一種基于plc自動(dòng)控制的田間識(shí)別灌溉系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)自動(dòng)灌溉控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于PLC自動(dòng)控制的田間 識(shí)別灌溉系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，現(xiàn)有的灌溉技術(shù)基本上都是有人工完成的，種植者根 據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷土壤的干旱情況，達(dá)到一定干旱時(shí)啟動(dòng)水閘進(jìn)行灌溉，灌溉到一定程 度后關(guān)閉水閘，這種灌溉方式不僅不能及時(shí)的給土壤補(bǔ)充水分進(jìn)而影響作物的生長(zhǎng)，而且 由于不能精確控制灌水量而浪費(fèi)了很多的水資源。隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越 來(lái)越多的自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，大家所知的自動(dòng)灌溉裝置通常有濕度傳感 器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤的墑情情況，并將土壤墑情情況傳輸給控制器，有控制器進(jìn)行灌溉控制。常 用的自動(dòng)灌溉方式有兩種：一種是每次灌溉的灌水量相同，但這種灌溉方式往往不能滿足 作物生長(zhǎng)的需要，因作物在生育期內(nèi)各個(gè)階段的含水量不同，另外由于氣候等因素的影響， 若前期土壤耗水量較多時(shí)，由于土壤含水量低，根據(jù)前期的灌水量進(jìn)行灌溉，往往出現(xiàn)土壤 濕度程度和范圍不夠，灌水量不能滿足作物的生長(zhǎng)需求。另一種方式是通過(guò)埋設(shè)的傳感器 來(lái)監(jiān)測(cè)作物根系的上層和下層的土壤墑情，無(wú)論是作物上層還是下層的傳感器只要有一個(gè) 低于預(yù)先設(shè)定的參數(shù)時(shí)，都進(jìn)行灌溉，當(dāng)兩支傳感器范圍內(nèi)的土壤含水量均達(dá)到設(shè)定參數(shù) 時(shí)，灌溉結(jié)束，該灌溉方式在一定程度上保證了土壤的濕度，但由于不同類型的土壤質(zhì)地的 導(dǎo)水率和入滲系數(shù)不同，灌溉水在不同土壤中的運(yùn)移時(shí)間也不同，所以用此種方式進(jìn)行灌 溉控制，一定程度上影響了灌溉水量的精確控制。第一種灌溉方式不能適時(shí)適地的進(jìn)行灌 溉，第二種灌溉方式成本高，設(shè)備利用率低，綜合效果差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的正是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺點(diǎn)，提供一種基于PLC自動(dòng)控 制的田間識(shí)別灌溉系統(tǒng)。
[0004] 本發(fā)明解決上述問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：一種基于PLC自動(dòng)控制的田間識(shí)別灌 溉系統(tǒng)，它包括墑情識(shí)別裝置、自動(dòng)控制裝置以及田間灌水裝置；
[0005] 所述墑情識(shí)別裝置包括無(wú)線數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)輸入端與無(wú)線數(shù)據(jù)接收模塊數(shù)據(jù) 輸出端連接的數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)輸入端以及與數(shù)據(jù)分析模塊數(shù)據(jù)輸出端連接的信號(hào)接收 豐吳塊；
[0006] 所述自動(dòng)控制裝置包括與墑情識(shí)別裝置的信號(hào)接收模塊數(shù)據(jù)輸出端連接的PLC 模塊、與PLC模塊輸入輸出連接的RS232管理通信模塊、以及與RS232管理通信模塊輸入輸 出連接的控制計(jì)算機(jī)；所述PLC模塊連接有電源、顯示器以及啟動(dòng)按鈕；
[0007] 所述田間灌水裝置包括與自動(dòng)控制模塊的PLC模塊控制連接的電磁閥以及設(shè)置 在田間中的若干個(gè)無(wú)線采集站，所述電磁閥設(shè)置在田間的各個(gè)末端分支灌溉管道上；所述 無(wú)線采集站與墑情識(shí)別裝置的無(wú)線數(shù)據(jù)接收模塊之間通過(guò)無(wú)線傳輸連接，從而將采集到的 土壤中的水分?jǐn)?shù)據(jù)后發(fā)送給無(wú)線數(shù)據(jù)接收模塊。
[0008] 所述墑情識(shí)別裝置包括有無(wú)線數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、信號(hào)接收模塊；數(shù)據(jù) 分析模塊獲取與土壤墑情有關(guān)的數(shù)據(jù)，并且發(fā)送給所述數(shù)據(jù)分析模塊，通過(guò)所述數(shù)據(jù)分析 轉(zhuǎn)換成信號(hào)墑情數(shù)據(jù)，并且發(fā)送給所述信號(hào)接收模塊，然后通過(guò)所述的自動(dòng)控制裝置，生成 帶有區(qū)域性的墑情數(shù)據(jù)。
