本发明专利技术是一种卷盘式喷灌机牵引车牵引速度智能控制系统，针对现有卷盘式喷灌机牵引车工作牵引速度控制目前存在的问题，提出结合作物生长规律和土壤墒情决定并调节作物所需的灌溉水量，对喷灌作业进行智能控制的方法。土壤墒情检测模块实时监测田间土壤湿度，当土壤湿度低于灌溉阈值时会发送报警信号，并通过LCD交互模块及模糊控制系统根据土壤湿度偏差值和一天内土壤湿度偏差变化率自动计算匹配出卷盘式喷灌机牵引车最佳牵引作业速度，并智能化控制卷盘式喷灌作业速度及水泵开启，以控制田间所需灌溉水量，确保卷盘式喷灌机的灌水量和作物缺水量一致，既确保了作物正常生长实时所需的水量，又防止了水资源的浪费，实现了对大田农作物进行精准灌溉的目的。对大田农作物进行精准灌溉的目的。对大田农作物进行精准灌溉的目的。
【技术实现步骤摘要】
一种卷盘式喷灌牵引车作业速度智能控制系统
[0001]本专利技术涉及有关农业节水灌溉领域，针对现有卷盘式喷灌机在灌水量控制方 面的问题，专利技术了一种卷盘式喷灌牵引车作业速度智能控制系统。
技术介绍
[0002]卷盘式喷灌机是一种可以连续移动喷洒作业的高效节水灌溉装备，具有节水 省工、灌溉均匀、机动灵活等特点，比较适应我国耕地分布的特点。
[0003]现有卷盘式喷灌机多采用水涡轮驱动，在灌水量控制方面存在较大的误差， 部分卷盘式喷灌机采用电机代替水涡轮驱动，通过对牵引车牵引速度的调节，可 以调节灌溉水量，但仍没有结合作物生长规律和土壤墒情。卷盘式喷灌机在实际 应用中牵引车牵引速度比较随机，无法与作物缺水量匹配。在泵流量不变的情况 下，牵引速度过快导会致灌水量小，灌溉不足；牵引速度过慢导致灌水量大，会 导致灌溉水深层渗漏，浪费水资源。针对以上问题，采用模糊控制的方法，通过 土壤墒情决策卷盘式喷灌牵引车行走速度，进而控制灌水量。目前，尚未发现通 过土壤墒情决策卷盘式喷灌牵引车行走速度的文献报道。
技术实现思路
[0004]针对现有技术中对卷盘式喷灌机牵引车牵引速度的控制比较随机导致灌水 量与作物缺水量不匹配的问题，本专利技术提出一种卷盘式喷灌牵引车作业速度智能 控制系统。
[0005]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0006]一种卷盘式喷灌牵引车作业速度智能控制系统，包括土壤墒情检测模块、 LoRa无线传输模块、STM32单片机模块、GPRS无线传输模块、LCD交互模块、手 机APP客户端、继电器、水泵、无刷直流电机、无刷直流电机驱动器。所述土壤 墒情检测模块通过RS485接口与所述LoRa无线传输模块连接；所述STM32单片 机模块通过串口与所述LCD交互模块、所述GPRS无线传输模块、所述LoRa无线 传输模块连接，还通过I/O口与所述继电器、所述无刷直流电机驱动器连接；所 述GPRS无线传输模块与所述手机APP客户端进行通讯；所述继电器与所述水泵 连接；所述无刷直流电机驱动器与所述无刷直流电机连接。
[0007]进一步，所述STM32单片机模块包括信息处理单元、PWM输出单元及报警监 测单元，信息处理单元通过模糊控制计算卷盘式喷灌牵引车行走速度；所述PWM 输出单元与无刷直流电机控制器、无刷直流电机组成速度控制器，调整无刷直流 电机转速以适应计算出的卷盘式喷灌牵引车行走速度；所述报警监测单元是当土 壤湿度低于土壤湿度阈值时，就会发生报警提醒用户。
[0008]所述信息处理单元将检测到的土壤湿度值(这里指土壤容积含水量)与达到 田间持水量的所需的土壤湿度值(这里指土壤田间持水量，一般为25％)的偏差 e以及一天内偏差变化率ec作为模糊控制输入量，所需的牵引车牵引速度u作 为模糊控制输出量。设定模糊控制输入量的模糊集合均为{VL，LO，MD，HI，VH}, 其中e的基本论域为[0,a]，ec的基本论域[0,b]，0＜a、b＜1，a和b的大小分别 由土壤特征和天气状况决定。输出量的模糊集合为
{VL，LO，MD，HI，VH}，其u 的论域设为[c,d]，其中c和d为卷盘式喷灌机牵引车所需的最低和最高牵引速度。.
