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gprs dtu在农业浇灌施肥智能化中的应用
2021-02-10 17:57:03 阅读: 发布人:纵横智控

    GPRS远程无线测控方式,解决了线路铺设成本过高,大面积农业管理不便等诸多问题,从技术上为实现精细农业提供了可能。按照作物需求的农业灌溉和施肥的节水节肥精准农业控制系统,目前成熟应用还相对较少。同时,不合理的灌溉和施肥问题仍然突出,不仅导致水肥利用率低,而且加剧了资源的浪费和环境污染。本文构建的基于互联网的整体框架体系和高度集成及智能化的农业灌溉施肥智能控制系统,在农业灌溉过程中,通过对作物环境信息、养分信息的实时采集及模糊评价,进而按照设定作物需水规律和施肥配方指导灌溉施肥。在我国面临水资源严重短缺,以及过量施肥所带来的严重危害的形势下,实现以肥调水,以肥促水,精准灌溉,精量施肥的智能控制和管理等,均具有重大的经济和社会效益。


一、系统的组成

    系统主要由管理房控制级、远程web页面监控级、灌溉区现场控制级、手机短信控制等组成。灌溉区现场控制级将灌溉区作物环境、土壤养分信息等通过DTU模块发送到管理级组态软件,由监控组态软件参与决策,来确定是否打开灌水阀和施肥阀,从而实现按照作物需水需肥要求进行灌溉施肥。同时,还可对管道流量自动计量,方便水利工作人员进行相关测算分析。水泵房管理级还可对根据灌溉区高位水池的水位情况,启停水泵,并通过变频器自动调节管网压力,系统同时能够灵活配置不同阀门组、不同时间、不同灌溉量以及不同施肥配方,以适应多种作物的灌溉施肥。图1为系统组成框图。


二、主要部分 的选型 与配置

    2.1 系统编程软件XLT控制器是通过一个装在PC机上的由H0RNER公司自主开发的测控中心软件来进行逻辑编程的,这个编程软件可对所有XLT控制器进行编辑程序,硬件配置,监控和在线调试。测控中心软件与XLT建立通讯主要的方式是通过RS485 转RS232转换模块来完成。XLT 还可以通过USB口、以太网、CAN 总线、调制解调器等多种方式进行通讯。可配置为数字量输入、高数计数器输入、模拟量输入,数字量输出、脉宽脉冲调制输出、模拟量输出等多种方式,极大的方便了用户的二次开发。测控中心软件与组态软件的通信通过串口的方式进行。若要将测控中心软件与组态软件安装在同一台电脑上,则该台电脑上须有两个硬件串口(或两个虚拟串口),以便测控中心软件和组态软件各占用一个串口进行通信。要在同一台电脑上实现两个虚拟串口,本文采用虚拟串口软件(如Virtual SerialPortDriver6.O),来增加一对可以互相通信的虚拟串口COM2和COM 3。


2.2 控制器的选择本文以HORNER公司触摸式OCSXLT102,它内置I/O 包括开关量,模拟量和高速I/O。对于机械控制,高速I/O可以提供计数,频率测量,PWM 生成和脉冲输出。可方便应用于热电偶,RTD,4~2OmA,+/~100mV和0H10V 信号的高精度输人的过程控制。XLT集成了两个标准RS一232/RS一485 串口和CAN 网络接口,可选配内置的57.6k电话调制调器卡,无线通讯卡和GPRS/GSM 通讯卡,工作电压选择12V。它具有以下优势:①高品质的图形LCD或触摸屏显示,更好的显示生产过程和设备的进程状态;②复杂图形显示功能,包括趋势图,棒图,仪表显示以及动画功能;③强大的控制能力,可支持浮点运算,高级数学运算,多回路PID 自整定,字符串操作等;④大容量可移动存储功能,最大可达2G,可存储程序,历史数据记录,屏幕截图;⑤CsCAN通讯口(可选)可方便的扩展远程I/O,或和其他控制器及PC连接;⑥内置2个串口,方便的和变频器以及其他PLC或外围串口设备通讯;


XLT102除 了内置的 Vo外 ,还可 以连接 SmartStixI/O和 SmartModI/O模块 ,SmartStixI/0是高速的远程模块 ,可通过 CsCAN充分发 挥分 布式 控制 的优 势 ;而 SmartModI/O通 过 RTU/Modbus与 XL连接 ,此类模块点数少 ,性价 比高 。


三、测控 中心软件 与 GPRSRTU通信

    3.1 通信协议简介GPRS的通信速度快、通信费用低、组网灵活等优点。GPRSDTU具有TCP/IP协议转换功能不需要用户提供TCP/IP的支持。可适用于所有带串口的终端设备,通过GPRS网络平台实现数据信息的无线和透明传输,为不具备TCP/IP协议处理的终端设备提供了GPRS通信的能力。GPRSRTU 通过GPRS无线网络将数据包发往远程电脑上配套的测控中心软件。测控中心软件将数据包整理成Modbus—RTU 协议的格式,通过电脑上的串口(或虚拟串口)发给组态软件(或其他应用软件)使用。


