一種微灌用自動(dòng)控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)灌溉設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種微灌用自動(dòng)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的微灌(包括滴灌、微噴灌)作業(yè)，可以控制需要微灌作業(yè)范圍的溫、濕度，為作物提供良好的生長條件，因此被世界各國廣泛采用。滴灌可大量節(jié)省水、電、人工，其優(yōu)越性日漸受人們重視。微灌系統(tǒng)一般由尾部:滴頭、微噴頭、防滴閥；首部:栗組、過濾器、施肥器、電器控制柜；中間連接:干、支管道、閥門等零部件組成，以往對這些部件的開關(guān)控制均是由人工進(jìn)行操作的。由于微灌作業(yè)時(shí)間較長，開關(guān)次數(shù)頻繁，人工費(fèi)時(shí)且不易掌握灌水施肥的準(zhǔn)確性，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外先后逐漸采用了自動(dòng)控制技術(shù)。與本技術(shù)方案較接近的現(xiàn)有技術(shù)有，美國的Hunter公司的WVS系統(tǒng)和美國雨鳥公司的CYCLIK控制裝置，它們都是由電子技術(shù)裝置的自動(dòng)控制系統(tǒng)，對微灌系統(tǒng)部件進(jìn)行操縱控制，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化灌溉，但是，它們存在一定的不足。
[0003]美國雨鳥公司的電子控制系統(tǒng)是有線輸入控制模式，編程器與控制器間需要用插頭連接，程序輸入后再將插頭拔下移走。插頭裸露在外面，野外或水下工作存在不可靠因素。
[0004]而美國Hunter公司，為無線控制，其編程遙控器可在30米距離內(nèi)進(jìn)行控制，一則傳送的距離有限，同時(shí)，其無線控制是采用電磁波原理，這種裝置的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，造價(jià)較高，電耗大，不適宜我國國內(nèi)經(jīng)濟(jì)薄弱和偏遠(yuǎn)地區(qū)推廣使用。
[0005]目前國內(nèi)現(xiàn)有的主要用于溫室的灌溉控制器，大都是有線控制，由于微灌系統(tǒng)一般應(yīng)用面積較大，而且微灌用水的栗站常常離控制閥門較遠(yuǎn)，采用有線形式，很長的導(dǎo)線埋在地下，常會(huì)出現(xiàn)不慎被壓壞碰、勾斷的現(xiàn)象，尤其在我國廣大農(nóng)村的規(guī)劃還跟不上，有時(shí)是這邊規(guī)劃設(shè)計(jì)安裝好，下一個(gè)項(xiàng)目又要另行規(guī)劃設(shè)計(jì)開挖，將別說是電線就連灌溉管道都被挖壞。還有，有時(shí)掩埋時(shí)間長了，電線老化，也常會(huì)出現(xiàn)短路，使控制出現(xiàn)故障，導(dǎo)致整個(gè)控制系統(tǒng)癱瘓，甚至對人身安全造成威脅。而且導(dǎo)線埋入土壤中，對清查修復(fù)工作也帶來困難。因此弊端明顯，難以在我國廣大農(nóng)村特別是在西北貧困少雨地區(qū)推廣。有些科研院校雖以單片機(jī)為核心研制出有線小型智能化灌溉控制器，但尚存在以下問題:
[0006]控制器以8031等為核心，通常還需加EPR0M，RAM以及顯示接口芯片(如8279)等，鍵盤及顯示器等。帶來的問題是靜態(tài)功耗達(dá)到數(shù)十毫瓦及至數(shù)百毫瓦級以上。又因輸出一般采用繼電器驅(qū)動(dòng)電磁閥方式，運(yùn)行時(shí)維持電流較大。使得這一系統(tǒng)一般都需接入220V工頻電源，經(jīng)變壓器減壓、整流，以獲得低壓直流源供系統(tǒng)使用。由于工頻電源極易引進(jìn)干擾，為可靠穩(wěn)定地工作，往往需在軟件、硬件上采用一系列抗干擾措施。這些都使得裝置的體積增大，本體及安裝成本增加，便攜性、移動(dòng)性減低，難以適應(yīng)野外工作環(huán)境。
[0007]近年有不少使用無線傳輸模塊ZigBee節(jié)點(diǎn)控制傳輸方式進(jìn)行傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸，這種形式可進(jìn)行遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸，但是系統(tǒng)復(fù)雜，價(jià)格遠(yuǎn)高于本技術(shù)方案，并且需無線傳輸網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行使用費(fèi)或者建設(shè)無線發(fā)射基站，建成后有一定的使用成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種微灌用自動(dòng)控制系統(tǒng)，用于包括滴灌和微噴灌的農(nóng)業(yè)微灌作業(yè)。
