一种提高喷灌均匀性的电驱动卷盘式喷灌机无线互联控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种提高喷灌均匀性的电驱动卷盘式喷灌机无线互联控制系统及方法，系统包括由微处理控制器模块、无线数传模块、单片机模块、变频器组成的压力PID控制器以及水泵电机、压力变送器、无线传输模块、手机APP客户端、编码器，压力PID控制器通过控制卷盘式喷灌机入机压力的变压间接控制喷头入口压力的恒定，微处理控制器模块与无刷直流电机、电机控制器组成速度PID控制器直接控制PE管回收速度，无线传输模块将喷头入口压力、PE管回收速度值与客户端通过短信模式交互通信，在设置相应的参数后实现作业工况的自动调整，本发明专利技术提高了卷盘喷灌机喷灌作业的均匀性，实现了卷盘喷灌机作业工况的远程实时、精确控制，为喷灌机智慧灌溉提供了前台保障。

【技术实现步骤摘要】
一种提高喷灌均匀性的电驱动卷盘式喷灌机无线互联控制系统及方法
本专利技术涉及无线控制与电机控制领域，具体涉及一种提高喷灌均匀性的电驱动卷盘式喷灌机无线互联控制系统及方法。
技术介绍
卷盘式喷灌机是重要的高效、节水灌溉装备，喷灌均匀系数是反映喷灌质量的重要指标之一。根据GB50085-2007《喷灌工程技术规范第4部分：喷灌技术参数》中的要求，行喷式喷灌系统喷灌均匀系数不应低于0.85。影响卷盘式喷灌机喷灌均匀性的重要因素是喷头入口压力和喷头车回收速度。专利(CN105961152A)公开了基于无刷直流电机与APP的速度控制系统，采用无刷直流电机代替水涡轮实现了喷头车均速回收，但没有考虑PE管的阻力损失所造成的喷头入口压力变化对喷灌均匀性的影响。专利(CN106171864A)公开了一种智能电动卷盘喷灌机，设置了入机压力检测装置，但未对喷头入口压力进行控制。如果将压力变送器安装在喷头入口处，并在压力变送器与控制水泵电机转速的变频器之间采用无线数传模块进行通信，则需要为压力变送器和无线数传模块提供额外的电源，继而带来附加的成本和使用中的麻烦。目前，尚未发现通过控制卷盘式喷灌机入机压力的改变来达到喷头入口压力恒定从而提高喷灌均匀性的文献报道。
技术实现思路
针对现有技术中卷盘式喷灌机喷头入口压力变化导致喷灌均匀性降低的不足之处，本专利技术提供了一种提高喷灌均匀性的电驱动卷盘式喷灌机无线互联控制系统。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种提高喷灌均匀性的电驱动卷盘式喷灌机无线互联控制系统，包括微处理控制器模块、无线数传模块、STC单片机模块、变频器、水泵电机、压力变送器、GPRS无线传输模块、手机APP客户端、编码器，所述微处理控制器模块通过USART串口与无线数传模块通讯，无线数传模块使用USART串口与STC单片机模块通讯，STC单片机模块通过I/O口与变频器连接，水泵通过输水管分别连接水源和盘式喷灌机，所述微处理控制器模块的输入端与压力变送器相连，压力变送器安装在卷盘式喷灌机入水管外壁，所述微处理控制器模块通过串口与GPRS无线传输模块相连，GPRS无线传输模块与手机APP客户端进行通讯，所述微处理控制器模块还通过I/O口依次连接无刷直流电机控制器、无刷直流电机，所述无刷直流电机的输出轴上安装用于检测无刷直流电机转速的编码器，编码器与微处理控制器模块输入端相连。进一步，所述微处理控制器模块包括串口收发模块、速度控制信号调理模块及报警监测模块，所述串口收发模块用于实现微处理控制器模块与变频器、GPRS无线传输模块之间的通信，所述速度控制信号调理模块与无刷直流电机控制器、无刷直流电机组成速度PID控制器，调整无刷直流电机转速；所述报警监测模块监测卷盘式喷灌机作业时PE管状态、喷头入口压力，异常情况发生时报警提醒用户，所述PE管状态包括展开长度、盘绕层数以及盘绕圈数，所述喷头入口压力由入机压力减去PE管压力损失所得，PE管压力损失包括动态变化的展开部分和弯曲盘绕部分组成，由试验获得，由于现有计算模型不能完全准确计算PE盘管的压力损失，所以，采用事先实测不同规格不同长度PE管的压力损失数据的方法更加可靠；试验时，在入机测压口和喷头入口分别安装好压力表，在供水泵与卷盘式喷灌机入口之间安装好流量计；首先，将PE管完全拉出展开，盘绕圈数C＝0，实测不同工作流量Qi(i＝0,1,2…)下的入机压力p10和入机压力与喷头入口压力的差值△p10，获得p10＝f(Qi)，△p10＝f(Qi)；其次，将PE管盘绕一圈(C＝1)到卷盘上，实测不同流量Qi(i＝0,1,2…)下的入机压力p11和入机压力与喷头入口压力数据的差值△p11，获得p11＝f(Qi)，△p11＝f(Qi)；第三，盘绕2圈C＝2、3圈C＝3，…，直至完全盘绕到卷盘上，这样就获得了某种特定规格PE管在盘绕不同圈数时压力损失数据p1C＝f(Qi)，△p1C＝f(Qi)。