專利名稱：一種太陽能噴灌裝置的智能管理方法
技術領域：
本發明涉及智能灌溉領域，具體涉及到一種太陽能噴灌裝置的智能管理方法。
背景技術：
我國水資源總量28000億平方千米，人均占有量約2200立方米，只有世界人均占有量的25%，水資源時空分布不均、水污染、水生態系統失衡等問題加劇了當前水資源供需矛盾。因此于我國而言，對水資源的合理規劃與利用迫在眉睫。科學合理地利用有限的水資源，有效地控制灌溉用水量，根據天然降水量、水庫蓄水量、可開采地下水量及農作物生長的需要及時供應水量，是促進節約用水的必要的科學手段，因此實施智能灌溉控制系統勢在必行。城市綠化作為城市生態系統中的還原組織，在改善城市環境中占有很高地位。草 坪作為城市綠化的重要組成部分，其合理的管理方式，不僅是對城市綠化的促進，更是對水資源的有效利用。目前城市草坪管理有以下典型特點應用環境可知性、草坪生產需求可知性、充足的太陽能資源、草坪建設基礎設施少。因此，結合太陽能實現系統的供電，既能節約電能，亦可省去對系統供電所需要的電纜等設備。目前，草坪一般仍采用人工噴灌或者電磁閥定時噴灌的方式，也有少量對智能噴灌的研究，但僅僅實現了對草坪簡單的管理，尚沒有一種科學、合理、完善的智能管理方法應用于實際，導致了水資源的嚴重浪費。部分技術較為先進的噴灌裝置，采用無線傳感技術或GPRS技術進行遠程控制，對于一般的草坪噴灌沒有優勢可言。因此，實施一種適用于一般性草坪灌溉的智能管理方法勢在必行。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術不足，提供了一種太陽能噴灌裝置的智能管理方法，以減少水資源的浪費。本發明采用的技術方案為一種太陽能噴灌裝置的智能管理方法，包括智能噴灌管理策略和太陽能鋰電池充電管理策略；所述智能噴灌管理策略是根據草坪需水量、草坪耐熱性及草坪獲病害規律綜合制定的；在保證草坪正常生長而又不浪費水資源的前提下，設定的工作模式為(1)清晨進行噴灌，夜間系統進入睡眠狀態；(2)保持土壤的含
I旦舍80%田間持水量X水的密度 60%m間持水暈X水的密度4、上^旦W卞
7jc m * -SlWE- -丄壤的密度-^ 間，^ a 7jc m T
6_使能麵，當含水量高于8_時結麵概；⑶
在午間當氣溫高于35°C時，進行短時間的噴水降溫，當溫度降至25°C時，結束物理降溫過程;所述太陽能鋰電池充電管理策略，利用電源管理芯片進行恒壓、恒流、涓流模式充電，當檢測到的電池電量小于20%時開始充電，當電池電量高于額定值時停止充電；這樣在噴灌裝置遇到長時間陰雨天氣時，自然降雨可供給草坪正常的水分；待天氣好轉，利用鋰電池充電管理方法對裝置重新充電，恢復正常工作，從而減少了鋰電池充電次數，延長了使用壽命。作為優選，所述草坪需水量是根據草坪在不同月份、不同持水量下的外觀質量的變化趨勢得出的；所述草坪耐熱性，是通過噴水前后草坪外滲液電導率的變化趨勢得出的；所述草坪獲病害規律，是指在晚間進行噴灌會加劇草坪的病蟲災害，選擇在清晨噴灌將有益草坪生長。作為優選，所述智能噴灌管理策略中土壤含水量和空氣溫度參數由水分傳感器及溫度傳感器測出，由MCU (單片機)讀取并通過CAN總線發送數據到PC機顯示。作為優選，所述的太陽能噴灌裝置的智能管理方法，由人機交互軟件提供用戶的可視化操作，可實現人工控制與自動控制方式間的切換，并通過CAN收發器、CAN總線實現 PC與各噴灌節點間的通訊。有益效果1.由于本發明結合了草坪的生長規律，以草坪需水量、耐熱性及獲病害規律制定智能噴灌管理策略，不僅滿足了草坪的正常生長需求，同時減少了水資源的浪費。結合城市草坪的管理特點，利用太陽能對裝置進行供電，減少了電纜鋪設成本，并采用鋰電池充電管理策略，減少了電池充電次數，延長了使用壽命。2.本發明的智能管理方法由人機交互軟件提供用戶的可視化操作，通過CAN總線實現分布式網絡管理，可對所有網絡進行實時的人工與自動控制。3.隨著人們生活水平的提高，作為農業大國，我國農村的糧食種植會趨于集中化管理，因此本發明的智能管理方法亦可應用于農業、果園種植的大面積管理，可節約大量人力資源，并減少水資源的浪費，更好地推進農村經濟和城市綠化工作。
