利用分布式控制自動(dòng)施肥給水的精準(zhǔn)農(nóng)藝控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)水肥自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域，具體說(shuō)是一種利用分布式控制自動(dòng)施肥給水的精準(zhǔn)農(nóng)藝控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著自控技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)自動(dòng)化水平不斷提高，涌現(xiàn)出一批半自動(dòng)化、自動(dòng)化的水肥管理系統(tǒng)，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平有了大幅度的提高。
[0003]但是，在實(shí)際使用中也出現(xiàn)了如下的問(wèn)題:
[0004]1、水肥管理系統(tǒng)的檢測(cè)探頭埋設(shè)在田間地頭，通過(guò)電纜將田間的檢測(cè)參數(shù)值反饋給中央控制計(jì)算機(jī)，由于田間檢測(cè)探頭輸出的幾乎都是微弱的模擬量信號(hào)，長(zhǎng)距離的傳輸以及溫度的變化都會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生漂移，對(duì)于中央計(jì)算機(jī)的決策和判斷會(huì)產(chǎn)生直接的影響，因此需要經(jīng)常對(duì)田間傳感器進(jìn)行較準(zhǔn)，不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且影響整個(gè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性；
[0005]2、整套系統(tǒng)的控制參數(shù)和計(jì)算公式完全在中央計(jì)算機(jī)內(nèi)，增加了中央計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)量和計(jì)算量，中央計(jì)算機(jī)一旦出現(xiàn)運(yùn)行故障，整套系統(tǒng)完全癱瘓，在農(nóng)作物生長(zhǎng)關(guān)鍵期會(huì)產(chǎn)生不可挽回的影響；
[0006]3、整套系統(tǒng)的擴(kuò)展性受到中央計(jì)算機(jī)硬件輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決以上問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提出了利用分布式控制自動(dòng)施肥給水的精準(zhǔn)農(nóng)藝控制系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是提供一種利用分布式控制自動(dòng)施肥給水的精準(zhǔn)農(nóng)藝控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)包括多個(gè)田間子系統(tǒng)、灌溉執(zhí)行子系統(tǒng)、上位監(jiān)控子系統(tǒng)；
[0009]每個(gè)田間子系統(tǒng)通過(guò)通訊總線與灌溉執(zhí)行子系統(tǒng)連接，可以向灌溉執(zhí)行子系統(tǒng)發(fā)送灌溉需求；
[0010]每個(gè)田間子系統(tǒng)通過(guò)通訊總線與上位監(jiān)控子系統(tǒng)連接，可以傳遞田間子系的工作狀態(tài)到上位監(jiān)控子系統(tǒng)；
[0011]田間子系統(tǒng)主要由田間控制計(jì)算機(jī)、與田間控制計(jì)算機(jī)連接的溫度傳感器、淺層土壤濕度傳感器、深層土壤濕度傳感器、離子濃度傳感器及氣象站組成；
[0012]灌溉執(zhí)行子系統(tǒng)主要由灌溉控制計(jì)算機(jī)、與灌溉控制計(jì)算機(jī)連接的水泵、過(guò)濾設(shè)備、施肥機(jī)、流量監(jiān)控設(shè)備組成；在接到某個(gè)田間灌溉子系統(tǒng)發(fā)出的灌溉需求后，按照需求進(jìn)行定量的澆水和/或施肥；
[0013]上位監(jiān)控子系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)和監(jiān)控組態(tài)系統(tǒng)組成；實(shí)現(xiàn)對(duì)田間子系統(tǒng)工作參數(shù)的設(shè)定及工作狀態(tài)的監(jiān)控。