采用同样方法可以建立不同规格的PE管的动态压力损失数据库。实际使用时，由PE管当前盘绕圈数下的入机压力值p1C，通过p1C＝f(Qi)，确定当时对应的流量Q，再由△p1C＝f(Qi)确定入机压力的补偿值和入机压力的修正值，并通过无线数传模块将水泵电机变频器的控制压力重新设定，进而控制水泵电机提升供水压力，使入机压力得到补偿，从而达到喷头压力的恒定。进一步，所述无线数传模块、STC单片机模块、变频器与微处理控制器模块组成压力PID控制器，控制卷盘式喷灌机的入机压力。进一步，所述GPRS无线传输模块包括短信收发模块，短信收发模块与手机APP客户端交互卷盘式喷灌机作业时的各种工况信息。进一步，所述手机APP客户端包括卷盘式喷灌机参数设置界面、卷盘式喷灌机作业工况实时显示界面。进一步，所述微处理控制器模块为STM32F103RBT6处理器，所述压力变送器为AS-131系列扩散硅压力变送器，所述GPRS无线传输模块采用ATK-SIM800C模块，所述无线数传模块为WSN-02无线数传模块。一种提高喷灌均匀性的电驱动卷盘式喷灌机无线互联控制方法，包括以下步骤：1)，打开手机APP客户端，选择短信模式进入卷盘式喷灌机设置界面，设置喷头入口压力、PE管回收速度、GPRS无线传输模块SIM卡号码，手机APP客户端将设置好的信息发送到指定号码的GPRS无线传输模块；2)，GPRS无线传输模块接收到手机APP客户端的信息后将压力、速度值传输到微处理控制器模块，微处理控制器模块启动卷盘式喷灌机运行；3)，压力变送器将压力信号发送到微处理控制器模块，微处理控制器模块通过无线数传模块将压力控制控制信号远程发送到STC单片机模块，STC单片机模块转发压力控制信号到变频器，微处理控制器模块、无线数传模块、STC单片机模块、变频器组成的压力PID控制器将压力信号与设定压力值进行压力PID运算，控制水泵电机的转速控制卷盘式喷灌机入机压力；4)，设定的PE管回收速度值与速度监测模块的无刷直流电机实时速度在微处理控制器模块进行PID运算并调整无刷直流电机转速；5)，微处理控制器模块将接收到的压力变送器实时压力信号、编码器实时速度信号，通过GPRS无线传输模块转发到手机APP客户端，相关参数显示在卷盘式喷灌机工况实时显示界面上，用户实时监测运行工况并可以做出相应的调整。本专利技术与现有技术相比有益效果如下：1.设计了一种提高喷灌均匀性的电驱动卷盘式喷灌机无线互联控制系统，通过实测获得的PE管压力损失规律控制卷盘式喷灌机入机压力来间接达到控制喷头入口压力的恒定，突破了传统直接控制喷头入口压力的限制，为卷盘式喷灌机测控领域提供了一种新的思路，降低了设备维护以及更换频率，大大节省了农业灌溉成本。在使用无刷直流电机保证PE管匀速带动喷头车回收的前提下，提高了卷盘式喷灌机的喷灌均匀性。2.通过手机APP客户端作业工况显示界面将现场参数实时、精确地呈现给操作人员，用户能远程集中地完成对多组喷灌机喷灌作业的控制，为实现喷灌机智慧灌溉提供了前台保障。附图说明图1为本专利技术所述控制系统的连接框图。图2为系统的手机APP客户端参数设置界面。图3为系统的手机APP客户端作业工况实时显示界面。图4无线控制系统作业流程图。附图标记说明如下：1-微处理控制器模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高喷灌均匀性的电驱动卷盘式喷灌机无线互联控制系统，其特征在于，包括微处理控制器模块(1)、无线数传模块(13)、STC单片机模块(12)、变频器(3)、水泵电机(4)、压力变送器(5)、GPRS无线传输模块(6)、手机APP客户端(7)、编码器(10)，所述微处理控制器模块(1)通过USART串口与无线数传模块(13)通讯，无线数传模块(13)使用USART串口与STC单片机模块(12)通讯，STC单片机模块(12)通过I/O口与变频器(3)连接，变频器(3)竖直安装在水泵电机(4)启动装置的金属底座上，水泵电机(4)通过输水管分别连接水源地(11)和盘式喷灌机(2)，所述微处理控制器模块(1)的输入端与压力变送器(5)相连，压力变送器(5)安装在卷盘式喷灌机(2)入水管外壁，所述微处理控制器模块(1)通过串口与GPRS无线传输模块(6)相连，GPRS无线传输模块(6)与手机APP客户端(7)进行通讯，所述微处理控制器模块(1)还通过I/O口依次连接无刷直流电机控制器(8)、无刷直流电机(9)，所述无刷直流电机(9)的输出轴上安装编码器(10)，编码器(10)与处理控制器模块(1)相连。...