圖I為太陽能噴灌裝置的智能管理方法的結構示意圖；圖2為不同持水量下草坪外觀質量變化趨勢示意圖；圖3為噴水處理前、后草坪外滲液電導率隨試驗天數的變化示意圖；圖4為智能噴灌管理策略的實現流程圖；圖5為太陽能噴灌裝置的智能管理方法的總體實現流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。采用本發明實施的總體結構示意圖如圖I所示。其中，草坪需水量101是通過不同持水量下草坪的外觀質量的變化規律確定，草坪耐熱性102通過草坪草葉片的外滲液電導率進行衡量，草坪獲病害規律103是指草坪在晚間進行噴灌將加劇獲病害率，在清晨噴灌將有益草坪生長，智能噴灌管理策略104是根據草坪需水量101、草坪耐熱性102、草坪獲病害規律103綜合制定的。太陽能鋰電池充電管理策略105，利用電源管理芯片進行恒壓、恒流、涓流模式充電，當檢測到的電池電量小于20%時開始充電，當電池電量高于額定值時停止充電；這樣在噴灌裝置遇到長時間陰雨天氣時，自然降雨可供給草坪正常的水分；待天氣好轉，利用鋰電池充電管理方法使裝置重新充電，恢復正常工作，從而減少了鋰電池充電次數，延長了使用壽命。太陽能噴灌裝置106結合智能噴灌管理策略104、太陽能鋰電池充電管理策略105，實現整套系統的智能控制，通過雙穩態脈沖驅動電路控制脈沖電磁閥108的通、斷，從而使能與結束噴灌；同時，通過CAN收發器107、CAN總線109實現PC與各噴灌節點間的通訊，并提供人機交互軟件供用戶進行可視化操作。不同持水量下草坪外觀質量變化趨勢如圖2所示，目的是為了確定草坪需水量101。由圖可見，80°/Γ60%田間持水量時草坪的生長情況與100°/Γ80%田間持水量時幾乎一致，且較609Γ40%田間持水量時有較大提升，由此可確定使土壤持水量保持在田間持水量的80%飛0%之間時，既保證了草坪的正常生長，又避免了過量灌溉造成的水量流失，是最適宜的土壤持水量。圖3是對草坪耐熱性102研究，為噴水處理前、后草坪外滲液電導率隨試驗天數的變化示意圖。由圖可見，使用噴水作為草坪物理降溫的手段，可以有效降低高溫對草坪的危
害。 結合圖2、圖3及草坪獲病害規律103，智能噴灌管理策略104設定的工作模式為(1)在清晨進行噴灌，夜間系統進入睡眠狀態，降低能耗；(2)保持土壤的含水量在80%W間持水量X水的密度.60%田fnj持水量X水的密度十 ,▲ ±+ 60%田間持水—S:X水的密度
土壤的密度土壤的密度十壤的密度
時使能灌溉，當含水量高于^時結束灌溉;(3)在午間當氣溫高于35
時，進行短時間的噴水降溫，當溫度降至25 °C時，結束物理降溫過程。采用本發明實施的智能噴灌管理策略104的實現流程圖如圖4所示，開始于步驟401，結束于步驟410 步驟401:開始；步驟402 :太陽能噴灌裝置106判斷當前時間是否為清晨，如果滿足條件，則進入步驟403，否則進入步驟407 ；步驟403 :時間為清晨，通過太陽能噴灌裝置106檢測到的土壤水分含量，判斷土壤含水量是否低于6(>%Π'，若滿足條件，則進入步驟404，否則轉入步驟402 ；步驟404 :太陽能噴灌裝置106使能噴灌，開啟脈沖電磁閥108 ；步驟405 :通過太陽能噴灌裝置106檢測到的土壤水分含量，判斷土壤含水量是否
高于80%Π1間SSf的密度,若滿足條件，則進入步驟406,否則轉入步驟404 ；步驟406 :太陽能噴灌裝置106結束噴灌，關斷脈沖電磁閥108 ；步驟407 :時間不在清晨，通過太陽能噴灌裝置106檢測的空氣溫度，判斷溫度是否高于35°C，若滿足條件，則進入步驟408，否則轉入步驟402 ；步驟408 :太陽能噴灌裝置106使能噴灌，開啟脈沖電磁閥108 ；步驟409 :通過太陽能噴灌裝置106檢測的空氣溫度，判斷溫度是否低于25°C，若滿足條件，則進入步驟410，否則轉入步驟408 ；步驟410 :太陽能噴灌裝置106結束噴灌，關斷脈沖電磁閥108。
采用本發明實施的太陽能噴灌裝置106的智能管理方法的總體實現流程圖如圖5所示，開始于步驟501，結束于步驟515，其中步驟503 507用于實現太陽能鋰電池充電管理策略105，步驟511飛15用于實現智能噴灌管理與人工方式的選擇步驟501 :軟件初始化，主要包括，初始化脈沖繼電器(用于控制鋰電池充電)及脈沖電磁閥(用于使能噴灌)的狀態，初始化單片機(C8051RM0)的相關寄存器，初始化水分傳感器、溫度傳感器的相關寄存器；步驟502 :使能單片機(C8051RM0)全局中斷，包括定時器中斷、CAN中斷；步驟503 :利用單片機(C8051RM0)的模數轉換器，進行鋰電池電壓采集；步驟504 :判斷電池電量是否小于20%，如果滿足條件，則進入步驟505，否則無動作；步驟505 :脈沖繼電器閉合，使能鋰電池充電； 步驟506 :判斷電池電量是否高于額定值，如果滿足條件，則進入步驟507，否則無動作；步驟507 :脈沖繼電器斷開，結束鋰電池充電；步驟508 :利用溫度傳感器進行空氣溫度的采集；步驟509 :利用土壤水分傳感器進行土壤水分含量的采集；步驟510 :將相關參數通過CAN總線109發送給PC機；步驟511 :通過CAN總線109接收用戶的控制信息；步驟512 :判斷是否滿足人工控制模式條件，如果滿足，則進入人工控制模式，否貝IJ，轉入步驟514 ；步驟513 :人工噴灌控制模式，可手動控制脈沖電磁閥108的通、斷；步驟514 :判斷是否滿足自動控制模式條件，如果滿足，則進入自動控制模式，否貝IJ，轉入步驟511步驟515 :智能噴灌控制模式，根據智能噴灌管理策略104進行自動控制；上述圖4、圖5的過程均可以用現有技術中的編程方法實現，在此不作進一步限制。同時，本發明實現的太陽能噴灌裝置的智能管理方法，由人機交互軟件提供用戶的可視化操作，用戶可以在PC機上實現人工控制與自動控制模式的選擇，查看當前各網絡中電磁閥、電池電壓、土壤水分含量、空氣溫度等相關狀態，供用戶做出有效決策。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種太陽能噴灌裝置的智能管理方法，其特征在于包括智能噴灌管理策略(104)和太陽能鋰電池充電管理策略(105)； 所述智能噴灌管理策略(104)是根據草坪需水量(101)、草坪耐熱性(102)及草坪獲病害規律(103)綜合制定的；在保證草坪正常生長而又不浪費水資源的前提下，設定的工作模式為(1)清晨進行噴灌，夜間系統進入睡眠狀態；(2)保持土壤的a I旦女80%田間持水量X水的密度 60%丨Tl間持水量X水的密度a、上^旦w卞白勺a 7jc * *----土壤的密度^間，a a 7jc M鮮使能灌溉，當含水量訂時結麵溉;⑶在午間當氣溫高于35°c時，進行短時間的噴水降溫，當溫度降至25°C時，結束物理降溫過程;所述太陽能鋰電池充電管理策略(105)，利用電源管理芯片進行恒壓、恒流、涓流模式充電，當檢測到的電池電量小于20%時開始充電，當電池電量高于額定值時停止充電。
2.根據權利要求I所述的一種太陽能噴灌裝置的智能管理方法，其特征在于所述草坪需水量(101)是根據草坪在不同月份、不同持水量下的外觀質量的變化趨勢得出的； 所述草坪耐熱性(102)，是通過噴水前后草坪外滲液電導率的變化趨勢得出的； 所述草坪獲病害規律(103)，是指在晚間進行噴灌會加劇草坪的病蟲災害，選擇在清晨噴灌將有益草坪生長。
3.根據權利要求I所述的一種太陽能噴灌裝置的智能管理方法，其特征在于所述智能噴灌管理策略(104)中土壤含水量和空氣溫度參數由水分傳感器及溫度傳感器測出，由單片機讀取并通過CAN總線(109)發送數據到PC機顯示。
4.根據權利要求I所述的一種太陽能噴灌裝置的智能管理方法，其特征在于采用雙穩態脈沖驅動電路控制電磁閥(108)的通或斷。
5.根據權利要求I所述的一種太陽能噴灌裝置的智能管理方法，其特征在于所述的太陽能噴灌裝置的智能管理方法，由人機交互軟件提供用戶的可視化操作，可實現人工控制與自動控制方式間的切換，并通過CAN收發器(107)、CAN總線(109)實現PC與各噴灌節點間的通訊。
全文摘要
本發明公開了一種太陽能噴灌裝置的智能管理方法，該方法包括智能噴灌管理策略和太陽能鋰電池充電管理策略。其中，智能噴灌管理策略根據草坪的需水量、耐熱性及獲病害規律綜合制定，需水量根據草坪在不同持水量下外觀質量的變化得出，耐熱性通過噴水前后草坪外滲液電導率的變化得出，獲病害規律是指在晚間噴灌將加劇草坪的病蟲災害；太陽能鋰電池充電管理策略，利用電源管理芯片，根據檢測到的電量對鋰電池進行恒壓、恒流、涓流模式的智能充電。本發明可實現太陽能噴灌裝置的智能控制，并由CAN總線實現PC機與各噴灌節點間的通訊，實現分布式網絡管理，不僅滿足了草坪的正常生長需求，同時減少了水資源的浪費，提高了噴灌裝置的智能化水平。
文檔編號A01G25/16GK102835295SQ201210357809
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月24日 優先權日2012年9月24日
發明者葉樺, 冒建亮, 孫曉潔, 張舒哲, 何冰 申請人:東南大學