CN107741716A - 液肥变量深施控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液肥变量深施控制系统及控制方法，所述系统包括单片机、RS485通信接口、第一ADC调理电路、第二ADC调理电路以及第三ADC调理电路；所述单片机通过RS485通信接口与变频器连接，所述变频器与电机连接，电机用于控制水泵转速，水泵的出水口通过管道分别与压力传感器、流量计连接，压力传感器用于检测管道中液肥的压力，流量计用于检测水泵出水口的液肥流量；所述第一ADC调理电路的输入端与流量计连接，输出端与单片机连接；所述第二ADC调理电路的输入端与压力传感器，输出端与单片机连接；所述第三ADC调理电路的输入端与液位变送器连接，输出端与单片机连接。本发明可以实时变量调节液肥流量，提高施肥效果，具有操作方便、工作稳定的特点。

Description

液肥变量深施控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种液肥变量控制系统，尤其是一种液肥变量深施控制系统及控制方法，属于精准农业变量施肥领域。

背景技术

液肥是近年来农业精准化和机械化提出来的，液肥主要特点是肥效高、节支增产效果显著、生产费用低、施肥方式方便、易吸收。变量施肥技术是精准农业的重要组成部分，可根据不同地域、不同土壤类型以及土壤中养分的盈亏情况、作物类型，使用不同的肥料配方，实现按需施肥。液肥变量深施则是利用机械手段和自动控制原理等，根据作物生长情况，调节管道流量，将液肥输送作用到农作物根系的吸收部位上。

农作物对肥料的吸收，主要是靠根系中根毛来完成，因此，对农作物进行液肥深施，可有效促进果树早生快发增产增收，提高肥料的利用率。目前，大多数施肥方式主要依靠人工施肥，其施肥操作费工费时，施肥效率低；施肥时间与施肥量完全取决于不同的作业人员的过往经验，不能根据农业生产的实质需求实时调节液肥的施入量，无法实现施肥自动化，容易造成肥料浪费、肥料利用率低等缺陷。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种液肥变量深施控制系统，该系统可以实时变量调节液肥流量，提高施肥效果，具有操作方便、工作稳定的特点。

本发明的另一目的在于提供一种基于上述系统的控制方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种液肥变量深施控制系统，包括单片机、RS485通信接口以及第一ADC调理电路；

所述单片机通过RS485通信接口与变频器连接，变频器与电机连接，电机用于控制水泵转速，水泵的出水口通过管道与流量计连接，流量计用于检测水泵出水口的液肥流量；

所述第一ADC调理电路的输入端与流量计连接，输出端与单片机连接。

优选的，所述水泵的出水口还通过管道与压力传感器连接，压力传感器用于检测管道中液肥的压力；

所述系统还包括第二ADC调理电路，所述第二ADC调理电路的输入端与压力传感器，输出端与单片机连接。

优选的，所述系统还包括第二ADC调理电路，所述第二ADC调理电路的输入端与压力传感器连接，输出端与单片机连接。

优选的，所述系统还包括上位机，所述上位机采用无线方式与单片机连接。

优选的，所述上位机与第一无线数传模块连接，所述单片机与第二无线数传模块连接，第一无线数传模块与第二无线数传模块进行无线连接。

优选的，所述系统还包括矩阵键盘和显示屏，所述矩阵键盘和显示屏分别与单片机连接。

优选的，所述系统还包括报警电路，所述报警电路与单片机连接。

本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于上述系统的液肥变量深施控制方法，所述方法包括：

当系统工作后，第一ADC调理电路将流量计检测到的流量转换成数字信号，此数字信号与设定流量比较后，获得流量误差及流量误差的变化量，根据流量误差及流量误差的变化量运行PID控制算法，获得新的控制指令，通过RS485通信接口将该控制指令送到变频器，控制变频器改变电机的转速，从而调整水泵转速，使管道中的液肥流量稳定在设定值。