【技术特征摘要】
1.一种提高喷灌均匀性的电驱动卷盘式喷灌机无线互联控制系统，其特征在于，包括微处理控制器模块(1)、无线数传模块(13)、STC单片机模块(12)、变频器(3)、水泵电机(4)、压力变送器(5)、GPRS无线传输模块(6)、手机APP客户端(7)、编码器(10)，所述微处理控制器模块(1)通过USART串口与无线数传模块(13)通讯，无线数传模块(13)使用USART串口与STC单片机模块(12)通讯，STC单片机模块(12)通过I/O口与变频器(3)连接，变频器(3)竖直安装在水泵电机(4)启动装置的金属底座上，水泵电机(4)通过输水管分别连接水源地(11)和盘式喷灌机(2)，所述微处理控制器模块(1)的输入端与压力变送器(5)相连，压力变送器(5)安装在卷盘式喷灌机(2)入水管外壁，所述微处理控制器模块(1)通过串口与GPRS无线传输模块(6)相连，GPRS无线传输模块(6)与手机APP客户端(7)进行通讯，所述微处理控制器模块(1)还通过I/O口依次连接无刷直流电机控制器(8)、无刷直流电机(9)，所述无刷直流电机(9)的输出轴上安装编码器(10)，编码器(10)与处理控制器模块(1)相连。2.如权利要求1所述的提高喷灌均匀性的电驱动卷盘式喷灌机无线互联控制系统，其特征在于，所述微处理控制器模块(1)包括串口收发模块、速度控制信号调理模块及报警监测模块，所述串口收发模块用于实现微处理控制器模块(1)与变频器(3)、GPRS无线传输模块(6)之间的通信，所述速度控制信号调理模块与无刷直流电机(9)、无刷直流电机控制器(8)组成速度PID控制器，调整电机转速；所述报警监测模块监测卷盘式喷灌机作业时PE管状态、喷头入口压力，异常情况发生时报警提醒用户。3.如权利要求2所述的提高喷灌均匀性的电驱动卷盘式喷灌机无线互联控制系统，其特征在于，所述PE管状态包括展开长度、盘绕层数以及盘绕圈数。4.如权利要求2所述的提高喷灌均匀性的电驱动卷盘式喷灌机无线互联控制系统，其特征在于，所述喷头入口压力由入机压力减去PE管压力损失所得，PE管压力损失包括动态变化的展开部分和弯曲盘绕部分组成，由试验获得；试验时，在入机测压口和喷头入口分别安装好压力表，在供水泵与卷盘式喷灌机入口之间安装好流量计；首先，将PE管完全拉出展开，盘绕圈数C＝0，实测不同工作流量Qi(i＝0,1,2…)下的入机压力p10和入机压力与喷头入口压力的差值△p10，获得p10＝f(Qi)，△p10＝f(Qi)；其次，将PE管盘绕一圈绕到卷盘上，即C＝1，实测不同流量Qi下的入机压力p11和入机压力与喷头入口压力数据的差值△p11，获得p11＝f(Qi)，△p11＝f(Qi)；然后，盘绕2圈C＝2、3圈C＝3，…，直至完全盘绕到卷盘上，这样就获得了某种特定规格PE管在盘绕不同圈数时压力损失数据p1C＝f(Qi)，△p1C＝f(Qi)；采用同样方法可以建立不同规格的PE管的动态压力损失数据库；实...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤玲迪，杨磊，汤跃，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32