节水灌溉自动化控制技术

1、现代节水灌溉技术 现代节水灌溉技术 2014.09 主 讲 人： 张海涛 酒泉职业技术学院节水灌溉自动化控制技术现代节水灌溉技术分区自动灌溉系统控制技术现代节水灌溉技术1分区自动灌溉系统总体设计2分区自动灌溉系统研制3灌溉系统控制功能实现与运行CONTENTS目录现代节水灌溉技术1分区自动灌溉系统总体设计2分区自动灌溉系统研制3灌溉系统控制功能实现与运行CONTENTS目录现代节水灌溉技术系统总体结构图现代节水灌溉技术1分区自动灌溉系统总体设计2分区自动灌溉系统研制3灌溉系统控制功能实现与运行CONTENTS目录现代节水灌溉技术基于变频器的分区灌溉控制技术2.1水泵变频调速控制系统的设计2.2

2、控制系统的硬件设计2.3控制系统的软件设计2.4现代节水灌溉技术基于变频器的分区灌溉控制技术2.1变频器调速原理： 通过整流桥将工频交流电压变为直流电压，再由逆变桥变换为频率可调节的交流，作为交流异步电动机的驱动电源，使电动机获得无级调速所需的电压、电流和频率。现代节水灌溉技术基于变频器的分区灌溉控制技术2.1现代节水灌溉技术基于变频器的分区灌溉控制技术2.1现代节水灌溉技术水泵变频调速控制系统的设计2.2压力测量变送器PT调节器PID变频调速器控制对象现代节水灌溉技术控制系统的硬件设计2.3控制器电路板现代节水灌溉技术控制系统的硬件设计2.3控制器电路模块现代节水灌溉技术控制系统的软件设计2

3、.4系统功能模块图现代节水灌溉技术控制系统的软件设计2.4现代节水灌溉技术1分区自动灌溉系统总体设计2分区自动灌溉系统研制3灌溉系统控制功能实现与运行CONTENTS目录现代节水灌溉技术 滴灌灌区流量现场测试，管网压力2公斤时，滴头额定流量为2.3L/h。在滴灌区选取两条滴灌带随机选择26个滴头进行滴灌流量试验，通过滴灌带八组数据值的流量范围所示，运行现场的灌水器流量符合额定工作流量值，满足系统的设计要求。现代节水灌溉技术 悬挂微喷灌区流量现场测试，管网压力为2公斤时，滴头额定流量为34.2L/h。在悬挂区随机选择13个喷头进行悬挂微喷流量试验，通过微喷三组数据值的流量范围所示，运行现场的灌水

4、器流量符合额定工作流量值，满足系统的设计要求。现代节水灌溉技术 现场试验证明，不同灌溉方式下，实际流量都符合相应管网工作压力下的额定工作流量，并且系统运行稳定、良好。现代节水灌溉技术基于PLC技术的全自动灌溉控制系统现代节水灌溉技术 随着水资源的日趋紧张及信息技术的发展，开发具有自主知识产权的节水灌溉控制系统不仅具有广阔的市场前景，而且具有巨大的社会效益。现代节水灌溉技术 以松下公司FP1系列的PLC为核心，选用C40C型可编程控制器来开发了一套灌溉控制系统。现代节水灌溉技术 所选用的C40C可编程序控制器输入24点（X0X23),输出16点（Y0Y15),带有RS232口及日历/时钟功能，供

5、电电源为24V直流或100240V交流，同时可控制4路A/D、4路D/A。现代节水灌溉技术现代节水灌溉技术控制系统的结构框图现代节水灌溉技术电机Y/启动1手动控制模式2自动控制模式3现代节水灌溉技术电机Y/启动1现代节水灌溉技术手动控制模式2 系统具有采用手动设定电磁阀的开启时间和开启顺序的功能，当某个电磁阀闭合时相应的指示灯亮。现代节水灌溉技术自动控制模式3 系统中选用2000YZ型土壤负压传感器来测定土壤湿度，测量范围为负压值0-85Kpa值，基本上在植物的需水范围，一般来说，当土壤吸力大与-70Kpa值，土壤就需要灌水，否则会影响植物的生长，该压阻传感器输出为0-50mv；测量深度为20

6、0mm2000mm，地面以下部分根据需要而定，总精度为2左右；使用环境为0500。现代节水灌溉技术自动控制模式3现代节水灌溉技术 以C40C可编程序控制器为核心来构建节水灌溉控制系统，系统具有手动设定功能，能根据用户要求设定对某一灌区的灌水时间；系统还具有全自动灌溉功能，能根据土壤湿度传感器的到的土壤湿度信号与土壤的最佳湿度值对比，自动做出灌溉计划；系统采用Y/变换启动水泵电机来减少启动电流，减轻对电网形成的冲击，减小能耗。现代节水灌溉技术基于ZigBee网络的节水灌溉自动控制系统现代节水灌溉技术 作为一种全新的信息获取和处理技术，无线传感器网络凭借其功耗低、成本低、可靠性高等特点，已充分被利

