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1、(10)申请公布号 CN 103583320 A (43)申请公布日 2014.02.19 CN 103583320 A (21)申请号 201310547788.3 (22)申请日 2013.11.07 A01G 25/16(2006.01) G05B 19/04(2006.01) (71)申请人 北京农业智能装备技术研究中心 地址 100097 北京市海淀区曙光花园中路 11 号农科大厦 A 座 318b 申请人 北京派得伟业科技发展有限公司 (72)发明人 杨宝祝 田宏武 吴建伟 申长军 吴文彪 鲍锋 单飞飞 李文龙 梁居宝 (74)专利代理机构 北京路浩知识产权代理有限 公司 1100。
2、2 代理人 李相雨 (54) 发明名称 灌溉控制方法及灌溉装置 (57) 摘要 本发明提供一种灌溉控制方法及灌溉装置， 涉及农业灌溉技术领域。该方法包含超限控制模 式， 在超限控制模式下 ： 预设定的启动条件包括 最大延时时间， 在灌溉设备启动时， 定时器对所述 灌溉设备的运行时间进行计时， 如果在最大延时 时间内灌溉设备再次启动， 则定时器复位重新开 始倒计时 ； 如果在最大延时时间内没有再次启动 灌溉设备， 则灌溉设备自动启动 ； 预设定的启动 条件包括日最大灌溉量 / 时间， 对每日灌溉设备 的灌溉用水量 / 时间进行统计， 当所统计的灌溉 用水量 / 时间达到日最大灌溉量 / 时间时，。
3、 灌溉 设备当天将被禁止再次启动。本发明有效减少由 于传感器故障或参数设置不合理导致的 “过灌” 或 “欠灌” 的情况的发生， 及可能由此造成的对农作 物的破坏。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 11 页 附图 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书11页 附图6页 (10)申请公布号 CN 103583320 A CN 103583320 A 1/2 页 2 1. 一种灌溉控制方法， 其特征在于， 该方法包含超限控制模式， 在所述超限控制模式下 ： 预设定的启动条件包括最大延时时间， 在灌溉设备启动时， 定时器对所述灌溉。
4、设备的 运行时间进行计时， 如果在最大延时时间内灌溉设备再次启动， 则定时器复位重新开始倒 计时 ； 如果在最大延时时间内没有再次启动灌溉设备， 则灌溉设备自动强制启动， 执行一次 灌溉 ； 预设定的启动条件包括日最大灌溉量 / 时间， 对每日灌溉设备的灌溉用水量 / 时间进 行统计， 当所统计的灌溉用水量/时间达到日最大灌溉量/时间时， 灌溉设备当天将被禁止 再次启动。 2. 如权利要求 1 所述的灌溉控制方法， 其特征在于， 该方法进一步包含定时控制模式， 在所述定时控制模式下 ： 预设定的启动条件包括土壤含水量警戒下限， 在所述定时模式下两次灌溉间隔， 当土 壤含水量低于警戒下限时， 灌。
5、溉设备自动强制启动， 进行补充灌溉 ； 预设定的启动条件进一步包括日最大灌溉量 / 时间参数， 对补充灌溉设备当天的灌溉 量 / 时间进行统计， 当所统计的灌溉量 / 时间满足日最大灌溉量 / 时间时， 灌溉设备当天将 被禁止再次启动。 3. 如权利要求 2 所述的灌溉控制方法， 其特征在于， 该方法进一步包括定量控制模式， 所述定量控制模式通过外接双脉冲式远传水表对用水脉冲进行实时采集并对用水量精确 控制。 4. 如权利要求 3 所述的灌溉控制方法， 其特征在于， 该方法进一步包括手动控制模式 时， 在灌溉设备运行过程中， 在不改变所述超限控制模式/定时控制模式/定量控制模式任 何参数的情况。
6、下， 用户通过手动控制强制可插入指定时长的灌溉， 用于在灌溉设备运行过 程中任意时刻启动强制灌溉或进行现场阀门的开关测试。 5. 如权利要求 4 所述的灌溉控制方法， 其特征在于， 所述手动控制模式的工作流程为 ： 用户手动设定强制状态阀门运行时长， 手动启动阀门， 阀门在运行所述强制状态阀门运行 时长后自动停止， 手动控制自动失效， 系统恢复正常模式， 继续按照原有控制模式运行。 6. 如权利要求 1 所述的灌溉控制方法， 其特征在于， 该方法进一步包括自动测试模式， 用户在现场可通过简单菜单选择对灌溉设备的通道采样电压 / 阀门开关 / 脉冲宽度 / 数据 通讯 /GPRS 网络连接进行在。