[0009]本發(fā)明的自動(dòng)控制系統(tǒng)包括主控器和遙控器，主控器包括紅外接收器，遙控器包括紅外發(fā)射器，遙控器通過紅外無線傳輸數(shù)據(jù)至主控器，
[0010]所述遙控器具有鍵盤和顯示屏，
[0011]所述的主控器連接有土壤濕度傳感器、雨量傳感器和電磁閥，通過土壤濕度傳感器和雨量傳感器進(jìn)行土壤濕度檢測，并且向電磁閥發(fā)出開閉控制指令。
[0012]所述的遙控器內(nèi)置時(shí)鐘。
[0013]所述主控器和遙控器均采用低電壓微靜態(tài)功耗芯片，且采用電池作為電源。
[0014]所述主控器的運(yùn)行模式參數(shù)在遙控器上編輯完成并保存后，用紅外無線傳輸至主控器。
[0015]進(jìn)一步的，主控器的運(yùn)行模式中包括時(shí)刻型模式，所述時(shí)刻型模式是指:在設(shè)定的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行灌溉，包括日期(年、月、日)、時(shí)、分設(shè)定，可每天運(yùn)行，也可間隔某些天數(shù)運(yùn)行，灌溉時(shí)間時(shí)、分、秒可調(diào)。
[0016]主控器的運(yùn)行模式還包括:時(shí)刻+時(shí)間間隔型、土壤濕度控制型和雨量控制型，
[0017]所述的時(shí)刻+時(shí)間間隔型，在時(shí)刻型模式內(nèi)再設(shè)置時(shí)間間隔，可對每天任意個(gè)不同灌溉時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行時(shí)間間隔設(shè)定，時(shí)間間隔以時(shí)、分、秒任意設(shè)定;所述的土壤濕度控制型，用土壤濕度傳感器測定土壤濕度，在設(shè)定的時(shí)間段內(nèi)，主控器采集土壤濕度實(shí)測值，與設(shè)定值比較，實(shí)測值達(dá)到設(shè)定下限或上限時(shí)，主控器打開電磁閥，電磁閥開啟供水灌溉，關(guān)閉電磁閥有兩種情況，一種是到達(dá)設(shè)定的灌溉時(shí)間時(shí)，主控器關(guān)閉電磁閥，停止供水;另一種是測定的濕度大于設(shè)定值時(shí)電磁閥關(guān)閉，停止供水；
[0018]所述的雨量控制型，當(dāng)電磁閥在設(shè)定的時(shí)間點(diǎn)打開噴霧時(shí)，主控器通過雨量傳感器監(jiān)測噴霧所接收的雨量噴霧次數(shù)(每接收到單位面積上某個(gè)設(shè)定值的水量時(shí)傳感器記錄一次，如每0.5毫米深的雨量記錄一次，也可用其它雨量傳感器沒定，有相應(yīng)的設(shè)置值)，當(dāng)檢測到所接收的雨量達(dá)到設(shè)定的雨量次數(shù)后電磁閥自動(dòng)關(guān)閉噴霧，主控制器也停止雨量檢測。
[0019]主控器運(yùn)行模式包括的時(shí)刻+濕度型和時(shí)刻+雨量型，所述時(shí)刻+濕度型，是指在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)運(yùn)行土壤濕度控制型模式，所述時(shí)刻+雨量型，是指在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)運(yùn)行雨量控制型模式。
[0020]本發(fā)明由遙控器設(shè)置灌溉參數(shù)并發(fā)送給主控器，主控器采集傳感器信號(hào)并與設(shè)置參數(shù)比較，當(dāng)達(dá)到設(shè)定灌溉開啟(關(guān)閉)值時(shí)，主控單元向電磁閥發(fā)出開、閉指令實(shí)施灌溉系統(tǒng)的自動(dòng)控制。其主控單元由信息采集電路、信號(hào)隔離電路、遙控接受器、微處理器、驅(qū)動(dòng)電路及電源等部件組成。
[0021 ] 本發(fā)明的微處理器采用低功耗芯片，其內(nèi)置FLASH程序存儲(chǔ)器和RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可滿足控制器程序的裝載及運(yùn)行數(shù)據(jù)的存取和中轉(zhuǎn)，以此為核心構(gòu)建的單片機(jī)系統(tǒng)。勿需增置程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等外圍器件，也勿需在線路板上設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和地址線，從而使硬件構(gòu)成非常簡單。故對微功耗的控制器設(shè)計(jì)極為有利。微處理器的工作電壓僅為1.8?3.6V，在休眠狀態(tài)下典型電流不到?μΑ，故其本身能耗極低。
[0022]本發(fā)明主控單元的輸出驅(qū)動(dòng)，充分考慮到盡量減低功耗，采用驅(qū)動(dòng)芯片來驅(qū)動(dòng)自鎖電磁閥工作，該芯片靜態(tài)電流小于2μΑ。通過微處理器按控制邏輯輸出相應(yīng)的脈沖信號(hào)，使驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)自鎖電磁閥打開或關(guān)閉。電磁閥打開或關(guān)閉完成后，芯片處于靜態(tài)狀態(tài)，在實(shí)際工作條件下，電磁閥狀態(tài)改變的次數(shù)是有限的，故在絕大部分時(shí)間，是不消耗任何能量的。
