基于arm的輕簡(jiǎn)式農(nóng)業(yè)智能灌溉施肥控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了基于ARM的輕簡(jiǎn)式農(nóng)業(yè)智能灌溉施肥控制系統(tǒng)，包括液位傳感器、pH傳感器、Ec傳感器、土壤濕度傳感器、控制器、水泵、進(jìn)水閥、流量計(jì)、比例施肥泵、吸肥管、營(yíng)養(yǎng)液母液桶、第一過(guò)濾器、調(diào)節(jié)閥、第二過(guò)濾器和灌溉閥；還包括上位機(jī)；所述的上位機(jī)配置有人機(jī)交互單元；所述的控制器與所述的上位機(jī)通信。本實(shí)用新型解決了傳統(tǒng)人工灌溉方式帶來(lái)的勞動(dòng)力成本高、水肥資源利用率低等問(wèn)題，有效地減輕了土壤與環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)灌溉施肥智能化、自動(dòng)化。
【專利說(shuō)明】基于ARM的輕簡(jiǎn)式農(nóng)業(yè)智能灌溉施肥控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種輕簡(jiǎn)式智能灌溉施肥控制系統(tǒng)，尤其適用于農(nóng)業(yè)溫室大棚作物滴灌系統(tǒng)中。
【背景技術(shù)】
[0002]本實(shí)用新型創(chuàng)造前，設(shè)施農(nóng)業(yè)的智能灌溉施肥主要采取兩種方式:(I)采用微控制器對(duì)灌溉施肥時(shí)間、灌溉施肥量進(jìn)行程序設(shè)定，實(shí)現(xiàn)灌溉施肥自動(dòng)化；(2)灌溉施肥設(shè)備配置先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)不同營(yíng)養(yǎng)液濃度、不同灌溉模式的自動(dòng)控制以及不同生長(zhǎng)階段作物灌溉施肥所需營(yíng)養(yǎng)液的精確調(diào)配。前者擺脫了人工灌溉方式，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，具有一定的節(jié)水節(jié)肥效果，實(shí)現(xiàn)灌溉施肥自動(dòng)化，但是智能化水平不高，不能按照作物生長(zhǎng)需求，進(jìn)行全生育期水分和養(yǎng)分定量、定時(shí)、按比例供應(yīng)，也不能對(duì)灌溉施肥系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、有效的灌溉施肥。后者采用Ec/pH綜合控制、時(shí)間控制及自動(dòng)監(jiān)控等技術(shù)，能夠按作物所需灌溉水量、施肥量自動(dòng)灌溉、施肥及按作物所需營(yíng)養(yǎng)液濃度實(shí)現(xiàn)在線混肥、精確施肥。但是目前國(guó)內(nèi)智能灌溉施肥裝置自動(dòng)化水平較低，處于研發(fā)階段，主要依賴國(guó)外進(jìn)口。
[0003]水肥一體化精準(zhǔn)灌溉施肥技術(shù)是將灌溉與施肥融為一體的精準(zhǔn)灌溉施肥農(nóng)業(yè)新技術(shù)，也是設(shè)施農(nóng)業(yè)灌溉施肥的關(guān)鍵技術(shù)。該技術(shù)借助新型微灌系統(tǒng)，將可溶性固體肥料或液體肥料配兌而成的肥液與灌溉水一起，均勻、準(zhǔn)確地輸送到作物根部土壤，并可按照作物生長(zhǎng)需求，進(jìn)行全生育期水分和養(yǎng)分定量、定時(shí)，按比例供應(yīng)。通過(guò)精確控制灌水量、施肥量、灌溉及施肥時(shí)間，不但可以有效提高水肥資源利用率，而且有助于提高產(chǎn)量、節(jié)省資源、減少環(huán)境污染。該技術(shù)充分考慮了作物的養(yǎng)分吸收規(guī)律，按照作物實(shí)際需求形成配方，精準(zhǔn)提供養(yǎng)分。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的是提供基于ARM的輕簡(jiǎn)式農(nóng)業(yè)智能灌溉施肥控制系統(tǒng)，本實(shí)用新型解決的技術(shù)問(wèn)題在于采用嵌入式技術(shù)和自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)水肥一體化灌溉施肥，研制輕簡(jiǎn)式農(nóng)業(yè)智能灌溉施肥裝置，改善傳統(tǒng)設(shè)施農(nóng)業(yè)灌溉施肥設(shè)備智能化水平不高，不能充分考慮作物不同生長(zhǎng)期對(duì)養(yǎng)分需求等問(wèn)題，以及國(guó)外進(jìn)口的智能灌溉施肥設(shè)備存在的缺陷:成套引進(jìn)系統(tǒng)成本較高，售后維護(hù)困難，且不完全適合于中國(guó)的水質(zhì)和土壤特點(diǎn)。