7、线测试， 实现了对设备硬件功能的现场检测和故障定位， 并提 供直观的故障提示信息。 7. 一种灌溉装置， 其特征在于， 包含以下部分 ： 传感器及状态采集模块， 用于对连接的传感器信号及状态信号进行实时采集 ； 可控电源输出模块， 配合传感器及状态采集模块， 实现分时对不同通道连接的传感器 供电并进行数据转换 ； 门闩型电磁阀控制模块， 实现对特定阀门的打开 / 关闭操作功能 ； 外部时钟， 用于为整个装置提供时钟基准 ； 数据存储模块， 用于存储系统设置的参数和定时保存的传感器历史数据 ； 按键及液晶显示人机界面模块， 用于设置不同的控制逻辑、 系统参数和设备运行参数， 并对实时数据进行显示。
8、和刷新 ； 权 利 要 求 书 CN 103583320 A 2 2/2 页 3 主控微处理单元， 实现对灌溉设备的实时运行状态和传感器测量值进行逻辑判断， 进 而实现对门闩型电磁阀的自动控制。 8. 如权利要求 1 所述的灌溉装置， 其特征在于， 该装置还包括 RS485 通信模块， 所述 RS485 通信模块实现短距离内数据的有线或无线数据交互。 9. 如权利要求 1 所述的灌溉装置， 其特征在于， 该装置还包括 GPRS 通信模块， 所述 GPRS 通信模块实现本地数据远程传输、 跨区域远距离无线数据交互。 10. 如权利要求 1 所述的灌溉装置， 其特征在于， 该装置还包括双脉信号冲检。
9、测模块， 用于进行用水信息采集和用水量精确控制。 权 利 要 求 书 CN 103583320 A 3 1/11 页 4 灌溉控制方法及灌溉装置 技术领域 0001 本发明涉及农业灌溉技术领域， 具体涉及一种灌溉控制方法及灌溉装置。 背景技术 0002 我国农田有效灌溉面积居世界首位， 随着水资源短缺形势的日趋严峻和我国农业 灌溉用水利用率低下问题的凸显， 节水技术和灌溉自动控制技术得到了广泛的应用， 并成 为国家农业发展战略。 0003 中国专利公告号为 CN102037888A 的专利文件中公开了一种分布式网络自动灌溉 控制系统及其灌溉控制方法， 通过比较土壤湿度测量值与设置阀值的控制灌溉。
10、管路的打开 与关闭， 实现自动灌溉控制并通过无线终端实现了自组网数据通讯网络。 0004 基于土壤湿度传感测量值的控制方式被广泛的应用在实际灌溉控制系统中， 其优 点是可以在作物产生水分胁迫时快速响应及时补水， 但其缺点也是显而易见的， 首先采集 点的位置选择是否合理成为影响灌溉合理与否的重要标准， 不具备代表性的位置必然影响 灌溉的合理性 ； 其次， 传感器故障或损坏将导致错误的灌溉决策， 极端情况会造成严重的后 果。中国专利公告号为 CN102037888A 的专利文件中通过土壤含水量测量值与阀值的直接 比较控制阀门开闭， 也存在相应的问题 ： 当土壤含水量在阀值附近波动时导致的阀门频繁 。
11、开闭， 同时考虑传感器位置将直接影响灌溉效果， 这将导致 “过灌” 或 “欠灌” 的情况出现。 发明内容 0005 （一） 解决的技术问题 0006 针对现有技术的不足， 本发明提供一种灌溉控制方法及灌溉装置， 有效减少由于 传感器故障或参数不合理导致的 “过灌” 或 “欠灌” 的情况的发生及可能由此造成的对农作 物的破坏。 0007 （二） 技术方案 0008 为实现以上目的， 本发明通过以下技术方案予以实现 ： 0009 一种灌溉控制方法， 该方法包含超限控制模式， 0010 在所述超限控制模式下 ： 0011 预设定的启动条件包括最大延时时间， 在灌溉设备启动时， 定时器对所述灌溉设 备。
12、的运行时间进行计时， 如果在最大延时时间内灌溉设备再次启动， 则定时器复位重新开 始倒计时 ； 如果在最大延时时间内没有再次启动灌溉设备， 则灌溉设备自动强制启动， 执行 一次灌溉 ； 0012 预设定的启动条件包括日最大灌溉量 / 时间， 对每日灌溉设备的灌溉用水量 / 时 间进行统计， 当所统计的灌溉用水量/时间达到日最大灌溉量/时间时， 灌溉设备当天将被 禁止再次启动。 0013 优选的， 该方法进一步包含定时控制模式， 0014 在所述定时控制模式下 ： 说 明 书 CN 103583320 A 4 2/11 页 5 0015 预设定的启动条件包括土壤含水量警戒下限， 在所述定时模式下。
