專利名稱：節(jié)水型農業(yè)生態(tài)信息采集系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及采集控制設備，特別是一種農業(yè)灌區(qū)的節(jié)水型自動化管理控制設備。
背景技術：
我國是一個農業(yè)大國，又是一個水資源極其短缺的國家，人均水資源擁有量僅相當于世界平均水平的1/4，耕地單位面積占有水資源量僅為世界平均水平的3/4。灌溉用水的浪費現(xiàn)象又十分嚴重，利用率只有40%左右。尤其西部地區(qū)干旱少雨，水資源成為制約西部地區(qū)發(fā)展的瓶頸。要在如此干旱的地區(qū)發(fā)展現(xiàn)代農業(yè)，就必須節(jié)約有限的水資源，合理利用水資源。我國高新節(jié)水灌溉技術推廣普及程度低，灌溉的水利用率極低，水資源浪費現(xiàn)象嚴重。因此，采用現(xiàn)代化手段，建設水資源實時監(jiān)控系統(tǒng)，動態(tài)掌握區(qū)域水資源變化及利用情況，最大限度的調控使用效率，是促進經濟社會可持續(xù)發(fā)展的迫切需要。在傳統(tǒng)的水資源調度中，通常是用人工控制的落后模式，現(xiàn)場操作笨拙、信息傳輸緩慢、響應遲鈍、費時耗力、投入大成效低。另外需要改變部分灌區(qū)現(xiàn)有PLC水資源調度系統(tǒng)的控制方式，解決其成本高、供電要求嚴格，難以適應西北惡劣自然環(huán)境的瓶頸問題。針對北方，特別是西北地區(qū)干旱少雨、年蒸發(fā)量大，農作物種植面積大、灌溉時間集中，灌區(qū)水渠系統(tǒng)(干渠、支渠、斗渠等)龐大、測控站點分散遙遠的現(xiàn)狀，需要解決水渠系統(tǒng)量大面廣、通信距離長難以維護等困難及傳統(tǒng)水資源管理方式使用成本高、資源利用效率低，存在隨意性，浪費嚴重等問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種節(jié)水型農業(yè)生態(tài)信息采集系統(tǒng)。本發(fā)明是節(jié)水型農業(yè)生態(tài)信息采集系統(tǒng)，根據采集的信息對閘門驅動設備進行控制，該系統(tǒng)由主控制模塊、多傳感器設備、數傳模塊、電源模塊、閘門驅動設備、視頻圖像采集器組成，其中主控制模塊由微控制器1、鍵盤2、IXD3、實時時鐘4、數據存儲器5、ADC6、在線編程調試接口 7、串行接口 18、光電隔離電路15、USB19組成；傳感器設備17由翻斗式雨量傳感器2-4、風速儀2-5、溫度傳感器2-6、土壤含水分傳感器2-7、蒸發(fā)量傳感器2_8組成；數傳模塊有GPRS/3G 8、光纖9三種通信接口 ；電源模塊是太陽能10和蓄電池12的供電方式,主要包括充電電路11、電源管理電路13和電源電壓檢測電路14 ；
灌區(qū)內水文、氣象、環(huán)境數據自動采集、存儲、處理、傳輸功能是通過上述多傳感器設備采集數據信號，將這些微弱的電流信號通過光電隔離電路2-3和信號調理電路2-2后送入到信息采集器2-1的ADC6中進行采集；微控制器I將存儲器5內的數據和實時時鐘4的數據轉化成適合串口 18通信的Modbus通信協(xié)議形式，通過通信模塊將數據上傳監(jiān)控中心并在中心地理信息系統(tǒng)上更新顯示數據，通過專家系統(tǒng)實現(xiàn)多傳感器數據的信息融合做出決策的一體化；通過雨量傳感器2-4采集降雨量信息；通過風速儀2-5采集當地風速；通過溫度傳感器2-6采集溫度；通過土壤含水量傳感器2-7采集土壤墑情；蒸發(fā)量傳感器2-8采集土壤的蒸發(fā)量信息； 遠程閘門監(jiān)控是由水位傳感器3-2、閘門3-3、光電編碼器3-4、閘門驅動裝置3-5、視頻圖像采集器組成，其中視頻圖像采集器包括解碼器3-6、云臺3-7、視頻攝像機3-8，監(jiān)控中心通過水位儀3-2采集閘門3-3前后的水位數據后，根據供配水計劃控制閘門3-3的開度；閘門3-3的啟閉是由生態(tài)信息采集器3-1的控制模塊控制閘門驅動裝置3-5來實現(xiàn)，其中控制模塊集成了模糊PID控制算法，在對閘門遠程控制的過程中，視頻圖像采集器能對閘位進行視頻監(jiān)控，其通過USB19將圖像數據存入生態(tài)信息采集器3-1的存儲器5內，并壓縮上傳至監(jiān)控中心以達到對閘門實時監(jiān)控的目的。本發(fā)明提供了一個現(xiàn)代化、智能化的技術支持平臺，通過對灌區(qū)水資源進行自動控制和優(yōu)化配置及調度，提高了農業(yè)灌溉用水的效率，減少了水資源的浪費和用水調度的隨意性，提高了量水的準確性、實時性以及水資源分配和調度的合理性，減輕了工作人員的勞動強度，達到了農田灌溉節(jié)約用水，節(jié)省成本費用，促進灌區(qū)的增產增收的目的。


