基于物联网和云架构的渠灌闸门智能控制系统

为了实现农田明渠灌溉的精准化控制,设计了一种基于物联网和云架构的渠灌闸门远程智能控制系统,系统由一体化旋转式闸门、本地控制软件、远程终端访问系统和云端中间件组成。闸门采用旋转式阀芯结构设计,降低闸门启闭时的驱动能耗;基于ARM开发了嵌入式控制系统,实现水闸运行的本地控制和状态数据采集;集成了无线通讯模块和光伏电源系统,解决传统水闸野外安装布线繁琐和供电困难问题;通过在阿里云服务器建立数据中心,部署中间件,实现水闸远程数据传送与控制指令传达;建立了基于水位、流量双反馈的闸门开度云控模型,实现水闸群智能运行;根据旋转式闸门启闭阶段角速度变化规律,提出了水闸运行异常报警方法;开发了B/S版和APP版的远程终端访问系统,实现了灌区数据大屏、闸群远程控制和智能调度,适用于农田灌溉中小型渠道输水、配水的精准化控制。     

测控一体化闸门在灌区的研究与应用

为了有效管理并控制灌溉用水量,中华人民共和国从第"十三五"开始,制定了一系列政策和措施对灌溉用水从水源地开始直至末级受水单元建立精准量水体系及监管措施。研发一款集水位流量数据采集、闸门远程自动化控制、太阳能驱动、无线通讯等功能齐全的智能测控一体化闸门装置,并在灌区量测水项目中进行了实地应用。结果表明,测控一体化闸门监控系统通过平台进行远程自动灌溉控制和调节,用自学习的PID控制机制实现动态调水,提高了输配水的控制精度和时效,解决了渠道末端控制问题。既能提高工作效率,降低工作强度,又能为节约灌溉用水,优化配水调度提供强有力的信息支撑。     

灌区测控一体化闸门系统设计与试验

【目的】实现灌区明渠输配水的智能化控制。【方法】采用传感测量、电气控制、机械设计制造和无线通信等技术,研发了一种基于PLC和物联网的灌区测控一体化闸门系统,该系统主要包括两大部分:现地闸门终端和物联网远程监控系统。本研究运用矩形渠道平板闸门的过流量检测方法,然后融合信息采集、自动控制等技术,使该闸门系统具备渠道水位、闸门开度、过闸流量等参数的计量功能;采用对称双齿轮齿条作为平板闸门升降的传动机构,提升了闸门启闭运行的稳定性、安全性和效率;研制了基于PLC的现地闸门终端控制装置,具有闸门终端远程通信和自动控制的功能;开发了远程监控平台软件,包含手机端和电脑端,实现了对闸门的远程监控与工情数据管理。【结果】闸门终端工作性能稳定,系统具有计量精度高、稳定性强、操作和维护方便的特点,闸门开度控制的最大误差为1mm,网络丢包率接近于零,自由出流的测流误差小于4.6%,淹没出流的小于8.3%。【结论】因此,该系统适用于灌区中小型渠道输配水过程的精准控制。     

农用底盘主动平衡试验平台与控制系统设计与试验

常规的农用作业装备很难适应坡地作业环境,为了使作业车身在坡地作业时保持水平,以主动平衡系统作为研究对象,开发了主动平衡试验平台及控制系统。基于SimMechanics与SimHdraulics模块建立了机-电-液多物理域仿真模型;针对双作用非对称式液压油缸推程与回程运动的不同特性,采用双通道式PID控制策略进行控制,分别对液压油缸跟随响应、位移误差变化、速度阶跃响应与平台双轴倾角进行仿真分析。仿真表明,双通道PID控制下最大跟随误差为1.90mm,响应时间为0.228s,极限状态下平衡时间为2.98s。与单通道PID控制相比,其最大控制误差降低49.3%,响应速度提高了45.8%。在实验室模拟8种不同坡度,对主动平衡试验平台进行响应时间和平衡效果测试,系统响应时间为0.328s;随着坡度的增加,试验平台调平最大误差为1.14°,最大均方根误差为0.299°,主动平衡试验平台及控制系统达到了设计要求。     