13、两次灌溉间隔， 当土壤含水量低于警戒下限时， 灌溉设备自动强制启动， 进行补充灌溉 ； 0016 预设定的启动条件进一步包括日最大灌溉量 / 时间参数， 对补充灌溉设备当天的 灌溉量 / 时间进行统计， 当所统计的灌溉量 / 时间满足日最大灌溉量 / 时间时， 灌溉设备当 天将被禁止再次启动。 0017 优选的， 该方法进一步包括定量控制模式， 所述定量控制模式通过外接双脉冲式 远传水表对用水脉冲进行实时采集并对用水量精确控制。 0018 优选的， 该方法进一步包括手动控制模式时， 在灌溉设备运行过程中， 在不改变所 述超限控制模式 / 定时控制模式 / 定量控制模式任何参数的情况下， 用户通。
14、过手动控制强 制可插入指定时长的灌溉， 用于在灌溉设备运行过程中任意时刻启动强制灌溉或进行现场 阀门的开关测试。 0019 优选的， 所述手动控制模式的工作流程为 ： 用户手动设定强制状态阀门运行时长， 手动启动阀门， 阀门在运行所述强制状态阀门运行时长后自动停止， 手动控制自动失效， 系 统恢复正常模式， 继续按照原有控制模式运行。 0020 优选的， 该方法进一步包括自动测试模式， 用户在现场可通过简单菜单选择对灌 溉设备的通道采样电压 / 阀门开关 / 脉冲宽度 / 数据通讯 /GPRS 网络连接进行在线测试， 实现了对设备硬件功能的现场检测和故障定位， 并提供直观的故障提示信息。 00。
15、21 本发明还提供了一种灌溉装置， 包含以下部分 ： 0022 传感器及状态采集模块， 用于对连接的传感器信号及状态信号进行实时采集 ； 0023 可控电源输出模块， 配合传感器及状态采集模块， 实现分时对不同通道连接的传 感器供电并进行数据转换 ； 0024 门闩型电磁阀控制模块， 实现对特定阀门的打开 / 关闭操作功能 ； 0025 外部时钟， 用于为整个装置提供时钟基准 ； 0026 数据存储模块， 用于存储系统设置的参数和定时保存的传感器历史数据 ； 0027 按键及液晶显示人机界面模块， 用于设置不同的控制逻辑、 系统参数和设备运行 参数， 并对实时数据进行显示和刷新 ； 0028 。
16、主控微处理单元， 实现对灌溉设备的实时运行状态和传感器测量值进行逻辑判 断， 进而实现对门闩型电磁阀的自动控制。 0029 优选的， 该装置还包括RS485通信模块， 所述RS485通信模块实现短距离内数据的 有线或无线数据交互。 0030 优选的， 该装置还包括 GPRS 通信模块， 所述 GPRS 通信模块实现本地数据远程传 输、 跨区域远距离无线数据交互。 0031 优选的， 该装置还包括双脉信号冲检测模块， 用于进行用水信息采集和用水量精 确控制。 0032 （三） 有益效果 0033 本发明通过提供一种灌溉控制方法及灌溉装置， 0034 超限控制模式与定时控制模式中相应启动条件的引入。
17、， 可以有效减少由于传感器 故障或人为设置参数不合理导致的 “过灌” 、“欠灌” 发生及可能由此造成的对作物的破坏， 提高了设备的可靠性同时间减少了人工干预。 说 明 书 CN 103583320 A 5 3/11 页 6 0035 基于脉冲式水表的用水数据的精确计量以及不同类型历史记录为用户提供多角 度数据分析参考， 有利于提高灌溉计划设计的合理性。 0036 基于优先级的手动控制模式和正常控制模式的松耦合设计， 避免了对常规参数的 频繁修改， 降低了设备操作的复杂程度。 0037 针对设备维护设计的自动测试模式， 实现了普通用户对设备硬件功能的现场检测 和故障定位， 可提高设备的后期维护效。
18、率。 0038 通过 GPRS 功能实现数据的网络交互， 提高了设备的可扩展性， 扩大了设备的实际 应用范围， 既可以本地使用也可以远程组网。 0039 基于 USB 和蓝牙的数据导出功能为用户提供传感器数据和用水量详细信息， 为后 期数据分析处理提供了有效信息。 附图说明 0040 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以 根据这些附图获得其他的附图。 0041 图 1、 为本发明实施例的灌。
