本實(shí)用新型屬于自動(dòng)灌溉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種模糊灌溉控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，我國(guó)農(nóng)田灌溉大多使用水泵等設(shè)備進(jìn)行排灌或者噴灌。在作物的溫室栽培中，采用無(wú)控制的滴灌。在上述灌溉方法中，大都需要人工操作，或者通過(guò)定時(shí)的方法來(lái)控制開(kāi)關(guān)水閥，可能會(huì)造成澆水不及時(shí)而導(dǎo)致作物干旱，又或者是澆水過(guò)多造成水資源的大量浪費(fèi)。并且農(nóng)業(yè)灌溉的水泵功率較大，需要提供電力能源，通常情況下，我國(guó)廣大農(nóng)村需要灌溉的地域距離農(nóng)電網(wǎng)較遠(yuǎn)，需要搭建專(zhuān)線，或者采用柴油發(fā)電等方式，不僅麻煩且消耗大量的電力資源，又或者使用蓄電池進(jìn)行動(dòng)力傳輸，而蓄電池蓄電成本較高，且?guī)啄昃托枰鼡Q一次。

我國(guó)有著豐富的太陽(yáng)能資源，利用這些豐富的太陽(yáng)能資源與有限的水資源相結(jié)合，開(kāi)展節(jié)水灌溉，是我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的一條有效途徑。國(guó)內(nèi)將光伏供電技術(shù)與節(jié)水灌溉技術(shù)相結(jié)合知識(shí)領(lǐng)域相對(duì)比較薄弱，我國(guó)的研究領(lǐng)域仍然停留在小范圍、小規(guī)模的溫室。與節(jié)水發(fā)達(dá)國(guó)家相比，缺乏配套的硬件設(shè)備以及先進(jìn)的管理控制技術(shù)，灌溉技術(shù)也存在著多方面的問(wèn)題。因此，要想促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展，提高水資源的高利用率，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化，就必須更進(jìn)一步的研制出適合我國(guó)國(guó)情的智能化灌溉控制系統(tǒng)，以及合理的灌溉控制方法，以解決水資源及其能源問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種模糊灌溉控制系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中灌溉系統(tǒng)智能化不高以及偏遠(yuǎn)地區(qū)灌溉所需供電的技術(shù)問(wèn)題。

本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：

一種模糊灌溉控制系統(tǒng)，包括PLC控制器、供電模塊、傳感器模塊和光伏水泵，其中，所述傳感器模塊與所述PLC控制器連接，所述供電模塊為所述PLC控制器以及所述光伏水泵供電，所述PLC控制器的輸出端通過(guò)電磁閥連接所述光伏水泵，所述電磁閥連接模糊PID控制器用以控制所述電磁閥開(kāi)度進(jìn)行灌溉。

進(jìn)一步的，所述傳感器模塊包括土壤濕度傳感器、水位傳感器以及閥門(mén)開(kāi)度傳感器，所述土壤濕度傳感器、水位傳感器以及閥門(mén)開(kāi)度傳感器通過(guò)A/D模塊與所述PLC控制器連接，用于將所述土壤濕度傳感器檢測(cè)的土壤濕度信息、水位傳感器檢測(cè)的蓄水池的水位信息以及閥門(mén)開(kāi)度傳感器檢測(cè)的電磁閥開(kāi)度信息傳輸給所述PLC控制器。

進(jìn)一步的，所述土壤濕度傳感器為HA2001型頻域反射儀。

進(jìn)一步的，所述電磁閥還連接有自動(dòng)施肥模塊，用于按照設(shè)定的營(yíng)養(yǎng)液濃度EC值和pH值來(lái)進(jìn)行恒量定比滴灌施肥。

進(jìn)一步的，所述自動(dòng)施肥模塊包括注肥泵和注酸泵，所述電磁閥與所述注肥泵和注酸泵連接，所述注肥泵和注酸泵經(jīng)過(guò)過(guò)濾器與所述光伏水泵連接，用于自動(dòng)灌溉施肥。

