一种温室智能滴灌设备的制作方法

专利名称：：一种温室智能滴灌设备的制作方法
技术领域：
：本发明涉及农业滴灌技术，具体为采用模糊控制技术的一种温室智能滴灌设备，可广泛应用于温室作物的无土栽培和可控农业的营养液滴灌。
背景技术：
：温室无土栽培因其具有受外界环境影响小、室内温度可控、适宜作物生长等优点己在我国得到大面积推广。温室作物为丰富老百姓的菜篮子做出了巨大的贡献。温室无土栽培技术中营养液的配制及滴灌技术是其重要组成部分，对提高设施农业效益有非常重要的影响。但由于人为因素、技术和设备等条件的限制，温室无土栽培技术存在着营养液配制不精确、滴灌自动化程度低、实践性差、数据不准确和决策不科学等缺点。于是人们幵始把检测、反馈、自动控制、自动配液等技术应用于温室无土栽培的营养液配液及滴灌技术中。在曹东兴等设计的"无土栽培营养液调配及滴灌自动控制机"公开了一种无土栽培的营养液供液控制方法(参见ZL01118328.4)，其主要技术内容是采用单片机控制电磁阀，按比例方式控制泵阀开关时间以实现养液调配，并且调配完一桶滴灌一桶以此完成一个滴灌循环，不能实现连续滴灌及大型温室灌溉，且养液混合过程采用电机带动叶片实现搅拌混合质量较差，长时间使用会在管路内产生沉淀，当管路堵塞时又没有反冲洗装置，该系统无知识库不能实现智能操作。在魏正英等发表的"滴灌施肥自动控制系统的研究与开发"一文中公开了一种无土栽培的营养液供液控制方法(参见《西安交通大学学报》2008年第3期P348)，其主要技术内容是营养液通过球阀形成漩涡，通过漩涡自身的旋转混合各种肥料，采用单片机与变频调节技术控制滴灌。这种方法的不足是营养液浓度与PH值的控制精度低，系统自身无反冲洗系统，在滴灌过程中出现杂质沉淀时不能自行进行清除，且无专家决策系统，不能实现智能操作，因此其应用受到一定限制。在程月华等发表的"设施农业滴灌量控制模型和营养液供给自动控制系统"文章中公开了一种无土栽培营养液的配制及滴灌系统(参见《计算机工程》2003年第11期P13S)，该系统采用沉淀池和隔膜泵来防止杂质阻塞，并基于人工神经网络控制模型，采用单片机闭环控制滴灌。该系统缺点是采用沉淀池占用场地，增加了土地要求或限制，进一步增加了成本，同时该系统使用PI调节营养液的浓度和PH值，配制精度低，也无知识库，不能实现智能操作。
发明内容针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种温室智能滴灌设备，该设备可迅速、稳定地混合营养液，实现实时配液、实时滴灌，对在配液及滴灌过程中产生的杂质可使用反冲洗泵进行清洗，有手动和自动两种功能，并可进行智能操作，对作物营养液的温度、浓度和酸度值进行实时监测和控制，具有设计合理，参数测量准确、决策科学，智能化程度高，可操作性好，成本较低，实用性强等优点。本发明解决所述设备技术问题的技术方案是设计一种温室智能滴灌设备，其特征在于该设备包括硬件和软件两大部分，其中硬件包括模块化设计的六个部分反冲洗过滤机构，原料液供给机构、原料液混合机构、营养液滴灌机构、电气控制机构和营养液检测机构；所述的反冲洗过滤机构包括反冲洗装置以及与其外接的进水控制阀、出水控制阀、反冲洗控制阀和压力传感器，反冲洗装置包括立式设计的筒体、与筒体密封配装的筒盖，在筒体壁的下部开有进水口，进水口安装进水控制阀，且进水口在筒体内部的一端装有开合盖板，进水口与筒体壁之间连接压力传感器，在筒体壁的上部开有出水口，出水口安装出水控制阀，在筒体壁下部与所述进水口对应的另一侧开有排污口，排污口安装排污阀；在筒盖的中心开有反冲洗口，反冲洗口安装反冲洗控制阀；在筒体内安装有过滤网，过滤网的底边固定在筒体的底部，过滤网的顶端位置高于所述的出水口；所述的进水控制阀、出水控制阀、反冲洗控制阀均由控制机构的压力传感器控制；所述过滤网的改进设计为可拆卸式的双层穹顶柱型结构，双层过滤网之间填衬无纺布；所述的原料液供给机构包括并接的三条支路，一条是母液A,供给支路-母液Ai储液罐依次管路连接的母液Aj急压过滤阀、母液Ai泵和母液Aj荒量控6制阀，并接入储液罐；第二条支路是母液B供给支路母液B,储液罐依次管路连接的母液B^急压过滤阀、母液Bi泵和母液Bi流量控制阀，并接入储液罐；第三条是酸/碱液供给支路酸/碱储液罐依次管路连接的酸/碱稳压过滤阀、酸/碱泵和酸/碱流量控制阀，并接入储液罐；所述的原料液混合机构包括储液罐、与储液罐配装的开启式上盖和搅拌泵；储液罐的顶部是待混合溶液的输入口，在储液罐的一侧开有搅拌输入口和滴灌输出口，另一侧是搅拌输出口；所述搅拌输入口管接搅拌泵的一端，所述搅拌输出口管接搅拌泵的另一端，形成营养液混合搅拌回路；在混合搅拌回路上平