19、溉控制方法的流程示意图 ； 0042 图 2、 为本发明实施例的灌溉装置的结构示意图 ； 0043 图 3、 为本发明实施例的灌溉控制装置的外观结构示意图 ； 0044 图 4、 为本发明实施例的灌溉控制装置的内部主板结构示意图 ； 0045 图 5、 为本发明实施例的灌溉控制装置的内部扩展板结构示意图 ； 0046 图 6、 为本发明实施例的灌溉控制方法的运行流程图 ； 0047 图 7、 为本发明实施例的超限控制模式下欠灌含水量变化趋势图 ； 0048 图 8、 为本发明实施例的超限控制模式下过灌含水量变化趋势图 ； 0049 图 9、 为本发明实施例的定时控制模式运行周期示意图 ； 00。
20、50 图 10、 为本发明实施例的定时控制模式下补灌含水量变化趋势 ； 0051 图 11、 为本发明实施例灌溉装置的 GPRS 模块状态转换图 ; 0052 其中， 1- 设备外壳， 2- 防水接头， 3- 按键面板， 4- 液晶面板， 5-GSM 天线、 主板和 扩展板， 6- 电源处理电路， 7- 主控微处理单元， 8- 复位电路， 9- 时钟电路， 10- 数据存储电 路， 11- 电压 / 电流信号采集电路， 12- 开关量信号采集电路 ； 13-GPRS 模块及其接口电路 ； 14- 阀门驱动电路、 15- 阀门驱动电源输出控制电路、 16-RS485 通讯接口电路、 17- 板间。
21、连 接插针， 18- 传感器电源保护电路、 19- 液晶接口、 20- 按键接口、 21- 模拟信号保护电路 ； 22- 接线端子。 具体实施方式 0053 为使本发明实施例的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合本发明实施例 中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例是 本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员 在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。 说 明 书 CN 103583320 A 6 4/11 页 7 0054 实施例 1 ： 0055 如图 1 。
22、所示， 一种灌溉控制方法， 该方法包含超限控制模式， 0056 在所述超限控制模式下 ： 0057 预设定的启动条件包括最大延时时间， 在灌溉设备启动时， 定时器对所述灌溉设 备的运行时间进行计时， 如果在最大延时时间内灌溉设备再次启动， 则定时器复位重新开 始倒计时 ； 如果在最大延时时间内没有再次启动灌溉设备， 则自动启动灌溉设备 ； 0058 预设定的启动条件包括日最大灌溉量 / 时间， 对每日灌溉设备的灌溉用水量 / 时 间进行统计， 当所统计的灌溉用水量/时间满足日最大灌溉量/时间时， 灌溉设备当天将被 禁止启动。 0059 本发明在超限控制模式中， 针对传感器故障或测量错误 （测量。
23、值偏高） 导致的长时 间不启动灌溉， 发生作物缺水胁迫的情况引入了最大延时时间 ； 针对传感器故障或测量错 误 （测量值偏低） 导致的反复多次灌溉， 引入了日最大灌溉量 / 时间。可以有效减少由于传 感器故障或人为设置参数不合理导致的 “过灌” 、“欠灌” 发生及可能由此造成的对作物的破 坏， 提高了设备的可靠性同时间减少了人工干预。 0060 下面对本发明实施例进行详细的说明 ： 0061 本发明实施例灌溉设备的具体过程如下 ： 0062 如图 6 所示， 灌溉设备运行前， 依据预选控制模式 （如超限控制模式） 下预设定的 启动条件 （如最大延时时间） 对灌溉设备的实时运行状态和传感器测量值。
24、进行逻辑判断， 当 所述实时运行状态和传感器测量值满足所述启动条件时， 灌溉设备启动并置位设备启动标 记 ； 0063 设备运行阶段， 实时检测所述灌溉设备启动标记， 当检测到所述灌溉设备启动标 记时， 定时器启动， 对所述灌溉设备的运行时间进行计时， 当所述灌溉设备运行时间超出或 等于预设时间时， 所述灌溉设备停止运行并置位灌溉设备运行时间结束标记 ； 0064 设备状态更新阶段， 实时检测所述灌溉设备运行时间结束标记， 当检测到所述灌 溉设备运行时间结束标记时， 灌溉设备的实时运行状态更新， 并依据预设定的启动条件重 新对更新后的所述灌溉设备的实时运行状态和传感器测量值进行逻辑判断， 进而。
