一種采用電動蝶閥的無線灌溉自控系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)灌溉自動控制領(lǐng)域，尤其是一種適用于滴灌或噴灌的采用電動蝶閥的無線灌溉自控系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]滴灌和噴灌節(jié)水增產(chǎn)的巨大作用，已經(jīng)被越來越多的種植者得到認可。傳統(tǒng)的田間首部閥門都采用電磁閥，特別是滴灌系統(tǒng)中，進口電磁閥的應(yīng)用最多。進口電磁閥價格昂貴，其工作原理是依靠水壓實現(xiàn)閥門的開啟和關(guān)閉，水壓過低或是自流水，則電磁閥就無法正常工作，限制了其應(yīng)用范圍。
[0003]目前灌溉自控系統(tǒng)分為有線和無線兩種控制連接方式，有線自控系統(tǒng)由于要鋪設(shè)電纜，成本太高，且易遭雷擊損壞，后期維護困難。
[0004]現(xiàn)今的自控?zé)o線系統(tǒng)存在諸多缺陷:采用電信網(wǎng)絡(luò)作為通訊手段，雖然覆蓋廣，但由于偏遠區(qū)域信號差，導(dǎo)致使用效果不可靠，無法保證通訊時時暢通；采用ZigBee網(wǎng)絡(luò)形式，由于ZigBee使用高頻2.4G信號，容易被作物遮擋，受環(huán)境限制，且當通訊距離加大時，功耗也大，無法適應(yīng)大面積種植；控制終端使用電腦，難以適應(yīng)農(nóng)業(yè)的惡劣潮濕等環(huán)境，故障率高，成本高，對于低學(xué)歷農(nóng)業(yè)種植者操作難度大；田間首部缺少反饋手段反映灌溉均勻性，也缺乏切實的檢測手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有自控技術(shù)的不足，提供一種采用電動蝶閥的無線灌溉自控系統(tǒng)，電動蝶閥能夠取代電磁閥在田間首部的作用；改善無線技術(shù)，提高網(wǎng)絡(luò)信號穿透力，增大覆蓋面積；觸摸終端操作簡單，適應(yīng)范圍廣；系統(tǒng)能有效反饋田間的實際運行狀況，為灌溉均勻性提供相應(yīng)的指標數(shù)據(jù)。
[0006]本發(fā)明的目的還在于提供一種采用電動蝶閥的無線灌溉自控方法。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0008]—種采用電動蝶閥的無線灌溉自控系統(tǒng)，其特征在于:由觸摸屏灌溉控制終端，無線低頻網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)，無線低頻網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，蝶閥遠程控制單元、電動蝶閥和壓力傳感器構(gòu)成，觸摸屏控制終端與無線低頻網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)相連，無線低頻網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊與蝶閥遠程控制單元和傳感器相連，蝶閥遠程控制單元控制電動蝶閥開閉。
[0009]所述的電動蝶閥為直流電動蝶閥，帶有閥門開度檢測信號，通過正負電源供給，實現(xiàn)閥門的自動打開和關(guān)閉。
[0010]所述的觸摸屏控制終端由顯示部分和控制部分組成，顯示部分采用觸摸屏，控制部分采用高性能、低功耗的CM0S8位微處理器。
[0011]所述的無線網(wǎng)絡(luò)為無線低頻網(wǎng)絡(luò)，采用433Mhz?490Mhz頻段信號，mesh自組網(wǎng)。
[0012]所述的無線低頻網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)由收發(fā)單元和集中器組成。
[0013]所述的蝶閥遠程控制單元由微控制器、閥門控制單元、數(shù)據(jù)采集單元和能源管理單元組成，所述微處理器通過無線低頻網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊接受觸摸屏控制終端指令，驅(qū)動控制閥門控制單元實現(xiàn)滴灌閥門的啟停；數(shù)據(jù)采集部分將采集到的傳感器數(shù)據(jù)通過無線模塊反饋給觸摸屏控制終端；能源管理部分負責(zé)讓太陽能板或鋰電池為閥門遠程控制單元和通訊模塊供電，同時保持鋰電池的能源儲備。
[0014]所述的壓力傳感器實時采集電動蝶閥出口的水壓，并通過與蝶閥遠程控制單元連接的無線低頻網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊傳遞給觸摸屏灌溉控制終端。
[0015]—種采用電動蝶閥的無線灌溉自控方法，其特征在于:包括如下步驟:
[0016](I).低頻信號檢測:對種植區(qū)域，檢測433Mhz?490Mhz頻段信號，選取合適的低頻工作頻段，觸摸屏控制終端通過無線低頻網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)進行自動組網(wǎng)，獲取網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的數(shù)量、地址、級數(shù)以及路由等情況，一旦網(wǎng)絡(luò)通暢，證明無線信號穿越成功，可以執(zhí)行滴灌或噴灌控制任務(wù)；
