CN105075809A - 一种基于plc自动控制的田间识别灌溉*** - Google Patents

一种基于plc自动控制的田间识别灌溉*** Download PDF

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CN201510185240.8A
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汪顺生
高传昌
王爱丽
李欢欢
王兴
史尚
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North China University of Water Resources and Electric Power
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North China University of Water Resources and Electric Power
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Abstract

本发明提供一种基于PLC自动控制的田间识别灌溉***,包括土壤墒情识别装置、自动控制装置、田间灌水装置。其中所述的土壤墒情与墒情识别装置与所述的土壤墒情数据反馈装置相连,所述的土壤墒情数据反馈装置与所述的自动控制装置相连,通过其中的显示器进行显示,所述的自动控制装置与所述的田间灌水装置相连,所述的田间灌水装置与无线数据采集站相连。

Description

一种基于PLC自动控制的田间识别灌溉***
技术领域
本发明涉及农业自动灌溉控制技术领域,尤其涉及一种基于PLC自动控制的田间识别灌溉***。
背景技术
在我国的农业生产过程中,现有的灌溉技术基本上都是有人工完成的,种植者根据自己的经验来判断土壤的干旱情况,达到一定干旱时启动水闸进行灌溉,灌溉到一定程度后关闭水闸,这种灌溉方式不仅不能及时的给土壤补充水分进而影响作物的生长,而且由于不能精确控制灌水量而浪费了很多的水资源。随着社会的进步和科学技术的发展,越来越多的自动灌溉控制***应用到农业生产中,大家所知的自动灌溉装置通常有湿度传感器实时监测土壤的墒情情况,并将土壤墒情情况传输给控制器,有控制器进行灌溉控制。常用的自动灌溉方式有两种:一种是每次灌溉的灌水量相同,但这种灌溉方式往往不能满足作物生长的需要,因作物在生育期内各个阶段的含水量不同,另外由于气候等因素的影响,若前期土壤耗水量较多时,由于土壤含水量低,根据前期的灌水量进行灌溉,往往出现土壤湿度程度和范围不够,灌水量不能满足作物的生长需求。另一种方式是通过埋设的传感器来监测作物根系的上层和下层的土壤墒情,无论是作物上层还是下层的传感器只要有一个低于预先设定的参数时,都进行灌溉,当两支传感器范围内的土壤含水量均达到设定参数时,灌溉结束,该灌溉方式在一定程度上保证了土壤的湿度,但由于不同类型的土壤质地的导水率和入渗系数不同,灌溉水在不同土壤中的运移时间也不同,所以用此种方式进行灌溉控制,一定程度上影响了灌溉水量的精确控制。第一种灌溉方式不能适时适地的进行灌溉,第二种灌溉方式成本高,设备利用率低,综合效果差。
发明内容
本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的缺点,提供一种基于PLC自动控制的田间识别灌溉***。
本发明解决上述问题所采取的技术方案是:一种基于PLC自动控制的田间识别灌溉***,它包括墒情识别装置、自动控制装置以及田间灌水装置;
所述墒情识别装置包括无线数据接收模块、数据输入端与无线数据接收模块数据输出端连接的数据分析模块、数据输入端以及与数据分析模块数据输出端连接的信号接收模块;
所述自动控制装置包括与墒情识别装置的信号接收模块数据输出端连接的PLC模块、与PLC模块输入输出连接的RS232管理通信模块、以及与RS232管理通信模块输入输出连接的控制计算机;所述PLC模块连接有电源、显示器以及启动按钮;