优选的，所述方法还包括：

当系统工作后，第二ADC调理电路将压力传感器检测到的液肥压力值转换成数字信号，当液肥压力超过设定的极限压力时，降低变频器的工作频率，若持续超过设定的极限压力，则停止变频器工作，同时报警电路发出警报。

优选的，所述方法还包括：

当系统工作后，第三ADC调理电路将液位变送器检测到的液肥剩余量转换成数字信号，当液肥耗尽时，单片机通过RS485通信接口发送指令给变频器，控制变频器停止工作，从而停止电机和水泵的转动，同时报警电路发出警报。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明可以通过第一ADC调理电路可以将流量计检测到的流量转换成数字信号，获得流量误差及流量误差的变化量，单片机根据流量误差及流量误差的变化量，获得新的控制指令，通过RS485通信接口将该控制指令送到变频器，控制变频器改变电机的转速，从而调整水泵转速，使管道中的液肥流量稳定在设定值，实现液肥流量的控制，提高施肥效果，该控制技术反应更灵敏，控制流量更精准；此外，单片机通过RS485通信接口与变频器连接，即采用RS485通信接口控制变频器的工作，抗干扰能力更强，使系统工作更可靠；同时，采用变频器与电机连接，使电机不必一直工作于最高频率状态，更加节能。

2、本发明可以通过压力传感器可以实时检测到管道液肥压力变化，通过液位变送器可以实时监测液肥液位的变化，为液肥量的使用情况提供有效的参考，并且通过第二ADC调理电路将压力传感器检测到的液肥压力值转换成数字信号，当液肥压力超过设定的极限压力时，降低变频器的工作频率，若持续超过设定的极限压力，则停止变频器工作，以及通过第三ADC调理电路将液位变送器检测到的液肥剩余量转换成数字信号，当液肥耗尽时，单片机通过RS485通信接口发送指令给变频器，控制变频器停止工作，从而停止电机和水泵的转动，以保障系统的安全性。

3、本发明可以通过上位机实现远程监控和远程操作，不必靠近电路系统，从而提高了工作的安全性，用户可可查询液肥流量的历史记录和预设不同时段的系统流量值，人机交互界面简洁友好，为生产带来便利；此外，也可以通过矩阵键盘和显示屏的配合，实现对系统的直接控制，矩阵键盘可以设置液肥工作流量值、系统工作压力极限值，显示屏可以显示设定的液肥流量值，还可以显示压力传感器检测的压力值、流量计检测的流量值和液位变送器检测的液位。

4、本发明还设置了报警电路，当压力传感器检测到管道液肥压力持续超过设定极限压力，或液位传感器检测到液肥耗尽时，报警电路会发出警报，使用时更安全可靠。

附图说明

图1为本发明实施例1的液肥变量深施控制系统的结构框图。

图2为本发明实施例1的液肥变量深施控制系统的基本工作流程图。

图3为本发明实施例2的液肥变量深施控制系统的结构框图。

图4为本发明实施例3的液肥变量深施控制系统的结构框图。

其中，1-单片机，2-RS485通信接口，3-第一ADC调理电路，4-变频器，5-电机，6-水泵，7-流量计，8-施肥枪，9-压力传感器，10-第二ADC调理电路，11-第三ADC调理电路，12-液压变送器，13-上位机，14-矩阵键盘，15-显示屏，16-第一无线数传模块，17-第二无线数传模块，18-报警电路。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，本实施例的液肥变量深施控制系统包括单片机1、RS485通信接口2以及第一ADC调理电路3。

所述单片机1为整个控制器的核心，采用内核为cortex-M系列单片机，内置有PID(比例-积分-微分)控制算法，单片机1通过RS485通信接口2与变频器4连接，变频器4与电机5连接，电机5用于控制水泵6转速，水泵6的出水口通过管道与流量计7连接，流量计7用于检测水泵出水口的液肥流量，并与施肥枪8连接。

所述第一ADC调理电路3的输入端与流量计7连接，输出端与单片机1连接，流量计7检测到的流量值通过第一ADC调理电路3转换成数字量，由单片机1进行处理；其中，第一ADC调理电路3的精度不低于10位。