行设计有液体截留管路，截留管路内部放置浓度传感器和PH值传感器，所述滴灌输出口与滴灌泵管接；所述储液罐内部设有交错平行安装的3—5块挡板，挡板构成S形的营养液流动通道，储液罐内还安装有液位传感器和温度传感器；所述的营养液滴灌机构包括管路连接的滴灌泵、滴灌控制阀、换向控制阀和稳压过滤阀；滴灌泵的入口与储液罐一侧的滴灌输出口管接，滴灌泵的出口依次管接滴灌控制阀、稳压阀和换向控制阀；所述的电气控制机构包括工控机、控制阀、接触器、固态继电器和电源构成的两条控制支路，一条是所述各个泵的控制支路；另一条是所述各个电磁阀的控制支路所述的营养液检测机构包括浓度测量电路、酸度测量电路、温度测量电路、液位测量电路及压力测量电路；浓度检测电路包括浓度传感器，浓度传感器的一端连接信号发生器，另一端依次与电压跟随器、单运放放大器和A/D转化器连接；酸度检测电路包括酸度传感器，酸度传感器通过三运放高共模抑制比放大电路连接到A/D转化器；温度测量电路包括温度传感器，温度传感器通过单运放的温度补偿电路连接到A/D转化器；液位检测电路包括液位传感器，液位传感器通过同相放大器连接到A/D转化器；压力测量电路包括压力传感器，压力传感器通过三运放高共模抑制比放大电路连接到A/D转化器，A/D转化器与工控机连接；所述的软件部分包括营养液检测及控制程序控制程序包括一个主程序、四个子程序和一个知识库；所述主程序包括系统初始化设置、按键判断、液位判断、管道堵塞时压力判断、营养液参数检测、执行模糊控制、滴灌输出、滴灌天数和滴灌次数判断以及分别调用相应的四个子程序的程序；所述四个子程序包括参数输入子程序、低液位溶液加入子程序、高液位溶液加入子程序和反冲洗子程序；所述的模糊控制采用人工设定营养液输出时的浓度和酸度值，系统通过浓度传感器、酸度传感器检测实时值，然后将检测的实时值与标准值相比较得出差值，根据浓度和酸度值的偏差调用相应二维模糊控制规则表内的母液M、母液Bi、酸/碱液的输入开关量，通过闭环控制进行系统循环检测，实现实时配液、实时滴灌；所述知识库包括常见农作物营养液配方表及种植知识表；营养液配方表含有不同农作物不同时期的营养液成分配方；种植知识表中包含常用农作物不同时期营养液的需求值。与现有技术相比，本发明滴灌设备有如下优点1.采用模糊控制原理(参见图12)，开机营养液配制时间短，开机时间约15分钟即可正常开始滴灌，实现实时配液、实时滴灌；2.配有知识库，包含设计要求的(实施例为常见的十多种)农作物种植知识及其营养液配方，使该滴灌装置实现了智能化控制；3.采用反冲洗装置(参见图7—8)可以通过手动和自动装置对入水管道内的杂质进行定期和不定期的清洗，保证营养液质量，使用搅拌泵中的高压营养液进行反冲洗，且结构简单，功耗少，成本低；4.采用单独的搅拌泵连接储液罐设计，其储液罐结构设计内部采用挡板设计(参见图4一6)，循环搅拌与营养液S型流动相结合，结构简单，能耗低，运转方便，故障少，稳定性高；5.在滴灌泵的出液口处接有滴灌控制阀、稳压阀和换向控制阀。滴灌控制阀能够准确计量所滴灌的营养液用量，稳压阀可以起到保护作用，保护滴灌控制阀，防止外界营养液压力过大而出现渗漏和反灌；同时可实现营养液在滴灌过程中的恒压，换向电磁阀可以在不停机的状态下对多个滴灌区进行滴灌；6.对频繁使用的母液泵流量控制阀和母液泵B！及其流量控制阀进行了冗余设计，采用两套机构并行安装，实现系统冗余，增强设备的安全性、稳定性及可靠性。图1是本发明温室智能滴灌设备一种实施例的整体结构主视示意图2是本发明温室智能滴灌设备一种实施例的整体结构俯视示意图；在图2中，DG代表滴灌液、PW代表排污液、Aj戈表母液Ai、B!代表母液B,、A2代表母液A2、B2代表母液B2、C代表酸/碱、E代表水；图3是本发明温室智能滴灌设备一种实施例的整体结构左视示意图；图4是本发明温室智能滴灌设备一种实施例的组成和工作原理示意图；图5是本发明温室智能滴灌设备一种实施例的储液罐主视结构示意在图5中，储液罐4的管口标记分别是酸入口Sc、母液A,入口S^、母液A2入口Sa2、母液B!入口Sw、母液B2入口Sb2、水入口Se、液位计接口Sm、液位计接口Su2、搅拌输入口Sw、搅拌输出口Soun、滴灌输出口SouT2;图6是本发明温室智能滴灌设备一种实施例的储液罐俯视结构示意图；图7是本发明温室智能滴灌设备一种实施例的反冲洗装置主视示意图；图8是本发明温室智能滴灌设备一种实施例的反冲洗装置俯视示意在图7和图8中，反冲洗装置10的管口标记分别是反冲洗进水口F肌、反冲洗出水口Foun、高压营养液进液口FIN2、反冲洗排污口FouT2;图9是本发明温室智能滴灌设备一种实施例的控制面板照片图IO是本发明温室智能滴灌设备一种实施例的电气控制原理示意图；在图11中，标记KM1、KM2、KM5、KM6、KM7分别代表母液Ai泵、Bi泵、酸/碱泵、搅拌泵及滴灌泵控制器的接触器；标记S1、S2、S5、S6、S7分别代表母液Ai泵、B工泵、酸/碱泵、搅拌泵及滴灌泵控制器的固态继电器图11是本发明温室智能滴灌设备一种实施例的模拟电路示意图；图12是本发明温室智能滴灌设备一种实施例的模糊控制原理示意图；图13是本发明温室智能滴灌设备一种实施例的控制程序流程图；其中，Ml子程序低液位溶液加入子程序；M2子程序高液位溶液加入子程序；M3子程序反冲洗程序。