25、实现灌溉 设备的循环灌溉。 0065 在所述超限控制模式下， 正常的控制过程为 ： 按照设定的判断周期获取一次有效 传感器数据， 并将设定的参考传感器测量值与设定值进行比较， 例如当前的测量值为 13%， 设定的参考值为 15%， 测量值低于参考值， 判断当前阀门的状态， 如果当前阀门处于打开状 态， 则保持当前状态 ； 如果当前阀门处于关闭状态， 则打开阀门， 并对阀门运行时间开始计 时， 并在经过设定的阀门运行时长参数 T 后停止。在启动灌溉的过程中， 正常情况下土壤含 水量将逐渐上升， 在回差值的作用下， 当土壤含水量测量值在 15% 到 18%（15%+3%） 的范围 内浮动时， 系统。
26、均认为是正常状态， 则停止灌溉 ； 如果在完成一次固定灌溉时长后土壤含水 量依然低于参考值， 则将再次启动灌溉， 直至将土壤含水量恢复到正常范围内。 0066 基于土壤水分传感测量值的控制方式被广泛的应用在实际灌溉控制系统中， 其优 点是可以在作物产生水分胁迫时快速响应及时补水， 但其缺点也是显而易见的， 首先采集 点的位置选择是否合理成为影响灌溉合理与否的重要标准， 不具备代表性的位置必然影响 灌溉的合理性 ； 其次， 传感器故障或损坏将导致错误的灌溉决策， 极端情况会造成严重的后 说 明 书 CN 103583320 A 7 5/11 页 8 果。 0067 基于上述问题， 忽略传感器安装。
27、位置不合理因素的影响， 重点研究由于外界因素 导致的传感器测量故障， 使测量值持续极大或者极小时， 为灌溉控制建立合理的补灌、 限灌 机制， 避免过灌和欠灌。根据使用经验分析可知， 导致偏小的原因主要包括 ：（1） 测量点选 择不合理，（2） 传感器被拔出，（3） 传感器损坏或断开连接 ； 导致测量值偏大原因主要包括 ： （1） 测量点选择不合理 ；（2） 传感器故障或错误连接。当出现上述两种情况时将产生如图 7 和图 8 所示的水量变化趋势。 0068 为解决上述问题， 超限控制设置参数设计如表 1 所示。其中， 除了常用超限控制参 数外， 增加了 “最大延时时间” 和 “日最大灌溉量” 两。
28、个特殊参数， 并具备比超限逻辑更高的 优先级。 0069 表 1 超限控制参数表 0070 0071 0072 最大延时时间 （MaxDelay） ： 最小单位为小时， 每次超限灌溉启动后， MaxDelay 开始 倒计时， 如果在倒计时结束前超限灌溉再次启动， 则倒计时复位重新启动一次计数， 如果在 MaxDelay时间内没有再次启动灌溉， 则当MaxDelay结束时系统将自动启动一次灌溉。 通过 以上方式， 既可避免控制逻辑不能启动灌溉的情况下超过一定时限后系统自动启动一次灌 溉， 从而避免由于传感器故障导致的含水量数据偏大但实际土壤又很干燥的条件下系统无 法启动超限自动灌溉计划的情况。 。
29、0073 日最大灌溉量 ： 参考上述超限控制控制过程说明， 对于传感器测量数据持续偏小 且小于设定灌溉启动下限的情况， 如果不加限制， 由于含水量数据无法上升， 超限灌溉将连 续启动， 导致过灌作物被淹的后果。加入日最大灌溉量选项可对每天灌溉水累计量进行上 限控制， 即当当天的灌溉时间或灌溉数量达到设定的日最大灌溉量时， 系统当天将不再启 动超限灌溉程序， 从而避免过灌的发生， 如果没有安装水表该参数可根据实际换做时间参 数处理。 0074 上述两个参数的引入， 为故障状态下可能导致的过灌和欠灌加入了合理的 “保 护” ， 减少了极端情况对作物的破坏。 0075 该方法进一步包含定时控制模式，。
30、 在该模式下解决过灌” 、“欠灌” 的方式为 ： 0076 预设定的启动条件包括土壤含水量警戒下限， 在所述定时模式下两次灌溉过程 中， 当土壤含水量达到警戒下限时， 自动启动灌溉设备， 进行补充灌溉 ； 0077 预设定的启动条件进一步包括日最大灌溉量 / 时间参数， 对补充灌溉设备当天的 灌溉量 / 时间进行统计， 当所统计的灌溉量 / 时间满足日最大灌溉量 / 时间时， 灌溉设备当 说 明 书 CN 103583320 A 8 6/11 页 9 天不再启动。 0078 定时控制模式也是常用的自动控制灌溉方式之一， 用户可根据实际经验和种植作 物， 提前设置有效的灌溉时间点， 在指定日期的。
31、指定时刻， 系统会自动启动灌溉阀门并按预 先为每个阀门设定的灌溉时长完成一次灌溉。定时控制相关参数设置如下表 2 所示， 其参 数间相互关系如图 9 所示。 0079 表 2 定时控制参数表 0080 0081 上述定时控制方式的优点在于不受测量数据影响， 在不连接传感器的情况下， 用 户根据作物生长期和灌溉经验设定灌溉周期， 为作物定期补水。存在的问题在于如果用户 设定的定时灌溉周期较长， 而在周期内出现连续干旱天气时， 则会发长时间欠灌导致的作 物严重缺水干枯死亡的严重后果， 其含水量变化趋势如图所示。 0082 针对上述问题在常规定时控制参数的基础上加入基于 “土壤含水量警戒下限” 的 。
