基本信息
- 項目名稱：
- 公共綠地灌溉自動控制系統(tǒng)設(shè)計
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本系統(tǒng)通過監(jiān)視各個綠地的當前狀態(tài)，包括空氣溫度、空氣濕度、光照、土壤濕度、風速等的信息采集以及各個設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)等，實現(xiàn)對公共綠地灌溉設(shè)備控制、環(huán)境數(shù)據(jù)的不間斷采集、整理、統(tǒng)計。該系統(tǒng)由多傳感器模塊、單片機數(shù)據(jù)采集模塊、LabVIEW 軟件平臺等組成，實現(xiàn)了綠地灌溉需水量的決策控制管理系統(tǒng)。試驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠根據(jù)土壤狀況適時、適量的灌溉，對節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展起到了一定的作用。
- 詳細介紹：
- 本作品考查北方地區(qū)的氣候，針對不同的植物類型、土壤狀況、綠地類型以及天氣情況等，利用基于單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和基于LabVIEW的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實現(xiàn)公共綠地的灌溉模式優(yōu)化和自動控制，以期達到公共綠地節(jié)水灌溉和改善居民生活環(huán)境的目的。 作品科學性強，適于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。基于單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)降低了開發(fā)成本，易于推廣使用；基于LabVIEW的軟件系統(tǒng)開發(fā)和虛擬儀器技術(shù)，給我們提供了一個優(yōu)秀的開發(fā)環(huán)境和人性化的應(yīng)用界面，便于后期人員對本作品的完善和優(yōu)化；作品應(yīng)用LabVIEW技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)性的灌溉策略，在未來綠地灌溉系統(tǒng)的設(shè)計和發(fā)展中具有很強的指導(dǎo)意義，較之現(xiàn)行中央計算機灌溉控制系統(tǒng)具有很大的先進性意義。 本作品適應(yīng)性強，具有可移植性，只要完成了對灌溉對象的灌溉需求報告訂制，便可以在很短的開發(fā)周期內(nèi)移植使用，實現(xiàn)包括對農(nóng)田、林地和各類具有灌溉需求的地區(qū)的自動控制灌溉系統(tǒng)的開發(fā)和實踐，大大增加了本作品的應(yīng)用范圍，拓寬了其應(yīng)用前景。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 設(shè)計目的：隨著我國城鄉(xiāng)公共綠地面積的快速增長和水資源的日益短缺，良好的灌溉手段顯得日益重要。城市的大部分灌溉設(shè)施不是很完善，達不到良好的灌溉效果。因此，完善的灌溉系統(tǒng)對公共綠地的長效管理是非常必要的。 基本思路：系統(tǒng)通過監(jiān)視各個綠地的當前狀態(tài)，實現(xiàn)對公共綠地灌溉設(shè)備控制、環(huán)境數(shù)據(jù)的不間斷采集、整理、統(tǒng)計。該系統(tǒng)由多傳感器模塊、單片機數(shù)據(jù)采集模塊、LabVIEW 軟件平臺等組成，實現(xiàn)了綠地灌溉需水量的決策控制管理系統(tǒng)。創(chuàng)新點： 1. 本作品針對不同的植物類型、土壤狀況、天氣情況以及綠地類型等，進行灌溉模式優(yōu)化和自動控制； 2. 本作品利用 LabVIEW技術(shù)針對不同的土壤狀況、天氣情況等進行灌溉控制，達到節(jié)水節(jié)能； 3.采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)，將土壤溫度和濕度、空氣濕度，風速和氣壓等環(huán)境影響因素綜合考慮，建立數(shù)學模型，使灌溉的控制更加可靠； 4.在LabVIEW平臺上直觀地、實時地監(jiān)控和管理綠地灌溉整個過程。 技術(shù)關(guān)鍵： 1.研究人工澆溉、噴灌、滴灌和滲灌等不同的灌溉模式； 2.單片機數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)； 3.基于LabVIEW的虛擬儀器技術(shù)； 4.基于模糊控制技術(shù)的智能控制。 系統(tǒng)的主要技術(shù)指標： 1. 土壤水分控制范圍在60％ ≤土壤相對濕度<80％； 2. 數(shù)據(jù)采集卡與PC間以串口RS232或者無線通信方式； 3. 系統(tǒng)能實現(xiàn)計算機自動控制、無線控制和手工控制； 4. 系統(tǒng)使用后能比傳統(tǒng)人工灌溉節(jié)水約35%，節(jié)省成本約16%。
科學性、先進性