具体实施方式下面结合实施例及其附图对本发明作进一步详述本发明设计的温室智能滴灌设备(简称滴灌设备或设备，参见图1一13)一种实施例的特征结构如下该设备包括硬件和软件两大部分，其中硬件包括模块化设计的六个部分反冲洗过滤机构，原料液供给机构、原料液混合机构、营养液滴灌机构、电气控制机构和营养液检测机构。所述的反冲洗过滤机构为本发明自主设计(参见图7-8)，它包括反冲洗装置10以及与其外接的进水控制阀21、出水控制阀15、反冲洗控制阀8和压力传感器35等，反冲洗装置10包括立式设计，其特征在于该装置外壳是由所述的筒体42配装筒盖37、密封垫圈38通过螺栓连接为一体。在筒体壁的下部开有进水口FIN1，进水口F^外接进水控制阀21，且进水口F^在筒体42内部的一端装有开合盖板(简称盖板)34，盖板34可以随着进水水流的方向打开，反冲洗水流方向闭合。在进水口F^与筒体42的侧壁之间连接有压力传感器35，在筒体42的上部开有出水口F。utl，出水口F。w外接出水控制阀15，在筒体42底部与所述进水口F^对应的另一侧开有排污口F。ut2，排污口F。ut2安装有圆锥销39、弹簧40、调压螺栓41机械组装成的(单向)排污阀；在筒盖37的中心开有反冲洗口FIN2，反冲洗口F^2外接反冲洗控制阀8;在筒体42内安装有过滤网36，过滤网36为可拆卸式的双层穹顶柱型结构，内衬无纺布，过滤网36的底边固定在筒体42的底部，过滤网36的顶端位置高于所述的出水口F。utl;所述的进水口F,经进水控制阀21与用于调配营养液的水源E连接，所述的出水口F。uti连接出水控制阀15，并接入营养液储液罐(以下简称储液罐)4;所述的反冲洗控制阀8接入营养液的循环搅拌管路(参见图2)中。所述的进水控制阀21、出水控制阀15、反冲洗控制阀8均由控制机构的压力传感器35控制。所述反冲洗过滤机构的进水控制阀21、出水控制阀15、反冲洗控制阀8为电磁阀，可以手动控制，也可以通过压力传感器35输出的压力信号实现自动控制。所述的筒体42实施例采用碳钢材料。所述的过滤网36实施例为不锈钢材质。所述排污部件采用机械阀，手动控制调节。本发明实施例设计了一种简单的自动的排污阀，它由安装在排污口管道内、并与排污口管道内腔匹配的圆锥销39，为圆锥销提供压力的弹簧40以及调整弹簧40压力的调压螺栓41机械组装而成(参见图7)。本发明所述的原料液供给机构(参见图1-2)包括并接的三条支路一条是母液Al的瑜入管道与1号稳压过滤阀26的一端相连，1号稳压过滤阀26的另一端通过管道串接母液A,泵29和1号流量控制阀11，并与储液罐4的入口SAi相连；第二条是母液B,输入管道与3号稳压过滤阀24的一端相连，3号稳压过滤阀24另一端通过管道串接母液B,泵18和3号流量控制阀13，并与储液罐4的入口Sw相连；第三条是酸/碱的输入管道与5号稳压过滤阀27的一端相连，5号稳压过滤阀27的另一端串接酸/碱泵28相连和5号流量控制阀7，并与储液罐4的入口Sc相连。所述原料液混合机构的原料液通过储液罐4顶部的溶液输入口Sc、SA1、Sa2、SB1、SB2、及Se瑜入到儲液罐4内。在储液罐4的一侧开有搅拌输入口S^和滴灌输出口S0UT2，另一侧开有搅拌输出口S0UT1;储液罐4一侧的搅拌输入口Sw(见图5)通过管道连接搅拌泵16的一端，储液罐4另一侧的搅拌输出口S0UT1通过管道连接于搅拌泵16的另一端形成营养液混合搅拌回路；当搅拌泵16启动时营养液在储液罐4内进行推流运动，储液罐4内等距交错排列的3—5块梯形挡板使营养液以S形流动实现混合。同时为了消除营养液流动对浓度、酸度测量的影响。在混合搅拌回路上平行安装有液体截留管路(见图l)，其内部放置浓度传感器5和酸度传感器6，而温度传感器2和液位传感器3安放在储液罐4内的底部。本发明所述的营养液滴灌机构(参见图1-2)包括管路连接的滴灌泵1、滴灌控制阀17、换向控制阀19和稳压阀20;滴灌泵1的一端连接储液罐滴灌输出口S0UT1，另一端连接滴灌控制阀17再依次连接换向控制阀19、稳压阀20;当营养液混合均匀后，滴灌机构中的滴灌泵l启动，从营养液储液罐4中排出营养液通过滴灌控制阀17、稳压阀20和换向控制阀19后进行滴灌。