專利名稱：智能節(jié)水灌溉施肥系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及控制技術領域，尤其涉及一種智能節(jié)水灌溉施肥系統(tǒng)。
背景技術：
傳統(tǒng)的灌溉方案尚不具備智能化自助功能，往往通過預先存儲的澆灌施肥策略實施預置的操作，灌溉過程中僅能對澆灌設備的開關及時序進行控制，即只能控制澆灌時間和/或澆灌順序，無法根據不同的澆灌場地各自的環(huán)境特性或土壤特征自主選擇合適的灌溉施肥方式，也無法根據澆灌場地環(huán)境、土壤的變化以及各種突發(fā)狀況及時修正灌溉方式。 此外，現(xiàn)有的澆灌系統(tǒng)仍需要掌握專業(yè)知識的管理人員實時監(jiān)護，并及時響應設備故障或澆灌施肥過程中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象，浪費人力資源的同時，還影響了澆灌效率。

實用新型內容(一)要解決的技術問題本實用新型要解決的技術問題在于如何完善澆灌系統(tǒng)的一體化控制流程，簡化系統(tǒng)的現(xiàn)場實施及維護流程，方便后臺管理；以及，如何實現(xiàn)澆灌系統(tǒng)的節(jié)能節(jié)水、遠程監(jiān)控、 無人值守、自動報警、地理信息查詢及瀏覽等功能。( 二 )技術方案為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案提供了一種智能節(jié)水澆灌施肥系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括管理控制單元、核心處理單元、通信單元、土壤環(huán)境檢測單元、用水檢測單元、施肥控制單元以及澆灌控制單元；其中，所述管理控制單元通過所述通信單元接收管理人員的遠程/本地指令，并轉發(fā)給所述核心處理單元；所述核心處理單元根據所述指令向所述環(huán)境檢測單元和/或用水檢測單元發(fā)送狀態(tài)參數采集指令和/或施肥/澆灌指令；以及，根據需要將所接收的信息轉發(fā)給所述管理控制單元；所述土壤環(huán)境檢測單元實時或響應所述參數采集指令獲取與待澆灌場地的土壤環(huán)境有關的信息，并發(fā)送給所述核心處理單元；所述用水檢測單元實時或響應所述參數采集指令獲取與澆灌用水的水質和澆灌管道的水壓有關的信息，并發(fā)送給所述核心處理單元；所述施肥控制單元響應所述施肥指令，控制溶入澆灌用水中的肥料類型和用量； 接受施肥設備的指令反饋信息并發(fā)送給所述核心處理單元；所述澆灌控制單元響應所述澆灌指令，對澆灌施肥用水的水質進行過濾處理；對澆灌管道的水壓和/或出水量進行調節(jié)；接受澆灌設備的指令反饋信息并發(fā)送給所述核心
處理單元。優(yōu)選地，所述管理控制單元為服務器，且所述通信單元為網絡通信模塊；和/或， 所述管理控制單元為手機，且所述通信單元為GPRS和/或3G通信模塊。[0014]優(yōu)選地，所述土壤環(huán)境檢測單元進一步包括土壤濕度傳感器，采集土壤濕度信息；土壤養(yǎng)分傳感器，采集土壤養(yǎng)分信息；環(huán)境溫度傳感器，采集環(huán)境溫度信息；環(huán)境濕度傳感器，采集環(huán)境濕度信息；以及，陽光照度傳感器，采集陽光照度信息。優(yōu)選地，所述用水檢測單元進一步包括水質傳感器，采集灌溉用水成分信息；壓力傳感器，采集灌溉管道水壓信息。優(yōu)選地，所述澆灌控制單元進一步包括三級水質過濾子單元，根據需要對灌溉用水進行粗過濾、細過濾或化學物質過濾；變頻控制子單元，通過PWM控制信號調節(jié)灌溉管道的出水量和水壓。