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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 公共綠地灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本系統(tǒng)通過監(jiān)視各個(gè)綠地的當(dāng)前狀態(tài)，包括空氣溫度、空氣濕度、光照、土壤濕度、風(fēng)速等的信息采集以及各個(gè)設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)公共綠地灌溉設(shè)備控制、環(huán)境數(shù)據(jù)的不間斷采集、整理、統(tǒng)計(jì)。該系統(tǒng)由多傳感器模塊、單片機(jī)數(shù)據(jù)采集模塊、LabVIEW 軟件平臺(tái)等組成，實(shí)現(xiàn)了綠地灌溉需水量的決策控制管理系統(tǒng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠根據(jù)土壤狀況適時(shí)、適量的灌溉，對(duì)節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展起到了一定的作用。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品考查北方地區(qū)的氣候，針對(duì)不同的植物類型、土壤狀況、綠地類型以及天氣情況等，利用基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和基于LabVIEW的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)公共綠地的灌溉模式優(yōu)化和自動(dòng)控制，以期達(dá)到公共綠地節(jié)水灌溉和改善居民生活環(huán)境的目的。 作品科學(xué)性強(qiáng)，適于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展?；趩纹瑱C(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)降低了開發(fā)成本，易于推廣使用；基于LabVIEW的軟件系統(tǒng)開發(fā)和虛擬儀器技術(shù)，給我們提供了一個(gè)優(yōu)秀的開發(fā)環(huán)境和人性化的應(yīng)用界面，便于后期人員對(duì)本作品的完善和優(yōu)化；作品應(yīng)用LabVIEW技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性的灌溉策略，在未來綠地灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和發(fā)展中具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義，較之現(xiàn)行中央計(jì)算機(jī)灌溉控制系統(tǒng)具有很大的先進(jìn)性意義。 本作品適應(yīng)性強(qiáng)，具有可移植性，只要完成了對(duì)灌溉對(duì)象的灌溉需求報(bào)告訂制，便可以在很短的開發(fā)周期內(nèi)移植使用，實(shí)現(xiàn)包括對(duì)農(nóng)田、林地和各類具有灌溉需求的地區(qū)的自動(dòng)控制灌溉系統(tǒng)的開發(fā)和實(shí)踐，大大增加了本作品的應(yīng)用范圍，拓寬了其應(yīng)用前景。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)目的：隨著我國城鄉(xiāng)公共綠地面積的快速增長(zhǎng)和水資源的日益短缺，良好的灌溉手段顯得日益重要。城市的大部分灌溉設(shè)施不是很完善，達(dá)不到良好的灌溉效果。因此，完善的灌溉系統(tǒng)對(duì)公共綠地的長(zhǎng)效管理是非常必要的。 基本思路：系統(tǒng)通過監(jiān)視各個(gè)綠地的當(dāng)前狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)公共綠地灌溉設(shè)備控制、環(huán)境數(shù)據(jù)的不間斷采集、整理、統(tǒng)計(jì)。該系統(tǒng)由多傳感器模塊、單片機(jī)數(shù)據(jù)采集模塊、LabVIEW 軟件平臺(tái)等組成，實(shí)現(xiàn)了綠地灌溉需水量的決策控制管理系統(tǒng)。創(chuàng)新點(diǎn)： 1. 本作品針對(duì)不同的植物類型、土壤狀況、天氣情況以及綠地類型等，進(jìn)行灌溉模式優(yōu)化和自動(dòng)控制； 2. 本作品利用 LabVIEW技術(shù)針對(duì)不同的土壤狀況、天氣情況等進(jìn)行灌溉控制，達(dá)到節(jié)水節(jié)能； 3.采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)，將土壤溫度和濕度、空氣濕度，風(fēng)速和氣壓等環(huán)境影響因素綜合考慮，建立數(shù)學(xué)模型，使灌溉的控制更加可靠； 4.