智能墒情监测及灌溉调水控制系统开发

发布时间：2017-04-30 10:08

  本文关键词：智能墒情监测及灌溉调水控制系统开发，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,我国明渠流域部分灌区从国外引进了一系列的农业灌溉调水设备,但价格昂贵、安装条件苛刻,而且从部分地区运行状况来看,存在很多问题。由于缺少对土壤温湿度、空气湿度、降雨量、季节气候变化等墒情的实时监测与反馈,造成了农田灌溉用水的需求与供给严重失衡,使得灌区农作物灌溉效率普遍低下。部分灌区的灌溉调水系统依旧人工手动运行调水设备,灌溉效率低下,不符合信息化自动化灌区要求。本文面向我国当前大力发展水利工程自动化建设的需求,研究开发满足我国大部分灌区使用的智能墒情监测及灌溉调水控制系统,为我国广大灌区的水利工程建设提供有力支持和基本技术保障。智能墒情监测及灌溉调水控制系统通过使用大面积覆盖的墒情监测技术,实时监测采集灌区农田土壤墒情信息,并将数据信息发送至灌区信息管理中心的上位远程控制调度管理软件进行计算处理,根据实际需要对安装于灌区各个渠道中的明渠区域动态调水分水终端发出分水调水指令,灌溉调水终端依据上位机发出指令对农作物进行高效灌溉,形成灌区农作物灌溉的闭环控制,确保所有农田供水稳定,有效提高农业水利用率。智能墒情监测及灌溉调水控制的硬件系统中：设计了土壤墒情采集终端,实时采集土壤墒情信息,并配合使用无线射频及以太网通信模块将数据发送至灌区信息管理中心；设计了蓄水调解及提水控制终端,安装于灌区农田干渠,主要用于蓄水灌溉,保障农田用水；设计了明渠区域动态调水分水控制终端,安装于灌区农田各个支渠,用于接收灌区管理中心计算处理后发送的农田灌溉调水指令,对灌区进行分水调水灌溉；设计了互补供电切换控制终端,运用野外工作机电系统电源供给技术,充分利用太阳能,减小市电电网压力。在软件系统中,设计了包括传感器数据处理与信息融合方法、无线通讯等多功能的上位管理软件,实时监测灌区农田墒情信息,根据实际需要控制终端进行分水调水灌溉,实现灌区自动化、信息化科学管理。最后,对智能墒情监测及灌溉调水控制系统性能进行实验验证,并在灌区进行推广应用。从现场使用情况来看,系统各个单点灌溉调水终端协同联动运行平稳,计量准确,通信顺畅,响应快速,能够实现单点灌溉调水机电设备的集群联调协同控制,减轻调水员工作强度,满足灌区信息化、无人化建设管理,对我国当前水利工程建设具有重要推动作用。
【关键词】：智能墒情监测 灌溉调水 灌区信息管理中心 上位远程控制调度管理
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S274;S152.7;TP273
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外发展现状11-14
• 1.2.1 国内外灌区土壤与作物墒情监测技术的发展现状11-12
• 1.2.2 常用的墒情监测方法介绍12
• 1.2.3 国内外灌区灌溉调水管理现状12-14
• 1.3 主要研究内容14-15
• 1.4 本章小结15-16
• 第二章 系统总体方案设计16-19
• 2.1 控制系统原理16
• 2.2 控制系统结构16-17
• 2.3 控制系统主要硬件设备选型17-18
• 2.3.1 嵌入式处理器选型17
• 2.3.2 无线通信模块17
• 2.3.3 开度传感器选型17-18
• 2.4 本章小结18-19
• 第三章 控制系统硬件平台开发19-35
• 3.1 墒情采集终端结构组成及工作原理19-20
• 3.1.1 墒情采集终端结构组成19
• 3.1.2 墒情采集终端工作原理19-20
• 3.2 通信终端硬件组成20-22
• 3.2.1 以太网通信终端20-22
• 3.2.1.1 以太网通信终端结构组成20
• 3.2.1.2 RS232串口通信电路设计20-21
• 3.2.1.3 以太网接口电路设计21-22
• 3.3 蓄水调节终端22
• 3.4 明渠区域动态调水分水终端22-31
• 3.4.1 明渠区域动态调水分水终端结构组成22-23
• 3.4.2 终端步进电机驱动电路23-24
• 3.4.3 终端数据采集24-25
• 3.4.4 LCD显示模块25-28
• 3.4.5 明渠区域动态调水分水终端显示页面28-31
• 3.4.5.1 系统状态页面28-29
• 3.4.5.2 工作模式切换页面29
• 3.4.5.3 流量状态显示页面29-30
• 3.4.5.4 开度及水位显示页面30
• 3.4.5.5 显示屏操作30-31
• 3.5 电源供电31-34
• 3.5.1 供电系统整体设计31-32
• 3.5.2 太阳能-市电互补供电切换控制模块设计32-33
• 3.5.3 电压转换模块原理设计33-34
• 3.5.3.1 48V转24V电压转换模块原理设计33-34
• 3.5.3.2 24V电压转换模块原理设计34
• 3.6 本章小结34-35
• 第四章 控制系统软件开发35-43
• 4.1 灌区上位远程控制调度管理软件35-40
• 4.1.1 用户登录35-36
• 4.1.2 墒情监测36-37
• 4.1.3 终端设备的监测控制37-39
• 4.1.4 数据查询39-40
• 4.2 上位远程控制调度管理软件安装40-42
• 4.2.1 软件安装环境40-41
• 4.2.2 应用软件安装41-42
• 4.3 本章小结42-43
• 第五章 智能墒情监测及灌溉调水控制系统试验及应用43-49
• 5.1 墒情监测终端数据采集测试实验43
• 5.2 明渠流域仿真实验平台模拟实验43-46
• 5.2.1 明渠测流模拟实验44
• 5.2.2 水位传感器测量可靠性试验44-45
• 5.2.3 恶劣环境下系统硬件运行试验45-46
• 5.3 敦化灌区现场实验46-48
• 5.4 本章小结48-49
• 结论与展望49-51
• 参考文献51-54
• 在校期间的研究成果54-55
• 致谢55

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