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括報警單元，與所述核心處理單元連接，根據所述與澆灌施肥用水的水質和澆灌管道的水壓有關的信息，以及所述施肥控制單元和澆灌控制單元的指令反饋信息生成報警信息，并通過所述通信單元轉發(fā)給所述管理控制單元。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括信息檢索單元，與所述核心處理單元連接；所述信息檢索單元存儲有澆灌管道分布信息以及土壤環(huán)境檢測單元、用水檢測單元、施肥控制單元、澆灌控制單元的位置信息。(三)有益效果與現(xiàn)有技術相比，根據本實用新型的智能節(jié)水灌溉施肥系統(tǒng)及方法集成了變頻控制、水肥施肥、水過濾、土壤濕度監(jiān)測、土壤養(yǎng)分監(jiān)測、水質及水壓監(jiān)測、溫濕度監(jiān)測，以及陽光照度監(jiān)測等多種功能；依據土壤濕度信息，合理控制澆灌水量，節(jié)能節(jié)水；根據土壤的養(yǎng)分監(jiān)測信息，合理施肥，確保作物能夠及時準確地得到養(yǎng)分補充；通過水質監(jiān)測，確保保灌溉用水對作物沒有傷害；實現(xiàn)了無用戶監(jiān)控的情況下，對作物進行自動澆灌；實現(xiàn)了澆灌系統(tǒng)故障的自動報警功能；實現(xiàn)了澆灌系統(tǒng)地理信息的查詢和瀏覽。

圖1是本實用新型的智能節(jié)水灌溉施肥系統(tǒng)的結構示意圖。
具體實施方式
本實用新型提出的智能節(jié)水灌溉施肥系統(tǒng)，結合附圖和實施例說明如下。如圖1所示，根據本實用新型的智能節(jié)水灌溉施肥系統(tǒng)主要包括管理控制單元、 核心處理單元、通信單元、土壤環(huán)境檢測單元、用水檢測單元、施肥控制單元以及澆灌控制單元。進一步地，其還可以包括信息檢索單元和報警單元。核心處理單元是本實用新型的智能節(jié)水灌溉施肥系統(tǒng)的核心裝置，其通過通信單元與管理控制單元連接，通過局域網與環(huán)境檢測單元、用水檢測單元、施肥控制單元以及澆灌控制單元連接。本實用新型的核心處理單元接收管理人員通過有線或無線方式發(fā)送的遠程或本地指令，包括澆灌場地土壤環(huán)境采集指令、澆灌指令和施肥指令；判斷指令的類型后將環(huán)境采集指令發(fā)送給土壤環(huán)境檢測單元和用水檢測單元，以實現(xiàn)傳感器信息采集功能， 并將采集到的參數轉發(fā)給管理控制單元，以供管理人員查看和/或決策；將澆灌指令和施肥指令分別發(fā)送給施肥控制單元和澆灌控制單元，以實現(xiàn)依據指令控制澆灌設備動作、依據指令自動澆灌、依據指令控制水過濾、依據指令水肥施肥等功能。此外，核心處理單元還能實現(xiàn)無人值守功能，其接收并存儲土壤環(huán)境檢測單元、用水檢測單元發(fā)送的與灌溉場地土壤、環(huán)境以及澆灌用水的水質、水壓有關的狀態(tài)參數后，根據這些實時的狀態(tài)參數以及預先存儲的歷史統(tǒng)計數據生成澆灌施肥決策信息，并向施肥控制單元和澆灌控制單元發(fā)送控制指令，以指導并實施自動澆灌，幫助用戶實現(xiàn)作物的合理澆灌，無需用戶監(jiān)控。這些決策信息包括根據土壤濕度信息、溫濕度信息、陽光照度信息確定澆灌水量，對作物進行合理澆灌；根據水質監(jiān)測信息確定澆灌用水是否合格，需要執(zhí)行何種程度的過濾處理，以保證灌溉用水對作物不會造成傷害；根據土壤的養(yǎng)分監(jiān)測信息，對澆灌場地的所有作物進行合理施肥，確保作物能夠及時準確地得到養(yǎng)分補充；根據各澆灌管道的水位監(jiān)測信息確定水壓調節(jié)方式，以確保所有灌溉設備的水量均衡以及送水管道的水壓平衡，確保灌溉設備能夠安全運行。