- 科學性： 本作品通過研究綠地灌溉的基本原理，運用溫度、濕度傳感器等采集相關(guān)參數(shù)，通過單片機進行數(shù)據(jù)傳輸和導(dǎo)入LabVIEW環(huán)境，然后運用LabVIEW強大的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理能力對所采數(shù)據(jù)進行分析和綜合，得出相應(yīng)的灌溉模式選擇與灌溉控制。本作品同時可根據(jù)以往天氣狀況進行一定范圍內(nèi)的天氣預(yù)測，并加以人工控制，達到公共綠地節(jié)水灌溉的目的。 先進性： 目前，基于國內(nèi)傳統(tǒng)的綠化用水，一般用灑水車或者皮管灌溉，大約有80％的水由于深層滲漏及無效蒸發(fā)損失掉。現(xiàn)行的灌溉技術(shù)落后，水利用效率低下，大量綠化用水被浪費掉。改善灌水技術(shù)，采用智能化、精準化灌溉，努力提高水的利用率勢在必行。 本作品采用了LabVIEW數(shù)據(jù)采集技術(shù)強大的數(shù)據(jù)處理能力，同時能提供友好便捷的控制界面和編程的拓展空間。系統(tǒng)能針對不同綠地類型來選擇不同的灌溉模式，同時能按照一定的控制策略實現(xiàn)自動化灌溉，在節(jié)約水資源的基礎(chǔ)上，還能節(jié)省人力和物力。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 本作品獲得2011年華北水利水電學院“挑戰(zhàn)杯”競賽一等獎。
作品所處階段
- B中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 使用權(quán)
作品可展示的形式
- 模型
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 使用說明：本作品僅需于相應(yīng)綠地配置對應(yīng)的傳感器和自動控制灌溉設(shè)施，便可以實時監(jiān)測灌溉相關(guān)信息，并作出灌溉控制處理辦法，反饋給灌溉控制器，實現(xiàn)完全自動化的灌溉控制。 技術(shù)特點：溫度、濕度、氣壓和風速等傳感器通過嵌入綠地固定的監(jiān)測點，實時對土壤信息和空氣信息進行檢測；同時經(jīng)過單片機進行初步數(shù)據(jù)處理和無線Zigbee技術(shù)作為通信線路的傳輸，從而實現(xiàn)單片機與PC機通信和LabVIEW數(shù)據(jù)處理；進而通過LabVIEW實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示和實時監(jiān)測，最后通過單片機進行澆灌控制。從而實現(xiàn)了對綠地灌溉的實時監(jiān)測和灌溉控制。 技術(shù)優(yōu)勢：系統(tǒng)采用高靈敏的數(shù)字溫度、濕度等傳感器，對土壤進行實時監(jiān)測，運用單片機和LabVIEW進行數(shù)據(jù)采集和處理，從而實現(xiàn)自動澆灌和控制。 適應(yīng)范圍：本作品適用于各類公共綠地，同時可以在相關(guān)產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮巨大作用，諸如森林、草場溫濕度檢測，農(nóng)場、大棚的自動化農(nóng)業(yè)等等。 推廣前景：本項目直接適用于各類廣場、學校、交通綠化帶、公園等的自動化灌溉。可推廣到農(nóng)田林地等相關(guān)灌溉地區(qū)。
同類課題研究水平概述
- 隨著我國城鄉(xiāng)公共綠地面積的快速增長和水資源的日益短缺，灌溉作為一種最常用的管理手段顯得日益重要。城市的大部分灌溉設(shè)施不是很完善，達不到良好的灌溉效果。因此，從長遠利益出發(fā)，完善的灌溉系統(tǒng)對公共綠地的長效管理是非常必要的。 在發(fā)達的西方國家，廣為采用的是自動化灌溉控制系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計，美國的灌溉系統(tǒng)約有百分之九十采用此種控制方法。其優(yōu)點是投資少，易于操作，灌溉水的有效利用率比手動控制提高很多。從整個國際市場角度看灌溉行業(yè)，國外應(yīng)用遠遠比國內(nèi)成熟的多。例如，美國白宮草坪、美國微軟公司草坪和花卉和羅馬足球場草坪等等綠地灌溉中相繼采用這種控制方法；尤其是在美國拉斯維加斯城，只用三套中央計算機控制系統(tǒng)，將所有草坪和花卉實現(xiàn)自動灌溉，一套用于控制全城的公園綠地、飯店草坪、街道花卉等灌溉，另兩套則用于l30多所大學的所有綠地灌溉。 在國內(nèi)，傳統(tǒng)的綠化用水，一般用灑水車或者皮管灌溉，大約有80％的水由于深層滲漏及無效蒸發(fā)損失掉。近些年，管網(wǎng)供水、噴頭噴灑的噴灌灌水法，日漸流行起來。但管網(wǎng)控制大部分仍采用手動法。這種方法隨意性大，常常發(fā)生該灌水時，無人開閥，不該灌時又無人關(guān)閥。采用這種方法，至少有40％~50％的水浪費掉。利用定時器控制灌溉的方法在我國已采用7年多，但普及率很低，連十分之一都不到。采用定時器控制灌溉，比人工控制系統(tǒng)要節(jié)水的多。它可以依據(jù)經(jīng)驗針對不同氣候時段，設(shè)置不同程序，減少了灌溉控制隨意性。但灌溉程序設(shè)定仍是依賴于管理人員的經(jīng)驗或參照有關(guān)參考數(shù)據(jù)。如管理人員經(jīng)驗不足，或獲得的參考數(shù)據(jù)準確性差，編制的程序會導(dǎo)致灌水過量或不足，因此這種控制方法距精準化灌溉差距仍遠。 公共綠地灌溉系統(tǒng)必須要針對不同綠地類型來研究不同的灌溉模式，并研究人工澆溉、噴灌、滴灌和滲灌等方式。灌溉模式的選擇不僅遵循省工節(jié)本、因地制宜的設(shè)計原則外，還要考慮公共綠地的不同類型、當?shù)貧夂驐l件和植物耐旱能力等因素。同時，公共綠地灌溉系統(tǒng)還需研究自動化灌溉和控制策略，能實現(xiàn)智能化灌溉，在節(jié)約水資源的基礎(chǔ)上，能節(jié)省人力和物力。 LabVIEW是美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的通用編程開發(fā)環(huán)境。LabVIEW內(nèi)含豐富數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)信號分析以及控制等子程序，特別適用于數(shù)據(jù)采集、通信處理系統(tǒng)。因此，本項目將應(yīng)用LabVIEW的數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)，進行公共綠地灌溉系統(tǒng)智能處理和節(jié)水自動控制的研究。
