CN114303562B - 一种基于485总线形式的水肥机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于485总线形式的水肥机控制系统，包括搅拌操作模块、pH值和EC值设定模块、灌溉/施肥模式切换模块、手动/自动模式切换模块、手动启动按钮、采集数据显示模块、源水泵状态模块、增压泵状态模块、施肥通道模块和灌溉规划模块，所述水肥机控制系统和各模块串口控制器通过分开安装的方式，以平台触摸屏为核心，采用485总线的形式，通过触摸屏的串口给控制器发送控制指令，使控制器上的继电器动作，实现各模块控制功能。该基于485总线形式的水肥机控制系统，采用485总线模式，利用Modbus通讯协议，极大提高了扩展能力，且集成快速、稳定可靠，既节约了成本，同时也增加了阀通道的个数，满足了更多农户实际的需求。

Description

一种基于485总线形式的水肥机控制系统

技术领域

本发明涉及农业自动化相关技术领域，具体为一种基于485总线形式的水肥机控制系统。

背景技术

随着农业自动化水平的提高，在一些大田经济作物栽培时，通常会使用到农业自动化水肥一体化技术，将灌溉与施肥融为一体，借助管道压力将肥液与灌溉水准确送到作物根部土壤位置，根据作物生长需求，灵活稳定控制水分和养分的配比提供，满足作物生长需求，提高经济效益。

目前市场的水肥机大部分采用的都是PLC和触摸屏的组态模式进行控制，在现有的水肥机控制模式中，都是以PLC为核心，是基于PLC控制的水肥一体机，所用到的控制软件存储在PLC中，且可扩展阀通道最多支持128路，一方面由于PLC的成本比较高，另一方面对于少数用户来说，种植区域比较大，分布比较广，由于水肥机对田间的阀控制是有线连接，距离太远的话需要扯大量的阀电源线，而且还存在电压压降问题，无法有效的进行阀控制，或者直接采用增加一台水肥机的方法，分开控制，这两种方法都严重的增加了成本，加重了农民的负担。

针对上述问题，在原有水肥机控制系统的基础上进行创新设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于485总线形式的水肥机控制系统，以解决上述背景技术中提出水肥机控制系统成本使用成本较高，扩展性较差，不利于适应农户种植区域进行有效的阀控制的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于485总线形式的水肥机控制系统，包括搅拌操作模块、pH值和EC值设定模块、灌溉/施肥模式切换模块、手动/自动模式切换模块、手动启动按钮、采集数据显示模块、源水泵状态模块、增压泵状态模块、施肥通道模块和灌溉规划模块；

所述水肥机控制系统和各模块串口控制器通过分开安装的方式，采用RS-485传输模式；

所述水肥机控制系统配有以Modbus通讯协议的通讯接口用来与大数据平台进行远程通讯，以平台触摸屏为核心，采用485总线的形式，通过触摸屏的串口给控制器发送控制指令，使控制器上的继电器动作，实现各模块控制功能；

所述触摸屏和16通道的串口控制器实现对水肥机的控制，每一个串口控制器带有16个阀通道，基于Modbus的协议约定，一个触摸屏串口下接1~254个串口控制器。

优选的，所述搅拌操作模块的工作流程为先设置搅拌时长，设置完成后按下搅拌启动，搅拌开始且搅拌倒计时同步计数，倒计时归零时搅拌作业自动停止；

当按下搅拌启动时或倒计时归零时，触摸屏给控制器发送一条控制指令，控制器首先校验控制指令有效性，若无效则不执行，若有效，控制器开启或关闭搅拌电机的电源供应，从而使搅拌电机运作或停止，带动混肥桶内的叶轮转动或停转，从而搅动混肥桶内水肥混合液旋转或停止，从而完成搅拌功能。

采用上述技术方案，通过触摸屏控制配合485总线的形式远程控制搅拌操作模块的搅拌作业。

优选的，所述pH值和EC值设定模块在施肥状态下，通过装在管道上的传感器，实时采集pH值和EC值并显示在采集数据显示模块，水肥机会根据设定值和当前值自行开合施肥桶电磁阀和增压泵，使管道内肥液的pH值和EC值稳定的处于设定的区域范围之内。

