[發明專利]帶故障檢測的遠程控制智能園藝灌溉系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201810264003.4
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN108605826B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 隋毅;姚瑩;隋渝雯
• 申請（專利權）人: 重慶科技學院
• 主分類號: A01G25/16
• 分類號: A01G25/16;A01G25/00;G01D21/02;G08C17/02;H04M1/725;G08B21/18
• 代理公司: 重慶為信知識產權代理事務所(普通合伙) 50216
• 代理人: 龍玉洪

1.一種帶故障檢測的遠程控制智能園藝灌溉系統的控制方法，適用于帶故障檢測的遠程控制智能園藝灌溉系統；所述遠程控制智能園藝灌溉系統包括灌溉管路系統(1)和無線控制系統(2)；

灌溉管路系統(1)包括總路和至少一條支路，總路中設置有水泵(11)，支路中設置有分電磁閥(12)；

無線控制系統(2)包括手機(21)和與手機(21)無線連接的GSM控制器(22)；

所述總路中還設置有總電磁閥(13)，水泵(11)經總電磁閥(13)連接有進水管(31)；

所述支路中均設置有流量傳感器(14)，分電磁閥(12)的進口與所述總路的出口連通，分電磁閥(12)的出口連接有支路出水管(32)，所述流量傳感器(14)安裝于支路出水管(32)上用于采集流量數據；

無線控制系統(2)還包括電腦(23)，電腦(23)經第一usb數據采集設備(24)連接GSM控制器(22)獲取手機(21)發送的澆灌指令，根據澆灌指令確定灌溉區域；電腦(23)還經第二usb數據采集設備(25)連接外界環境監測模塊(26)和流量傳感器(14)，外界環境監測模塊(26)用于檢測外界環境監測數據；

電腦(23)中設置有labVIEW控制系統，labVIEW控制系統根據理論澆灌量和外界環境監測數據計算實際澆灌量；labVIEW控制系統根據實際澆灌量和流量數據向第一usb數據采集設備(24)發送控制信號，第一usb數據采集設備(24)通過相應的支路繼電器控制總電磁閥(13)、水泵(11)以及分電磁閥(12) 工作；

所述電腦(23)還經第二usb數據采集設備(25)連接有第一壓力傳感器(16)、液位傳感器(17)以及電流傳感器(18)；所述第一壓力傳感器(16)設置于水泵(11)的出口用于檢測水泵(11)的出口壓力；液位傳感器(17)用于檢測水源的液位高度；電流傳感器(18)的兩個檢測端串接入水泵(11)的供電回路中，用于檢測水泵(11)的電流信號；

所述支路出水管(32)還連接有溢流閥(20)，所述溢流閥(20)包括圓柱形的殼體(201)，殼體(201)內設置有空腔，殼體(201)的一端設置有進水口(202)，該進水口(202)與支路出水管(32)相連，空腔內滑動設置有活塞(203)，活塞(203)經彈簧(204)連接空腔遠離進水口(202)的一側，在殼體(201)的外壁設置有溢流孔(201a)，活塞(203)能夠在溢流壓力下向遠離進水口(202)的一側滑動以打開溢流孔(201a)溢流；

所述外界環境監測模塊(26)設置有雨量傳感器、溫度傳感器以及濕度傳感器，雨量傳感器用于檢測外界環境的降雨量，溫度傳感器用于檢測外界環境的溫度，濕度傳感器用于檢測外界環境的大氣濕度；

所述支路中均設置有平衡閥(15)，平衡閥(15)設置于分電磁閥(12)與流量傳感器(14)之間；

所述支路出水管(32)還連接有至少一條澆灌分路，澆灌分路設置有澆水電磁閥(19)，澆水電磁閥(19)的入口連接支路出水管(32)，澆水電磁閥(19)的出口連接有澆水管(33)；電腦(23)還向第一usb數據采集設備(24)發送分路控制信號，第一usb數據采集設備(24)通過相應的分路繼電器控制澆水電磁閥(19)開關；

所述支路出水管(32)還設置有第二壓力傳感器(34)，第二壓力傳感器(34) 用于檢測支路出水管(32)壓力，電腦(23)經第二usb數據采集設備(25)連接第二壓力傳感器(34)；

其特征在于：labVIEW控制系統設置有多路澆灌控制流程、系統起動控制流程、系統關閉控制流程；

labVIEW控制系統還將故障信息經GSM控制器(22)發送給手機(21)；

所述多路澆灌控制流程包括如下步驟；

步驟B1：labVIEW控制系統經GSM控制器(22)獲取手機(21)發送的一支路或多支路澆灌指令；

labVIEW控制系統根據澆灌指令確定灌溉區域，每一支路為對應的一個灌溉區域澆水，根據灌溉區域確定各個灌溉區域的理論澆灌量，根據各個灌溉區域的理論澆灌量和外界環境監測數據計算各個灌溉區域的實際澆灌量；

步驟B2：labVIEW控制系統獲取液位傳感器(17)的信號，分析液位是否正常，如果不正常，轉步驟B3，否則轉步驟B4；

步驟B3：labVIEW控制系統經GSM控制器(22)向手機(21)報送水位過低報警，結束；

步驟B4：labVIEW控制系統發送信號控制總電磁閥(13)打開；

步驟B5：labVIEW控制系統延時5s發送信號控制水泵(11)起動；

步驟B6：labVIEW控制系統延時5s獲取第一壓力傳感器(16)的信號，判斷水泵(11)起動5s后水泵(11)出口壓力是否為4.5-5bar，如果是，轉步驟B7；否則，轉系統起動控制流程；