[0009] 所述數(shù)據(jù)分析模塊包括放大單元、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)判斷單元、數(shù)據(jù)發(fā)送單元； 放大單元的作用是放大墑情數(shù)據(jù)，電磁波在介質(zhì)中傳播頻率，土壤的介電常數(shù)，其他影響土 壤水分?jǐn)?shù)據(jù)，然后通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元，利用數(shù)據(jù)閾值指標(biāo)使用公式（1)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后再 發(fā)送給數(shù)據(jù)判斷單元；
[0010]
[0011] 其中smc為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后的值，xi表示所述數(shù)據(jù)閾值指標(biāo)在墑情數(shù)據(jù)，電磁波在介 質(zhì)中傳播頻率，土壤的介電常數(shù)，土壤介電常數(shù)和土壤體積含水量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系等指標(biāo) 上的值，yi表示所述數(shù)據(jù)閾值指標(biāo)在墑情數(shù)據(jù)，電磁波在介質(zhì)中傳播頻率，土壤的介電常 數(shù)，土壤介電常數(shù)和土壤體積含水量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，n代表墑情數(shù)據(jù)，電磁波在介質(zhì)中傳 播頻率，土壤的介電常數(shù)，土壤介電常數(shù)和土壤體積含水量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系等指標(biāo)的數(shù)目， i是取值范圍是1到10的自然數(shù)，Xl=l〇Xi，y1= 10Xi;然后根據(jù)所述公式一得到的所 述smc的值傳送給所述數(shù)據(jù)判斷單元。
[0012] 所述數(shù)據(jù)判斷單元的激勵(lì)模塊采用數(shù)據(jù)流和狀態(tài)幀的方式根據(jù)所述smc的值轉(zhuǎn) 換成統(tǒng)一格式的墑情數(shù)據(jù)，并建立基本模型，并且根據(jù)部分的統(tǒng)一格式的墑情數(shù)據(jù)建立基 本模型，預(yù)測(cè)整體的統(tǒng)一格式的墑情數(shù)據(jù)，計(jì)算相應(yīng)的誤差，然后在所述基本模型的基礎(chǔ) 上，利用在不同的電磁波在介質(zhì)中傳播頻率下產(chǎn)生的所述smc的值，分析出的需要轉(zhuǎn)換成 符號(hào)的墑情數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)發(fā)送單元，通過(guò)所述的數(shù)據(jù)發(fā)送單元把所述需要轉(zhuǎn)換成符號(hào)的 墑情數(shù)據(jù)發(fā)送給所述的信號(hào)接收模塊；
[0013] 所述信號(hào)接收模塊根據(jù)數(shù)據(jù)分析模塊的輸出根據(jù)配置文件和墑情數(shù)據(jù)庫(kù)生成具 體土壤墑情狀態(tài)表，生成的所述具體土壤墑情狀態(tài)表是所有區(qū)域的土壤墑情實(shí)例化對(duì)象， 是基于PLC的灌溉自動(dòng)控制在運(yùn)行中設(shè)備，數(shù)據(jù)傳輸、墑情數(shù)據(jù)，電磁波在介質(zhì)中傳播頻 率，土壤的介電常數(shù)，土壤介電常數(shù)和土壤體積含水量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系等在誤差范圍之內(nèi) 根據(jù)自相關(guān)函數(shù)形成的干旱點(diǎn)的狀態(tài)，自動(dòng)生成的干旱點(diǎn)的狀態(tài)序列；由于設(shè)備，數(shù)據(jù)傳 輸、墑情數(shù)據(jù)，電磁波在介質(zhì)中傳播頻率，土壤的介電常數(shù)，土壤介電常數(shù)和土壤體積含水 量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系等會(huì)產(chǎn)生不同的數(shù)據(jù)包大小，所以要根據(jù)基于PLC控制器中輸入的設(shè)定 土壤含水量和基于PLC控制系統(tǒng)中的專用的數(shù)據(jù)網(wǎng)特征設(shè)定自相關(guān)函數(shù)R(k)進(jìn)行決定， 所述自相函類
中k為正整數(shù)，與所述需要 轉(zhuǎn)換成符號(hào)的干旱數(shù)據(jù)發(fā)送的時(shí)間間隔有關(guān)，H為根據(jù)延遲信息所設(shè)的參數(shù)，取值范圍為 0. 5~1，從而求得所述自相函數(shù)。
[0014] 所述信號(hào)接收模塊接收所述具體干旱狀態(tài)表，提取摘要，濾掉不