基于滑模技术的液态肥流量高精度控制方法

为了提高液态化肥的利用率，提出了一种基于滑模技术的液态肥流量高精度控制方法。首先，分析了电动调节阀控制液态肥流量的工作过程，并建立了液态肥流量控制模型；然后，针对电动调节阀中的阀门开度、电机转速和电机角加速度设计了积分滑模面，并提出了滑模控制律；最后，对液态肥流量控制系统进行了稳定性分析。试验结果表明：设计的滑模控制方法具有快速性和准确性，响应时间小于0.6s,阀门开度最大误差仅为0.01cm,液态肥流量最大误差仅为1mL,液态肥流速最大跟踪误差仅为0.1mL/s,在对番茄液态肥实测中最大流量误差也仅为0.03mL,控制精度较高，可实现精准施肥。     

闸门调控对污染物迁移规律的影响实验研究

采用明渠水槽模拟河段,设置上游水闸,模拟分析不同的水流、不同的闸门开启条件下,闸门运行对水流情势和污染物迁移转化的影响.通过实验观测和模拟,研究闸门调节流量与上、下游水位的关系,分别比较了河道是否设置闸门、瞬间开闸与稳定闸门开度状态下,下泄流量污染物浓度变化.实验结果分析表明,通过合理的调度,闸门在一定开度下可以起到既保证上游污染物通过闸门,减少闸前污染物质的聚集,又可降低闸下河道沿程的污染物分布的作用,为进一步在实践中确定合理的考虑污染控制的闸坝调控方案提供了实验依据.     

农业灌溉智能化系统在农业生产中的应用

正农业灌溉智能化系统是利用计算机技术、电子信息技术和物联网遥感技术对农作物灌溉状况进行实时监测、控制和管理,实现了机井水位、农业灌溉用水量的远程和动态监测,以及数据的无线远程采集和监控。与传统的灌溉技术相比,智能遥控灌溉测控系统依托物联网信息技术为机井配置了远程智能监控设备,以高效节水信息化管理系统为平台,建立了完善的现代化农业灌溉管理服务和智能监测体系。通过4G网络互联实现数据共     

采摘机器人AGV控制系统研究 —基于云平台分布式远程监控技术

远程实时监测是采摘机器人远程调度和控制的重要依据,针对当前视频监控平台凸显的瓶颈,如流媒体服务器负载过重、容灾能力弱、扩展能力弱等缺点,结合当前流行的开源分布式框架Hadoop,提出了基于分布式视频存储和并行计算视频处理的采摘机器人远程监测控制云平台系统。为了验证方案的可行性,以采摘机器人自动引导设备(AGV)远程监测和控制系统的设计为例,对使用云平台技术的通信误差和控制精度进行了测试,并对使用和不使用远程监测系统得到的定位导航效率进行了对比。测试结果表明:采用云平台分布式远程监测技术可以有效地提高AGV系统的定位导航效率和精度,对于采摘机器人自动控制系统的设计具有重要的意义。     

基于LoRa无线传感网络的温室测控平台的开发

介绍了基于LoRa无线传感网络搭建温室测控平台的硬件设计和软件开发。该平台充分利用LoRa无线传感网络的广覆盖、大连接和低功耗的特点,适应各类温室的全部自动化设备联网需求;利用STM32F101R微处理器的低功耗高性能特点,提升测控模组可靠性;运用成熟的透传云技术,建立远程的统一管理平台。经实际测试,该平台具有标准化程度高、可靠性强、适用性广的优点,非常适合温室环境监测和各类农机控制,在农业物联网领域具有广阔的市场前景。     

梯级电站联合运行水位无差状态反馈调节器

为了实现梯级串联电站系统的稳定运行,基于最优控制原理,将站间调节池的水位偏差值引入上一级电站的反馈调节器中,提出了在进行功率(或转速)调节的同时能够平衡电站间流量,并使站间调节池的水位得到调节与控制的状态反馈调节器.通过数值仿真试验,比较了转速、调节池水位和导叶开度的不同权重因子对系统动态特性的影响.由仿真结果可以看出,转速和调节池水位的权重因子对调节品质影响小,改变转速和调节池水位的权重因子,转速的最大变化相对值均为3%左右,调节时间大约为45 s;调节池水位的最大变化相对值均为0.011%,调节时间约为4 000 s.而当导叶开度权重因子从130减小为1时,其转速的最大变化相对值减小约46%;调节池水位最大变化相对值减小41%,调节时间减少为原来的33%左右,所以采用较小的导叶开度权重因子设计出的最优控制调节器,机组转速的调节时间缩短,峰值降低,调节池水位的峰值也降低.为了便于实际应用,选择合理的权矩阵设计了能实现梯级电站联合运行时站间水位无差调节的状态降维反馈调节器.由仿真结果可以看出,状态降维前后,转速、调节池水位等状态量的调节品质相差不大.     