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:基于ARM的輕簡(jiǎn)式農(nóng)業(yè)智能灌溉施肥控制系統(tǒng)，包括液位傳感器、PH傳感器、Ec傳感器、土壤濕度傳感器、控制器、水泵、進(jìn)水閥、流量計(jì)、比例施肥泵、吸肥管、營(yíng)養(yǎng)液母液桶、第一過(guò)濾器、調(diào)節(jié)閥、第二過(guò)濾器和灌溉閥；
[0006]所述的水泵的出水口連接比例施肥泵的進(jìn)水口，并且水泵的出水管路上設(shè)置有進(jìn)水閥和流量計(jì)；
[0007]所述的吸肥管的一端位于營(yíng)養(yǎng)液母液桶內(nèi)，另一端連接比例施肥泵的營(yíng)養(yǎng)液輸入口，吸肥管上設(shè)置有第一過(guò)濾器和調(diào)節(jié)閥；[0008]所述的比例施肥泵的出水口連接的管路中設(shè)置有第二過(guò)濾器和灌溉閥；
[0009]所述的土壤濕度傳感器采集的信號(hào)輸入到控制器；
[0010]所述的液位傳感器設(shè)置于營(yíng)養(yǎng)液母液桶中，液位傳感器采集的信號(hào)輸入到控制器；
[0011]所述的pH傳感器和Ec傳感器用于檢測(cè)比例施肥泵出水口輸出的灌溉液的pH和Ec，并將采集到的信號(hào)輸入到控制器；
[0012]所述的流量計(jì)采集的信號(hào)輸入到控制器；
[0013]所述的控制器通過(guò)IO 口控制進(jìn)水閥、調(diào)節(jié)閥和灌溉閥的開(kāi)與關(guān)；
[0014]還包括上位機(jī)；
[0015]所述的上位機(jī)配置有人機(jī)交互單元；
[0016]所述的控制器與所述的上位機(jī)通信。
[0017]更加優(yōu)選技術(shù)方案，所述的控制器采用STM32F103ZET6。
[0018]更加優(yōu)選技術(shù)方案，所述的人機(jī)交互單元采用觸摸屏實(shí)現(xiàn)。
[0019]更加優(yōu)選技術(shù)方案，所述的控制器與所述的上位機(jī)采用串口通信。
[0020]更加優(yōu)選技術(shù)方案，所述的控制器通過(guò)繼電器模塊控制進(jìn)水閥、調(diào)節(jié)閥和灌溉閥的開(kāi)與關(guān)。
[0021]更加優(yōu)選技術(shù)方案，所述的比例施肥泵采用以色列泰芬TEFEN-MixRite美瑞比例施肥泵。
[0022]更加優(yōu)選技術(shù)方案，所述的觸摸屏采用廣州微嵌公司的可編程HMI組態(tài)型工業(yè)觸摸屏。
[0023]本實(shí)用新型技術(shù)所提到的比例施肥泵屬于本【技術(shù)領(lǐng)域】公知技術(shù)，不做詳細(xì)描述。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:(I)本實(shí)用新型解決了傳統(tǒng)人工灌溉方式帶來(lái)的勞動(dòng)力成本高、水肥資源利用率低等問(wèn)題，有效地減輕了土壤與環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)灌溉施肥智能化、自動(dòng)化。(2)針對(duì)我國(guó)智能灌溉施肥裝置主要依賴進(jìn)口、自動(dòng)化施肥裝置與市場(chǎng)需要嚴(yán)重脫節(jié)的現(xiàn)狀，本實(shí)用新型研制的輕簡(jiǎn)式農(nóng)業(yè)智能灌溉施肥裝置可以代替進(jìn)口產(chǎn)品，極大地降低了溫室作物精準(zhǔn)施肥成本，提高了設(shè)施農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)，具有較強(qiáng)的推廣性和適用性。(3)本實(shí)用新型裝置體積小，操作簡(jiǎn)單，可以自由移動(dòng)，方便在多個(gè)溫室內(nèi)使用。(4)本實(shí)用新型裝置具有顯著的節(jié)水作用，提高了肥料利用率和作物產(chǎn)量，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了勞動(dòng)成本。(5)本實(shí)用新型系統(tǒng)硬件配置高，性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉。系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備STM32F103ZET6工控模塊、微嵌WQT系列觸摸屏Ec/pH監(jiān)測(cè)儀實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，降低系統(tǒng)造價(jià)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)為進(jìn)口的電磁閥、水泵，保證了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。本實(shí)用新型特別適用于大型多棟溫室無(wú)土栽培智能化灌溉施肥的場(chǎng)合。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1作物營(yíng)養(yǎng)液標(biāo)定流程示意圖；
[0026]圖2本實(shí)用新型基于ARM的輕簡(jiǎn)式農(nóng)業(yè)智能灌溉施肥控制系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]其中I是觸摸屏，2是控制箱，3是比例施肥泵，4是吸肥管，5是混肥閥，6是進(jìn)水閥，7是流量計(jì)，8是進(jìn)水口，9是滑輪，10是液位傳感器，11是營(yíng)養(yǎng)液母液桶，12是整體支架，13是灌溉閥，14是Ec電極，15是PH電極，16是出水口，17是自吸泵。
[0028]圖3本實(shí)用新型基于ARM的輕簡(jiǎn)式農(nóng)業(yè)智能灌溉施肥控制系統(tǒng)管路示意圖；
[0029]圖4本實(shí)用新型基于ARM的輕簡(jiǎn)式農(nóng)業(yè)智能灌溉施肥控制系統(tǒng)電路原理示意圖；
[0030]圖5 —個(gè)具體實(shí)施例軟件控制程序流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步的描述。
[0032]基于ARM的輕簡(jiǎn)式農(nóng)業(yè)智能灌溉施肥控制系統(tǒng)，包括液位傳感器、pH傳感器、Ec傳感器、土壤濕度傳感器、控制器、水泵、進(jìn)水閥、流量計(jì)、比例施肥泵、吸肥管、營(yíng)養(yǎng)液母液桶、第一過(guò)濾器、調(diào)節(jié)閥、第二過(guò)濾器和灌溉閥；所述的水泵的出水口連接比例施肥泵的進(jìn)水口，并且水泵的出水管路上設(shè)置有進(jìn)水閥和流量計(jì)；所述的吸肥管的一端位于營(yíng)養(yǎng)液母液桶內(nèi)，另一端連接比例施肥泵的營(yíng)養(yǎng)液輸入口，吸肥管上設(shè)置有第一過(guò)濾器和調(diào)節(jié)閥；所述的比例施肥泵的出水口連接的管路中設(shè)置有第二過(guò)濾器和灌溉閥；所述的土壤濕度傳感器采集的信號(hào)輸入到控制器中；所述的液位傳感器設(shè)置于營(yíng)養(yǎng)液母液桶中，液位傳感器采集的信號(hào)輸入到控制器；所述的PH傳感器和Ec傳感器用于檢測(cè)比例施肥泵出水口輸出的灌溉液的PH和Ec，并將采集到的信號(hào)輸入到控制器；所述的流量計(jì)采集的信號(hào)輸入到控制器；所述的控制器通過(guò)IO 口控制進(jìn)水閥、調(diào)節(jié)閥和灌溉閥的開(kāi)與關(guān)；還包括上位機(jī)；所述的上位機(jī)配置有人機(jī)交互單元；所述的控制器與所述的上位機(jī)通信。其中，所述的控制器采用STM32F103ZET6。其中，所述的人機(jī)交互單元采用觸摸屏實(shí)現(xiàn)，并且該觸摸屏采用廣州微嵌公司的可編程HMI組態(tài)型工業(yè)觸摸屏。所述的控制器與所述的上位機(jī)采用串口通信。所述的控制器通過(guò)繼電器模塊控制進(jìn)水閥、調(diào)節(jié)閥和灌溉閥的開(kāi)與關(guān)。所述的比例施肥泵采用以色列泰芬TEFEN-MixRite美瑞比例施肥泵。
[0033]圖1，在設(shè)施農(nóng)業(yè)無(wú)土栽培中，由于栽培基質(zhì)所含有的營(yíng)養(yǎng)元素甚微或幾乎沒(méi)有，因此必須完全依靠營(yíng)養(yǎng)液提供。一般采用全溶性的肥料，先配制成營(yíng)養(yǎng)液母液，灌溉時(shí)再稀釋到一定的濃度供應(yīng)植物。不同作物對(duì)各種營(yíng)養(yǎng)成分的需求量及其各種營(yíng)養(yǎng)成分之間的比例存在差異，所以先選定栽培作物，參考其成熟配方，選用相應(yīng)的肥料配制營(yíng)養(yǎng)液母液，再對(duì)營(yíng)養(yǎng)液的Ec值、pH值進(jìn)行標(biāo)定，最終確定適合作物不同生長(zhǎng)階段營(yíng)養(yǎng)需求的稀釋比例。