進(jìn)一步的，所述過(guò)濾器上設(shè)置有EC/pH測(cè)量?jī)x用于測(cè)量肥料的EC值和pH值，所述EC/pH測(cè)量?jī)x通過(guò)A/D模塊與所述PLC控制器連接，用于控制肥液和酸液的輸入。

進(jìn)一步的，所述PLC控制器與所述電磁閥之間設(shè)置有光電耦合，用于電氣隔離。

進(jìn)一步的，所述PLC控制器為西門(mén)子s7-200型。

進(jìn)一步的，所述PLC控制器通過(guò)無(wú)線數(shù)傳模塊連接上位機(jī)用于遠(yuǎn)程監(jiān)控。

進(jìn)一步的，所述供電模塊包括太陽(yáng)能電池板以及與所述太陽(yáng)能電池板連接的蓄電池。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型至少具有以下有益效果：

本實(shí)用新型利用PLC控制器來(lái)控制灌溉系統(tǒng)，由模糊PID控制器來(lái)控制所述電磁閥的開(kāi)度，將所述閥門(mén)開(kāi)度傳感器的信號(hào)輸入到模糊PIC控制器中，能更精準(zhǔn)地控制灌溉量，大大提高了灌溉系統(tǒng)的智能化，實(shí)現(xiàn)了智能節(jié)水灌溉，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，減少反應(yīng)時(shí)間。

進(jìn)一步的，HA2001型頻域反射儀具有簡(jiǎn)便安全、快速準(zhǔn)確、定點(diǎn)連續(xù)、自動(dòng)化、寬量程、少標(biāo)定，測(cè)量精度高，性能可靠，確保正常工作，操作及維護(hù)簡(jiǎn)單。

進(jìn)一步的，本系統(tǒng)還連接自動(dòng)化施肥控制系統(tǒng)，以滴灌形式來(lái)進(jìn)行全自動(dòng)恒量滴灌施肥，要求根據(jù)用戶(hù)設(shè)定的營(yíng)養(yǎng)液濃度EC值和pH值，滿(mǎn)足農(nóng)作物不同生長(zhǎng)階段所需的水及肥，適時(shí)調(diào)整水肥比例、供給量及供給時(shí)間，以達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的目的。

進(jìn)一步的，設(shè)置光電耦合用于電氣隔離，提高系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)。

進(jìn)一步的，可分為遠(yuǎn)程模式與現(xiàn)場(chǎng)模式，既可以通過(guò)上位機(jī)對(duì)太陽(yáng)能自動(dòng)灌溉系統(tǒng)進(jìn)行操作控制，又可以切換至現(xiàn)場(chǎng)模式，在現(xiàn)場(chǎng)直接控制所有的閥門(mén)和電機(jī)，以便于系統(tǒng)的調(diào)試、檢修與維護(hù)。

進(jìn)一步的，利用光伏供電模塊為灌溉系統(tǒng)提供電能，既解決了在灌溉地區(qū)進(jìn)行灌溉所需的能源問(wèn)題，又具有很好的節(jié)能減排效應(yīng)，且保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。

綜上所述，以可編程控制器PLC作為控制核心，采用模糊控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)作物灌溉進(jìn)行控制，以降低系統(tǒng)成本，提高灌溉生產(chǎn)效益，穩(wěn)定性高，抗干擾能力強(qiáng)，使用年限長(zhǎng)。

下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

【附圖說(shuō)明】

圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)圖；

圖2為本實(shí)用新型PID控制器原理圖。

【具體實(shí)施方式】

本實(shí)用新型中PLC作為整個(gè)控制系統(tǒng)的底層單元，對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和處理具有重要作用，它完成土壤濕度數(shù)據(jù)的采集，將所采集到的土壤濕度數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將所轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)利用模糊控制技術(shù)進(jìn)行處理，將輸出信號(hào)給電磁閥，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉的目的。同時(shí)上位機(jī)模塊實(shí)時(shí)監(jiān)控PLC的內(nèi)部數(shù)據(jù)。