本實用新型的管理控制單元通過通信單元與核心處理單元連接，其可以接受管理人員輸入的控制指令，通過通信單元發(fā)送給核心處理單元，由核心處理單元發(fā)送給參數采集裝置或澆灌施肥執(zhí)行裝置；同時，其還可以接受并存儲核心處理單元發(fā)送的各種檢測信息和控制指令反饋信息，通過文字、圖像、視頻的方式為管理人員呈現(xiàn)，并存儲歷史監(jiān)測信息和澆灌施肥記錄等。由此，可使管理人員實時監(jiān)控澆灌施肥系統(tǒng)的所有信息，以便及時制定澆灌的方案，還可根據用戶需要對某些區(qū)域進行手動澆灌控制。具體實施過程中，本實用新型的管理控制單元可以為設置于監(jiān)控中心的服務器； 可替換地，本實用新型的管理控制單元還可以為各種便攜式移動設備，例如，手機，使得管理人員可以實現(xiàn)邊巡查邊監(jiān)控的移動辦公，隨地監(jiān)控澆灌系統(tǒng)的運行狀態(tài)及作物的生長環(huán)境狀態(tài)。本實用新型的通信單元用于實現(xiàn)管理控制單元與核心處理單元之間的通信。其中，當管理控制單元為服務器時，該通信單元為網絡通信模塊，與核心處理單元通過TCP/IP 協(xié)議實現(xiàn)通信；當管理控制單元為便攜式移動設備時，該通信單元為GPRS或3G通信模塊， 與核心處理單元通過USB2.0或RS232(RS480協(xié)議。需要說明的是，管理控制單元的服務器形式和移動設備形式可以并存。本實用新型的土壤環(huán)境檢測單元實時采集或響應核心處理單元轉發(fā)的管理人員參數采集指令，通過設置于澆灌場地的傳感器獲取與土壤環(huán)境有關的信息，包括土壤濕度信息、土壤養(yǎng)分信息、環(huán)境溫度信息、環(huán)境濕度信息以及數字化陽光照度信息。使用的傳感器包括但不限于土壤濕度傳感器、土壤養(yǎng)分傳感器、環(huán)境溫度傳感器、環(huán)境濕度傳感器以及陽光照度。環(huán)境檢測單元與核心處理單元通過TCP/IP協(xié)議、RS232(RS480協(xié)議或模擬量、 數字量輸入輸出接口實現(xiàn)數據傳輸。本實用新型的用水檢測單元實時采集或響應核心處理單元轉發(fā)的管理人員參數采集指令，通過設置于澆灌管道附近的傳感器獲取與澆灌用水的水質和管道水壓有關的信息，包括水質成分信息和澆灌用水管道的水壓信息。使用的傳感器包括但不限于水質傳感器和壓力傳感器。用水檢測單元與核心處理單元通過TCP/IP協(xié)議、RS232(RS480協(xié)議或模擬量、數字量輸入輸出接口實現(xiàn)數據傳輸。本實用新型的施肥控制單元響應核心處理單元自動生成的或轉發(fā)的水肥施肥指令，控制所需的肥料及農藥按照適當比例溶于水中，控制施肥的種類及施肥量，實現(xiàn)水肥施肥溶液的配比控制以及水肥施肥設備的運行控制。施肥控制單元與核心處理單元通過TCP/ IP協(xié)議、RS232(RS480協(xié)議或模擬量、數字量輸入輸出接口實現(xiàn)數據傳輸。澆灌控制單元響應所述核心處理單元自動生成的或轉發(fā)的澆灌指令，對澆灌施肥用水的水質進行過濾處理；對澆灌量和澆灌管道的水壓進行調節(jié)；控制澆灌設備運作。具體地，本實用新型的一個實施例包括三級過濾子單元，根據需要選擇執(zhí)行粗過濾(過濾沙石等)、細過濾(過濾泥土等微小顆粒)以及化學物質過濾(過濾對作物有害的化學物質) 中的一種或多種，由此確保澆灌用水符合作物的生長需求，同時還使得本系統(tǒng)可使用非純凈水進行澆灌，降低了對澆灌水源的要求。