采用上述技术方案，通过pH值和EC值设定模块配合采集数据显示模块远程监控pH值和EC值的数值稳定。

优选的，所述灌溉/施肥模式切换模块在灌溉状态下，无论是否选用施肥通道模块控制施肥通道电磁阀，都不会开启通道电磁阀和增压泵，只会开启源水泵状态模块的源水泵，只给作物提供水进行灌溉作业，在施肥模式下，通过选用施肥通道模块施肥通道电磁阀打开吸肥通道和增压泵状态模块的增压泵实现混肥，并进行施肥作业。

采用上述技术方案，在控制端灵活调整灌溉和施肥的作业需求。

优选的，所述手动/自动模式切换模块在手动模式下，灌溉规划模块的时间设置无效，只能通过手动启动按钮进行设备的开启和关闭；

在自动模式下，灌溉规划模块的时间可以自行设置，该时间为设备开启时间，共可设置8组，在每一个时间设置好后，点击位于时间后面的“关”，使其处于“开”，则说明在该时间自动启动设置好的灌溉计划，在灌溉计划自动执行结束后，系统会自动停止并等待下一个时间点启动，若时间后面的按钮处于“关”，即使设置好了时间，在到达该时间时系统也不会启动。

采用上述技术方案，提供自动化的灌溉计划作业预设调整。

优选的，所述手动启动按钮在手动模式下设置好灌溉规划模块的灌溉计划后，按下该按钮则根据灌溉计划启动设备，设定的灌溉计划完成后，该按钮会恢复，同时设备也停止工作，系统处于待机状态，等待下次启动。

采用上述技术方案，通过手动启动按钮在必要时进一步控制灌溉规划调整。

优选的，所述采集数据显示模块为触摸屏的采集数据显示区域，用来显示安装在主管内的pH传感器和EC传感器采集到的当前肥水的pH值和EC值。

采用上述技术方案，便于在触摸屏的采集数据显示模块之间进行远程监测。

优选的，所述源水泵状态模块显示的是源水泵的状态，一般设备运行时，源水泵都处于开启状态；

所述增压泵状态模块显示的是增压泵的状态，只有在正常施肥状态且至少有一个吸肥通道电磁阀打开，增压泵才能处于开启状态。

采用上述技术方案，通过源水泵状态模块和增压泵状态模块控制对应水泵在灌溉或施肥时控制调整工作。

优选的，所述施肥通道模块是用于设置施肥通道，施肥模式下，可以设置具体使用哪一个混肥桶内的肥液进行施肥，同时配合采集数据显示模块EC值检测来保证主管道的肥液的浓度稳定在设定的区间范围内。

采用上述技术方案，便于不同水肥通过不同施肥通道进行灵活配比调整施加，方便不同混肥桶间的连续施肥作业。

优选的，所述灌溉规划模块是用于灌溉计划设置，设有数字1-10为灌区编号，点击按钮显示为绿色表示选用该灌区，否则不选用，选择按钮左边有个提示灯，右边可以设置灌区的灌溉时长；

在所有灌区设置完成后，启动系统，根据所选用的灌区进行轮灌，即按顺序进行灌区的灌溉。

采用上述技术方案，配合485总线模式的扩展能力，便于大面积区域的分片分别控制灌溉调整。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该基于485总线形式的水肥机控制系统，

1、不同于以往的水肥机控制模式中，都是以PLC为核心，是基于PLC控制的水肥一体机，在本发明中，是以触摸屏为核心，采用485总线的形式，通讯协议采用Modbus通讯协议，通过触摸屏的串口给控制器发送控制指令，使控制器上的继电器动作，实现水肥机的控制功能，同时在本系统中，还配有以Modbus通讯协议的通讯接口用来与大数据平台进行远程通讯，通过平台给水肥机发送控制指令来控制，发送数据读取指令来获取当前采集器数据和当前工作状态；