进一步地，所述水泵的出水口还通过管道与压力传感器9连接，压力传感器9用于检测管道中液肥的压力，与此相应，本实施例的液肥变量深施控制系统还包括第二ADC调理电路10，所述第二ADC调理电路10的输入端与压力传感器9连接，输出端与单片机1连接，压力传感器9检测到的压力信号通过第二ADC调理电路10转换成数字量，由单片机1进行处理；同样地，第二ADC调理电路10的精度不低于10位。

进一步地，本实施例的液肥变量深施控制系统还包括第三ADC调理电路11，第三ADC调理电路11的输入端与液位变送器12连接，输出端与单片机1连接，液位变送器12检测到的液位信号通过第三ADC调理电路11转换成数字量，由单片机1进行处理，第三ADC调理电路11的精度不低于10位；同样地，第三ADC调理电路11的精度不低于10位。

为了实现单片机1的控制，本实施例的液肥变量深施控制系统还包括上位机13、矩阵键盘14和显示屏15，即单片机1既可以通过上位机13控制，也可以通过矩阵键盘14控制，同时利用显示屏15显示相关信息。

所述上位机13采用无线方式与单片机1连接，具体为：上位机13与第一无线数传模块16连接，单片机1与第二无线数传模块17连接，第一无线数传模块16与第二无线数传模块17进行无线连接，使得上位机13与单片机1之间可以进行无线通信，上位机13可以监控系统传感器(流量计7、压力传感器9)的工作状态，可以设定液肥喷施流量、设定喷施时间段和记录历史工作记录，还可以启动或停止变频器4工作。

所述矩阵键盘14与单片机1连接，可以用于设置液肥工作流量值、系统工作压力极限值，还可以用于启动或停止变频器4工作。

所述显示屏15与单片机1连接，可以用于显示设定的液肥流量值，还可以用于显示压力传感器检测的压力值、流量计检测的流量值和液位变送器检测的液位。

本领域技术人员可以理解的是，本实施例的单片机1也可以事先设定各种阈值，通过单片机1的自动控制实现液肥变量深施。

为了实现报警功能，本实施例的液肥变量深施控制系统还包括报警电路18，所述报警电路18与单片机1连接，当压力传感器9检测到管道液肥压力持续超过设定极限压力，或液位传感器12检测到液肥耗尽时，该报警电路18会发出警报。

如图1和图2所示，本实施例的液肥变量深施控制系统工作原理如下：

S1、通过上位机13或矩阵键盘14设置系统的工作流量，确定后，启动控制系统工作；

S2、第一ADC调理电路3将流量计7检测到的流量转换成数字信号，此数字信号与设定流量比较后，获得流量误差及流量误差的变化量，根据流量误差及流量误差的变化量运行PID控制算法，获得新的控制指令，通过RS485通信接口2将该控制指令送到变频器4，控制变频器4改变电机5的转速，从而调整水泵6转速，使管道中的液肥流量稳定在设定值；

S3、第二ADC调理电路10将压力传感器9检测到的液肥压力值转换成数字信号，当液肥压力超过设定的极限压力时，降低变频器4的工作频率，若持续超过设定的极限压力，则停止变频器4工作，同时报警电路18发出警报。

S4、第三ADC调理电路11将液位变送器12检测到的液肥剩余量转换成数字信号，当液肥耗尽时，单片机1通过RS485通信接口发送指令给变频器4，控制变频器4停止工作，从而停止电机5和水泵6的转动，同时报警电路18发出警报。

上述步骤S2～S4在系统工作后，可以同时进行。

S5、当报警电路18发出警报后，系统停止工作。

S6、当工作结束后，通过上位机13或矩阵键盘14停止控制系统工作。

实施例2：

如图3所示，本实施例的液肥变量深施控制系统包括单片机1、RS485通信接口2、第一ADC调理电路3、第二ADC调理电路10、第三ADC调理电路11、上位机13和报警电路18，也即本实施例的单片机1只由上位机13进行控制。其余同实施例1。