此外，澆灌控制單元還包括變頻控制子單元，可以根據核心處理單元發(fā)送的澆灌指令向澆灌設備發(fā)送變頻調節(jié)控制信號進行變頻控制，合理控制的澆灌水量，確保作物灌溉充分，又沒有灌溉過量，實現(xiàn)節(jié)能、節(jié)水；同時也確保所有灌溉設備的水量均衡以及送水管道的水壓平衡，確保灌溉設備能夠安全運行。優(yōu)選地，本實用新型的智能節(jié)水澆灌施肥系統(tǒng)還可以包括報警單元，其與核心處理單元連接，對澆灌施肥用水的水質、澆灌管道的水壓、施肥控制單元和/或澆灌控制單元的指令反饋進行分析，當分析結果顯示澆灌設備發(fā)生故障或水壓水質等存在異常時，生成報警信息，并發(fā)送給核心處理單元，由核心處理單元通過通信單元轉發(fā)給管理控制單元。管理控制單元通過文字報警及聲音報警兩種方式提示用戶。優(yōu)選地，本實用新型的智能節(jié)水澆灌施肥系統(tǒng)還可以包括信息檢索單元，其與核心處理單元連接，存儲有澆灌場地的地理信息、澆灌設備和施肥設備的管道分布信息以及土壤環(huán)境檢測單元、用水檢測單元、施肥控制單元、澆灌控制單元的位置信息。當發(fā)生故障或有其他需要時，用戶通過管理控制單元輸入指令，信息檢索單元與通信單元、核心處理單元協(xié)作，將用戶所需的澆灌系統(tǒng)信息以頁面形式提供給管理人員。在澆灌作業(yè)中，有時需要擴展一些輔助設備，以保證作物的正常生長，如大棚的卷簾門，加熱裝置等。優(yōu)選地，本實用新型的智能節(jié)水澆灌施肥系統(tǒng)還可以包括擴展設備控制單元，使得本系統(tǒng)可根據需要擴展任意的輔助設備。在本實用新型的一個實施例中，擴展設備控制單元預留了 20路DI接口以及16路DO接口，并留有RS232/RS422/RS485等串行通訊接口。綜上所述，本實用新型的技術方案將變頻控制、水肥施肥、水過濾、土壤濕度監(jiān)測、 土壤養(yǎng)分監(jiān)測、水質及水壓監(jiān)測、溫濕度監(jiān)測及陽光照度監(jiān)測集成于一個監(jiān)控系統(tǒng)之中；依據土壤濕度信息，合理控制澆灌水量；根據土壤的養(yǎng)分監(jiān)測信息，合理施肥，確保作物能夠及時準確地得到養(yǎng)分補充；通過水質監(jiān)測，確保保灌溉用水對作物沒有傷害；實現(xiàn)了無用戶監(jiān)控的情況下，對作物進行自動澆灌；實現(xiàn)了澆灌系統(tǒng)故障的自動報警功能；可根據歷史統(tǒng)計數據及當前的狀態(tài)信息給出澆灌建議，幫助用戶實現(xiàn)作物的合理澆灌；實現(xiàn)了澆灌系統(tǒng)地理信息的查詢和瀏覽。以上實施方式僅用于說明本實用新型，而并非對本實用新型的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬于本實用新型的范疇，本實用新型的專利保護范圍應由權利要求限定。
權利要求1.一種智能節(jié)水澆灌施肥系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括管理控制單元、核心處理單元、通信單元、土壤環(huán)境檢測單元、用水檢測單元、施肥控制單元以及澆灌控制單元；其中，所述管理控制單元通過所述通信單元接收管理人員的遠程/本地指令，并轉發(fā)給所述核心處理單元；所述核心處理單元根據所述指令向所述環(huán)境檢測單元和/或用水檢測單元發(fā)送狀態(tài)參數采集指令和/或施肥/澆灌指令；以及