由于滴灌过程中存在压力波动，而且需要对多个栽培床滴灌。因此本发明发明使用了稳压阀20、换向控制阀19。在滴灌时，可以实现自动切换，滴灌多个栽培床。本发明所述的电气控制机构(参见图10):包括两条控制支路，一条是所述各个泵的控制支路；另一条是所述各个电磁阀的控制支路泵的控制支路包括，母液A!泵29、母液Bi泵18、酸/碱泵28、搅拌泵16及滴灌泵1分别与母液Ai泵接触器(图11中标记为KM1)、母液Bi泵接触器(KM2)、膽/碱泵接触器(KM5)、搅拌泵接触器(KM6)、滴灌泵接触器(KM7)相连，各接触器还分别连接工控机GKJ的K。K2、K3、K4、K5、Kg、K7脚及电源以便实现自动控制，同时每个接触器并接一个固态继电器S卜S2、S3、S4、S5、S6、S7可进行自动控制，而每个接触器所串接的手动开关BSt、BS2、BS3、BS4、BS5、BS6、BS7也可以进行手动控制；电磁阀的控制支路包括，各电磁阀分别通过固态继电器P21、P8、P15、P7、P、P12、P13、P14、P17、P,9与工控机GKJ的F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8、F9、F。脚及电源相连。且电源Vcc为工控机GKJ的标准供电电源，同工控机相连，酸度传感器6、浓度EC传感器5、温度T传感器2、液位H传感器1、压力P传感器35，通过各自的信号调理电路与A/D转换连接，A/D转换分别与工控机GKJ的M,、M2、M3、M4、M5脚相连。电气控制机构本身为现有技术。本发明所述的营养液检测机构(参见图ll)包括，浓度测量电路、酸度测量电路、温度测量电路、液位测量电路及压力测量电路。其中浓度EC传感器5用来测量营养液浓度。为了减少营养液流动对浓度传感器5造成的冲击，将其放入搅拌管路的并行截流管道内，然后接入由运算放器组成的跟随电路和单运放差动放大电路，其输出接A/D转换器的2脚；酸度传感器6用来测量营养液PH。为了减少营养液流动对酸度传感器6造成的冲击，也将其放入搅拌管路的并行截流管道内，然后接运算放大器构成的电压放大器，其输出接A/D转换器的3脚；温度T传感器2安放在储液罐4内，用于检测营养液的温度，实现对浓度和酸度测量结果的补偿，然后接运算放大器构成的电压放大器，并接入A/D转换器的5脚；液位H传感器3放置在储液罐4内，用来测量营养液高度，然后接运算放大器构成的电压放大器，并接入A/D转换器的4脚；压力传感器35安放在反冲洗装置10的筒体42外壁上测量过滤网36内外压差。所述的各个传感器连接A/D转化器，A/D转化器与工控机相连。本发明设备的整体管道结构连接关系如下母液A,的输入管道与1号稳压过滤阀26的一端相连，1号稳压过滤阀26的另一端通过管道串接母液A,泵29和1号流量控制阀11，并接入营养液储液罐4的入口SA1;母液Bi输入管道与3号稳压过滤阀24的一端相连，3号稳压过滤阀24的另一端通过管道串接母液B!泵18和3号流量控制阀13，并接入储液罐4的入口SBn酸/碱输入管道与5号稳压过滤阀27的一端相连，5号稳压过滤阀27的另一端串接酸/碱泵28和5号流量控制阀7，并接入储液罐4的入口Sc。反冲洗装置出水口Foun通过管道连接出水控制阀15，并接入储液罐4的入口SE。搅拌泵16的两端分别和营养液储液罐4的两端通过管道连接成一个循环回路(见图2)。本发明设备的进一步特征是所述的原料液供液机构还包括冗余设计的备用原料液供液机构。备用原料液供液机构与所述的(主)原料液供液机构结构和功能均相同。具体包括母液A2的输入管道与2号稳压过滤阀25的一端相连，2号稳压过滤阀25的另一端通过管道串接母液A2泵30和2号流量控制阀12，并接入营养液储液罐4的入口SA2;母液B2输入管道与4号稳压过滤阀23的一端相连，4号稳压过滤阀23的另一端通过管道串接母液B2泵22和4号流量控制阀14，并接入储液罐4的入口SB2;这种为冗余设计的备用原料液供液机构在安装时一同并列安装，可以大大提高系统工作的适应性(如多溶液供给)和可靠性。本发明滴灌设备一种实施例的罐体结构如下(参见图5—6):营养液储液罐4的搅拌输出口Sc)UT1与搅拌泵16入口端相连，营养液储液罐4的搅拌输入口Sw与搅拌泵16出口端相连。这样储液罐4与搅拌泵16通过管道连接成循环回路。本发明使用搅拌泵16的储液罐4为自主设计。该罐体内部采用了平行交错安装的3—5块挡板，在罐体的一侧是营养液搅拌输入口S、营养液滴灌输出口S0UT2，罐体的另一侧是液体搅拌输出口S0UT1，罐体上方是母液At输入口SA1、母液Bj俞入口SB1、母液A2输入口Sa2、母液B2输入口SB2、酸/碱液输入口Sc、水源输入口SE。