[發(fā)明專利]利用分布式控制自動施肥給水的精準(zhǔn)農(nóng)藝控制系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410826503.4
• 申請日: 2014-12-24
• 公開（公告）號: CN104536418A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李振才;池海
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽遠(yuǎn)大科技園有限公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 俞魯江

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)水肥自動化控制技術(shù)領(lǐng)域，具體說是一種利用分布式控制自動施肥給水的精準(zhǔn)農(nóng)藝控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

隨著自控技術(shù)和檢測技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)自動化水平不斷提高，涌現(xiàn)出一批半自動化、自動化的水肥管理系統(tǒng)，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平有了大幅度的提高。

但是，在實際使用中也出現(xiàn)了如下的問題：

1、水肥管理系統(tǒng)的檢測探頭埋設(shè)在田間地頭，通過電纜將田間的檢測參數(shù)值反饋給中央控制計算機，由于田間檢測探頭輸出的幾乎都是微弱的模擬量信號，長距離的傳輸以及溫度的變化都會使信號產(chǎn)生漂移，對于中央計算機的決策和判斷會產(chǎn)生直接的影響，因此需要經(jīng)常對田間傳感器進(jìn)行較準(zhǔn)，不但費時費力，而且影響整個系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性；

2、整套系統(tǒng)的控制參數(shù)和計算公式完全在中央計算機內(nèi)，增加了中央計算機的存儲量和計算量，中央計算機一旦出現(xiàn)運行故障，整套系統(tǒng)完全癱瘓，在農(nóng)作物生長關(guān)鍵期會產(chǎn)生不可挽回的影響；

3、整套系統(tǒng)的擴(kuò)展性受到中央計算機硬件輸入點和輸出點的限制。

發(fā)明內(nèi)容

為解決以上問題，本發(fā)明的目的是提出了利用分布式控制自動施肥給水的精準(zhǔn)農(nóng)藝控制系統(tǒng)。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是提供一種利用分布式控制自動施肥給水的精準(zhǔn)農(nóng)藝控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)包括多個田間子系統(tǒng)、灌溉執(zhí)行子系統(tǒng)、上位監(jiān)控子系統(tǒng)；

每個田間子系統(tǒng)通過通訊總線與灌溉執(zhí)行子系統(tǒng)連接，可以向灌溉執(zhí)行子系統(tǒng)發(fā)送灌溉需求；

每個田間子系統(tǒng)通過通訊總線與上位監(jiān)控子系統(tǒng)連接，可以傳遞田間子系的工作狀態(tài)到上位監(jiān)控子系統(tǒng)；

田間子系統(tǒng)主要由田間控制計算機、與田間控制計算機連接的溫度傳感器、淺層土壤濕度傳感器、深層土壤濕度傳感器、離子濃度傳感器及氣象站組成；

灌溉執(zhí)行子系統(tǒng)主要由灌溉控制計算機、與灌溉控制計算機連接的水泵、過濾設(shè)備、施肥機、流量監(jiān)控設(shè)備組成；在接到某個田間灌溉子系統(tǒng)發(fā)出的灌溉需求后，按照需求進(jìn)行定量的澆水和/或施肥；

上位監(jiān)控子系統(tǒng)主要由計算機和監(jiān)控組態(tài)系統(tǒng)組成；實現(xiàn)對田間子系統(tǒng)工作參數(shù)的設(shè)定及工作狀態(tài)的監(jiān)控。

進(jìn)一步的，所述每個田間子系統(tǒng)的田間控制計算機設(shè)置四個模擬量輸入接口、一個數(shù)字通訊接口和一個通訊總線接口；

四個模擬量接口分別連接淺層土壤濕度傳感器、深層土壤濕度傳感器、土壤溫度傳感器、離子濃度傳感器；

一個數(shù)字通訊接口連接氣象站，通過數(shù)字通信來采集氣象信息；

每個田間子系統(tǒng)通過四個模擬量接口實時監(jiān)測采集土壤中的多種參數(shù)變化，還通過一個數(shù)字通訊接口采集前饋氣象信息；經(jīng)過計算判斷是否澆水，以及控制澆水量；判斷是否施肥，以及控制施肥量；實現(xiàn)各個田間子系統(tǒng)進(jìn)行獨立計算，減少了數(shù)據(jù)計算量和存儲量，使系統(tǒng)的響應(yīng)更加迅速。

進(jìn)一步的，灌溉執(zhí)行子系統(tǒng)主要由與灌溉控制計算機連接的水泵、過濾設(shè)備、施肥機、流量監(jiān)控設(shè)備組成；

水泵位于田間的水井中與灌溉控制計算機之間通過數(shù)據(jù)線相連，由灌溉控制計算機控制其啟停；灌溉控制計算機、過濾設(shè)備、施肥機、流量監(jiān)控設(shè)備集成在一起放置于田地邊緣；水泵與過濾設(shè)備之間通過管道連接，井里面的水從水泵中吸出來，通過過濾設(shè)備過濾后進(jìn)入施肥機；流量監(jiān)控設(shè)備設(shè)置于過濾設(shè)備和施肥機之間；

在接到某個田間灌溉子系統(tǒng)發(fā)出的灌溉需求后，由灌溉控制計算機控制水泵和施肥機的啟停，進(jìn)而按照需求進(jìn)行定量的澆水和/或施肥。

進(jìn)一步的，淺層土壤濕度傳感器與深層土壤濕度傳感器安裝在同一垂直線上，溫度傳感器、離子濃度傳感器安裝在植物根系附近，以上四個傳感器通過數(shù)據(jù)線與田間控制計算機通信，檢測數(shù)據(jù)實時傳送到田間控制計算機中；氣象站安裝在傳感器上方；傳感器安裝在田塊的中央位置。

進(jìn)一步的，系統(tǒng)還包括備用灌溉執(zhí)行子系統(tǒng)，與灌溉執(zhí)行子系統(tǒng)配置相同，在灌溉執(zhí)行子系統(tǒng)故障時接替工作。

還提供一種利用分布式控制自動施肥給水的精準(zhǔn)農(nóng)藝控制方法，每個田間子系統(tǒng)進(jìn)行計算判斷以及采取相應(yīng)的控制過程中，首先在淺層土壤傳感器檢測到缺水的情況下，判斷深層土壤傳感器是否缺水，如果缺水，通過氣象信息綜合判斷是否需要澆水；

淺層土壤傳感器檢測到缺水的情況下，判斷土壤離子濃度是否低于設(shè)定值，如果低于設(shè)定值，需要澆水并施肥；

土壤離子濃度低于設(shè)定值時，無論土壤是否缺水，都需要澆水并施肥；