在LabVIEW平臺(tái)上直觀地、實(shí)時(shí)地監(jiān)控和管理綠地灌溉整個(gè)過程。 技術(shù)關(guān)鍵： 1.研究人工澆溉、噴灌、滴灌和滲灌等不同的灌溉模式； 2.單片機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)； 3.基于LabVIEW的虛擬儀器技術(shù)； 4.基于模糊控制技術(shù)的智能控制。 系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)： 1. 土壤水分控制范圍在60％ ≤土壤相對(duì)濕度<80％； 2. 數(shù)據(jù)采集卡與PC間以串口RS232或者無線通信方式； 3. 系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制、無線控制和手工控制； 4. 系統(tǒng)使用后能比傳統(tǒng)人工灌溉節(jié)水約35%，節(jié)省成本約16%。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)性： 本作品通過研究綠地灌溉的基本原理，運(yùn)用溫度、濕度傳感器等采集相關(guān)參數(shù)，通過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和導(dǎo)入LabVIEW環(huán)境，然后運(yùn)用LabVIEW強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理能力對(duì)所采數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和綜合，得出相應(yīng)的灌溉模式選擇與灌溉控制。本作品同時(shí)可根據(jù)以往天氣狀況進(jìn)行一定范圍內(nèi)的天氣預(yù)測(cè)，并加以人工控制，達(dá)到公共綠地節(jié)水灌溉的目的。 先進(jìn)性： 目前，基于國內(nèi)傳統(tǒng)的綠化用水，一般用灑水車或者皮管灌溉，大約有80％的水由于深層滲漏及無效蒸發(fā)損失掉。現(xiàn)行的灌溉技術(shù)落后，水利用效率低下，大量綠化用水被浪費(fèi)掉。改善灌水技術(shù)，采用智能化、精準(zhǔn)化灌溉，努力提高水的利用率勢(shì)在必行。 本作品采用了LabVIEW數(shù)據(jù)采集技術(shù)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，同時(shí)能提供友好便捷的控制界面和編程的拓展空間。系統(tǒng)能針對(duì)不同綠地類型來選擇不同的灌溉模式，同時(shí)能按照一定的控制策略實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化灌溉，在節(jié)約水資源的基礎(chǔ)上，還能節(jié)省人力和物力。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 本作品獲得2011年華北水利水電學(xué)院“挑戰(zhàn)杯”競(jìng)賽一等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- B中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 使用權(quán)
作品可展示的形式
- 模型
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說明：本作品僅需于相應(yīng)綠地配置對(duì)應(yīng)的傳感器和自動(dòng)控制灌溉設(shè)施，便可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)灌溉相關(guān)信息，并作出灌溉控制處理辦法，反饋給灌溉控制器，實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化的灌溉控制。 技術(shù)特點(diǎn)：溫度、濕度、氣壓和風(fēng)速等傳感器通過嵌入綠地固定的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，實(shí)時(shí)對(duì)土壤信息和空氣信息進(jìn)行檢測(cè)；同時(shí)經(jīng)過單片機(jī)進(jìn)行初步數(shù)據(jù)處理和無線Zigbee技術(shù)作為通信線路的傳輸，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)通信和LabVIEW數(shù)據(jù)處理；進(jìn)而通過LabVIEW實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，最后通過單片機(jī)進(jìn)行澆灌控制。從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)綠地灌溉的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和灌溉控制。 