[0034]圖2，該圖是由計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的輕簡(jiǎn)式農(nóng)業(yè)智能灌溉施肥裝置的三維模擬圖，該裝置主要由觸摸屏1，控制箱2，比例施肥泵3，吸肥管4，混肥閥5，進(jìn)水閥6，流量計(jì)7，進(jìn)水口 8，滑輪9，液位傳感器10，營(yíng)養(yǎng)液母液桶11，整體支架12，灌溉閥13，Ec電極14，PH電極15，出水口 16，自吸泵17組成。該裝置可以在不同溫室之間靈活移動(dòng)使用，使用快速密封接頭能快捷的與溫室的管路連成一體，借助滴灌系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)灌溉施肥?？刂葡洳捎梅浪莱痹O(shè)計(jì)，能夠適應(yīng)溫室的濕熱環(huán)境，可在溫室內(nèi)長(zhǎng)期放置，可以通過(guò)控制箱的面板按鍵靈活設(shè)定施肥程序，以適應(yīng)不同作物需求。
[0035]圖3，肥料液和水混合均勻是施肥均勻的先決條件。本實(shí)用新型裝置中比例施肥泵選用以色列泰芬TEFEN-MixRite美瑞比例施肥泵，該泵計(jì)量準(zhǔn)確，具有很高的可靠性，其工作原理:吸肥管和比例施肥泵主體是通過(guò)一個(gè)連接到水流動(dòng)力的活塞機(jī)心桿結(jié)合在一起，這個(gè)裝有止倒流的活塞機(jī)桿在一個(gè)圓柱體內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，將水壓出去的同時(shí)，將裝在底部容器里的肥料溶液通過(guò)管道均勻得吸入水流中。由于依靠水壓驅(qū)動(dòng)，溶液的吸入量與進(jìn)入施肥泵的水量成正比，不會(huì)隨主水管道的流量和壓力波動(dòng)發(fā)生變化，即混合的肥水比例是恒定的。
[0036]從節(jié)約成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的角度出發(fā)，研究中選用固體肥料配置營(yíng)養(yǎng)液母液。由于多種肥料之間的兼容性問(wèn)題，混合后會(huì)產(chǎn)生沉淀，這會(huì)帶來(lái)2個(gè)方面的問(wèn)題:一方面，營(yíng)養(yǎng)液母液產(chǎn)生沉淀，會(huì)導(dǎo)致稀釋后灌溉液的Ec值和pH值不夠準(zhǔn)確；另一方面，由于灌溉管道較小，帶有沉淀的灌溉液容易造成堵塞，影響系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性。針對(duì)以上問(wèn)題，系統(tǒng)設(shè)定在肥水灌溉前，啟動(dòng)自吸泵循環(huán)混合營(yíng)養(yǎng)液母液，為比例施肥泵提供充分混合的營(yíng)養(yǎng)液母液。另外，系統(tǒng)采用兩級(jí)過(guò)濾，營(yíng)養(yǎng)液母液桶里的高濃度肥液經(jīng)過(guò)初級(jí)過(guò)濾器由施肥泵注入到灌溉主水管道中，再經(jīng)過(guò)二次過(guò)濾最后進(jìn)入滴灌帶。
[0037]控制器通過(guò)流量計(jì)輸出的脈沖個(gè)數(shù)計(jì)算出水量，通過(guò)程序判斷實(shí)際的出水量是否達(dá)到設(shè)定量，當(dāng)灌溉水量達(dá)到設(shè)定值時(shí)就自動(dòng)切斷電磁閥，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制灌溉水量。營(yíng)養(yǎng)液母液桶底部安裝有液位傳感器，通過(guò)程序自動(dòng)檢測(cè)液位，當(dāng)水位低于設(shè)定值時(shí)，調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，施肥泵不再吸取營(yíng)養(yǎng)液母液，并發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警提示。
