基本信息
- 项目名称：
- 公共绿地灌溉自动控制系统设计
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本系统通过监视各个绿地的当前状态，包括空气温度、空气湿度、光照、土壤湿度、风速等的信息采集以及各个设备的开关状态等，实现对公共绿地灌溉设备控制、环境数据的不间断采集、整理、统计。该系统由多传感器模块、单片机数据采集模块、LabVIEW 软件平台等组成，实现了绿地灌溉需水量的决策控制管理系统。试验结果表明，该系统能够根据土壤状况适时、适量的灌溉，对节水灌溉技术的发展起到了一定的作用。
- 详细介绍：
- 本作品考查北方地区的气候，针对不同的植物类型、土壤状况、绿地类型以及天气情况等，利用基于单片机的数据采集系统和基于LabVIEW的数据处理系统实现公共绿地的灌溉模式优化和自动控制，以期达到公共绿地节水灌溉和改善居民生活环境的目的。 作品科学性强，适于产业化发展。基于单片机的数据采集系统降低了开发成本，易于推广使用；基于LabVIEW的软件系统开发和虚拟仪器技术，给我们提供了一个优秀的开发环境和人性化的应用界面，便于后期人员对本作品的完善和优化；作品应用LabVIEW技术实现系统性的灌溉策略，在未来绿地灌溉系统的设计和发展中具有很强的指导意义，较之现行中央计算机灌溉控制系统具有很大的先进性意义。 本作品适应性强，具有可移植性，只要完成了对灌溉对象的灌溉需求报告订制，便可以在很短的开发周期内移植使用，实现包括对农田、林地和各类具有灌溉需求的地区的自动控制灌溉系统的开发和实践，大大增加了本作品的应用范围，拓宽了其应用前景。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计目的：随着我国城乡公共绿地面积的快速增长和水资源的日益短缺，良好的灌溉手段显得日益重要。城市的大部分灌溉设施不是很完善，达不到良好的灌溉效果。因此，完善的灌溉系统对公共绿地的长效管理是非常必要的。 基本思路：系统通过监视各个绿地的当前状态，实现对公共绿地灌溉设备控制、环境数据的不间断采集、整理、统计。该系统由多传感器模块、单片机数据采集模块、LabVIEW 软件平台等组成，实现了绿地灌溉需水量的决策控制管理系统。创新点： 1. 本作品针对不同的植物类型、土壤状况、天气情况以及绿地类型等，进行灌溉模式优化和自动控制； 2. 本作品利用 LabVIEW技术针对不同的土壤状况、天气情况等进行灌溉控制，达到节水节能； 3.采用数据融合技术，将土壤温度和湿度、空气湿度，风速和气压等环境影响因素综合考虑，建立数学模型，使灌溉的控制更加可靠； 4.在LabVIEW平台上直观地、实时地监控和管理绿地灌溉整个过程。 技术关键： 1.研究人工浇溉、喷灌、滴灌和渗灌等不同的灌溉模式； 2.单片机数据采集与处理技术； 3.基于LabVIEW的虚拟仪器技术； 4.基于模糊控制技术的智能控制。 系统的主要技术指标： 1. 土壤水分控制范围在60％ ≤土壤相对湿度<80％； 2. 数据采集卡与PC间以串口RS232或者无线通信方式； 3. 系统能实现计算机自动控制、无线控制和手工控制； 4. 系统使用后能比传统人工灌溉节水约35%，节省成本约16%。
科学性、先进性
- 科学性： 本作品通过研究绿地灌溉的基本原理，运用温度、湿度传感器等采集相关参数，通过单片机进行数据传输和导入LabVIEW环境，然后运用LabVIEW强大的数据采集和数据处理能力对所采数据进行分析和综合，得出相应的灌溉模式选择与灌溉控制。本作品同时可根据以往天气状况进行一定范围内的天气预测，并加以人工控制，达到公共绿地节水灌溉的目的。 先进性： 目前，基于国内传统的绿化用水，一般用洒水车或者皮管灌溉，大约有80％的水由于深层渗漏及无效蒸发损失掉。现行的灌溉技术落后，水利用效率低下，大量绿化用水被浪费掉。改善灌水技术，采用智能化、精准化灌溉，努力提高水的利用率势在必行。 本作品采用了LabVIEW数据采集技术强大的数据处理能力，同时能提供友好便捷的控制界面和编程的拓展空间。系统能针对不同绿地类型来选择不同的灌溉模式，同时能按照一定的控制策略实现自动化灌溉，在节约水资源的基础上，还能节省人力和物力。