所述田间灌水装置包括与自动控制模块的PLC模块控制连接的电磁阀以及设置在田间中的若干个无线采集站,所述电磁阀设置在田间的各个末端分支灌溉管道上;所述无线采集站与墒情识别装置的无线数据接收模块之间通过无线传输连接,从而将采集到的土壤中的水分数据后发送给无线数据接收模块。
所述墒情识别装置包括有无线数据接收模块、数据分析模块、信号接收模块;数据分析模块获取与土壤墒情有关的数据,并且发送给所述数据分析模块,通过所述数据分析转换成信号墒情数据,并且发送给所述信号接收模块,然后通过所述的自动控制装置,生成带有区域性的墒情数据。
所述数据分析模块包括放大单元、数据转换单元、数据判断单元、数据发送单元;放大单元的作用是放大墒情数据,电磁波在介质中传播频率,土壤的介电常数,其他影响土壤水分数据,然后通过数据转换单元,利用数据阈值指标使用公式(1)进行数据转换后再发送给数据判断单元;
smc = Σ i = 1 n x i y i ( Σ i = 1 n x i 2 ) 1 / 2 ( Σ i = 1 n y i 2 ) 1 / 2 - - - ( 1 )
其中smc为数据转换后的值,xi表示所述数据阈值指标在墒情数据,电磁波在介质中传播频率,土壤的介电常数,土壤介电常数和土壤体积含水量之间的经验关系等指标上的值,yi表示所述数据阈值指标在墒情数据,电磁波在介质中传播频率,土壤的介电常数,土壤介电常数和土壤体积含水量之间的经验关系,n代表墒情数据,电磁波在介质中传播频率,土壤的介电常数,土壤介电常数和土壤体积含水量之间的经验关系等指标的数目,i是取值范围是1到10的自然数,xi=10×i,yi=10×i;然后根据所述公式一得到的所述smc的值传送给所述数据判断单元。
所述数据判断单元的激励模块采用数据流和状态帧的方式根据所述smc的值转换成统一格式的墒情数据,并建立基本模型,并且根据部分的统一格式的墒情数据建立基本模型,预测整体的统一格式的墒情数据,计算相应的误差,然后在所述基本模型的基础上,利用在不同的电磁波在介质中传播频率下产生的所述smc的值,分析出的需要转换成符号的墒情数据发送给数据发送单元,通过所述的数据发送单元把所述需要转换成符号的墒情数据发送给所述的信号接收模块;
所述信号接收模块根据数据分析模块的输出根据配置文件和墒情数据库生成具体土壤墒情状态表,生成的所述具体土壤墒情状态表是所有区域的土壤墒情实例化对象,是基于PLC的灌溉自动控制在运行中设备,数据传输、墒情数据,电磁波在介质中传播频率,土壤的介电常数,土壤介电常数和土壤体积含水量之间的经验关系等在误差范围之内根据自相关函数形成的干旱点的状态,自动生成的干旱点的状态序列;由于设备,数据传输、墒情数据,电磁波在介质中传播频率,土壤的介电常数,土壤介电常数和土壤体积含水量之间的经验关系等会产生不同的数据包大小,所以要根据基于PLC控制器中输入的设定土壤含水量和基于PLC控制***中的专用的数据网特征设定自相关函数R(k)进行决定,所述自相函数 R ( k ) = 1 2 Σ j = - ∞ ∞ [ ( ( k + 1 ) 2 H - k 2 H ) - ( k 2 H - ( k - 1 ) 2 H ) ] ; 其中k为正整数,与所述需要转换成符号的干旱数据发送的时间间隔有关,H为根据延迟信息所设的参数,取值范围为0.5~1,从而求得所述自相函数。
所述信号接收模块接收所述具体干旱状态表,提取摘要,滤掉不必要的所述干旱点的状态,并发送给所述的自动控制装置;
所述的自动控制装置包括:控制计算机,主要完成***时间的设定、灌区灌溉时间的设定和实时监视灌区电磁阀的运行状态;RS232,用于与管理机通信,以实现集中化管理;电源,用于控制控制器的工作状态;启动按钮,用于控制整个***的启闭;外部存储器,用于存储模糊控制表和***设定值;显示器,显示***在正常情况下的各种数据,并且在***出现异常时,可显示出红色警报,用于提醒工作人员;控制台中心,用于监视整个控制***的状态;PLC,用于控制试验田灌溉电磁闸的开启和判断;