技術(shù)優(yōu)勢(shì)：系統(tǒng)采用高靈敏的數(shù)字溫度、濕度等傳感器，對(duì)土壤進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，運(yùn)用單片機(jī)和LabVIEW進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆灌和控制。 適應(yīng)范圍：本作品適用于各類公共綠地，同時(shí)可以在相關(guān)產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮巨大作用，諸如森林、草場(chǎng)溫濕度檢測(cè)，農(nóng)場(chǎng)、大棚的自動(dòng)化農(nóng)業(yè)等等。 推廣前景：本項(xiàng)目直接適用于各類廣場(chǎng)、學(xué)校、交通綠化帶、公園等的自動(dòng)化灌溉?？赏茝V到農(nóng)田林地等相關(guān)灌溉地區(qū)。
同類課題研究水平概述
- 隨著我國城鄉(xiāng)公共綠地面積的快速增長(zhǎng)和水資源的日益短缺，灌溉作為一種最常用的管理手段顯得日益重要。城市的大部分灌溉設(shè)施不是很完善，達(dá)不到良好的灌溉效果。因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)利益出發(fā)，完善的灌溉系統(tǒng)對(duì)公共綠地的長(zhǎng)效管理是非常必要的。 在發(fā)達(dá)的西方國家，廣為采用的是自動(dòng)化灌溉控制系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國的灌溉系統(tǒng)約有百分之九十采用此種控制方法。其優(yōu)點(diǎn)是投資少，易于操作，灌溉水的有效利用率比手動(dòng)控制提高很多。從整個(gè)國際市場(chǎng)角度看灌溉行業(yè)，國外應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)比國內(nèi)成熟的多。例如，美國白宮草坪、美國微軟公司草坪和花卉和羅馬足球場(chǎng)草坪等等綠地灌溉中相繼采用這種控制方法；尤其是在美國拉斯維加斯城，只用三套中央計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，將所有草坪和花卉實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉，一套用于控制全城的公園綠地、飯店草坪、街道花卉等灌溉，另兩套則用于l30多所大學(xué)的所有綠地灌溉。 在國內(nèi)，傳統(tǒng)的綠化用水，一般用灑水車或者皮管灌溉，大約有80％的水由于深層滲漏及無效蒸發(fā)損失掉。近些年，管網(wǎng)供水、噴頭噴灑的噴灌灌水法，日漸流行起來。但管網(wǎng)控制大部分仍采用手動(dòng)法。這種方法隨意性大，常常發(fā)生該灌水時(shí)，無人開閥，不該灌時(shí)又無人關(guān)閥。采用這種方法，至少有40％~50％的水浪費(fèi)掉。利用定時(shí)器控制灌溉的方法在我國已采用7年多，但普及率很低，連十分之一都不到。采用定時(shí)器控制灌溉，比人工控制系統(tǒng)要節(jié)水的多。它可以依據(jù)經(jīng)驗(yàn)針對(duì)不同氣候時(shí)段，設(shè)置不同程序，減少了灌溉控制隨意性。但灌溉程序設(shè)定仍是依賴于管理人員的經(jīng)驗(yàn)或參照有關(guān)參考數(shù)據(jù)。如管理人員經(jīng)驗(yàn)不足，或獲得的參考數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性差，編制的程序會(huì)導(dǎo)致灌水過量或不足，因此這種控制方法距精準(zhǔn)化灌溉差距仍遠(yuǎn)。 公共綠地灌溉系統(tǒng)必須要針對(duì)不同綠地類型來研究不同的灌溉模式，并研究人工澆溉、噴灌、滴灌和滲灌等方式。灌溉模式的選擇不僅遵循省工節(jié)本、因地制宜的設(shè)計(jì)原則外，還要考慮公共綠地的不同類型、當(dāng)?shù)貧夂驐l件和植物耐旱能力等因素。同時(shí)，公共綠地灌溉系統(tǒng)還需研究自動(dòng)化灌溉和控制策略，能實(shí)現(xiàn)智能化灌溉，在節(jié)約水資源的基礎(chǔ)上，能節(jié)省人力和物力。 LabVIEW是美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的通用編程開發(fā)環(huán)境。LabVIEW內(nèi)含豐富數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)信號(hào)分析以及控制等子程序，特別適用于數(shù)據(jù)采集、通信處理系統(tǒng)。因此，本項(xiàng)目將應(yīng)用LabVIEW的數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)，進(jìn)行公共綠地灌溉系統(tǒng)智能處理和節(jié)水自動(dòng)控制的研究。