圖1是本發(fā)明節(jié)水型農業(yè)生態(tài)信息采集器結構圖，圖2是本發(fā)明水文、氣象、環(huán)境信息采集結構圖，圖3是本發(fā)明閘門監(jiān)控結構圖。
具體實施例方式如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明是節(jié)水型農業(yè)生態(tài)信息采集系統(tǒng)，根據采集的信息對閘門驅動設備進行控制，該系統(tǒng)由主控制模塊、多傳感器設備、數傳模塊、電源模塊、閘門驅動設備、視頻圖像采集器組成，其中主控制模塊由微控制器1、鍵盤2、IXD3、實時時鐘4、數據存儲器5、ADC6、在線編程調試接口 7、串行接口 18、光電隔離電路15、USB19組成；傳感器設備17由翻斗式雨量傳感器2-4、風速儀2-5、溫度傳感器2-6、土壤含水分傳感器2_7、蒸發(fā)量傳感器2-8組成；數傳模塊有GPRS/3G 8、光纖9三種通信接口 ；電源模塊是太陽能10和蓄電池12的供電方式，主要包括充電電路11、電源管理電路13和電源電壓檢測電路14 ；
灌區(qū)內水文、氣象、環(huán)境數據自動采集、存儲、處理、傳輸功能是通過上述多傳感器設備采集數據信號，將這些微弱的電流信號通過光電隔離電路2-3和信號調理電路2-2后送入到信息采集器2-1的ADC6中進行采集；微控制器I將存儲器5內的數據和實時時鐘4的數據轉化成適合串口 18通信的Modbus通信協(xié)議形式，通過通信模塊將數據上傳監(jiān)控中心并在中心地理信息系統(tǒng)上更新顯示數據，通過專家系統(tǒng)實現(xiàn)多傳感器數據的信息融合做出決策的一體化；通過雨量傳感器2-4采集降雨量信息；通過風速儀2-5采集當地風速；通過溫度傳感器2-6采集溫度；通過土壤含水量傳感器2-7采集土壤墑情；蒸發(fā)量傳感器2-8采集土壤的蒸發(fā)量信息；
遠程閘門監(jiān)控是由水位傳感器3-2、閘門3-3、光電編碼器3-4、閘門驅動裝置3-5、視頻圖像采集器組成，其中視頻圖像采集器包括解碼器3-6、云臺3-7、視頻攝像機3-8，監(jiān)控中心通過水位儀3-2采集閘門3-3前后的水位數據后，根據供配水計劃控制閘門3-3的開度；閘門3-3的啟閉是由生態(tài)信息采集器3-1的控制模塊控制閘門驅動裝置3-5來實現(xiàn)，其中控制模塊集成了模糊PID控制算法，在對閘門遠程控制的過程中，視頻圖像采集器能對閘位進行視頻監(jiān)控，其通過USB19將圖像數據存入生態(tài)信息采集器3-1的存儲器5內，并壓縮上傳至監(jiān)控中心以達到對閘門實時監(jiān)控的目的。
如圖1所示，在本發(fā)明節(jié)水型農業(yè)生態(tài)信息采集系統(tǒng)，由微控制器S3C2440(1)、鍵盤2、LCD3、實時時鐘4、存儲器5、ADC6、在線調試仿真接口 7、串行接口 18、USB19、通信模塊、電源模塊、信號采集電路組成。其中通信模塊可選用3G\GPRS模塊8或光纖轉換器9，實現(xiàn)不同通信方式的選擇。電源模塊由太陽能電池10、充電電路11、蓄電池12、電源管理模塊13、電源電壓監(jiān)測電路14組成。采集設備由光電隔離電路15、信號避雷器16、傳感器17組成。電源管理模塊13能夠對電路分區(qū)供電和間斷供電，以達到低功耗的目的。電源電壓監(jiān)測電路(14)能對微控制器I和蓄電池12的電壓實時監(jiān)控，當兩者欠壓工作時，設備會自動報警。圖2為灌區(qū)水文、氣象、環(huán)境信息采集的結構圖，能夠對雨量2-4、風速2-5、溫度
2-6、土壤墑情2-7、蒸發(fā)量2-8信息的實時采集。這些信息通過相應的傳感器采集后，傳感器輸出電流信號經過光電隔離2-3進入調理電路2-2將原信號轉換成電壓信號并放大，再送至信息采集器2-1進行數據采集。在信息采集器2-1內對數據存儲、處理、上報并在灌區(qū)的地理信息系統(tǒng)中實時更新顯示，以便于水利管理人員對水資源的管理和決策。圖3給出了遠程閘門監(jiān)控的結構圖，水位儀3-2采集閘門3-3前后的水位信息送入生態(tài)信息采集器3-1，生態(tài)信息采集器3-1根據控制中心的命令啟閉閘門的驅動裝置3-5來控制閘門3-3，閘門3-3的開度信息再通過光電編碼器3-4把信息回傳到生態(tài)信息采集器