32、“补充灌溉” 机制， 保证在偶发极端干旱天气条件下为作物适当应急补水， 从而避免或减少 由此带来的损失 ； 同样也对补充灌溉的 “日最大灌溉量” 做上限规定， 避免由于传感器故障 导致的 “过灌” 发生。 0083 如图 10 所示， 灌溉周期为 4 天， 可以看到， 在还未到指定灌溉时间时， 含水量已经 超过警戒值 （第 5 天） ， 将使得作物产生水分胁迫， 如果在第 5 天 （灌溉周期前一天） 进行补灌 后， 将把土壤含水量维持在一个相对合理的区域 ； 与之对应如果在第 6 天 （即灌溉周期指定 时间） 再进行正常灌溉， 将使得土壤含水量停留在警戒线左右， 并很容易造成在后续时间里 再次。
33、出现干旱缺水情况损坏作物。 所以基于含水量警戒值的补充灌溉可减少或避免不良后 果的发生。 0084 在传感器超限控制和定时控制逻辑中， 增加的参数选项和措施， 可以起到 “安全 带” 或 “保险” 的作用， 在设定参数不尽合理和故障状态下起到一定的补救作用， 同时在出现 上述特殊状况后， 系统将利用内部安装的 GPRS 模块向用户手机或远端服务器发送报警短 信或提示信息。 0085 该方法进一步包括定量控制模式， 所述定量控制模式通过外接双脉冲式远传水表 进行用水信息采集和用水量精确控制。 0086 在实际灌溉中， 除了对阀门进行自动控制外， 随着水资源形势日益紧张和我国农 业灌溉用水效率低下。
34、现状的凸显， 对灌溉用水的计量将成为日后水资源管理的必要手段 ； 同时， 在大面积灌溉并且安装有水表的情况下， 使用定量控制可以更加精确的对灌溉用水 进行计量。定量控制的用水信息采集设采用双脉冲式水表， 优点在于其具备两个独立的脉 说 明 书 CN 103583320 A 9 7/11 页 10 冲信号线， 每使用最小单位水量将产生两个交替脉冲， 如果在同一个脉冲信号线连续产生 多个信号则可认为是干扰或抖动， 在软件设计中可通过滤波算法剔除 ； 同时利用主芯片的 端口匹配和匹配电平翻转功能， 可避免出现水表停转后软件被中断锁死的情况发生， 通过 这种方式可有效提高用水信息计量的准确性。 008。
35、7 该方法进一步包括手动控制模式时， 在灌溉设备运行过程中， 在不改变所述超限 控制模式 / 定时控制模式 / 定量控制模式任何参数的情况下， 通过手动控制强制插入指 定时长的灌溉， 用于在灌溉设备运行过程中任意时刻启动强制灌溉或进行现场阀门开关测 试。 0088 该模式具有最高优先级， 手动控制过程中常规控制参数将失效或被屏蔽。 0089 所述手动控制模式的工作流程为 ： 用户手动设定强制状态阀门运行时长， 手动启 动阀门， 阀门在运行所述强制状态阀门运行时长后自动停止， 手动失效， 继续按照原有控制 模式运行。 0090 在灌溉系统实际运行中， 阀门故障是常见的问题， 此外， 用户可能会在。
36、某些特殊状 况下进行人为干预灌溉 （比如补充灌溉） ， 但又不希望修改原有的灌溉计划。手动控制为上 述两种情况提供了有效的解决方案。手动控制被设计为一种 “强制” 灌溉手段， 其具有最高 优先级， 当手动控制有效时， 所有控制逻辑被屏蔽， 直到手动控制结束。 通过这种方式， 可实 现以下两个功能 ： 0091 （1） 在阀门故障的情况下可通过手动控制阀门打开一个较短时间， 用户可以有足 够的时间到阀门端观察运行状况从而定位故障 ； 0092 （2） 也可通过提前设定一个强制灌溉起点和灌溉时长， 来实现在某个特定日期的 特定时间增加灌溉， 而在此状态下用户无需执行手动关阀操作， 系统将在结束指定。
37、时间灌 溉后自动关闭阀门， 解除强制灌溉状态， 恢复正常的灌溉逻辑， 两者互不影响。 0093 通过对手动控制和正常控制逻辑的独立设计和基于优先级控制的运行模式， 可以 提高系统灌溉方式的完备性和灵活性。 0094 该方法进一步包括自动测试模式， 0095 考虑目标用户的群体和知识水平， 结合类似设备在日常使用中的常见问题如传感 器连接错误、 传感器测量数据异常、 阀门无法打开、 数据通信故障等， 而在出现类似故障后， 多数情况下用户无法清楚地描述故障现象， 同时也无法在技术人员远程指导的情况下快速 定位和解决问题， 将大大提高设备维护成本。 0096 针对上述问题， 在设备的菜单选项中加入了。
