心開有反沖洗口，反沖洗口安裝反沖洗控制閥；在筒體內安裝有過濾網，過濾網的底邊固定在筒體的底部，過濾網的頂端位置高于所述的出水口；所述的進水控制閥、出水控制閥、反沖洗控制閥均由控制機構的壓力傳感器控制；所述的原料液供給機構包括并接的三條支路，一條是母液A1供給支路母液A1儲液罐依次管路連接的母液A1穩壓過濾閥、母液A1泵和母液A1流量控制閥，并接入儲液罐；第二條支路是母液B1供給支路母液B1儲液罐依次管路連接的母液B1穩壓過濾閥、母液B1泵和母液B1流量控制閥，并接入儲液罐；第三條是酸/堿液供給支路酸/堿儲液罐依次管路連接的酸/堿穩壓過濾閥、酸/堿泵和酸/堿流量控制閥，并接入儲液罐；所述的原料液混合機構包括儲液罐、與儲液罐配裝的開啟式上蓋和攪拌泵；儲液罐的頂部是待混合溶液的輸入口，在儲液罐的一側開有攪拌輸入口和滴灌輸出口，另一側是攪拌輸出口；所述攪拌輸入口管接攪拌泵的一端，所述攪拌輸出口管接攪拌泵的另一端，形成營養液混合攪拌回路；在混合攪拌回路上平行設計有液體截留管路，截留管路內部放置濃度傳感器和PH值傳感器，所述滴灌輸出口與滴灌泵管接；所述儲液罐內部設有交錯平行安裝的3—5塊擋板，擋板構成S形的營養液流動通道，儲液罐內還安裝有液位傳感器和溫度傳感器；所述的營養液滴灌機構包括管路連接的滴灌泵、滴灌控制閥、換向控制閥和穩壓過濾閥；滴灌泵的入口與儲液罐一側的滴灌輸出口管接，滴灌泵的出口依次管接滴灌控制閥、穩壓閥和換向控制閥；所述的電氣控制機構包括工控機、控制閥、接觸器、固態繼電器和電源構成的兩條控制支路，一條是所述各個泵的控制支路；另一條是所述各個電磁閥的控制支路所述的營養液檢測機構包括濃度測量電路、酸度測量電路、溫度測量電路、液位測量電路及壓力測量電路；濃度檢測電路包括濃度傳感器，濃度傳感器的一端連接信號發生器，另一端依次與電壓跟隨器、單運放放大器和A/D轉化器連接；酸度檢測電路包括酸度傳感器，酸度傳感器通過三運放高共模抑制比放大電路連接到A/D轉化器；溫度測量電路包括溫度傳感器，溫度傳感器通過單運放的溫度補償電路連接到A/D轉化器；液位檢測電路包括液位傳感器，液位傳感器通過同相放大器連接到A/D轉化器；壓力測量電路包括壓力傳感器，壓力傳感器通過三運放高共模抑制比放大電路連接到A/D轉化器，A/D轉化器與工控機連接；所述的軟件部分包括營養液檢測及控制程序控制程序包括一個主程序、四個子程序和一個知識庫；所述主程序包括系統初始化設置、按鍵判斷、液位判斷、管道堵塞時壓力判斷、營養液參數檢測、執行模糊控制、滴灌輸出、滴灌天數和滴灌次數判斷以及分別調用相應的四個子程序的程序；所述四個子程序包括參數輸入子程序、低液位溶液加入子程序、高液位溶液加入子程序和反沖洗子程序；所述的模糊控制采用人工設定營養液輸出時的濃度和酸度值，系統通過濃度傳感器、酸度傳感器檢測實時值，然后將檢測的實時值與標準值相比較得出差值，根據濃度和酸度值的偏差調用相應二維模糊控制規則表內的母液A1、母液B1、酸/堿液的輸入開關量，通過閉環控制進行系統循環檢測，實現實時配液、實時滴灌；所述知識庫包括常見農作物營養液配方表及種植知識表；營養液配方表含有不同農作物不同時期營養液成分配方；種植知識表中包含常用農作物不同時期營養液的需求值。2.根據權利要求1所述的溫室智能滴灌設備，其特征在于所述的所述過濾網為可拆卸式的雙層穹頂柱型結構，雙層過濾網之間填襯無紡布。3.根據權利要求1或2所述的溫室智能滴灌設備，其特征在于所述的排污閥由安裝在排污口管道內、并與排污口管道內腔匹配的圓錐銷，為圓錐銷提供壓力的彈簧以及調整彈簧壓力的調壓螺栓機械組裝而成。4.根據權利要求1或2所述的溫室智能滴灌設備，其特征在于所述原料液供液機構還包括冗余設計的備用原料液供液機構，備用原料液供液機構與所述的原料液供液機構結構和功能均相同。全文摘要本發明涉及一種溫室智能滴灌設備，其特征在于該設備包括硬件和軟件兩大部分，其中硬件包括模塊化設計的六個部分反沖洗過濾機構，原料液供給機構、原料液混合機構、營養液滴灌機構、電氣控制機構和營養液檢測機構；其中，所述反沖洗過濾機構包括反沖洗裝置及外接的閥門和壓力傳感器；原料液供給機構包括并接的三條支路母液A₁供給支路、母液B₁供給支路和酸/堿液供給支路原料液混合機構包括儲液罐、與儲液罐配裝的上蓋和攪拌泵；電氣控制機構包括工控機控制的泵和電磁閥兩條控制支路；所述的軟件部分包括營養液檢測及控制程序控制程序包括一個主程序、四個子程序和一個知識庫。文檔編號G05B19/418GK101422124SQ20081015401公開日2009年5月6日申請日期2008年12月12日優先權日2008年12月12日發明者曹東興,朱凝華,朱漢東,磊耿申請人:河北工業大學