[0014]進(jìn)一步的，所述每個(gè)田間子系統(tǒng)的田間控制計(jì)算機(jī)設(shè)置四個(gè)模擬量輸入接口、一個(gè)數(shù)字通訊接口和一個(gè)通訊總線接口；
[0015]四個(gè)模擬量接口分別連接淺層土壤濕度傳感器、深層土壤濕度傳感器、土壤溫度傳感器、離子濃度傳感器；
[0016]一個(gè)數(shù)字通訊接口連接氣象站，通過(guò)數(shù)字通信來(lái)采集氣象信息；
[0017]每個(gè)田間子系統(tǒng)通過(guò)四個(gè)模擬量接口實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采集土壤中的多種參數(shù)變化，還通過(guò)一個(gè)數(shù)字通訊接口采集前饋氣象信息；經(jīng)過(guò)計(jì)算判斷是否澆水，以及控制澆水量；判斷是否施肥，以及控制施肥量；實(shí)現(xiàn)各個(gè)田間子系統(tǒng)進(jìn)行獨(dú)立計(jì)算，減少了數(shù)據(jù)計(jì)算量和存儲(chǔ)量，使系統(tǒng)的響應(yīng)更加迅速。
[0018]進(jìn)一步的，灌溉執(zhí)行子系統(tǒng)主要由與灌溉控制計(jì)算機(jī)連接的水泵、過(guò)濾設(shè)備、施肥機(jī)、流量監(jiān)控設(shè)備組成；
[0019]水泵位于田間的水井中與灌溉控制計(jì)算機(jī)之間通過(guò)數(shù)據(jù)線相連，由灌溉控制計(jì)算機(jī)控制其啟停；灌溉控制計(jì)算機(jī)、過(guò)濾設(shè)備、施肥機(jī)、流量監(jiān)控設(shè)備集成在一起放置于田地邊緣；水泵與過(guò)濾設(shè)備之間通過(guò)管道連接，井里面的水從水泵中吸出來(lái)，通過(guò)過(guò)濾設(shè)備過(guò)濾后進(jìn)入施肥機(jī)；流量監(jiān)控設(shè)備設(shè)置于過(guò)濾設(shè)備和施肥機(jī)之間；
[0020]在接到某個(gè)田間灌溉子系統(tǒng)發(fā)出的灌溉需求后，由灌溉控制計(jì)算機(jī)控制水泵和施肥機(jī)的啟停，進(jìn)而按照需求進(jìn)行定量的澆水和/或施肥。
[0021]進(jìn)一步的，淺層土壤濕度傳感器與深層土壤濕度傳感器安裝在同一垂直線上，溫度傳感器、離子濃度傳感器安裝在植物根系附近，以上四個(gè)傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線與田間控制計(jì)算機(jī)通信，檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到田間控制計(jì)算機(jī)中；氣象站安裝在傳感器上方；傳感器安裝在田塊的中央位置。
[0022]進(jìn)一步的，系統(tǒng)還包括備用灌溉執(zhí)行子系統(tǒng)，與灌溉執(zhí)行子系統(tǒng)配置相同，在灌溉執(zhí)行子系統(tǒng)故障時(shí)接替工作。
[0023]還提供一種利用分布式控制自動(dòng)施肥給水的精準(zhǔn)農(nóng)藝控制方法，每個(gè)田間子系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算判斷以及采取相應(yīng)的控制過(guò)程中，首先在淺層土壤傳感器檢測(cè)到缺水的情況下，判斷深層土壤傳感器是否缺水，如果缺水，通過(guò)氣象信息綜合判斷是否需要澆水；
[0024]淺層土壤傳感器檢測(cè)到缺水的情況下，判斷土壤離子濃度是否低于設(shè)定值，如果低于設(shè)定值，需要澆水并施肥；
[0025]土壤離子濃度低于設(shè)定值時(shí)，無(wú)論土壤是否缺水，都需要澆水并施肥；
[0026]上述過(guò)程中，以田間控制計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)為依據(jù)計(jì)算，進(jìn)而控制灌溉執(zhí)行子系統(tǒng)的施肥濃度以及澆水量；上位監(jiān)控子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)田間子系統(tǒng)工作參數(shù)的設(shè)定及工作狀態(tài)的監(jiān)控。