38、 “测试模式” 选项， 内容包括通道采样 测试、 通道电源输出测试、 阀门驱动测试、 通讯测试和 GPRS 网络连接测试。 0097 通道采样测试 ： 0098 如， 进入采样测试界面后按下 “设置” 键， 系统自动进行传感器输出信号电压检测， 循环显示 4 个通道采集到的信号电压值， 单位毫伏。按 “返回” 键在完成完整的一轮采样停 止测试。 0099 S1 ： 0000mV S2 ： 3025mV S3 ： 0000mV S4 ： 0000mV 0100 通过上述测试， 用户可直接读取每个通道的测量值， 通过读数判断连接传感器输 出信号的合理性。 0101 电压输出测试 ： 说 明 书 C。
39、N 103583320 A 10 8/11 页 11 0102 如， 进入电压测试界面后按下 “设置” 键， 系统按顺序在 4 个电源输出通道输出 DC12V 电压， 用户可用数字式电压表进行测量， 按 “返回” 键在完成完整的一轮采样停止测 试。 0103 V1 ： 开 -V1 ： 关 V2 ： 开 -V2 ： 关 V3 ： 开 -V3 ： 关 V4 ： 开 -V4 ： 关 0104 通过上述测试可确定每个为传感器供电的通道输出电源是否正常。 0105 阀门测试 ： 0106 如， 进入电压测试界面后按下 “设置” 键， 系统按顺序在 4 个阀门驱动通道输出驱 动脉冲， 用户可以在输出端口连。
40、接门闩型电磁阀， 观察能否正常驱动打开关闭 （吸合释放响 声） 电磁阀， 帮助用户判断区别阀门故障还是电压输出故障， 按 “返回” 键在完成完整的一轮 采样停止测试。 0107 V1 ： 开 -V1 ： 关 V2 ： 开 -V2 ： 关 V3 ： 开 -V3 ： 关 V4 ： 开 -V4 ： 关 0108 脉宽测试 ： 0109 由于设备驱动阀门类型为直流电磁阀， 其驱动方式为通过向阀门控制线发送正负 脉冲实现阀门的开闭， 且具备自保持功能。但不同厂家电磁阀可靠启动需要的脉冲宽度不 尽相同， 脉宽测试提供给用户关于脉宽系数的选择， 用户通过调整脉宽系数配合阀门驱动 测试可方便地找到合适控制系数。
41、， 同时在后续使用中也可随时调整。 0110 通讯测试 ： 0111 该功能主要用于设备使用 RS485 硬件接口时， 判断设备端数据发送功能是否 正常， 开始测试后设备将根据默认设置自动重复发送固定字符串到接口， 用户可连接 RS232-485 转换器， 观察是否有数据发往 PC 的串口调试终端， 从而初步判断串口通讯功能 是否正常。 0112 GPRS 网络连接测试 ： 0113 为满足数据远传需要， 终端内置了 GPRS 模块， 支持 SMS 和 GPRS 分组业务， 由于使 用中模块需要以客户端身份通过定时发送心跳包的方式来保持与服务器的在线连接， 而且 模块启动电流消耗大， 当系统进。
42、行基于无线网络数据通讯时， 由于在实际使用中存在信号 覆盖不到、 网络不稳定、 设备或模块自身故障、 远端服务器连接中断等问题， 而作为 Client 端设备， 既要保证设备与服务器保持心跳连接， 同时又要考虑设备功耗控制发包频率， 避免 反复连接造成电源耗尽的状况， 因此， 在程序设计中需对上述状况进行判断， 并通过自动重 连机制控制故障响应措施， 同时控制功耗。表 3 为 GPRS 模块运行期间网络连接功能状态转 换表， 如图 11 所示为 GPRS 模块状态转移图。 0114 表 3GPRS 模块运行状态转换表 0115 0116 其中， X 表示无效状态。 说 明 书 CN 10358。
43、3320 A 11 9/11 页 12 0117 在该测试模式下， 系统将利用软件按步骤逐一测试 GPRS 模块， 包括 GPRS 启动、 GPRS模块初始化、 TCP/IP网络连接状态， 每一步均会配合LCD显示提示信息， 特备的在故障 状态下提示用户可能的故障原因， 使得用户在现场可以根据现象描述模块状况， 辅助维护 人员快速定位故障 ； 同时用户可以通过自己的手机拨打与 GPRS 模块连接使用的 SIM 号码， 通过提示信息获取 SIM 卡的登陆状况和费用情况。 0118 本发明实施例， 还进一步包含对历史数据浏览和下载功能 ： 0119 灌溉系统在运行过程中， 将对两类数据进行记录存储。