請(qǐng)參閱圖1所示，本實(shí)用新型公開(kāi)了一種模糊灌溉控制系統(tǒng)，包括PLC控制器、供電模塊、傳感器模塊和光伏水泵，其中，所述傳感器模塊與所述PLC控制器連接，所述供電模塊為所述PLC控制器以及所述光伏水泵供電，所述PLC控制器的輸出端通過(guò)電磁閥連接所述光伏水泵，所述電磁閥連接模糊PID控制器用以控制所述電磁閥開(kāi)度進(jìn)行灌溉。

其中，所述傳感器模塊包括土壤濕度傳感器、水位傳感器以及閥門(mén)開(kāi)度傳感器，所述土壤濕度傳感器、水位傳感器以及閥門(mén)開(kāi)度傳感器通過(guò)A/D模塊與所述PLC控制器連接，用于將所述土壤濕度傳感器檢測(cè)的土壤濕度信息、水位傳感器檢測(cè)的蓄水池的水位信息以及閥門(mén)開(kāi)度傳感器檢測(cè)的電磁閥開(kāi)度信息傳輸給所述PLC控制器。

所述PLC控制器與所述電磁閥之間設(shè)置有光電耦合，用于電氣隔離。所述PLC控制器通過(guò)無(wú)線數(shù)傳模塊連接上位機(jī)用于遠(yuǎn)程監(jiān)控。所述供電模塊包括太陽(yáng)能電池板以及與所述太陽(yáng)能電池板連接的蓄電池。

確定模糊控制器的輸入、輸出變量：

在灌溉控制系統(tǒng)中，把田間持水量作為灌溉臨界點(diǎn)。根據(jù)人工灌溉定額的經(jīng)驗(yàn),以過(guò)度供水、充分供水、適度缺水、水分虧缺、嚴(yán)重水分虧缺作為供水的判斷機(jī)制。過(guò)度的水分虧缺對(duì)植物生長(zhǎng)有嚴(yán)重的抑制作用，而適度水分虧缺可增強(qiáng)植株和樹(shù)體滲透調(diào)節(jié)機(jī)能,限制體內(nèi)養(yǎng)分和能量的過(guò)度消耗，增強(qiáng)生長(zhǎng)潛勢(shì)，并提高水分利用效率。請(qǐng)參閱圖2所示，在本控制系統(tǒng)中采用二維模糊控制器做溫室灌溉系統(tǒng)的控制，以土壤濕度偏差和濕度偏差變化率作為灌溉模糊控制器的兩個(gè)輸入變量。土壤濕度偏差是由系統(tǒng)實(shí)時(shí)釆集的土壤濕度和作物的最適宜土壤濕度比較得到的。用土壤濕度偏差和前一個(gè)濕度采樣值偏差作差，再除以系統(tǒng)采樣周期，得到土壤濕度的偏差變化率?？紤]到溫室灌溉的實(shí)際情況和控制精度，土壤相對(duì)濕度上下限分別為85％和75％，最適宜土壤濕度取中間值80％，而土壤濕度傳感器測(cè)得的值大多為容積含水量，土壤容積含水量和相對(duì)含水量關(guān)系為：容積含水量＝田間持水量×相對(duì)含水量×土壤容重。

所述電磁閥還連接有自動(dòng)施肥模塊，用于按照設(shè)定的營(yíng)養(yǎng)液濃度EC值和pH值來(lái)進(jìn)行恒量定比滴灌施肥。所述自動(dòng)施肥模塊包括注肥泵和注酸泵，所述電磁閥與所述注肥泵和注酸泵連接，所述注肥泵和注酸泵經(jīng)過(guò)過(guò)濾器與所述光伏水泵連接，用于自動(dòng)灌溉施肥。所述過(guò)濾器上設(shè)置有EC/pH測(cè)量?jī)x用于測(cè)量肥料的EC值和pH值，所述EC/pH測(cè)量?jī)x通過(guò)A/D模塊與所述PLC控制器連接，用于控制肥液和酸液的輸入。