[0027]一種利用分布式控制自動(dòng)施肥給水的精準(zhǔn)農(nóng)藝控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)包括多個(gè)田間子系統(tǒng)、灌溉執(zhí)行子系統(tǒng)、上位監(jiān)控子系統(tǒng)；每個(gè)田間子系統(tǒng)通過(guò)通訊總線與灌溉執(zhí)行子系統(tǒng)連接，可以向灌溉子系統(tǒng)發(fā)送灌溉需求；每個(gè)田間子系統(tǒng)通過(guò)通訊總線與上位監(jiān)控子系統(tǒng)連接，可以傳遞田間子系的工作狀態(tài)到上位監(jiān)控子系統(tǒng)；田間子系統(tǒng)主要由與田間控制計(jì)算機(jī)連接的溫度傳感器、淺層土壤濕度傳感器、深層土壤濕度傳感器、離子濃度傳感器及氣象站組成；灌溉執(zhí)行子系統(tǒng)主要由與灌溉控制計(jì)算機(jī)連接的水泵、過(guò)濾設(shè)備、施肥機(jī)、流量監(jiān)控設(shè)備組成；在接到某個(gè)田間灌溉子系統(tǒng)發(fā)出的灌溉需求后，按照需求進(jìn)行定量的澆水和/或施肥；上位監(jiān)控子系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)和監(jiān)控組態(tài)系統(tǒng)組成；實(shí)時(shí)對(duì)田間子系統(tǒng)工作參數(shù)的設(shè)定及工作狀態(tài)的監(jiān)控。
[0028]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0029]1、本發(fā)明有效控制面積增大，可以設(shè)置多套田間子系統(tǒng)，突破了傳統(tǒng)系統(tǒng)應(yīng)用中隨著種植面積的增加，傳感器數(shù)量相應(yīng)增加，但又受到傳統(tǒng)控制系統(tǒng)輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)數(shù)量限制。
[0030]2、本發(fā)明工作效率更高，田間各個(gè)子系統(tǒng)根據(jù)采集的傳感器參數(shù)按照需要向灌溉執(zhí)行子系統(tǒng)提出澆灌請(qǐng)求，可以多套系統(tǒng)并行運(yùn)行，比傳統(tǒng)的輪詢方式有更高的運(yùn)行效率。
[0031]3、本發(fā)明靈活性更高，每個(gè)子系統(tǒng)獨(dú)立工作，對(duì)于不同作物可以有不同的子系統(tǒng)產(chǎn)品應(yīng)對(duì)，整個(gè)灌溉系統(tǒng)可以靈活自由組合，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)充也更加容易。
[0032]4、本發(fā)明運(yùn)行可靠性更高，每個(gè)田間子系統(tǒng)獨(dú)立工作，田間子系統(tǒng)故障后及時(shí)報(bào)警，不影響其他田間子系統(tǒng)工作，將故障影響范圍降至最低，同時(shí)灌溉執(zhí)行系統(tǒng)采用冗余方式設(shè)計(jì)，一套系統(tǒng)故障后備用系統(tǒng)工作并及時(shí)報(bào)警。
[0033]5、本發(fā)明采用環(huán)網(wǎng)總線結(jié)構(gòu)，這樣即便任何一根通信電纜故障，系統(tǒng)不會(huì)癱瘓，仍然可以正常運(yùn)行，進(jìn)一步提高該系統(tǒng)對(duì)于農(nóng)田機(jī)械作業(yè)的適應(yīng)性。
【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖2是本發(fā)明的田間子系統(tǒng)框圖。
[0036]圖3是本發(fā)明田間子系統(tǒng)的判斷流程圖。
[0037]圖4是本發(fā)明的上位監(jiān)控子系統(tǒng)的控制流程圖。
[0038]圖5是本發(fā)明的灌溉執(zhí)行子系統(tǒng)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面結(jié)合說(shuō)明書附圖及附圖標(biāo)記對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0040]如圖1-5所示，一種利用分布式控制自動(dòng)施肥給水的精準(zhǔn)農(nóng)藝控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)包括多個(gè)田間子系統(tǒng)、灌溉執(zhí)行子系統(tǒng)、上位監(jiān)控子系統(tǒng)；每個(gè)田間子系統(tǒng)通過(guò)通訊總線與灌溉執(zhí)行子系統(tǒng)連接，可以向灌溉子系統(tǒng)發(fā)送灌溉需求；每個(gè)田間子系統(tǒng)通過(guò)通訊總線與上位監(jiān)控子系統(tǒng)連接，可以傳遞田間子系的工作狀態(tài)到上位監(jiān)控子系統(tǒng)；田間子系統(tǒng)主要由田間控制計(jì)算機(jī)及與其連接的溫度傳感器、淺層土壤濕度傳感器、深層土壤濕度傳感器、離子濃度傳感器及氣象站組成；灌溉執(zhí)行子系