[0023]本發(fā)明與通常采用鍵盤進(jìn)行命令輸入的方式不同，它采用遙控器對主控制器的運(yùn)行模式進(jìn)行設(shè)置和修改，本發(fā)明提供的無線控制裝置采用紅外發(fā)射接受控制方式。對各電磁閥的開停時(shí)序和周期的命令由遙控器的鍵盤編輯完成并發(fā)射后，由控制器的紅外線接收器接收并傳輸?shù)轿⑻幚砥鞔鎯?chǔ)。本遙控器由液晶顯示、鍵盤等組成，發(fā)送遙控信號(hào)采用三極管驅(qū)動(dòng)紅外二極管，電路簡單、體積小、功耗低。
[0024]主控制器所需的參數(shù)由遙控器設(shè)置好并保存在遙控器中，遙控器內(nèi)置時(shí)鐘，并通過紅外線發(fā)送到主控單元中，紅外接收器接收到信號(hào)后，相應(yīng)發(fā)光管發(fā)光，遙控器開啟自控裝置的同時(shí)設(shè)置(輸入)實(shí)時(shí)時(shí)間，自控裝置進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)達(dá)到設(shè)定的開啟時(shí)刻時(shí)，微處理器開始采集信號(hào)并與設(shè)定參數(shù)比較來決定是否發(fā)送開啟電磁閥的脈沖，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的關(guān)閉時(shí)刻時(shí)，微處理器發(fā)送關(guān)閉電磁閥脈沖通過驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)電磁閥;本自動(dòng)控制裝置用4節(jié)5號(hào)電池組作電源，有4種工作模式。
[0025]1、時(shí)刻型:即在某一設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行灌溉，有日期(年、月、日)、時(shí)、分設(shè)定，可每天循環(huán)(每天這個(gè)時(shí)刻打開電磁閥進(jìn)行灌溉)、天循環(huán)(過幾天這個(gè)時(shí)刻打開電磁閥)灌溉。一只遙控器可設(shè)置50組電磁閥，每組閥可有5個(gè)不同的灌溉時(shí)間段(時(shí)、分)設(shè)定，灌溉時(shí)間時(shí)、分、秒可調(diào)，最大為23小時(shí)59分59秒。
[0026]2、時(shí)刻+時(shí)間間隔型，本型以時(shí)刻型作先導(dǎo)，在時(shí)刻型(時(shí)、分)內(nèi)再設(shè)置時(shí)間間隔，可對每天任意個(gè)不同灌溉時(shí)間間隔進(jìn)行設(shè)定，可每天循環(huán)，也可按周期(天)循環(huán)，間隔時(shí)、分、秒任意設(shè)定，一只遙控器可設(shè)置50組以上電磁閥，每組閥可設(shè)置5個(gè)不同的灌溉時(shí)刻段，每天循環(huán)，也可按周循環(huán)，時(shí)間間隔時(shí)、分、秒任意設(shè)定。。
[0027]3、土壤濕度控制型，用土壤濕度傳感器測定土壤濕度，在設(shè)定的某一時(shí)間內(nèi)，微處理器采集傳感器測定的土壤濕度實(shí)時(shí)值，與設(shè)定值比較，實(shí)測值達(dá)到設(shè)定下限(或上限，根據(jù)選用的濕度傳感器而定)時(shí)，微處理器打開電磁閥脈沖，電磁閥開啟向系統(tǒng)供水灌溉。關(guān)閥有兩種模式，一種是到達(dá)設(shè)定的灌溉時(shí)間時(shí)，微處理器再發(fā)一反向脈沖給電磁閥關(guān)閉，停止供水;另一種是測定的濕度大于設(shè)定值時(shí)電磁閥關(guān)閉，停止供水。
[0028]4、雨量控制型，當(dāng)電磁閥按設(shè)定的時(shí)間打開時(shí)，控制器通過雨量傳感器監(jiān)測雨量(噴霧)次數(shù)，在噴霧狀態(tài)時(shí)，本雨量傳感器每接受到一次最小雨量，即0.5mm雨量記錄一次，可設(shè)置到9999次，相當(dāng)于降雨量為5米深，一般只需用到400—500次。當(dāng)檢測到設(shè)定的雨量次數(shù)后電磁閥自動(dòng)關(guān)閉噴霧，并停止雨量檢測。
[0029]以上4種工作模式，第I工作模式為基本模式，與其它3種功能可結(jié)合使用，可滿足不同的灌溉要求。其它3種模式運(yùn)行必須捕捉到啟動(dòng)時(shí)刻點(diǎn)后自控裝置才能啟動(dòng)，即構(gòu)成三種模式，簡單示例如下:
[0030]時(shí)刻+時(shí)間間隔型:在8:00(工作起點(diǎn))-9:00(工作終點(diǎn))之中，每隔5秒開閥澆灌，持續(xù)3秒關(guān)閥。在第二個(gè)時(shí)間段，12:00(工作起點(diǎn))-14:00(工作終點(diǎn))之中重復(fù)上述的工作和停止時(shí)間。一天內(nèi)可設(shè)置有5個(gè)不同的時(shí)間段重復(fù)也可不重復(fù)的工作和停止時(shí)間。