步驟B7：labVIEW控制系統獲取流量傳感器(14)的信號，檢測所有支路流量是否均小于0.1m³/h，如果是，轉步驟B9；否則，轉步驟B8；

步驟B8：labVIEW控制系統報送對應分電磁閥(12)關閉失效故障給手機(21)，并關閉水泵(11)，延時3s關閉總電磁閥(13)，結束；

步驟B9：labVIEW控制系統發送信號，控制跟澆灌指令相關的支路的分電磁閥(12)全部打開；

步驟B10：labVIEW控制系統通過相應的流量傳感器(14)分別采集各個支路的灌溉量；

步驟B11：labVIEW控制系統依次檢測各支路，判斷各支路灌溉量是否達到相應的設定閾值且對應的分電磁閥(12)未關閉，該設定閾值即為實際澆灌量；如果是，轉步驟B12；否則，轉步驟B10；

步驟B12：labVIEW控制系統發送信號控制該支路分電磁閥(12)關閉；

步驟B13：labVIEW控制系統檢測該支路流量是否小于0.1m³/h，如果是轉步驟B14，否則，轉步驟B15；

步驟B14：labVIEW控制系統檢測是否所有分電磁閥(12)均關閉，如果是，轉步驟B16；否則，轉步驟B10；

步驟B15：labVIEW控制系統判定該支路分電磁閥(12)關閉失效故障，通過GSM控制器(22)向手機(21)發送該支路分電磁閥(12)關閉失效故障，labVIEW控制系統發送信號關閉水泵(11)；再延時3s發送信號關閉其余所有分電磁閥(12)和總電磁閥(13)，結束；

步驟B16：labVIEW控制系統發送信號控制水泵(11)關閉；

步驟B17：labVIEW控制系統延時3s發送信號控制總電磁閥(13)關閉；

步驟B18：labVIEW控制系統檢測水泵(11)出口壓力小于或等于1bar，如果是，轉系統關閉控制流程；如果否，轉步驟B19；

步驟B19：labVIEW控制系統通過GSM控制器(22)向手機(21)發送水泵(11)及總電磁閥(13)未關閉故障，結束；

所述系統關閉控制流程包括如下步驟：

步驟C1：labVIEW控制系統獲取電流傳感器(18)的信號，檢測水泵(11)工作電流是否為零，如果是，轉步驟C2，否則轉步驟C3；

步驟C2：labVIEW控制系統判定水泵(11)已關閉；labVIEW控制系統通過GSM控制器(22)向手機(21)發送系統正常信號，結束；

步驟C3：labVIEW控制系統判定總電磁閥(13)關閉且水泵(11)未關閉，labVIEW控制系統通過GSM控制器(22)向手機(21)發送水泵(11)未關閉故障，結束；

所述系統起動控制流程包括如下步驟：

步驟D1：labVIEW控制系統獲取電流傳感器(18)的信號，檢測水泵(11)工作電流是否超過極限值，如果是，轉步驟D2；否則，轉步驟D3；

步驟D2：labVIEW控制系統發送信號控制水泵(11)關閉，判定總電磁閥(13)未開故障，labVIEW控制系統經GSM控制器(22)向手機(21)發送總電磁閥(13)未開故障，結束；

步驟D3：labVIEW控制系統檢測水泵(11)工作電流是否為零，如果是，轉步驟D4，否則轉步驟D5；

步驟D4：labVIEW控制系統發送信號控制水泵(11)關閉，再發送信號控制總電磁閥(13)關閉；labVIEW控制系統判定水泵(11)起動失敗故障，labVIEW經GSM控制器向手機(21)發送水泵(11)起動失敗故障，結束；

步驟D5：labVIEW控制系統發送信號控制水泵(11)關閉；再發送信號控制總電磁閥(13)關閉；

labVIEW控制系統判定水泵(11)控制不穩故障；labVIEW控制系統向手機(21)發送水泵(11)控制不穩故障，結束；

通過上述的labVIEW控制系統設置的多路澆灌控制流程、系統起動控制流程、系統關閉控制流程，具備系統故障診斷能力，能夠向手機報送水位過低報警，分電磁閥關閉失效故障，水泵未關閉故障、總電磁閥未開故障、水泵起動失敗故障、水泵控制不穩故障；

所述步驟B1中，labVIEW控制系統根據灌溉區域確定各個灌溉區域的理論澆灌量，根據各個灌溉區域的理論澆灌量和外界環境監測數據計算各個灌溉區域的實際澆灌量包括：

步驟B01：labVIEW控制系統根據灌溉區域確定理論澆灌量，該理論澆灌量用V_理論表示，V_理論為25℃、60％濕度下理論灌溉量，單位m³；

步驟B02：labVIEW控制系統根據外界環境監測數據計算V_降雨，V_降雨為實際降雨換算的雨水灌溉量，單位m³；

根據外界環境監測數據計算V_環境溫度，V_環境溫度為氣溫高低引起的額外所需灌溉量，單位m³；溫度低于25℃則V_環境溫度為負值，高于25℃則V_環境溫度為正值，溫度為上次與本次澆灌間隔的氣溫的平均值；

根據外界環境監測數據計算V_濕度，V_濕度為濕度大小引起的額外所需灌溉量，單位m³；濕度低于60％則V_濕度為正值，濕度高于60％則V_濕度為負值，濕度為上次與本次澆灌間隔的濕度的平均值；

步驟B03：labVIEW控制系統計算實際澆灌量，實際澆灌量為當前實際需要的灌溉量，實際澆灌量用V_實際；

V_實際＝V_理論-V_降雨+V_環境溫度+V_濕度 (1)；

氣溫每升高或減小一度，V_環境溫度增加值或減小值為理論澆灌量V_理論的百分之一；濕度每升高或減小一度，V_濕度增加值或減小值為理論澆灌量V_理論的百分之一；V_降雨采用雨量傳感器的檢測值與該灌溉區域面積的乘積進行計算。