44、， 包括传感器测量数据、 阀门 水量累计。 传感器测量数据采用定时存储的方式， 即每经过一定的时间间隔 （可通过菜单设 定） 对 4 通道传感器数据进行一次记录 ； 阀门水量累计信息记录采用定时记录和定量记录 结合的方式， 即一方面和传感器定时存储类似经过固定的时间间隔对 4 通道阀门用水量累 计量进行一次存储， 另一方面， 以用水量阶段累计值为单位， 在阀门的用水量到达一定的累 积量即触发一次水量累计记录。 采用两种用水量记录方式的目的在于后期将历史数据定期 发送或下载后， 可绘制曲线分析， 可以从固定时间间隔用水密度和固定水量间隔时间密度 两个方面对灌溉用水的使用深入分析， 同时结合传感器。
45、数据变化了解整个灌溉过程， 以便 作为参考或及时调整灌溉计划， 可进一步提高系统的实用性， 也有利于提高灌溉计划设计 的合理性。 0120 数据下载功能为用户提供 USB 接口连接 U 盘和无线蓝牙接口。用户可方便地实现 本地数据基于有连接和无连接的导出功能。 0121 实施例 2 ： 0122 如图 2 所示， 本发明实施例还提供了一种灌溉装置 ： 0123 包含以下部分 ： 0124 传感器及状态采集模块， 用于对连接的传感器信号及灌溉设备运行状态信号进行 实时采集 ； 0125 可控电源输出模块， 配合传感器及状态采集模块， 实现分时对不同通道连接的传 感器进行数据转换 ； 0126 门。
46、闩型电磁阀控制模块， 实现对特定阀门的打开 / 关闭操作功能 ； 0127 外部时钟， 用于为整个装置提供时钟基准 ； 0128 数据存储模块， 用于存储系统设置的参数和定时保存的传感器历史数据 ； 0129 按键及液晶显示人机界面模块， 用于设置不同的控制逻辑、 系统参数和设备运行 参数， 并对实时数据进行显示和刷新 ； 0130 主控微处理单元， 实现对灌溉设备的实时运行状态和传感器测量值进行逻辑判 断， 进而实现对门闩型电磁阀模块的自动控制。 0131 该装置还包括 RS485 通信模块和 GPRS 通信模块， 所述 RS485 通信模块实现数据的 有线或无线数据交互， 所述 GPRS 。
47、通信模块实现本地数据远程传输、 跨区域远距离无线数据 交互。 0132 本装置还可以基于 USB 和蓝牙的数据导出功能为用户提供传感器数据和用水量 详细信息， 为后期数据分析处理提供了有效信息。 0133 该装置还包括双脉冲检测模块， 进行用水信息采集和用水量精确控制。 0134 其中， 接线端子 22 包括电源出入接口、 通讯接口、 电磁阀控制输出接口、 传感器模 说 明 书 CN 103583320 A 12 10/11 页 13 拟信号采集接口和脉冲信号采集接口。外部直流电源通过电源接口输入， 经过扩展板上电 源保护电路 18 后， 通过主板和扩展板 5 连接双排插针连接件输入到主板电源。
48、处理电路 ； 电 源通过开关电源和线性电源处理后产生 DC3.0V 电压供主板微处理器和其他扩展芯片使 用 ； 复位电路 8 提供上电时微处理器复位， 微处理器通过主板电源控制部分对连接的模拟 信号传感器通道进行分时独立采样， 并将采样信号输入给微处理器进行 AD 转换 ； 开关量信 号采集电路通过阻容方式对外部输入脉冲信号进行采样 ； 时钟电路 9 为整个系统提供时 钟基准， 数据存储电路主要实现对系统设置参数及定时测量的传感器数据的保存和更新 ； GPRS 模块及其接口电路 13 实现微处理器与 GPRS 模块的数据交互 ； 阀门驱动电源控制电路 15 和阀门驱动电路 14 共同实现对特定。
49、阀门的打开关闭操作功能 ； 主控微处理单元 7 是整 个控制系统的核心， 完成与其连接的各部分电路的协调工作， 通过扩展的按键驱动电路读 取按键值并配合液晶显示电路完成用户的参数设置、 查询、 修改、 保存等功能 ； RS485 接口 电路 16 用来实现有线或无线模式下多点组网数据通讯。 0135 其中， 设备外壳 1 和防水接头 2 构成设备的外部封装 ； 按键面板 3、 液晶面板 4 为 系统的人机交互接口 ； 多位接线端子 22 提供系统的对外的传感器、 控制输出以及数据通讯 的连接接口。 0136 其中， 输入电源处理电路6采用开关电源芯片MAX1627和线性稳压芯片TPS79730， 外接电源通过 MAX1627 先降压为 4.2V 左。