一種基于植物全生育期的智能灌溉控制器及使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)領(lǐng)域，涉及能夠精量控制種植植物整個(gè)生育期內(nèi)灌水量 的設(shè)備，更具體的說(shuō)是一種基于植物全生育期的智能灌溉控制器及使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 21世紀(jì)水資源正在變成一種寶貴的稀缺資源，水資源問(wèn)題已不僅僅是資源問(wèn)題， 更是關(guān)系到國(guó)家經(jīng)濟(jì)、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和長(zhǎng)治久安的重大戰(zhàn)略問(wèn)題。資源缺乏，一直是制約 我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要因素之一。目前，全市設(shè)施種植業(yè)達(dá)60萬(wàn)畝，帶動(dòng)30多萬(wàn)農(nóng)民就 業(yè)。人工管理成本高、水肥藥等資源利用效率低嚴(yán)重制約設(shè)施種植業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，采用先 進(jìn)的節(jié)水灌溉控制技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉，不僅可以提高資源利用效率、改善生態(tài)環(huán)境、 降低管理成本、提高經(jīng)濟(jì)效益，還可以減少頻繁的灌溉導(dǎo)致的根層無(wú)機(jī)氮的大量淋失，減輕 不斷追肥造成根層氮素失衡的惡性循環(huán)，減少頻繁灌溉造成的作物養(yǎng)分需求和土壤供應(yīng)的 不同步帶來(lái)的損失。對(duì)天津乃至全國(guó)節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。
[0003] 設(shè)施農(nóng)業(yè)是發(fā)達(dá)地區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要標(biāo)志，是天津沿海都市型農(nóng)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)和 農(nóng)民增收的主要途徑，在農(nóng)業(yè)及農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位和作用越來(lái)越重要。隨著農(nóng)業(yè)物聯(lián) 網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，使得設(shè)施農(nóng)業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)集中管理，整體監(jiān)控。在設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，植物 的生長(zhǎng)對(duì)于水的依賴在其整個(gè)生育期內(nèi)都是毋庸置疑的，傳統(tǒng)的大水漫灌或者是不當(dāng)?shù)墓?水制度，將會(huì)導(dǎo)致植物發(fā)病率大大提高，生長(zhǎng)受限，甚至死亡。智能灌溉控制器是現(xiàn)代農(nóng)業(yè) 節(jié)水灌溉的重要手段，總的來(lái)看，基于植物全生育期的智能灌溉控制器通過(guò)采用預(yù)設(shè)植物 灌溉處方程序與流量傳感器、電磁閥相結(jié)合，提高了灌溉精度，降低了人工成本，能夠比傳 統(tǒng)灌水方式節(jié)水15%以上。
[0004] 目前，傳統(tǒng)的灌溉方式大多通過(guò)農(nóng)民田間經(jīng)驗(yàn)，甚至是大水漫灌的方式，耗時(shí)費(fèi) 力，針對(duì)性差，并且容易導(dǎo)致植物跟層無(wú)機(jī)氮的淋失，增加作物養(yǎng)分的流失，給植物和土壤 都會(huì)帶來(lái)了不可估量的損失;采用傳統(tǒng)的灌溉方式也無(wú)法適應(yīng)在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的 溫室遠(yuǎn)程灌溉管理等相關(guān)工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明多要解決的問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠按照預(yù)設(shè)置植物 灌溉處方參數(shù)，對(duì)設(shè)施溫室內(nèi)植物進(jìn)行全生育期自動(dòng)化智能灌溉的設(shè)備，通過(guò)采用流量傳 感器和電磁閥精確控制植物在不同生育期內(nèi)的灌水量、灌水次數(shù)、時(shí)間間隔等。同時(shí)該設(shè)備 能夠起到農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的中間件設(shè)備的作用，完成物聯(lián)網(wǎng)底層設(shè)備感知層和上層應(yīng)用層之間 的互通互聯(lián)。本發(fā)明所公開(kāi)的控制器具有體積小，重量輕，操作簡(jiǎn)單，安裝方便，控制灌水量 精確等特點(diǎn)。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開(kāi)了如下的技術(shù)方案： 一種基于植物全生育期的智能灌溉控制器，其特征在于該控制器包括智能灌溉控制器 主機(jī)和智能灌溉控制器主機(jī)外殼； 所述的智能灌溉控制器主機(jī)包括:ARM數(shù)據(jù)處理核心單元、通信單元、電源管理單元、灌 溉管理單元以及灌溉控制單元，其工作時(shí)，通過(guò)向觸摸屏系統(tǒng)輸入與植物全生育期灌溉相 關(guān)的參數(shù)，如各個(gè)生育期的起始時(shí)間和截止時(shí)間、不同階段所對(duì)應(yīng)的灌溉量、灌溉次數(shù)、間 隔時(shí)間等，之后啟動(dòng)自動(dòng)灌溉流程，系統(tǒng)能夠自動(dòng)判斷作物所處生育周期，跟據(jù)流量傳感器 傳回的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并按照設(shè)定參數(shù)控制電磁閥的啟停完成灌溉。