[0038]圖4，施肥控制系統(tǒng)是輕簡(jiǎn)式精準(zhǔn)比例施肥器的核心部分，包括控制器、觸摸屏(包括了上位機(jī)和人機(jī)交互單元)、土壤濕度傳感器、液位傳感器、Ec傳感器、pH傳感器、繼電器模塊和電源管理模塊等。系統(tǒng)控制器選用基于ARMCortex-M3內(nèi)核的STM32F103ZET6工控模塊，性價(jià)比高，功能強(qiáng)大，可以完整地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、報(bào)警、設(shè)備控制等通用功能，滿足各種設(shè)施環(huán)境的智能控制與管理。觸摸屏選用廣州微嵌公司的可編程HMI組態(tài)型工業(yè)觸摸屏，包括硬件(WQT系列觸摸屏)、軟件(超級(jí)串口屏編輯軟件WQTDesigner)兩個(gè)部分。硬件采用ARM9高速CPU(400MHZ)、數(shù)字TFTIXD (LED背光顯示)、高精度電阻式觸摸屏。軟件可以快速構(gòu)造和生成嵌入式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行程序，工程以窗口為單位，構(gòu)造用戶運(yùn)行系統(tǒng)的圖形界面。STM32F103ZET6工控模塊的I/O 口實(shí)時(shí)讀取各傳感器采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換和相應(yīng)的運(yùn)算處理，利用串口與上位機(jī)(觸摸屏)建立通信，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)底層數(shù)據(jù)。通過(guò)控制器設(shè)定的程序和外設(shè)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電路(繼電器模塊)，實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(電磁閥)的控制。
[0039]圖5，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)具體包括:硬件、軟件初始化、按鈕指令輸入、信息顯示、信息存儲(chǔ)、控制算法、采樣處理、監(jiān)控與報(bào)警。智能灌溉施肥控制可以對(duì)灌溉系統(tǒng)進(jìn)行全程控制，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)灌溉液的Ec、pH值，營(yíng)養(yǎng)液母液液位，回收液的Ec值以及土壤濕度，通過(guò)上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，以便歷史信息查詢。用戶可以選定系統(tǒng)的控制模式:手動(dòng)控制和智能控制。在手動(dòng)控制模式下，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)觸控施肥，施肥時(shí)間和施肥量由操作者設(shè)置。智能控制模式下，控制器調(diào)用施肥策略，依據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的土壤濕度和回收液的Ec值，在線確定施肥量和施肥時(shí)間，實(shí)現(xiàn)智能灌溉。
[0040]影響灌溉量的因素很多，作物的生長(zhǎng)時(shí)期，作物長(zhǎng)勢(shì)以及一些氣候及環(huán)境因素，如不同季節(jié)、光照強(qiáng)度、室內(nèi)溫度、空氣相對(duì)濕度等，都會(huì)影響灌溉量。灌溉既要滿足作物對(duì)水分和養(yǎng)分的需求，又不致于造成肥水的浪費(fèi)。國(guó)內(nèi)外專家推薦固體基質(zhì)栽培的灌溉原則如下:作物根系的土壤濕度維持在60% -80%范圍內(nèi)為宜；灌溉液和回收液Ec值相差不超過(guò)
0.4-0.5ms/cm ;回收水量占總灌溉量的15% -30%為宜；回收液的pH應(yīng)該在5.0-6.0 ;灌溉應(yīng)少量多次。本實(shí)用新型設(shè)定土壤濕度65%為灌溉下限值，土壤濕度80%為灌溉上限值。當(dāng)土壤濕度低于65%時(shí)，對(duì)作物進(jìn)行灌溉；當(dāng)土壤濕度高于80%時(shí)，停止灌溉。系統(tǒng)根據(jù)灌溉前檢測(cè)的灌溉液Ec值與上一次灌溉后回收液的Ec值的差值來(lái)判斷作物是否需要施肥，本實(shí)用新型選定Ec差值等于0.5mS/cm作為判斷基準(zhǔn)，當(dāng)Ec差值超過(guò)0.5mS/cm時(shí),對(duì)作物進(jìn)行施肥；反之，不施肥。若檢測(cè)到的土壤濕度低于70%，同時(shí)Ec差值超過(guò)0.5mS/cm,優(yōu)先考慮作物對(duì)養(yǎng)分的需求，對(duì)作物進(jìn)行施肥；當(dāng)Ec差值小于0.5mS/cm、土壤濕度高于70%時(shí)，停止施肥。