在储液罐4的顶部有开启的盖子32，侧面有液位计接口(图5中标记为Sw与Su2)，顶部开启或透明的盖子32可以人工观察营养液流动状况。当储液罐4加入待混合溶液到一定液位后，搅拌泵16启动，营养液在储液罐4和搅拌泵16之间进行推流运动。在储液罐4内由于挡板33的作用，使营养液在储液罐内呈S型流动，延长混合时间，在有限空间内增加了流动距离。因此该罐体结构设计可以快速均匀的混合营养液，提高配液效率。本发明滴灌设备一种实施例的反冲洗装置工作原理和过程如下(参见图7-8):正常过滤时，水流由反冲洗装置入水口F加进入筒体，经过滤网36过滤，水在过滤网36内由于惯性作用将水中的细小颗粒杂质及悬浮物沉积在过滤网36上，过滤的水由反冲洗装置的出水口F。ut2流出。在设备运行过程中，当过滤水的反冲洗装置10内杂质达到一定厚度时，压力传感器35就会检测到压差信号，并输出脉冲信号，工控机控制反冲洗排污。首先打开反冲洗控制阀8，导入营养液混合搅拌回路管道内的高压营养液流，高压营养液从反冲洗口F!N2进入筒体，对过滤网36进行反冲洗，清洗黏附在过滤网36上的杂质。清洗后的液体累积和压力作用，会冲开由圆锥销39、弹簧40、调压螺栓41组成的单向排污阀，使清洗液和杂质从排污口Fout2排出，达到清洁过滤网36及筒体的目的。本发明设备可以进行手动控制，当水过滤正常时，进水控制阀21为开启状态，所述盖板34打开，出水控制阀15为开启状态，反冲洗控制阀8为关闭状态。反冲洗时，手动控制方式使进水控制阀21为关闭状态，出水控制阀15为关闭状态，所述盖板34闭合，反冲洗控制阀8为开启状态。引入反冲洗高压营养液注入筒内，实现排污功能。该装置同时也可以通过压力传感器35实现自动控制，当水流入反冲洗装置10内，杂质会被过滤网36拦截，杂质达到一定厚度时，会影响水流通。水在反冲洗装置10的过滤网内、外的压力值会产生一定压差，当压力差达到设定数值时，镶嵌在筒体42上的压力传感器35通过连接过滤网36内、外的压力检测孔就会检测到该信息。然后压力传感器35输出电信号给工控机GKJ。工控机控制打开反冲洗控制阀8引入高压营养液对过滤网36进行反冲洗，把杂质从过滤网36上冲掉，从排污口F(xjt2排出，解决管路中的杂质沉淀问题。本发明滴灌设备一种实施例的控制面板结构如下(参见图9):在温室智能滴灌装置工作过程中，可以从知识库调用PH、EC数据，也可以通过控制面板上面的小键盘直接输入参数和指令。在滴灌过程中对各液压泵可以通过控制面板上按纽实现手动控制，同时控制面板的上面还有LCD显示屏，可以实时显示当前营养液各指标数值。同时反冲洗装置10的手动控制也可在控制面板上实现。本发明滴灌设备一种实施例软件程序如下所述(见图12-13):程序先初始化进行判键，若触发判键，调用参数输入子程序，没有触发，则进入液位Hi判断。若进入液位K时，调用M,低液位溶液加入子程序，接着进行液位H2判断。若进入液位H2，调用M2高液位溶液加入子程序。系统进行压差判断，如果反冲洗装置内部管道压力差判断被触发，调用反冲洗子程序，没有触发则检测酸度PH值、浓度EC值、温度T值，然后执行模糊控制。当达到设定浓度和酸度参数范围时，系统判断是否滴灌，否则程序跳转到压力差判断，继续执行模糊控制，直到符合设定范围进行灌溉输出。接着判断是否符合滴灌天数m，次数n，时间t的要求，如果被触发，则程序结束，否则程序跳转到判断液位Hi，重新进行另一次循环。整个程序经过数次重复循环，直到符合结束条件。利用该程序进行模糊控制及营养液调配，当EC值和PH值达到设定范围时，自动打开灌溉阀和启动灌溉泵实现滴灌，而当储液罐的液位低于设定液位时，关闭灌溉阀，灌溉泵重新进行调配。由于营养液对PH要求误差一般为PH士0.5、EC的要求误差一般为EC士0.2，所以模糊控制可以在H2的范围内，实现营养液实时调配和实时滴灌。所述的参数输入程序采用手动输入数据如设定浓度EC、酸度PH、灌溉天数、次数等参数进行识别和储存；所述的Mt低液位溶液加入子程序当储液罐4的液位在低液位^以下时，只打开进水控制阀21，注入水；当液位到达液位Hi时，l号流量控制阀ll、3号流量控制阀13打开，按一定比例注入母液A^母液B,—定时间，注入约占罐体所需体积总量的80%母液(可由人工设定母液A^母液Bi泵阀的开关时间)。所述的M2高液位溶液加入子程序若液位到达高液位H2，通过测量的浓度EC、PH值，按模糊控制算法，使被控量逼近设定值，直到达到精度要求后，自动打开滴灌控制阀17及启动滴灌泵1进行滴灌。当储存罐4中液位底于H2时，供液机构打开，重新进行模糊控制，直到达到精度要求，再次进行滴灌。