7、用到农业领域。 该系统采用具有ZigBee技术的Xbee-PRO模块和ECH20型土壤水分传感器组成的传感器节点，部署于柑橘园的各个采集点对土壤墒情信息进行采集、预处理和无线发送等工作，通过远程监控中心系统实现远程传输和实时监控。现代节水灌溉技术01系统总体设计及工作原理03远程监控中心设计02基于ZigBee无线传感器网络的子站设计C目目录录ONTENTS现代节水灌溉技术01系统总体设计及工作原理03远程监控中心设计02基于ZigBee无线传感器网络的子站设计C目目录录ONTENTS现代节水灌溉技术01系统总体设计及工作原理现代节水灌溉技术01系统总体设计及工作原理远程监控中心配有数据库和P

8、C机，能实现用户管理、子站管理、数据管理、日志管理以及智能决策。远程监控中心TD-SCDMA网实现远程监控中心与子站通信。TD-CSDMA网子站实现数据采集、数据存储显示、数据通信。基于ZigBee无线传感器网络的子站现代节水灌溉技术01系统总体设计及工作原理命令应答方式传感器节点 将土壤水分传感器、温湿度传感器以及红外线热电偶温度传感器采集数据经信号处理、A/D转换后送到微处理器微处理器 微处理器对采集过来的数据进行编码并对编码数据加起始位和校验码，构成传输的数据帧，帧信号通过无线收发芯片按照协议打包，将信号通过TD-CSDMA网发送到远程监控中心远程监控中心 将接受的信号经滤波电器消噪并解

9、调，解调后的信号经PC机存入数据库数据库现代节水灌溉技术01系统总体设计及工作原理03远程监控中心设计02基于ZigBee无线传感器网络的子站设计C目目录录ONTENTS现代节水灌溉技术02基于ZigBee无线传感器网络的子站设计 每个传感器节点有4个模拟通道，它们把采集数据通过ZigBee网络发送到汇聚节点，传感器节点与 汇 聚 节 点 之 间 通 过ZigBee协议无线通信。现代节水灌溉技术02基于ZigBee无线传感器网络的子站设计现代节水灌溉技术02基于ZigBee无线传感器网络的子站设计现代节水灌溉技术02基于ZigBee无线传感器网络的子站设计现代节水灌溉技术01系统总体设计及工作

10、原理03远程监控中心设计02基于ZigBee无线传感器网络的子站设计C目目录录ONTENTS现代节水灌溉技术03远程监控中心设计现代节水灌溉技术03远程监控中心设计远程监控中心软件用户管理模块数据管理模块子站管理模块日志管理模块智能决策模块现代节水灌溉技术03远程监控中心设计现代节水灌溉技术 本系统设计融合了嵌入式系统技术、TD-SCDMA广域网无线通信技术、ZigBee局域网无线通信技术，能够实现农田定点采集、移动采集与传输，具有结构简单、功耗低、设计成本低、实用性强、检测数据实时显示实时上传和可重复性好等显著特点。现代节水灌溉技术基于物联网技术的农田节水灌溉系统现代节水灌溉技术CONTEN

11、TS目录农业用水现状及节水灌溉发展趋势1系统结构设计2系统功能特点3上位机软件结构4物联网采集单元的设计5现代节水灌溉技术农业用水现状及节水灌溉发展趋势1 作为一种全新的信息获取和处理技术，无线传感器网络凭借其功耗低、成本低、可靠性高等特点，已充分被利用到农业领域。农业是我国的用水大户,约占全国总用水量的73%,但有效性很差,水资源浪费十分严重,渠灌区水的有效利用率只有40%左右,井灌区也只有60%左右,每m3水生产粮食不足1kg。 而一些发达国家水的有效利用率可达80%以上,每m3水生产粮食大体都在2kg以上,其中以色列已达2.32kg。现代节水灌溉技术农业用水现状及节水灌溉发展趋势1比较又

12、发展潜力的节水灌溉新技术：与生物技术相结合的作物调控灌溉技术应用3S技术的精细灌溉技术智能化节水灌溉装备技术现代节水灌溉技术系统结构设计2土壤水分传感器01物联网终端采集单元02远程监控计算机系统04喷灌机控制终端03农田节水灌溉系统现代节水灌溉技术系统结构设计2现代节水灌溉技术系统功能特点301对系统所有的数据表进行结构定义和维护；并对维持系统正常运行的帐户、权限、界面、系统运行参数、文件类别和属性等信息进行管理和维护；定义特定领域的知识规范。02根据土壤墒情信息，系统制定灌溉方案，通过GPRS网络远程控制喷灌机，实现全自动灌溉。03数据的查询检索功能04数据采集单元自动定位05数据分析功能现代节水灌溉技术上位机软件结构4现代节水灌溉技术物联网采集单元的设计5现代节水灌溉技