[0041]本實(shí)用新型將嵌入式技術(shù)和自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用于水肥一體化精準(zhǔn)灌溉施肥，設(shè)計(jì)基于ARM的輕簡(jiǎn)式農(nóng)業(yè)智能灌溉施肥控制系統(tǒng)肥裝置，以STM32F103ZET6工控模塊為控制核心，配以相關(guān)的傳感器模塊和上位機(jī)系統(tǒng)，形成自動(dòng)灌溉、自動(dòng)施肥及營(yíng)養(yǎng)液濃度精確控制的微灌系統(tǒng)。通過(guò)硬件和軟件的優(yōu)化組合，進(jìn)行了灌溉施肥自動(dòng)控制系統(tǒng)的自主設(shè)計(jì)和制造。根據(jù)不同作物的不同需要，對(duì)灌溉液的電導(dǎo)率和酸堿度進(jìn)行精確控制。系統(tǒng)人機(jī)界面友好、功能強(qiáng)大、實(shí)用性強(qiáng)。該裝置性能優(yōu)異，具有操作簡(jiǎn)單、水肥利用率高及節(jié)約勞動(dòng)力成本等顯著特點(diǎn)。本實(shí)用新型包括STM32F103ZET6工控模塊、Ec傳感器、pH傳感器、土壤濕度傳感器、液位傳感器、流量計(jì)、觸摸屏、施肥泵、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電路、上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。本方案中各傳感器模塊實(shí)時(shí)采集相應(yīng)數(shù)據(jù)，STM32F103ZET6工控模塊的I/O 口先將讀取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算處理，再通過(guò)串口發(fā)送給上位機(jī)，并實(shí)時(shí)顯示與存儲(chǔ)。利用觸摸屏建立友好的人機(jī)界面，可以通過(guò)用戶界面輸入控制指令、監(jiān)控系統(tǒng)工作狀態(tài)、查詢歷史信息等。系統(tǒng)具有2種控制方式:手動(dòng)控制和智能控制。按下界面上手動(dòng)控制按鈕，控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)觸控灌溉施肥，灌溉施肥時(shí)間和灌溉施肥量由操作者控制；按下界面上智能控制按鈕，系統(tǒng)調(diào)用智能施肥程序，依據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的土壤濕度和回收液的Ec值，在線確定施肥量和施肥時(shí)間，實(shí)現(xiàn)智能灌溉。
[0042]針對(duì)作物不同生長(zhǎng)階段對(duì)肥料濃度的要求，將可溶性固體肥料配兌成不同濃度的母液與灌溉水一起，按照一定比例適時(shí)、適量、準(zhǔn)確地輸送到作物根部，達(dá)到以肥調(diào)水，以水促肥，實(shí)現(xiàn)精確灌溉施肥。在輕簡(jiǎn)式農(nóng)業(yè)智能灌溉施肥裝置的設(shè)計(jì)中，包括移動(dòng)式比例施肥器的本體設(shè)計(jì)，施肥器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及智能灌溉施肥控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)包括灌溉液的Ec、pH的在線監(jiān)測(cè)，營(yíng)養(yǎng)液母液液位在線監(jiān)測(cè)，基質(zhì)土壤濕度的在線監(jiān)測(cè)。控制系統(tǒng)包括兩種灌溉施肥方式，一是通過(guò)觸碰觸摸屏上相應(yīng)按鈕，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)灌溉施肥，灌溉施肥時(shí)間人為設(shè)定。另一種則是根據(jù)控制器里制定的智能灌溉施肥策略及在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的相關(guān)數(shù)據(jù)(土壤濕度、回收液液位、回收液Ec值)，實(shí)現(xiàn)智能灌溉與施月巴。比例施肥泵以流動(dòng)壓力水為動(dòng)力，不需要其他任何動(dòng)力設(shè)置，比例在0.4%?4%范圍內(nèi)可調(diào)。Ec、pH、液位、土壤濕度等傳感器對(duì)相關(guān)參數(shù)實(shí)時(shí)采集并送入下位機(jī)(控制器)中，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換和相應(yīng)的運(yùn)算處理，利用串口通信傳入上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，人機(jī)交互。