2、本发明从节约成本出发，采用485总线模式，利用Modbus通讯协议，极大提高了扩展能力，且集成快速、稳定可靠，触摸屏和16通道的串口控制器实现对水肥机的控制，每一个串口控制器带有16个阀通道，基于Modbus的协议约定，一个触摸屏串口下接1~254个串口控制器，这个阀通道的数量远远大于128，具有良好的可扩展性，方便农户的大田片区种植；

3、对于种植区域分布不集中，比较分散的农户来说，采用水肥机和串口控制器分开安装的方式，采用RS-485传输模式，最远传输距离可以达到1200米，可以在需要控制的阀周边安装一个串口控制器，和水肥机之间只需要用一根数据线进行通讯即可，这样，即使节约了成本的情况下同时也增加了阀通道的个数，满足了更多农户实际的需求。

附图说明

图1为本发明水肥机控制模式流程图。

图2为本发明现场布线安装图。

图3为原有水肥机控制模式流程图。

图4为原有现场布线安装图。

图5为本发明水肥机控制系统操作界面示意图。

图6为本发明水肥机控制系统工作流程图。

图7为本发明水肥机控制系统远程通讯流程图。

图中：1、搅拌操作模块；2、pH值和EC值设定模块；3、灌溉/施肥模式切换模块；4、手动/自动模式切换模块；5、手动启动按钮；6、采集数据显示模块；7、源水泵状态模块；8、增压泵状态模块；9、施肥通道模块；10、灌溉规划模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：一种基于485总线形式的水肥机控制系统，其特征在于：包括搅拌操作模块1、pH值和EC值设定模块2、灌溉/施肥模式切换模块3、手动/自动模式切换模块4、手动启动按钮5、采集数据显示模块6、源水泵状态模块7、增压泵状态模块8、施肥通道模块9和灌溉规划模块10；

水肥机和各模块串口控制器通过分开安装的方式，采用RS-485传输模式，水肥机控制系统配有以Modbus通讯协议的通讯接口用来与大数据平台进行远程通讯，以平台触摸屏为核心，采用485总线的形式，通过触摸屏的串口给控制器发送控制指令，使控制器上的继电器动作，实现各模块控制功能，触摸屏和16通道的串口控制器实现对水肥机的控制，每一个串口控制器带有16个阀通道，基于Modbus的协议约定，一个触摸屏串口下接1~254个串口控制器。

搅拌操作模块1的工作流程为先设置搅拌时长，设置完成后按下搅拌启动，搅拌开始且搅拌倒计时同步计数，倒计时归零时搅拌作业自动停止，当按下搅拌启动时或倒计时归零时，触摸屏给控制器发送一条控制指令，控制器首先校验控制指令有效性，若无效则不执行，若有效，控制器开启或关闭搅拌电机的电源供应，从而使搅拌电机运作或停止，带动混肥桶内的叶轮转动或停转，从而搅动混肥桶内水肥混合液旋转或停止，从而完成搅拌功能，通过触摸屏控制配合485总线的形式远程控制搅拌操作模块1的搅拌作业。

pH值和EC值设定模块2在施肥状态下，通过装在管道上的传感器，实时采集pH值和EC值并显示在采集数据显示模块6，水肥机会根据设定值和当前值自行开合施肥桶电磁阀和增压泵，使管道内肥液的pH值和EC值稳定的处于设定的区域范围之内，通过pH值和EC值设定模块2配合采集数据显示模块6远程监控pH值和EC值的数值稳定。

灌溉/施肥模式切换模块3在灌溉状态下，无论是否选用施肥通道模块9控制施肥通道电磁阀，都不会开启通道电磁阀和增压泵，只会开启源水泵状态模块7的源水泵，只给作物提供水进行灌溉作业，在施肥模式下，通过选用施肥通道模块9施肥通道电磁阀打开吸肥通道和增压泵状态模块8的增压泵实现混肥，并进行施肥作业，在控制端灵活调整灌溉和施肥的作业需求。