同時(shí)系統(tǒng)也可以采用臨時(shí) 補(bǔ)灌方案，隨時(shí)增加灌水量;同時(shí)，系統(tǒng)還可以通過(guò)短距離無(wú)線模塊接收由下位機(jī)傳感器傳 回的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，如空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照等，也能夠?yàn)橹参锶诘墓喔忍?供有力的參考依據(jù)；同時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)打包環(huán)境數(shù)據(jù)后通過(guò)GPRS模塊上傳至設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng) 監(jiān)控系統(tǒng)中。電源管理單元主要為系統(tǒng)提供合適的電壓輸出，保證整個(gè)設(shè)備的正常運(yùn)行。
[0007] 本發(fā)明所述的智能灌溉控制器主機(jī)同時(shí)存儲(chǔ)4種植物全生育期內(nèi)的灌溉處方參 數(shù)，以供種植選擇;程序通過(guò)實(shí)時(shí)時(shí)鐘和已設(shè)定的灌溉處方參數(shù)自動(dòng)判斷植物當(dāng)前所處生 育期;或采用臨時(shí)補(bǔ)灌方案，隨時(shí)增加灌水量，其中臨時(shí)補(bǔ)灌方式可選擇按需水量補(bǔ)灌或者 按照時(shí)間補(bǔ)灌。植物全生育期內(nèi)的灌溉處方參數(shù)是由農(nóng)業(yè)專家通過(guò)進(jìn)行不同水分處理實(shí)驗(yàn) 挑選出的兼具節(jié)水、產(chǎn)量和品質(zhì)優(yōu)勢(shì)的參數(shù)，這些參數(shù)可以通過(guò)觸摸屏輸入到控制器CPU當(dāng) 中，并存儲(chǔ)在控制器的外部存儲(chǔ)器中，該外部存儲(chǔ)器具有非易失性。
[0008] 本發(fā)明所述的智能灌溉控制器主機(jī)外殼包括:殼體6、外層門1，有機(jī)玻璃窗2、外層 門手柄鎖3、百葉窗散熱孔19、高強(qiáng)度鉸鏈5、懸掛安裝孔9、內(nèi)層門14、內(nèi)層門手柄鎖15、觸摸 屏安裝孔16、合頁(yè)18和觸摸屏安裝窗17;殼體6通過(guò)高強(qiáng)度鉸鏈5與外層門1連接，與傳統(tǒng)焊 接鉸鏈相比更加美觀、強(qiáng)度更高、不會(huì)脫焊、斷裂;殼體6通過(guò)合頁(yè)18與內(nèi)層門14連接;殼體6 兩側(cè)分別有一排百葉窗散熱孔19，具有散熱和防水功能;殼體6底面連接安裝底板7，用于固 定安裝智能灌溉控制器主電路板;殼體6上方設(shè)置有天線安裝孔13、下部設(shè)有電源線固定孔 10、流量傳感器引線孔11、電磁閥接線孔12。所述的外層門1上設(shè)有有機(jī)玻璃窗2,通過(guò)密封 膠圈4連接，還設(shè)有外層門手柄鎖3。所述的內(nèi)層門14上設(shè)有觸摸屏安裝窗17和觸摸屏固定 孔16,還設(shè)有內(nèi)層門手柄鎖15。
[0009] 本發(fā)明通過(guò)采用433MHz短距離無(wú)線通訊芯片接收下位機(jī)傳感器傳回的環(huán)境參數(shù) 數(shù)據(jù)為植物全生育期的灌溉提供有力的參考依據(jù);或打包環(huán)境數(shù)據(jù)后通過(guò)GPRS模塊上傳至 設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中。所述ARM數(shù)據(jù)處理核心單元(20)由STM32F103RCT6控制芯片及 其外圍電路構(gòu)成。所述的觸摸屏能夠采用VGUS組態(tài)開(kāi)發(fā)軟件進(jìn)行用戶圖形界面設(shè)計(jì)，能夠 通過(guò)SD卡批量下載程序。
[0010]本發(fā)明的智能灌溉控制器主機(jī)外殼內(nèi)設(shè)置有ARM數(shù)據(jù)處理核心單元、通信單元、電 源管理單元、灌溉管理單元以及灌溉控制單元;智能灌溉控制器主機(jī)電路板通過(guò)4個(gè)電路板 固定孔與安裝底板連接。所述智能灌溉控制器主機(jī)外殼上設(shè)置有外層門、外層門手柄鎖、有 機(jī)玻璃窗、高強(qiáng)度鉸鏈、內(nèi)層門、內(nèi)層門手柄鎖、觸摸屏安裝孔、觸摸屏嵌入窗、合頁(yè)、百葉窗 式散熱孔、電源線固定孔、流量傳感器引線孔、電磁閥引線孔、天線引出孔。
[0011] 本發(fā)明所述的ARM主控制器采用32位的ARM低功耗微處理器STM32F103RCT6,具 有25Kbyte Flash、48Kbyte RAM，工作頻率可達(dá)72MHz，能夠滿足該控制器監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)處理 的需求。該處理器具有5個(gè)異步串行接口，能夠同時(shí)連接觸摸屏單元、GPRS模塊、無(wú)線傳輸模 塊和流量檢測(cè)模塊，還可以擴(kuò)展TF卡用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。滿足設(shè)施溫室精量智能灌溉控制器多 串口數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)、顯示和傳輸?shù)男枨蟆?br>[0012] 本發(fā)明所述的灌溉管理單元包括觸摸屏、外部FLASH和SD卡。其中，觸摸屏采用8英 寸、分辨率為S00*600的真彩電阻觸摸屏，用于整個(gè)灌溉過(guò)程中的人機(jī)交互；其中，外部 FLASH采用采用W25Q64芯片，具有64M位存儲(chǔ)空間，其擦寫周期多達(dá)IOW次，支持電壓為2.7~ 3.6V，支持標(biāo)準(zhǔn)SPI通信，外部Flash用于存儲(chǔ)不同品種植物灌溉處方;其中，SD卡用于進(jìn)行 脫機(jī)下載，以提尚工作效率。
[0013] 所述的灌溉管理單元包括流量傳感器接口和電磁閥接口。其中，流量傳感器接口 采用標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS DTU協(xié)議，通過(guò)STM32F103RCT6控制芯片串口4與外部流量計(jì)進(jìn)行連接， 用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)灌水量值，保證整個(gè)系統(tǒng)灌溉作業(yè)的精確程度