一种基于植物全生育期的智能灌溉控制器及使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于农业灌溉技术领域，涉及能够精量控制种植植物整个生育期内灌水量 的设备，更具体的说是一种基于植物全生育期的智能灌溉控制器及使用方法。
【背景技术】
[0002] 21世纪水资源正在变成一种宝贵的稀缺资源，水资源问题已不仅仅是资源问题， 更是关系到国家经济、社会可持续发展和长治久安的重大战略问题。资源缺乏，一直是制约 我国经济社会发展的重要因素之一。目前，全市设施种植业达60万亩，带动30多万农民就 业。人工管理成本高、水肥药等资源利用效率低严重制约设施种植业的可持续发展，采用先 进的节水灌溉控制技术应用于农业节水灌溉，不仅可以提高资源利用效率、改善生态环境、 降低管理成本、提高经济效益，还可以减少频繁的灌溉导致的根层无机氮的大量淋失，减轻 不断追肥造成根层氮素失衡的恶性循环，减少频繁灌溉造成的作物养分需求和土壤供应的 不同步带来的损失。对天津乃至全国节水灌溉技术的发展具有重要意义。
[0003] 设施农业是发达地区现代农业的重要标志，是天津沿海都市型农业的支柱产业和 农民增收的主要途径，在农业及农村经济发展中的地位和作用越来越重要。随着农业物联 网技术的发展，使得设施农业能够实现集中管理，整体监控。在设施农业生产过程中，植物 的生长对于水的依赖在其整个生育期内都是毋庸置疑的，传统的大水漫灌或者是不当的灌 水制度，将会导致植物发病率大大提高，生长受限，甚至死亡。智能灌溉控制器是现代农业 节水灌溉的重要手段，总的来看，基于植物全生育期的智能灌溉控制器通过采用预设植物 灌溉处方程序与流量传感器、电磁阀相结合，提高了灌溉精度，降低了人工成本，能够比传 统灌水方式节水15%以上。
[0004] 目前，传统的灌溉方式大多通过农民田间经验，甚至是大水漫灌的方式，耗时费 力，针对性差，并且容易导致植物跟层无机氮的淋失，增加作物养分的流失，给植物和土壤 都会带来了不可估量的损失;采用传统的灌溉方式也无法适应在农业物联网环境下实现的 温室远程灌溉管理等相关工作。
【发明内容】
[0005] 本发明多要解决的问题是：克服现有技术的不足，提供一种能够按照预设置植物 灌溉处方参数，对设施温室内植物进行全生育期自动化智能灌溉的设备，通过采用流量传 感器和电磁阀精确控制植物在不同生育期内的灌水量、灌水次数、时间间隔等。同时该设备 能够起到农业物联网的中间件设备的作用，完成物联网底层设备感知层和上层应用层之间 的互通互联。本发明所公开的控制器具有体积小，重量轻，操作简单，安装方便，控制灌水量 精确等特点。
[0006] 为实现上述目的，本发明公开了如下的技术方案： 一种基于植物全生育期的智能灌溉控制器，其特征在于该控制器包括智能灌溉控制器 主机和智能灌溉控制器主机外壳； 所述的智能灌溉控制器主机包括:ARM数据处理核心单元、通信单元、电源管理单元、灌 溉管理单元以及灌溉控制单元，其工作时，通过向触摸屏系统输入与植物全生育期灌溉相 关的参数，如各个生育期的起始时间和截止时间、不同阶段所对应的灌溉量、灌溉次数、间 隔时间等，之后启动自动灌溉流程，系统能够自动判断作物所处生育周期，跟据流量传感器 传回的实时数据，并按照设定参数控制电磁阀的启停完成灌溉。同时系统也可以采用临时 补灌方案，随时增加灌水量;同时，系统还可以通过短距离无线模块接收由下位机传感器传 回的环境参数数据，如空气温湿度、土壤温湿度、光照等，也能够为植物全生育期的灌溉提 供有力的参考依据；同时，系统通过打包环境数据后通过GPRS模块上传至设施农业物联网 监控系统中。电源管理单元主要为系统提供合适的电压输出，保证整个设备的正常运行。