自動(dòng)化施肥裝置具體需要滿(mǎn)足的主要功能如下：

(1)設(shè)定功能：EC值、pH值、施肥時(shí)間、開(kāi)始灌溉的時(shí)間、灌溉的時(shí)間間隔時(shí)間設(shè)定；

(2)定時(shí)控制：加酸、肥液的送液、停液進(jìn)行定時(shí)控制；

(3)測(cè)試功能：實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)EC值、pH值，以及水流量、肥流量；

(4)在線調(diào)控：實(shí)時(shí)調(diào)控EC值、pH值，提供作物適宜的營(yíng)養(yǎng)液；

(5)手動(dòng)控制：可以手動(dòng)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立灌溉施肥；

(6)顯示功能：實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前測(cè)得的EC值、pH值，可以查詢(xún)開(kāi)始灌溉的時(shí)間、灌溉的時(shí)間間隔、當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間和已灌溉時(shí)間。

本控制系統(tǒng)要求根據(jù)用戶(hù)設(shè)定的營(yíng)養(yǎng)液濃度EC值和pH值來(lái)進(jìn)行恒量定比滴灌施肥，以滿(mǎn)足農(nóng)作物不同生長(zhǎng)階段適時(shí)調(diào)整水肥比例、供給量及供給時(shí)間，以達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的目的。注肥比例是由肥液、酸(或堿)液以及灌溉水按照設(shè)定值進(jìn)行在線閉環(huán)調(diào)控實(shí)現(xiàn)的，EC值和pH值作為反饋信號(hào)控制注肥泵和注酸泵的運(yùn)轉(zhuǎn)速度來(lái)控制肥液和酸液的輸入。系統(tǒng)的控制參數(shù)是EC值和pH值，精度要求EC值為±0.15mS/cm，pH值為±0.15pH，穩(wěn)定時(shí)間3分鐘以?xún)?nèi)，系統(tǒng)超調(diào)小于15％。自動(dòng)灌溉施肥能夠做到自動(dòng)灌溉同步，能以分鐘為單位實(shí)現(xiàn)按時(shí)灌溉施肥，控制參數(shù)為時(shí)間，控制精度為10秒。

混合好的營(yíng)養(yǎng)液通過(guò)EC、pH傳感器測(cè)量放大后經(jīng)變送器輸出4～20mA的電流信號(hào)給AD電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，PLC控制器將其與設(shè)定值SV相比較，PLC控制器根據(jù)偏差值e經(jīng)過(guò)處理運(yùn)算后將控制信號(hào)經(jīng)由DA模塊轉(zhuǎn)換為4～20mA信號(hào)，傳遞給變頻調(diào)速器，由變頻器控制交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n，從而實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)液EC值和pH值恒定控制。

優(yōu)選的，濕度傳感器為HA2001型頻域反射儀，所述PLC控制模塊采用西門(mén)子S7-200系列，所述太陽(yáng)能電池板采用SHP200W-1P電池板組件，采用雨鳥(niǎo)PGA系列的電磁閥，所述光伏水泵采用SHP0.7/30-24型號(hào)的光伏水泵。

變頻器選型采用西門(mén)子MM3117型號(hào)變頻器，西門(mén)子MM3117變頻器一款高性能的通用變頻器。它有一個(gè)模擬量輸入端，五個(gè)數(shù)字量輸入端，同時(shí)具備一個(gè)模擬量輸出和多個(gè)繼電器輸出端口，通信接口采用RS485與上位機(jī)相連接。具有十分強(qiáng)大的過(guò)載能力，當(dāng)電流過(guò)載1.4倍時(shí)，可以持續(xù)3s；當(dāng)過(guò)載能力為140％額定負(fù)載電流時(shí)，持續(xù)時(shí)間為3秒，當(dāng)過(guò)載電流為1.1倍時(shí)，持續(xù)時(shí)間為60秒；同時(shí)變頻器還具有過(guò)熱、過(guò)壓、欠壓等保護(hù)功能。

以上內(nèi)容僅為說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)思想，不能以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡是按照本實(shí)用新型提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本實(shí)用新型權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍之內(nèi)。