依此往复循环，直到完成设定周期，实现边配液，边滴灌。所述的反冲洗子程序控制进水控制阀21关闭，出水控制阀15关闭，反冲洗控制阀8为开启，把反冲洗高压营养液注入到反冲洗装置10内，实现反冲洗功能。所述模糊控制的技术方案是，人工设定营养液输出时的浓度EC和酸度PH值，系统通过浓度EC传感器、PH值传感器检测实时值，然后将检测的实时值与标准值相比较，得出差值，根据浓度EC和酸度PH值的偏差调用相应二维模糊控制规则表(参见表l)内的母液A卜母液B^酸/碱液的输入开关量，通过闭环控制进行系统循环检测，实现实时配液和实时滴灌。模糊控制的原理如下(参见图12):本发明模糊控制程序设计的控制精度为±5%，模糊化等级为7级，分别是NB(负大)、丽(负中)、NS(负小)、Z0(零)、PS(正小)、PM(正中)、PB(正大)。因此只考虑研究对象的波动范围为±15%之内的情况，对于±15%-±25%的数据采用滤波处理，均认为其模糊化的论域为PB或NB。由于母液Ai和Bi的比例是相对固定的，即营养液输入时两种母液是按设定比例输入的，所以可以把1号流量控制阀11和3号流量控制阀13的时间增量AZ合并为一个变量ZP5号流量控制阀7的时间增量AZ设为Z2，水为开关量由5号流量控制阀7控制，保证营养液在液面H2的位置上下浮动。Ul为混合的浓度偏差，U2为混合的PH值偏差。该系统使用闭环控制，当检测到混合溶液的浓度和酸度值时，控制程序可以计算出浓度偏差Ul和PH值偏差U2，并根据模糊控制要求査询模糊控制表，以获得l号流量控制阀11和3号流量控制阀13的时间增量Zp5号流量控制阀7的时间增量Z2，将其结果反馈到工控机GKJ。工控机GKJ将控制供液机构实现实时调配。本发明采用知识挖掘的方法制定模糊控制表，其表l中母液A,、Bi和酸/碱液数值是指经过多次实验所得的有效数据由于EC值和PH值的调节相互耦合，因此就需要进行解耦。以浓度值稳定作为约束条件对数据库进行筛选。以所述的Z。Z2作为对象，进行数据挖掘，可以对浓度EC值的进行调节l号流量控制阀11和3号流量控制阀13时间增量Z,和5号流量控制阀7时间增量Z2同时增大，则浓度上升；1号流量控制阀11和3号流量控制阀13时间增量Zj和5号流量控制阔7时间增量Z2同时减小，则浓度降低；对ra值的进行调节所述时间增量Z,和时间增量Z2同时增大，ra值升高；所述时间增量Zi和时间增量Z2同时降低，则PH值降低。对模糊控制系统进行数据挖掘时可得到二维模糊控制规则表(即表1)。其中Ul为混合的浓度偏差。U2为混合的PH值偏差。然后根据模糊控制规则表，使用if…then…语句实现模糊控制规则的程序化。本发明所述知识库包括营养液配方表及种植知识表，其中营养液配方表含有常见农作物不同农作物的营养液成分配方；种植知识表中包含常用农作物不同时期的营养液的需求值。所述的营养液配方表和营养液配方表的实施例可参见常见农作物不同时期的营养液配方表(参见表2)和常见农作物不同时期的种植知识表(参见表3)。表2内的种植(农)作物在知识库内均有记录。当进行种植时，可以输入种植(农)作物的名称，工控机GKJ可以在知识库内査询到该种植(农)作物生长周期内所需营养液的全部数据。以这些数据为标准，把数据导入到模糊控制程序中无需工作人员手动设定，如滴灌时间、滴灌次数、营养液成分等。如果知识库内没有该种植(农)作物信息，操作人员可以手动输入，输入后便将数据存入知识库中。当该设备完成上述操作后开始运行，根据这些数据进行实时配液及滴灌，完成滴灌任务后自动停止工作，从而实现智能控制。这些种植数据本身为现有技术，知识库的内容和大小取决于用户要求。本发明实施例的知识库包含了草莓、甜椒、番茄等常见高效作物的种植数据。根据这些农作物种植数据以及本发明装置实时检测到的营养液参数，操作者利用设备的控制面板对所种植作物进行科学决策，设定浓度值、PH值、滴灌次数及滴灌时间等，从而使种植物各项指标处于理想和适合的范围内。很明显，该知识库的营养液配方表及种植知识表可集成更多的信息，并可根据需要更新。本发明滴灌设备，以工控机作为控制器，采用模糊控制算法实现实时配液，实时滴灌。水源E(参见图2)经过进水控制阀21进入反冲洗装置10入水口F閒(参见图8)，经过滤网36过滤后，从反冲洗装置出水口Foun流出。当搅拌泵16启动时，营养液在营养液储液罐4内进行推流运动，营养液储液罐4内等距交错排列的3—5块梯形挡板使营养液以S形流动实现混合。当营养液混合均匀后，滴灌机构中的滴灌泵1启动，从营养液储液罐4中排出营养液，并通过滴灌控制阀17、稳压阀20和换向控制阀19后进行实时滴灌。本发明滴灌设备包含知识库。