[0007] 本发明所述的智能灌溉控制器主机同时存储4种植物全生育期内的灌溉处方参 数，以供种植选择;程序通过实时时钟和已设定的灌溉处方参数自动判断植物当前所处生 育期;或采用临时补灌方案，随时增加灌水量，其中临时补灌方式可选择按需水量补灌或者 按照时间补灌。植物全生育期内的灌溉处方参数是由农业专家通过进行不同水分处理实验 挑选出的兼具节水、产量和品质优势的参数，这些参数可以通过触摸屏输入到控制器CPU当 中，并存储在控制器的外部存储器中，该外部存储器具有非易失性。
[0008] 本发明所述的智能灌溉控制器主机外壳包括:壳体6、外层门1，有机玻璃窗2、外层 门手柄锁3、百叶窗散热孔19、高强度铰链5、悬挂安装孔9、内层门14、内层门手柄锁15、触摸 屏安装孔16、合页18和触摸屏安装窗17;壳体6通过高强度铰链5与外层门1连接，与传统焊 接铰链相比更加美观、强度更高、不会脱焊、断裂;壳体6通过合页18与内层门14连接;壳体6 两侧分别有一排百叶窗散热孔19，具有散热和防水功能;壳体6底面连接安装底板7，用于固 定安装智能灌溉控制器主电路板;壳体6上方设置有天线安装孔13、下部设有电源线固定孔 10、流量传感器引线孔11、电磁阀接线孔12。所述的外层门1上设有有机玻璃窗2,通过密封 胶圈4连接，还设有外层门手柄锁3。所述的内层门14上设有触摸屏安装窗17和触摸屏固定 孔16,还设有内层门手柄锁15。
[0009] 本发明通过采用433MHz短距离无线通讯芯片接收下位机传感器传回的环境参数 数据为植物全生育期的灌溉提供有力的参考依据;或打包环境数据后通过GPRS模块上传至 设施农业物联网监控系统中。所述ARM数据处理核心单元(20)由STM32F103RCT6控制芯片及 其外围电路构成。所述的触摸屏能够采用VGUS组态开发软件进行用户图形界面设计，能够 通过SD卡批量下载程序。
[0010]本发明的智能灌溉控制器主机外壳内设置有ARM数据处理核心单元、通信单元、电 源管理单元、灌溉管理单元以及灌溉控制单元;智能灌溉控制器主机电路板通过4个电路板 固定孔与安装底板连接。所述智能灌溉控制器主机外壳上设置有外层门、外层门手柄锁、有 机玻璃窗、高强度铰链、内层门、内层门手柄锁、触摸屏安装孔、触摸屏嵌入窗、合页、百叶窗 式散热孔、电源线固定孔、流量传感器引线孔、电磁阀引线孔、天线引出孔。
[0011] 本发明所述的ARM主控制器采用32位的ARM低功耗微处理器STM32F103RCT6,具 有25Kbyte Flash、48Kbyte RAM，工作频率可达72MHz，能够满足该控制器监测与数据处理 的需求。该处理器具有5个异步串行接口，能够同时连接触摸屏单元、GPRS模块、无线传输模 块和流量检测模块，还可以扩展TF卡用于存储数据。满足设施温室精量智能灌溉控制器多 串口数据采集、处理、存储、显示和传输的需求。
[0012] 本发明所述的灌溉管理单元包括触摸屏、外部FLASH和SD卡。其中，触摸屏采用8英 寸、分辨率为S00*600的真彩电阻触摸屏，用于整个灌溉过程中的人机交互；其中，外部 FLASH采用采用W25Q64芯片，具有64M位存储空间，其擦写周期多达IOW次，支持电压为2.7~ 3.6V，支持标准SPI通信，外部Flash用于存储不同品种植物灌溉处方;其中，SD卡用于进行 脱机下载，以提尚工作效率。
[0013] 所述的灌溉管理单元包括流量传感器接口和电磁阀接口。其中，流量传感器接口 采用标准的MODBUS DTU协议，通过STM32F103RCT6控制芯片串口4与外部流量计进行连接， 用于实时监测灌水量值，保证整个系统灌溉作业的精确程度