，將所接收的信息轉發(fā)給所述管理控制單元；所述土壤環(huán)境檢測單元實時或響應所述參數采集指令獲取與待澆灌場地的土壤環(huán)境有關的信息，并發(fā)送給所述核心處理單元；所述用水檢測單元實時或響應所述參數采集指令獲取與澆灌用水的水質和澆灌管道的水壓有關的信息，并發(fā)送給所述核心處理單元；所述施肥控制單元響應所述施肥指令，控制溶入澆灌用水中的肥料類型和用量；接受施肥設備的指令反饋信息并發(fā)送給所述核心處理單元；所述澆灌控制單元響應所述澆灌指令，對澆灌施肥用水的水質進行過濾處理；對澆灌管道的水壓和/或出水量進行調節(jié)；接受澆灌設備的指令反饋信息并發(fā)送給所述核心處理單元。
2.如權利要求1所述的智能節(jié)水澆灌施肥系統(tǒng)，其特征在于，所述管理控制單元為服務器，且所述通信單元為網絡通信模塊；和/或，所述管理控制單元為手機，且所述通信單元為GPRS和/或3G通信模塊。
3.如權利要求1所述的智能節(jié)水澆灌施肥系統(tǒng)，其特征在于，所述土壤環(huán)境檢測單元進一步包括土壤濕度傳感器，采集土壤濕度信息； 土壤養(yǎng)分傳感器，采集土壤養(yǎng)分信息； 環(huán)境溫度傳感器，采集環(huán)境溫度信息； 環(huán)境濕度傳感器，采集環(huán)境濕度信息；以及， 陽光照度傳感器，采集陽光照度信息。
4.如權利要求1所述的智能節(jié)水澆灌施肥系統(tǒng)，其特征在于，所述用水檢測單元進一步包括水質傳感器，采集灌溉用水成分信息； 壓力傳感器，采集灌溉管道水壓信息。
5.如權利要求1所述的智能節(jié)水澆灌施肥系統(tǒng)，其特征在于，所述澆灌控制單元進一步包括三級水質過濾子單元，對灌溉用水進行粗過濾、細過濾或化學物質過濾； 變頻控制子單元，通過PWM控制信號調節(jié)灌溉管道的出水量和水壓。
6.如權利要求1所述的智能節(jié)水澆灌施肥系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括報警單元，與所述核心處理單元連接，根據所述與澆灌施肥用水的水質和澆灌管道的水壓有關的信息，以及所述施肥控制單元和澆灌控制單元的指令反饋信息生成報警信息，并通過所述通信單元轉發(fā)給所述管理控制單元。
7.如權利要求1所述的智能節(jié)水澆灌施肥系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括信息檢索單元，與所述核心處理單元連接。
專利摘要本實用新型提供了一種智能節(jié)水灌溉施肥系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括管理控制單元，接收管理人員的遠程/本地指令，并轉發(fā)給核心處理單元；核心處理單元，向環(huán)境檢測/用水檢測單元發(fā)送狀態(tài)參數采集指令和/或施肥/澆灌指令；土壤環(huán)境檢測單元，獲取澆灌場地土壤環(huán)境信息；用水檢測單元，獲取澆灌施肥用水水質信息和水壓信息；施肥控制單元，控制溶入澆灌用水中的肥料類型和用量；以及，澆灌控制單元，對澆灌施肥用水的水質進行過濾處理，對澆灌量和澆灌管道的水壓進行調節(jié)。本實用新型能實現(xiàn)澆灌系統(tǒng)的節(jié)能節(jié)水、遠程監(jiān)控、無人值守、自動報警等功能。
文檔編號G05B19/418GK202083940SQ201120034338
公開日2011年12月21日 申請日期2011年2月1日 優(yōu)先權日2011年2月1日
發(fā)明者孔金學 申請人:海南義利達高新技術實業(yè)有限公司