获奖情况及鉴定结果
- 本作品获得2011年华北水利水电学院“挑战杯”竞赛一等奖。
作品所处阶段
- B中试阶段
技术转让方式
- 使用权
作品可展示的形式
- 模型
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：本作品仅需于相应绿地配置对应的传感器和自动控制灌溉设施，便可以实时监测灌溉相关信息，并作出灌溉控制处理办法，反馈给灌溉控制器，实现完全自动化的灌溉控制。 技术特点：温度、湿度、气压和风速等传感器通过嵌入绿地固定的监测点，实时对土壤信息和空气信息进行检测；同时经过单片机进行初步数据处理和无线Zigbee技术作为通信线路的传输，从而实现单片机与PC机通信和LabVIEW数据处理；进而通过LabVIEW实现数据显示和实时监测，最后通过单片机进行浇灌控制。从而实现了对绿地灌溉的实时监测和灌溉控制。 技术优势：系统采用高灵敏的数字温度、湿度等传感器，对土壤进行实时监测，运用单片机和LabVIEW进行数据采集和处理，从而实现自动浇灌和控制。 适应范围：本作品适用于各类公共绿地，同时可以在相关产业中发挥巨大作用，诸如森林、草场温湿度检测，农场、大棚的自动化农业等等。 推广前景：本项目直接适用于各类广场、学校、交通绿化带、公园等的自动化灌溉。可推广到农田林地等相关灌溉地区。
同类课题研究水平概述
- 随着我国城乡公共绿地面积的快速增长和水资源的日益短缺，灌溉作为一种最常用的管理手段显得日益重要。城市的大部分灌溉设施不是很完善，达不到良好的灌溉效果。因此，从长远利益出发，完善的灌溉系统对公共绿地的长效管理是非常必要的。 在发达的西方国家，广为采用的是自动化灌溉控制系统。据统计，美国的灌溉系统约有百分之九十采用此种控制方法。其优点是投资少，易于操作，灌溉水的有效利用率比手动控制提高很多。从整个国际市场角度看灌溉行业，国外应用远远比国内成熟的多。例如，美国白宫草坪、美国微软公司草坪和花卉和罗马足球场草坪等等绿地灌溉中相继采用这种控制方法；尤其是在美国拉斯维加斯城，只用三套中央计算机控制系统，将所有草坪和花卉实现自动灌溉，一套用于控制全城的公园绿地、饭店草坪、街道花卉等灌溉，另两套则用于l30多所大学的所有绿地灌溉。 在国内，传统的绿化用水，一般用洒水车或者皮管灌溉，大约有80％的水由于深层渗漏及无效蒸发损失掉。近些年，管网供水、喷头喷洒的喷灌灌水法，日渐流行起来。但管网控制大部分仍采用手动法。这种方法随意性大，常常发生该灌水时，无人开阀，不该灌时又无人关阀。采用这种方法，至少有40％~50％的水浪费掉。利用定时器控制灌溉的方法在我国已采用7年多，但普及率很低，连十分之一都不到。采用定时器控制灌溉，比人工控制系统要节水的多。它可以依据经验针对不同气候时段，设置不同程序，减少了灌溉控制随意性。但灌溉程序设定仍是依赖于管理人员的经验或参照有关参考数据。如管理人员经验不足，或获得的参考数据准确性差，编制的程序会导致灌水过量或不足，因此这种控制方法距精准化灌溉差距仍远。 公共绿地灌溉系统必须要针对不同绿地类型来研究不同的灌溉模式，并研究人工浇溉、喷灌、滴灌和渗灌等方式。灌溉模式的选择不仅遵循省工节本、因地制宜的设计原则外，还要考虑公共绿地的不同类型、当地气候条件和植物耐旱能力等因素。同时，公共绿地灌溉系统还需研究自动化灌溉和控制策略，能实现智能化灌溉，在节约水资源的基础上，能节省人力和物力。 LabVIEW是美国国家仪器（NI）公司研制开发的通用编程开发环境。LabVIEW内含丰富数据采集、数据信号分析以及控制等子程序，特别适用于数据采集、通信处理系统。因此，本项目将应用LabVIEW的数据采集和处理技术，进行公共绿地灌溉系统智能处理和节水自动控制的研究。