实施例3：

如图4所示，单片机1、RS485通信接口2、第一ADC调理电路3、第二ADC调理电路10、第三ADC调理电路11、矩阵键盘14、显示屏15和报警电路18，也即本实施例的单片机1只由上位机13进行控制。其余同实施例1。

综上所述，本发明可以通过第一ADC调理电路可以将流量计检测到的流量转换成数字信号，获得流量误差及流量误差的变化量，单片机根据流量误差及流量误差的变化量，获得新的控制指令，通过RS485通信接口将该控制指令送到变频器，控制变频器改变电机的转速，从而调整水泵转速，使管道中的液肥流量稳定在设定值，实现液肥流量的控制，提高施肥效果，该控制技术反应更灵敏，控制流量更精准；此外，单片机通过RS485通信接口与变频器连接，即采用RS485通信接口控制变频器的工作，抗干扰能力更强，使系统工作更可靠；同时，采用变频器与电机连接，使电机不必一直工作于最高频率状态，更加节能。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种液肥变量深施控制系统，其特征在于：包括单片机、RS485通信接口以及第一ADC调理电路；

所述单片机通过RS485通信接口与变频器连接，变频器与电机连接，电机用于控制水泵转速，水泵的出水口通过管道与流量计连接，流量计用于检测水泵出水口的液肥流量；

所述第一ADC调理电路的输入端与流量计连接，输出端与单片机连接。

2.根据权利要求1所述的一种液肥变量深施控制系统，其特征在于：所述水泵的出水口还通过管道与压力传感器连接，压力传感器用于检测管道中液肥的压力；

所述系统还包括第二ADC调理电路，所述第二ADC调理电路的输入端与压力传感器连接，输出端与单片机连接。

3.根据权利要求1所述的一种液肥变量深施控制系统，其特征在于：所述系统还包括第三ADC调理电路，所述第三ADC调理电路的输入端与液位变送器连接，输出端与单片机连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种液肥变量深施控制系统，其特征在于：所述系统还包括上位机，所述上位机采用无线方式与单片机连接。

5.根据权利要求4所述的一种液肥变量深施控制系统，其特征在于：所述上位机与第一无线数传模块连接，所述单片机与第二无线数传模块连接，第一无线数传模块与第二无线数传模块进行无线连接。

6.根据权利要求1-3任一项所述的一种液肥变量深施控制系统，其特征在于：所述系统还包括矩阵键盘和显示屏，所述矩阵键盘和显示屏分别与单片机连接。

7.根据权利要求1-3任一项所述的一种液肥变量深施控制系统，其特征在于：所述系统还包括报警电路，所述报警电路与单片机连接。

8.一种基于权利要求1-7任一项所述系统的液肥变量深施控制方法，其特征在于：所述方法包括：

当系统工作后，第一ADC调理电路将流量计检测到的流量转换成数字信号，此数字信号与设定流量比较后，获得流量误差及流量误差的变化量，根据流量误差及流量误差的变化量运行PID控制算法，获得新的控制指令，通过RS485通信接口将该控制指令送到变频器，控制变频器改变电机的转速，从而调整水泵转速，使管道中的液肥流量稳定在设定值。

9.根据权利要求8所述的一种液肥变量深施控制方法，其特征在于：所述方法还包括：

当系统工作后，第二ADC调理电路将压力传感器检测到的液肥压力值转换成数字信号，当液肥压力超过设定的极限压力时，降低变频器的工作频率，若持续超过设定的极限压力，则停止变频器工作，同时报警电路发出警报。

10.根据权利要求8所述的一种液肥变量深施控制方法，其特征在于：所述方法还包括：

当系统工作后，第三ADC调理电路将液位变送器检测到的液肥剩余量转换成数字信号，当液肥耗尽时，单片机通过RS485通信接口发送指令给变频器，控制变频器停止工作，从而停止电机和水泵的转动，同时报警电路发出警报。