3-1，通過模糊PID算法對閘門3-3精確控制。在閘門3-3的旁邊還架設了視頻監(jiān)控裝置，該裝置由解碼器3-6、云臺3-7、攝像機3-8組成。生態(tài)信息采集器3-1通過解碼器3_6可控制云臺3-7，使攝像機3-8能對閘門開度與周邊植物長勢進行監(jiān)視。水位儀3-2、光電編碼器3-4、解碼器3-6通過RS485總線與生態(tài)信息采集器3_1連接，采用Modbus的協(xié)議。攝像機3-8通過USB19與生態(tài)信息采集器3-1連接，生態(tài)信息采集器3-1實現(xiàn)對視頻圖像壓縮并上傳監(jiān)控中心。
權利要求
1.節(jié)水型農業(yè)生態(tài)信息采集系統(tǒng)，根據采集的信息對閘門驅動設備進行控制，其特征在于該系統(tǒng)由主控制模塊、多傳感器設備、數傳模塊、電源模塊、閘門驅動設備、視頻圖像采集器組成，其中主控制模塊由微控制器(I)、鍵盤(2)、IXD (3)、實時時鐘(4)、數據存儲器(5)、ADC (6)、在線編程調試接口(7)、串行接口(18)、光電隔離電路(15)、USB (19)組成；傳感器設備(17)由翻斗式雨量傳感器(2-4)、風速儀(2-5)、溫度傳感器(2-6)、土壤含水分傳感器(2-7)、蒸發(fā)量傳感器(2-8)組成；數傳模塊有GPRS/3G (8)、光纖(9)三種通信接口 ；電源模塊是太陽能(10)和蓄電池(12)的供電方式，主要包括充電電路(11)、電源管理電路(13)和電源電壓檢測電路(14)； 灌區(qū)內水文、氣象、環(huán)境數據自動采集、存儲、處理、傳輸功能是通過上述多傳感器設備采集數據信號，將這些微弱的電流信號通過光電隔離電路(2-3)和信號調理電路(2-2)后送入到信息采集器(2-1 M^ADC (6)中進行采集；微控制器(I)將存儲器(5)內的數據和實時時鐘(4)數據轉化成適合串口(18)通信的Modbus通信協(xié)議形式，通過通信模塊將數據上傳監(jiān)控中心并在中心地理信息系統(tǒng)上更新顯示數據，通過專家系統(tǒng)實現(xiàn)多傳感器數據的信息融合做出決策的一體化；通過雨量傳感器(2-4)采集降雨量信息；通過風速儀(2-5)采集當地風速；通過溫度傳感器(2-6)采集溫度；通過土壤含水量傳感器(2-7)采集土壤墑情；蒸發(fā)量傳感器(2-8)采集土壤的蒸發(fā)量信息； 遠程閘門監(jiān)控是由水位傳感器(3-2)、閘 門(3-3)、光電編碼器(3-4)、閘門驅動裝置(3-5)、視頻圖像采集器組成，其中視頻圖像采集器包括解碼器(3-6)、云臺(3-7)、視頻攝像機(3-8)，監(jiān)控中心通過水位儀(3-2)采集閘門(3-3)前后的水位數據后，根據供配水計劃控制閘門(3-3)的開度；閘門(3-3)的啟閉是由節(jié)水型農業(yè)生態(tài)信息采集器(3-1)的控制模塊控制閘門驅動裝置(3-5)來實現(xiàn)，其中控制模塊集成了模糊PID控制算法，在對閘門遠程控制的過程中，視頻圖像采集器能對閘位進行視頻監(jiān)控，其通過USB (19)將圖像數據存入信息采集器(3-1)的存儲器(5)內，并壓縮上傳至監(jiān)控中心以達到對閘門實時監(jiān)控的目的。
全文摘要
節(jié)水型農業(yè)生態(tài)信息采集系統(tǒng)，該設備能實現(xiàn)灌區(qū)內生態(tài)信息的采集、存儲、處理和上報等。設備的功能主要包括水位、雨量、蒸發(fā)量、溫度、風力、地理坐標和土壤墑情信息的采集；閘門的智能PID控制及對閘位圖像信息的采集傳輸。該設備采用太陽能的供電方式并對電源綜合管理，以達到對電能的高效利用。設備具有GPRS、3G、光纖三種通信方式，能夠很好的與當地通信網絡兼容。
文檔編號G05B19/418GK103176466SQ20131010772
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月31日 優(yōu)先權日2013年3月31日
發(fā)明者潘崢嶸, 朱翔, 張寧, 包廣清, 矯立新, 王建斌, 趙磊, 張 浩, 國強 申請人:蘭州理工大學