[0017](2).開啟灌溉系統(tǒng):操作人員通過觸摸屏控制終端界面開啟手動或者自動灌溉模式；電動蝶閥動作命令被激發(fā)，觸摸屏控制終端將相應(yīng)指令通過網(wǎng)關(guān)傳遞給對應(yīng)ID的無線低頻網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊和蝶閥遠程控制單元；蝶閥遠程控制單元解析動作要求，執(zhí)行閥門動作；
[0018](3).蝶閥自動控制:遠程控制單元通過給電動蝶閥供電，實現(xiàn)電動蝶閥的打開和關(guān)閉，蝶閥動作到位后，位置信號回傳給控制終端，動作執(zhí)行完畢，一旦出現(xiàn)故障，及時報警，停止灌溉；
[0019](4).閥門開度自動控制:通過壓力傳感器檢測蝶閥出口水壓，并通過無線網(wǎng)絡(luò)，反饋給觸摸屏控制終端，觸摸屏控制終端根據(jù)水壓值，調(diào)節(jié)閥門開度，使出水壓保持在工作范圍內(nèi)，確保灌溉均勻性。
[0020]所述的自動灌溉模式是通過設(shè)定輪管組和輪管組工作制度，以及水肥的配比關(guān)系，通過啟動鍵，系統(tǒng)按照預(yù)先設(shè)定程序，自動完成灌溉任務(wù)。
[0021]所述的無線網(wǎng)絡(luò)為無線低頻網(wǎng)絡(luò)，采用433Mhz?490Mhz頻段信號，mesh自組網(wǎng)。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果為:
[0023]1、本發(fā)明的采用電動蝶閥的無線灌溉自控系統(tǒng)及方法，采用電動蝶閥能有效降低田間首部設(shè)備成本；在水壓低或自流水的場合，作用優(yōu)于進口電磁閥；相對于電磁閥，電動蝶閥帶有開度檢測信號，更方便反饋設(shè)備的運行狀態(tài)。
[0024]2、本發(fā)明的采用電動蝶閥的無線灌溉自控系統(tǒng)及方法，采用無線低頻網(wǎng)絡(luò)，繞障礙物能力強，解決了地形復(fù)雜對無線信號傳輸?shù)挠绊懀粠в凶越M網(wǎng)功能的mesh網(wǎng)絡(luò)，信號覆蓋半徑大，傳輸距離遠，網(wǎng)絡(luò)覆蓋半徑3千米，節(jié)點間傳輸距離達到1200米。
[0025]3、本發(fā)明的采用電動蝶閥的無線灌溉自控系統(tǒng)及方法，使用觸摸屏控制終端，圖形化標識簡單清楚，易于操作，成本低，適應(yīng)惡劣環(huán)境。
[0026]4、本發(fā)明的采用電動蝶閥的無線灌溉自控系統(tǒng)及方法，使用閥門開度信號和壓力傳感器，反饋閥門動作狀態(tài)和出水流量，確保了大面積使用時，每個閥門有較好的反饋手段和準確的流量數(shù)據(jù)，為灌溉均勻性提供了有效的檢測手段，確保閥門工作正常。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明的滴灌自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]附圖標記說明
[0029]1-觸摸屏控制終端(CTS)、2_無線低頻網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)、3-無線低頻網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、4-閥門遠程控制單元、5-電動蝶閥、6-壓力傳感器。
【具體實施方式】
[0030]下面通過具體實施例對本發(fā)明作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍。
[0031]—種采用電動蝶閥的無線灌溉自控系統(tǒng)，其由觸摸屏控制終端(CTS) 1，無線低頻網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)2，無線低頻網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊3，閥門遠程控制單元(VLRTU) 4，電動蝶閥5和壓力傳感器6構(gòu)成，觸摸屏控制終端與無線低頻網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)相連，無線低頻網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、電動蝶閥和傳感器與閥門遠程控制單元相連。
[0032]電動蝶閥為直流電動蝶閥，帶有閥門開度檢測信號，通過正負電源供給，實現(xiàn)閥門的自動打開和關(guān)閉。
[0033]顯示部分采用串口觸摸屏，通過組態(tài)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)功能畫面的設(shè)計和實現(xiàn)?？刂撇糠植捎酶咝阅?、低功耗的CM0S8位微處理器，做為灌溉控制的核心單元，實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)和通訊功能，以及觸摸屏畫面的操作響應(yīng)，完成滴灌灌溉控制。
[0034]無線低頻網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)由收發(fā)單元和集中器組成。集中器控制網(wǎng)絡(luò)的一切活動。一個集中器最多可以控制256個節(jié)點，最大支持10級路由。負責(zé)自動組建網(wǎng)絡(luò)，自動維護