[0009]制定模糊规则，根据灌溉系统的灌溉原则，水泵流量一定时，当土壤湿度偏 差值大和土壤湿度偏差变化率大时，要进行大量灌水，即卷盘式喷灌机牵引车应 低速行走；土壤湿度偏差值小和土壤湿度偏差变化率小时，要进行少量灌水，即 卷盘式喷灌机牵引车应高速行走。模糊规则如下：
[0010][0011]解模糊就得到牵引车所需的行走速度的真实值。
[0012]一种卷盘式喷灌牵引车作业速度智能控制系统，包括以下步骤：
[0013]1.所述土壤墒情监测模块将检测到的土壤湿度值通过LoRa无线传输模块 传送给STM32单片机，当土壤湿度低于阈值时启动报警并通过GPRS无线传输模 块传输到手机APP客户端。
[0014]2.用户通过LCD交互模块，控制继电器打开水泵。
[0015]3.所述信息处理单元通过土壤湿度计算卷盘式喷灌牵引车行走速度，所述 PWM信号单元输出PWM信号通过所述无刷直流电机驱动器驱动所述无刷直流电机， 控制牵引车行走速度进行灌溉。
[0016]本专利技术一种卷盘式喷灌牵引车作业速度智能控制系统的有益效果在于：通过 实时监测土壤湿度进行灌溉预警并智能化控制卷盘式喷灌牵引车作业速度，即以 土壤湿度偏差值和一天内土壤湿度偏差变化率为输入量通过模糊控制决策智能 控制卷盘式喷灌机牵引车行走作业速度，能够结合作物生长规律和土壤墒情决定 并调节作物所需的灌溉水量，确保卷盘式喷灌机的灌水量和作物缺水量一致，既 确保了作物正常生长实时所需的水量，又能防止水资源的浪费。
附图说明
[0017]图1为本专利技术所述控制系统原理图
[0018]图2为本专利技术所述LCD交互模块界面
[0019]图3为土壤湿度偏差值E的隶属函数
[0020]图4为一天内偏差变化率EC的隶属函数
[0021]图5为牵引车作业牵引速度U的隶属函数
具体实施方式
[0022]下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范 围并不限于此。
[0023]一种卷盘式喷灌牵引车作业速度智能控制系统原理如图1所示，包括土壤墒 情检测模块1、LoRa无线传输模块2、卷盘式喷灌机3、STM32单片机模块4、GPRS 无线传输模块5、LCD交互模块6、手机APP客户端7、继电器8、水泵9、无刷 直流电机10、无刷直流电机驱动器11、土地12。STM32单片机模块采用 STM32F03ZTE6作为主控芯片，STM32单片机模块4通过USART串口与GPRS无线 传输模块5、LoRa无线传输模块2、LCD交互模块6连接，还通过I/O口与继电 器8和无刷直流电机驱动器11连接；GPRS无线传输模块5与手机APP客户端通 讯；土壤墒情检测模块通过RS485接口与LoRa无线传输模块连接，土壤墒情检 测模块1实时监测灌溉单元的土壤湿度并通过LoRa无线传输模块2传输至STM32 单片机模块4，当土壤湿度低于设定的土壤湿度阈值时，报警监测单元通过GPRS 无线传输模块5上传到手机APP客户端7；LCD交互模块6界面如图2所示，STM32 单片机模块4开机后完成初始化，LCD交互模块6上实时显示各个灌溉单元的土 壤湿度值；继电器8与水泵9连接，用户将卷盘式喷灌机牵引车拉至田间另一端 后，选择需要灌溉的灌溉单元，并开启水泵。信息处理单元对土壤湿度进行模糊 处理的过程如下：
[0024]模糊控制以土壤湿度偏差值e和一天内偏差变化率ec作为系统的输入量， 牵引车工作牵引速度u为输出量。以某种作物为例，田间持水量取25％，作物凋 萎系数为田间持水量的70％，本文取18％，作物根系活动范围在0～40cm土层， 灌溉水利用系数取0.8，由公式(1)可以计算最大灌水定额为35mm，公式如下：
[0025]m＝0.1z本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种卷盘式喷灌牵引车作业速度智能控制系统，其特征在于，包括土壤墒情检测模块(1)、LoRa无线传输模块(2)、STM32单片机模块(4)、GPRS无线传输模块(5)、LCD交互模块(6)、手机APP客户端(7)、继电器(8)、水泵(9)、无刷直流电机(10)、无刷直流电机驱动器(11)；STM32单片机模块(4)通过USART串口与GPRS无线传输模块(5)、LoRa无线传输模块(2)、LCD交互模块(6)连接，还通过I/O口与继电器(8)、无刷直流电机驱动器(11)连接；GPRS无线传输模块(5)与手机APP客户端(7)通讯；土壤墒情检测模块(1)通过RS485接口与LoRa无线传输模块(2)连接；继电器(8)与水泵连接(9)；无刷直流电机驱动器(11)与无刷直流电机(10)连接。2.根据权利要求1所述的卷盘式喷灌牵引车作业速度智能控制系统，其特征在于，所述土壤墒情检测模块(1)实时监测灌溉单元的土壤湿度并通过LoRa无线传输模块(2)传输至STM32单片机模块(4)。3.根据权利要求1所述的卷盘式喷灌牵引车作业速度智能控制系统，其特征在于，当土壤湿度低于设定的土壤湿度阈值时，报警监测单元通过所述GPRS无线传输模块(5)上传到手机APP客户端(7)。4.根据权利要求1所述的卷盘式喷灌牵引车作业速度智能控制系统，其特征在于，所述LCD交互模块(6)上能实时显示各个灌溉单元的土壤湿度值，用户可以选择当前需要灌溉的灌溉单元。5.根据权利要求1所述的卷盘式喷灌牵引车作业速度智能控制系统，其特征在于，用户将卷盘式喷灌机牵引车拉至田...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭依剑，朱兴业，赵莹，刘俊萍，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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