该知识库包括草莓、甜椒等常用高效园艺17作物的营养液配方和生长周期内的滴灌数据，从而实现智能控制；采用单独的搅拌泵16连接储液罐体4设计，在罐体内设置S形排列的挡板33，以使营养液流动形式呈S形，实现液体均匀混合达到规定值；使用反冲洗装置IO对进水管道进行反冲洗。采用传感器分布式布局温度T传感器2、液位H传感器3放置于储液罐体4内，而浓度EC传感器5与酸度PH传感器6放置于回流管道的并行联通截流管道内，压力P传感器35在反冲洗外壁上，完成数据的采集与控制信号的变送。表l模糊控制规则表\uiU2\P験4JZ1=NB—Z2=NB^Z>l=NSvZ1=ZCVZ2=NB^Zl=PSvZ2=NBp一函如，Z1=ZCMZ2=NM*，Z1=ZCMZ2=NS*，Z1=PS+'Z2=NS*，Z1=PM-Z2=NS+，Zl=PBwZ2=NM—'Z1=NS*'Z2=NS*，Z1=ZCVZ2=NSpZ1=ZCMZl-PM*'Z2=PS+，Z2=PM+'Z2=NSpZ1=NS-Z2=NSwZ1=NS"Z2=ZCMZl=PSwZl=PSwZ2-PS^Z1=PM"Z2=PS^PS^Z2=NSpZ2=NS^Z1=ZCMZ2=PS+，Zl=ZO+*Z2=PSwZl=PSwZ2=PM+，Z2=PM-Zl-NB一Z2=ZCVZl-函如'Z2=ZCVZl=NSvZ2=PS-Zl=PSwZ1=PS*'Z2=PMwZl-PM一Z2=PB^jZ2=ZOwZ2=PSpZ2=PMpZ1=NM-'Z2=PMwZl=PMvZ2=PBpZl=PMvZ2=PB^18表2常见农作物不同时期的营养液配方表<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>下面给出本发明的具体实施例，但它不构成对本发明权利要求的限制。实施例l本实施例以无土栽培的草莓为例，详细说明利用本发明装置实现营养液实时调配及自动控制滴灌的过程本发明的知识库包括了栽培草莓专用营养液及其使用方法。草莓移栽一周时间为缓苗期，只滴罐清水即可(设定EC=0.36)。在缓苗至发芽期，滴灌营养液PH为5.56.5,电导率为0.81.0ms。分苗成长期，无土栽培滴灌营养液PH为5.56.0，电导率为1.41.6ms。结果盛期至采收末期，滴灌营养液PH为5.56.0，电导率为1.82.2ms。所用的水为清水，电导率为0.36ms，ra值6.8。首先开机启动，由控制人员输入(见图9)所要滴灌的种植(农)作物名称，如草莓等。如果知识库含有该信息，信息就会自动导入到操作界面；如果没有该信息，就需要控制人员手动输入。信息输入完成后，控制人员按动启动按钮，开始配液。如果液位位于仏以下，直接注入清水；当液位达到H2时，应先注入约罐体体积80%的母液(可由人工设定母液A1、Bl泵阀的开关时间)，然后按模糊控制要求，母液A^母液Bi、酸/碱、水进行实时调配。当营养液的EC和PH值达到设定值范围时开始进行滴灌(见图13)。这时液位会随着滴灌而降低，当液位低于H2时，又重新注入清水直到H2液位之上，再进行模糊控制及营养液调配直到达到设定范围实现滴灌，依此往复，实现一边配液，一边滴灌。配制营养液过程中，首先，母液M、Bi和酸/碱分别经过1号稳压过滤阀26、3号稳压过滤阀24、5号稳压过滤阀27的过滤后，被母液泵At、母液泵B"酸/碱泵经过1号流量控制阀11、3号流量控制阀13、5号流量控制阀7输送到储液罐4。清水通过反冲洗装置10后，由出水控制阀15直接输送到储液罐4。搅拌泵16连接储液罐4通过营养液回流的方式进行搅拌。当营养液的浓度ec参数和酸度(ra值)参数达到要求时，滴灌泵l启动，滴灌控制阀17和换向控制阀19和稳压阀20打开实施滴灌。在该设备运行过程中，当反冲洗装置的过虑网36内的杂质达到一定厚度时，会在反冲洗泵内外腔产生压差。压力传感器35发出电信号给工控机GKJ，工控机启动反冲洗控制阀8，引入搅拌泵16内的高压营养液反冲洗过滤网36，冲洗污水由排污口Fout2排出。权利要求1.