手动/自动模式切换模块4在手动模式下，灌溉规划模块10的时间设置无效，只能通过手动启动按钮5进行设备的开启和关闭，在自动模式下，灌溉规划模块10的时间可以自行设置，该时间为设备开启时间，共可设置8组，在每一个时间设置好后，点击位于时间后面的“关”，使其处于“开”，则说明在该时间自动启动设置好的灌溉计划，在灌溉计划自动执行结束后，系统会自动停止并等待下一个时间点启动，若时间后面的按钮处于“关”，即使设置好了时间，在到达该时间时系统也不会启动，提供自动化的灌溉计划作业预设调整。

手动启动按钮5在手动模式下设置好灌溉规划模块10的灌溉计划后，按下该按钮则根据灌溉计划启动设备，设定的灌溉计划完成后，该按钮会恢复，同时设备也停止工作，系统处于待机状态，等待下次启动，通过手动启动按钮5在必要时进一步控制灌溉规划调整。

采集数据显示模块6为触摸屏的采集数据显示区域，用来显示安装在主管内的pH传感器和EC传感器采集到的当前肥水的pH值和EC值，便于在触摸屏的采集数据显示模块6之间进行远程监测。

源水泵状态模块7显示的是源水泵的状态，一般设备运行时，源水泵都处于开启状态，增压泵状态模块8显示的是增压泵的状态，只有在正常施肥状态且至少有一个吸肥通道电磁阀打开，增压泵才能处于开启状态，通过源水泵状态模块7和增压泵状态模块8控制对应水泵在灌溉或施肥时控制调整工作。

施肥通道模块9是用于设置施肥通道，施肥模式下，可以设置具体使用哪一个混肥桶内的肥液进行施肥，同时配合采集数据显示模块6EC值检测来保证主管道的肥液的浓度稳定在设定的区间范围内，便于不同水肥通过不同施肥通道进行灵活配比调整施加，方便不同混肥桶间的连续施肥作业。

灌溉规划模块10是用于灌溉计划设置，设有数字1-10为灌区编号，点击按钮显示为绿色表示选用该灌区，否则不选用，选择按钮左边有个提示灯，右边可以设置灌区的灌溉时长，在所有灌区设置完成后，启动系统，根据所选用的灌区进行轮灌，即按顺序进行灌区的灌溉，配合485总线模式的扩展能力，便于大面积区域的分片分别控制灌溉调整，如选择了1、2两个灌区，1灌区工作500s，2灌区工作300s，程序开启后，1灌区电磁阀打开，开始灌溉，500s后关闭1灌区，并打开2灌区，300s后关闭2灌区，由于没有后续灌区需要工作，系统也会自动停止。

在本系统中，通过配有Modbus通讯协议的通讯接口用来与大数据平台进行远程通讯，通过平台给水肥机发送控制指令来控制，发送数据读取指令来获取当前采集器数据和当前工作状态，通过在平台的参数设置还可以同时实现利用安装在作物周围的土壤温湿度、土壤pH值、土壤电导率、土壤氮磷钾离子等传感器判断此刻是否需要灌溉或施肥，从而实现全自动控制。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术，尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种基于485总线形式的水肥机控制系统，其特征在于：包括搅拌操作模块（1）、pH值和EC值设定模块（2）、灌溉/施肥模式切换模块（3）、手动/自动模式切换模块（4）、手动启动按钮（5）、采集数据显示模块（6）、源水泵状态模块（7）、增压泵状态模块（8）、施肥通道模块（9）和灌溉规划模块（10）；

所述水肥机控制系统和各模块串口控制器通过分开安装的方式，采用RS-485传输模式；

所述水肥机控制系统配有以Modbus通讯协议的通讯接口用来与大数据平台进行远程通讯，以平台触摸屏为核心，采用485总线的形式，通过触摸屏的串口给控制器发送控制指令，使控制器上的继电器动作，实现各模块控制功能；