【權(quán)利要求】
1.基于ARM的輕簡(jiǎn)式農(nóng)業(yè)智能灌溉施肥控制系統(tǒng)，其特征在于，包括液位傳感器、pH傳感器、Ec傳感器、土壤濕度傳感器、控制器、水泵、進(jìn)水閥、流量計(jì)、比例施肥泵、吸肥管、營(yíng)養(yǎng)液母液桶、第一過(guò)濾器、調(diào)節(jié)閥、第二過(guò)濾器和灌溉閥； 所述的水泵的出水口連接比例施肥泵的進(jìn)水口，并且水泵的出水管路上設(shè)置有進(jìn)水閥和流量計(jì)； 所述的吸肥管的一端位于營(yíng)養(yǎng)液母液桶內(nèi)，另一端連接比例施肥泵的營(yíng)養(yǎng)液輸入口，吸肥管上設(shè)置有第一過(guò)濾器和調(diào)節(jié)閥； 所述的比例施肥泵的出水口連接的管路中設(shè)置有第二過(guò)濾器和灌溉閥； 所述的土壤濕度傳感器采集的信號(hào)輸入到控制器； 所述的液位傳感器設(shè)置于營(yíng)養(yǎng)液母液桶中，液位傳感器采集的信號(hào)輸入到控制器；所述的PH傳感器和Ec傳感器用于檢測(cè)比例施肥泵出水口輸出的灌溉液的pH和Ec，并將采集到的信號(hào)輸入到控制器； 所述的流量計(jì)采集的信號(hào)輸入到控制器； 所述的控制器通過(guò)IO 口控制進(jìn)水閥、調(diào)節(jié)閥和灌溉閥的開(kāi)與關(guān)； 還包括上位機(jī)； 所述的上位機(jī)配置有人機(jī)交互單元； 所述的控制器與所述的上位機(jī)通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM的輕簡(jiǎn)式農(nóng)業(yè)智能灌溉施肥控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的控制器采用STM32F103ZET6。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM的輕簡(jiǎn)式農(nóng)業(yè)智能灌溉施肥控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的人機(jī)交互單元采用觸摸屏實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM的輕簡(jiǎn)式農(nóng)業(yè)智能灌溉施肥控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的控制器與所述的上位機(jī)采用串口通信。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM的輕簡(jiǎn)式農(nóng)業(yè)智能灌溉施肥控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的控制器通過(guò)繼電器模塊控制進(jìn)水閥、調(diào)節(jié)閥和灌溉閥的開(kāi)與關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM的輕簡(jiǎn)式農(nóng)業(yè)智能灌溉施肥控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的比例施肥泵采用以色列泰芬TEFEN-MixRite美瑞比例施肥泵。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于ARM的輕簡(jiǎn)式農(nóng)業(yè)智能灌溉施肥控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的觸摸屏采用廣州微嵌公司的可編程HMI組態(tài)型工業(yè)觸摸屏。
【文檔編號(hào)】A01G25/16GK203773279SQ201420137378
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】汪小旵, 狄嬌, 孫國(guó)祥, 李永博, 陳滿, 施印炎, 陳景波 申請(qǐng)人:南京農(nóng)業(yè)大學(xué)