[发明专利]利用分布式控制自动施肥给水的精准农艺控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于农业水肥自动化控制技术领域，具体说是一种利用分布式控制自动施肥给水的精准农艺控制系统及方法。

背景技术

随着自控技术和检测技术的发展，农业自动化水平不断提高，涌现出一批半自动化、自动化的水肥管理系统，使农业生产水平有了大幅度的提高。

但是，在实际使用中也出现了如下的问题：

1、水肥管理系统的检测探头埋设在田间地头，通过电缆将田间的检测参数值反馈给中央控制计算机，由于田间检测探头输出的几乎都是微弱的模拟量信号，长距离的传输以及温度的变化都会使信号产生漂移，对于中央计算机的决策和判断会产生直接的影响，因此需要经常对田间传感器进行较准，不但费时费力，而且影响整个系统的准确性和可靠性；

2、整套系统的控制参数和计算公式完全在中央计算机内，增加了中央计算机的存储量和计算量，中央计算机一旦出现运行故障，整套系统完全瘫痪，在农作物生长关键期会产生不可挽回的影响；

3、整套系统的扩展性受到中央计算机硬件输入点和输出点的限制。

发明内容

为解决以上问题，本发明的目的是提出了利用分布式控制自动施肥给水的精准农艺控制系统。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是提供一种利用分布式控制自动施肥给水的精准农艺控制系统，本系统包括多个田间子系统、灌溉执行子系统、上位监控子系统；

每个田间子系统通过通讯总线与灌溉执行子系统连接，可以向灌溉执行子系统发送灌溉需求；

每个田间子系统通过通讯总线与上位监控子系统连接，可以传递田间子系的工作状态到上位监控子系统；

田间子系统主要由田间控制计算机、与田间控制计算机连接的温度传感器、浅层土壤湿度传感器、深层土壤湿度传感器、离子浓度传感器及气象站组成；

灌溉执行子系统主要由灌溉控制计算机、与灌溉控制计算机连接的水泵、过滤设备、施肥机、流量监控设备组成；在接到某个田间灌溉子系统发出的灌溉需求后，按照需求进行定量的浇水和/或施肥；

上位监控子系统主要由计算机和监控组态系统组成；实现对田间子系统工作参数的设定及工作状态的监控。

进一步的，所述每个田间子系统的田间控制计算机设置四个模拟量输入接口、一个数字通讯接口和一个通讯总线接口；

四个模拟量接口分别连接浅层土壤湿度传感器、深层土壤湿度传感器、土壤温度传感器、离子浓度传感器；

一个数字通讯接口连接气象站，通过数字通信来采集气象信息；

每个田间子系统通过四个模拟量接口实时监测采集土壤中的多种参数变化，还通过一个数字通讯接口采集前馈气象信息；经过计算判断是否浇水，以及控制浇水量；判断是否施肥，以及控制施肥量；实现各个田间子系统进行独立计算，减少了数据计算量和存储量，使系统的响应更加迅速。

进一步的，灌溉执行子系统主要由与灌溉控制计算机连接的水泵、过滤设备、施肥机、流量监控设备组成；

水泵位于田间的水井中与灌溉控制计算机之间通过数据线相连，由灌溉控制计算机控制其启停；灌溉控制计算机、过滤设备、施肥机、流量监控设备集成在一起放置于田地边缘；水泵与过滤设备之间通过管道连接，井里面的水从水泵中吸出来，通过过滤设备过滤后进入施肥机；流量监控设备设置于过滤设备和施肥机之间；

在接到某个田间灌溉子系统发出的灌溉需求后，由灌溉控制计算机控制水泵和施肥机的启停，进而按照需求进行定量的浇水和/或施肥。

进一步的，浅层土壤湿度传感器与深层土壤湿度传感器安装在同一垂直线上，温度传感器、离子浓度传感器安装在植物根系附近，以上四个传感器通过数据线与田间控制计算机通信，检测数据实时传送到田间控制计算机中；气象站安装在传感器上方；传感器安装在田块的中央位置。

进一步的，系统还包括备用灌溉执行子系统，与灌溉执行子系统配置相同，在灌溉执行子系统故障时接替工作。

还提供一种利用分布式控制自动施肥给水的精准农艺控制方法，每个田间子系统进行计算判断以及采取相应的控制过程中，首先在浅层土壤传感器检测到缺水的情况下，判断深层土壤传感器是否缺水，如果缺水，通过气象信息综合判断是否需要浇水；

浅层土壤传感器检测到缺水的情况下，判断土壤离子浓度是否低于设定值，如果低于设定值，需要浇水并施肥；

土壤离子浓度低于设定值时，无论土壤是否缺水，都需要浇水并施肥；