所述触摸屏和16通道的串口控制器实现对水肥机的控制，每一个串口控制器带有16个阀通道，基于Modbus的协议约定，一个触摸屏串口下接1~254个串口控制器；

所述pH值和EC值设定模块（2）在施肥状态下，通过装在管道上的传感器，实时采集pH值和EC值并显示在采集数据显示模块（6），水肥机会根据设定值和当前值自行开合施肥桶电磁阀和增压泵，使管道内肥液的pH值和EC值稳定的处于设定的区域范围之内；

所述灌溉/施肥模式切换模块（3）在灌溉状态下，无论是否选用施肥通道模块（9）控制施肥通道电磁阀，都不会开启通道电磁阀和增压泵，只会开启源水泵状态模块（7）的源水泵，只给作物提供水进行灌溉作业，在施肥模式下，通过选用施肥通道模块（9）施肥通道电磁阀打开吸肥通道和增压泵状态模块（8）的增压泵实现混肥，并进行施肥作业；

所述手动/自动模式切换模块（4）在手动模式下，灌溉规划模块（10）的时间设置无效，只能通过手动启动按钮（5）进行设备的开启和关闭；

在自动模式下，灌溉规划模块（10）的时间可以自行设置，该时间为设备开启时间，共可设置8组，在每一个时间设置好后，点击位于时间后面的“关”，使其处于“开”，则说明在该时间自动启动设置好的灌溉计划，在灌溉计划自动执行结束后，系统会自动停止并等待下一个时间点启动，若时间后面的按钮处于“关”，即使设置好了时间，在到达该时间时系统也不会启动。

2.根据权利要求1所述的一种基于485总线形式的水肥机控制系统，其特征在于：所述搅拌操作模块（1）的工作流程为先设置搅拌时长，设置完成后按下搅拌启动，搅拌开始且搅拌倒计时同步计数，倒计时归零时搅拌作业自动停止；

当按下搅拌启动时或倒计时归零时，触摸屏给控制器发送一条控制指令，控制器首先校验控制指令有效性，若无效则不执行，若有效，控制器开启或关闭搅拌电机的电源供应，从而使搅拌电机运作或停止，带动混肥桶内的叶轮转动或停转，从而搅动混肥桶内水肥混合液旋转或停止，从而完成搅拌功能。

3.根据权利要求1所述的一种基于485总线形式的水肥机控制系统，其特征在于：所述手动启动按钮（5）在手动模式下设置好灌溉规划模块（10）的灌溉计划后，按下该按钮则根据灌溉计划启动设备，设定的灌溉计划完成后，该按钮会恢复，同时设备也停止工作，系统处于待机状态，等待下次启动。

4.根据权利要求1所述的一种基于485总线形式的水肥机控制系统，其特征在于：所述采集数据显示模块（6）为触摸屏的采集数据显示区域，用来显示安装在主管内的pH传感器和EC传感器采集到的当前肥水的pH值和EC值。

5.根据权利要求1所述的一种基于485总线形式的水肥机控制系统，其特征在于：所述源水泵状态模块（7）显示的是源水泵的状态，一般设备运行时，源水泵都处于开启状态；

所述增压泵状态模块（8）显示的是增压泵的状态，只有在正常施肥状态且至少有一个吸肥通道电磁阀打开，增压泵才能处于开启状态。

6.根据权利要求1所述的一种基于485总线形式的水肥机控制系统，其特征在于：所述施肥通道模块（9）是用于设置施肥通道，施肥模式下，可以设置具体使用哪一个混肥桶内的肥液进行施肥，同时配合采集数据显示模块（6）EC值检测来保证主管道的肥液的浓度稳定在设定的区间范围内。

7.根据权利要求1所述的一种基于485总线形式的水肥机控制系统，其特征在于：所述灌溉规划模块（10）是用于灌溉计划设置，设有数字1-10为灌区编号，点击按钮显示为绿色表示选用该灌区，否则不选用，选择按钮左边有个提示灯，右边可以设置灌区的灌溉时长；

在所有灌区设置完成后，启动系统，根据所选用的灌区进行轮灌，即按顺序进行灌区的灌溉。

Images