一种温室智能滴灌设备，其特征在于该设备包括硬件和软件两大部分，其中硬件包括模块化设计的六个部分反冲洗过滤机构，原料液供给机构、原料液混合机构、营养液滴灌机构、电气控制机构和营养液检测机构；所述的反冲洗过滤机构包括反冲洗装置以及与其外接的进水控制阀、出水控制阀、反冲洗控制阀和压力传感器，反冲洗装置包括立式设计的筒体、与筒体密封配装的筒盖，在筒体壁的下部开有进水口，进水口安装进水控制阀，且进水口在筒体内部的一端装有开合盖板，进水口与筒体壁之间连接压力传感器，在筒体的上部开有出水口，出水口安装出水控制阀，在筒体壁下部与所述进水口对应的另一侧开有排污口，排污口安装排污阀；在筒盖的中心开有反冲洗口，反冲洗口安装反冲洗控制阀；在筒体内安装有过滤网，过滤网的底边固定在筒体的底部，过滤网的顶端位置高于所述的出水口；所述的进水控制阀、出水控制阀、反冲洗控制阀均由控制机构的压力传感器控制；所述的原料液供给机构包括并接的三条支路，一条是母液A1供给支路母液A1储液罐依次管路连接的母液A1稳压过滤阀、母液A1泵和母液A1流量控制阀，并接入储液罐；第二条支路是母液B1供给支路母液B1储液罐依次管路连接的母液B1稳压过滤阀、母液B1泵和母液B1流量控制阀，并接入储液罐；第三条是酸/碱液供给支路酸/碱储液罐依次管路连接的酸/碱稳压过滤阀、酸/碱泵和酸/碱流量控制阀，并接入储液罐；所述的原料液混合机构包括储液罐、与储液罐配装的开启式上盖和搅拌泵；储液罐的顶部是待混合溶液的输入口，在储液罐的一侧开有搅拌输入口和滴灌输出口，另一侧是搅拌输出口；所述搅拌输入口管接搅拌泵的一端，所述搅拌输出口管接搅拌泵的另一端，形成营养液混合搅拌回路；在混合搅拌回路上平行设计有液体截留管路，截留管路内部放置浓度传感器和PH值传感器，所述滴灌输出口与滴灌泵管接；所述储液罐内部设有交错平行安装的3—5块挡板，挡板构成S形的营养液流动通道，储液罐内还安装有液位传感器和温度传感器；所述的营养液滴灌机构包括管路连接的滴灌泵、滴灌控制阀、换向控制阀和稳压过滤阀；滴灌泵的入口与储液罐一侧的滴灌输出口管接，滴灌泵的出口依次管接滴灌控制阀、稳压阀和换向控制阀；所述的电气控制机构包括工控机、控制阀、接触器、固态继电器和电源构成的两条控制支路，一条是所述各个泵的控制支路；另一条是所述各个电磁阀的控制支路所述的营养液检测机构包括浓度测量电路、酸度测量电路、温度测量电路、液位测量电路及压力测量电路；浓度检测电路包括浓度传感器，浓度传感器的一端连接信号发生器，另一端依次与电压跟随器、单运放放大器和A/D转化器连接；酸度检测电路包括酸度传感器，酸度传感器通过三运放高共模抑制比放大电路连接到A/D转化器；温度测量电路包括温度传感器，温度传感器通过单运放的温度补偿电路连接到A/D转化器；液位检测电路包括液位传感器，液位传感器通过同相放大器连接到A/D转化器；压力测量电路包括压力传感器，压力传感器通过三运放高共模抑制比放大电路连接到A/D转化器，A/D转化器与工控机连接；所述的软件部分包括营养液检测及控制程序控制程序包括一个主程序、四个子程序和一个知识库；所述主程序包括系统初始化设置、按键判断、液位判断、管道堵塞时压力判断、营养液参数检测、执行模糊控制、滴灌输出、滴灌天数和滴灌次数判断以及分别调用相应的四个子程序的程序；所述四个子程序包括参数输入子程序、低液位溶液加入子程序、高液位溶液加入子程序和反冲洗子程序；所述的模糊控制采用人工设定营养液输出时的浓度和酸度值，系统通过浓度传感器、酸度传感器检测实时值，然后将检测的实时值与标准值相比较得出差值，根据浓度和酸度值的偏差调用相应二维模糊控制规则表内的母液A1、母液B1、酸/碱液的输入开关量，通过闭环控制进行系统循环检测，实现实时配液、实时滴灌；所述知识库包括常见农作物营养液配方表及种植知识表；营养液配方表含有不同农作物不同时期营养液成分配方；种植知识表中包含常用农作物不同时期营养液的需求值。2.根据权利要求1所述的温室智能滴灌设备，其特征在于所述的所述过滤网为可拆卸式的双层穹顶柱型结构，双层过滤网之间填衬无纺布。3.根据权利要求1或2所述的温室智能滴灌设备，其特征在于所述的排污阀由安装在排污口管道内、并与排污口管道内腔匹配的圆锥销，为圆锥销提供压力的弹簧以及调整弹簧压力的调压螺栓机械组装而成。4.根据权利要求1或2所述的温室智能滴灌设备，其特征在于所述原料液供液机构还包括冗余设计的备用原料液供液机构，备用原料液供液机构与所述的原料液供液机构结构和功能均相同。全文摘要本发明涉及一种温室智能滴灌设备，其特征在于该设备包括硬件和软件两大部分，其中硬件包括模块化设计的六个部分反冲洗过滤机构，原料液供给机构、原料液混合机构、营养液滴灌机构、电气控制机构和营养液检测机构；其中，所述反冲洗过滤机构包括反冲洗装置及外接的阀门和压力传感器；原料液供给机构包括并接的三条支路母液A₁供给支路、母液B₁供给支路和酸/碱液供给支路原料液混合机构包括储液罐、与储液罐配装的上盖和搅拌泵；电气控制机构包括工控机控制的泵和电磁阀两条控制支路；所述的软件部分包括营养液检测及控制程序控制程序包括一个主程序、四个子程序和一个知识库。文档编号G05B19/418GK101422124SQ20081015401公开日2009年5月6日申请日期2008年12月12日优先权日2008年12月12日发明者曹东兴,朱凝华,朱汉东,磊耿申请人:河北工业大学