首先从所述电源打开并打开启动按钮启动整个灌溉自动控制识别***,并按所述的控制计算机设定土壤含水率的上限和下限,存储到外部存储器中并在,所述的控制计算机的作用是设定的土壤含水量的上限和下限以及关于土壤情况的基本数据,并通过RS232将数据传送给PLC,所述的PLC的作用是控制灌溉的电磁阀的开启时刻和开启时间,并把相关的数据存储到外部存储器中,这样可以实现干旱的程度和需要灌溉的时间和时段。
所述的田间灌水装置包括:电磁闸,用于控制灌溉与否;灌溉管道,用于输送水流;各种因素条件下的无线采集站,用于采集各种影响土壤水分的数据;
本发明的基于PLC自动控制的田间识别灌溉***,具有以下优点:
便捷性:应用该***,可以让种植者便捷地对田间土壤墒情有着提前预判的反应。
可靠性:应用该***,可以有效避免种植者根据经验人为地进行灌溉,从而导致影响作物生长。
安全性:应用该***,可以比人工更加可靠,甚至可以加入自动墒情报警器,从而提高精确性。
本发明相较于以往人工操作等传统方式,其应用更有可靠性,其功能运行可靠、准确,操作方便。尤其是对于大面积灌溉时,人参与的繁复性及需要投入的人力物力成本都减少了不少,通过应用本发明对作物进行灌溉,可以适时适量有效的灌溉作物,显著提高了作物产量,更有效地节约了水资源。
附图说明
图1为本发明的体系结构图。
图2为数据分析模块的工作过程示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行详细的说明。应当说明的是,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明,能实现同样功能的产品属于等同替换和改进,均包含在本发明的保护范围之内。
如图1所示,本发明的基于PLC自动控制的田间识别灌溉***,它包括墒情识别装置1、自动控制装置2以及田间灌水装置3;
所述墒情识别装置1包括无线数据接收模块4、数据输入端与无线数据接收模块数据输出端连接的数据分析模块5、数据输入端以及与数据分析模块数据输出端连接的信号接收模块6;
所述自动控制装置2包括与墒情识别装置的信号接收模块数据输出端连接的PLC模块7、与PLC模块输入输出连接的RS232管理通信模块8、以及与RS232管理通信模块输入输出连接的控制计算机9;所述PLC模块连接有电源10、显示器11以及启动按钮15;
所述田间灌水装置3包括与自动控制模块的PLC模块控制连接的电磁阀12以及设置在田间中的若干个无线采集站14,所述电磁阀设置在田间的各个末端分支灌溉管道13上;所述无线采集站与墒情识别装置的无线数据接收模块之间通过无线传输连接,从而将采集到的土壤中的水分数据后发送给无线数据接收模块。
本发明的工作过程是:首先从所述的电磁闸启动灌溉,并将启动电磁闸的水流通过所述的灌溉管道,将所述的灌溉管道的水流输送到所述的田间土壤,所述的田间土壤通过所述的各种因素条件下的无线采集站,所述的无线采集站采集各种影响土壤水分的数据,并将无线采集数据传送给无线采集模块,进而循环的自动控制灌溉。

Claims (1)

1.一种基于PLC自动控制的田间识别灌溉***,其特征在于:它包括墒情识别装置、自动控制装置以及田间灌水装置;
所述墒情识别装置包括无线数据接收模块、数据输入端与无线数据接收模块数据输出端连接的数据分析模块、数据输入端以及与数据分析模块数据输出端连接的信号接收模块;
所述自动控制装置包括与墒情识别装置的信号接收模块数据输出端连接的PLC模块、与PLC模块输入输出连接的RS232管理通信模块、以及与RS232管理通信模块输入输出连接的控制计算机;所述PLC模块连接有电源、显示器以及启动按钮;
所述田间灌水装置包括与自动控制模块的PLC模块控制连接的电磁阀以及设置在田间中的若干个无线采集站,所述电磁阀设置在田间的各个末端分支灌溉管道上;所述无线采集站与墒情识别装置的无线数据接收模块之间通过无线传输连接,从而将采集到的土壤中的水分数据发送给无线数据接收模块。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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