    本协议遵循Modbus—RTU 协议标准,组态软件作为客户机(主站)发送读/写命令帧,测控中心软件作为服务器(从站)发送应答帧。由于测控中心的软件可以连接多台GPRSRTU 终端,而每台GPRSRTU 终端的RS485接口也可连接多台外接设备,所以测控中心与GPRSRTU终端是一对多的关系,而GPRSRTU终端与外接设备也是一对多的关系。通过对地址码(1-247)分段来确定操作的是GPRSRTU终端还是终端外接的设备,本协议将(1—200)的地址码作为终端的地址码,将(201—247)的地址码作为终端RS485口外接设备的地址码。在对外接设备进行读写指令时须先指定是要操作哪台GPRS RTU 终端的外接设备,这个是通过先发送GPRSRTU终端操作指令(地址码在1—200)来确定当前操作的是哪台终端,然后才再发送外接设备的操作指令(地址码在201—247)。


    GPRSRTU终端根据型号不同,含有不同路数的模拟量输入,开关量输入,继电器输出和扩展模块(如1个温度传感器)。测控中心软件可同时与多个终端连接。基本的通讯字节数据格式是:1个起始位,8位数据,低位在前,无奇偶校验位,1个停止位。默认串口设置为:波特率9 600bps,1个起始位,8个数据位,无奇偶校验,1个停止位。即:9600,N,8,1。若要采用其他串口参数可在配套的测控中心软件中设置。


    3.2 端口映射DTU 模块只能于处于公网IP的数据中心服务器相互通信,而用户所在的数据中心服务器,一般是通过路由器与公网IP相连接,处于局域网内,是无法与处于公网的DTU 模块直接通信,须利用端口映射技术来实现。


    本文主要是通过路由器来实现端口映射的。路由器所获得的公网IP是60.212.57.124。数据监控中心服务器所在局域网IP为:192.168.3.11。在路由器的转发规则下,使用虚拟服务器进行端口映射,当在路由器上做好端口映射后,也就定义了广域网服务器端口与局域网网络服务器之间的映射关系,所有对广域网服务端口的访问将会被重新定位给通过IP地址指定的局域网网络服务器。则GPRS网络所有发向8080端口的数据,都将转发到数据监控中心服务器192.168.3.11上。同理数据监控中心服务器192.168.3.11也可以将数据发送到公网的计算机60.212.57.124上去。

    3.3 动态域名与花生壳软件的应用在一般的应用中,用户很少有固定或专线接入GPRS网络,当数据中心服务器采用ADSL直接拨号上网,获取的是公网的动态IP;GPRS网络须使用固定IP传输数据。故此条件下,要实现GPRS与数据中心服务器互联,须采用动态域名解析技术实现。目前,公网动态IP须大多数是通过“花生壳”软件实现IP 地址的固定。它是完全免费的动态域名解析服务客户端软件。花生壳动态域名解析体系是全球用户量最多的动态域名服务体系,Oray根据服务使用群体与应用范围进行动态域名服务体系区分,并为不同级别用户提供多种增值服务:指定登陆花生壳服务器的源端口(SourcePort)、支持多网卡用户指定网卡接人INTERNET、支持多种不同运行商服务线路选择、动态解析服务监控以及保持IP。当用户下载并成功安装动态域名客户端,然后凭您已注册的Oray护照成功登录,那么护照下所有激活花生壳服务的域名将与机器的公网IP绑定。您可以利用花生壳动态域名建立主机的远程接人应用,让互联网用户随时随地都可以通过域名找到您的机器的网络地址。


四、上位机组态软件开发

    4.1 系统软件的开发系统上位机主要由网络状况良好的PC机组成,PC机需运行测控中心软件、组态王6.55、SQLSERVER数据库。组态王6.55是国内主流的监控组态软件,是数据采集与过程控制的专用软件。它具有丰富的人机界面、可视化的操作界面、丰富的图库、简单实用、强大的网络通讯能力、画面刷新能力和脚本执行性能。同时它还具备实时数据、历史数据、报警数据、安全用户、变量对象、设备对象、用户对象等配置接口。具有良好的可维护性和可定制性。可以支持200个以上的客户端同时访问。提供了大量的图形元素和图库精灵,用户可根据需要,自己创建图库精灵。历史曲线、报表和Web发布功能等功能进一步提高,软件的稳定性强E 。

图片关键词

系统的功能主要包括:①采取手动或自动方式,进行定量和定时的灌溉施肥,同时可实现无人值守的自适应灌溉施肥;②可实现作物环境参数、土壤水分养分参数、运行状态的实时显示,报警、统计查询和安全保护;③趋势图及历史记录;④系统参数设置及用户权限管理;⑤作物灌溉相关预值的设定和施肥配方管理。


 阀门的管理需通过分组来实现,单个阀门组控制阀门数为5个。阀门组号可由1—34不重复的数字任意编制,单个阀门不能出现在多个阀门组,以实现阀门一对一的准确控制。施肥配方系统预设为1~13组,系统默认为1组,此时代表只灌溉未进行施肥。系统可设定传感器的转化公式。如土壤湿度传感器输出为O~2.5V 的电压信号,其转化公式为三次多项式。








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