农田灌溉远程监控测控系统的开发

介绍了一种农田灌溉远程监控和测控系统的组成、功能和控制软件.系统由计算机进行远程监测控,根据4个电灌站及其灌区农田水位进行灌溉,实现对农田灌溉供水自动化控制.系统具有实时监控、测控、实时数据采集与保存以及视频数据保存、历史数据查询、打印等功能.     

TCC控制下的渠道水流数值模拟研究

青铜峡灌区建立了全国首个全渠道控制系统(简称TCC)示范区,TCC通过测控一体闸控制水位流量,运行调度过程中渠系产生非恒定非均匀流。本文应用圣维南方程组模拟渠道水位流量过程,应用普列斯曼有限差分法离散方程组,采用牛顿-拉普森迭代法求解非恒定非均匀流的代数方程组。针对U形渠道进行了水流过程的数值计算,验证结果表明,圣维南方程组及牛顿-拉普森迭代法适用于测控一体闸的水流模拟,水位和流量的计算结果与实测值误差较小。研究结果为建立测控一体闸的控制模式提供依据。     

阿其克河口分水枢纽水位流量关系的确定

拦河水闸闸前、闸后设计水位是由水位流量关系确定的。水位流量关系确定的正确与否将直接影响拦河水闸的工程造价和运行管理。以塔里木河中游的阿其克河口分水枢纽为例，给出了拦河水闸水位流量关系的确定方法。     

基于ZigBee的液肥变量深施系统设计与试验

为了提高液肥深施效率,设计了一种基于ZigBee的液肥变量深施系统.该系统采用远程电脑终端与STM32F103RET6控制器同步结合实现液肥输出监测与控制:监控液肥水位值的同时利用流量传感器采集当前流量值,并通过ZigBee无线通讯协议传输数据;根据流量预设值,利用增量式PID算法动态调整变频器频率,最终使试验系统能够精确控制液肥流量输出.在试验系统的基础上,通过液肥深施试验以探讨施肥深度、变频器频率、注肥压力、系统用泵的回水开度等参数对流量精确控制的影响,并利用试验数据建立精准控制流量的数学模型.果园试验结果表明,液肥变量深施系统整机施肥精度最高可达99.52%,单次施肥的液肥损耗量最大值为0.22 L/min;在改变施肥深度的情况下,系统液肥输出流量的最大差值为0.15 L/min,变频器频率的最大差值为0.79 Hz.在改变回水开度的情况下,确定了试验中系统的最佳工作参数,即回水开度在40%时,系统工作最为稳定,流量输出误差小,液肥损耗量少.     

基于Zigbee的鸡舍智能测控系统

为了克服有线测控系统接线复杂和抗干扰性差的缺点,开发了一种基于Zigbee无线传感器网络的鸡舍测控系统.该系统由上位PC机、基于CC2430的中心控制节点、传感器节点、传感器模块和执行机构组成.系统采用模糊控制算法实现温度的精确控制;用C语言在IAR Embedded Workbench for MCS-51 Evaluation 环境下开发无线传感器节点程序;基于Visual C++6.0平台开发了上位机控制系统软件.运行实验表明,控制系统工作稳定可靠,满足了鸡舍控制的功能要求.     

基于虚拟仪器的柔性化农机机群远程监测系统研究

针对我国农业机械分布范围广、作业环境恶劣且数量繁多,采用人工监测机具运行状态将造成大量人力物力的消耗,自动化水平低;而传统的在线监测方式对于大范围测量存在费用高、采集精度差及能耗大等问题,建立了农业机械机群远程监测系统。其硬件设备由集成GSM和GPS技术的远程数据采集器及工程信号接收器组成,实现了农业机械作业状态、收获面积及地理信息等的自动监测及数据的主动上传;基于LabWindows/CVI的柔性化远程数据监测中心,采用面向对象的软件复用方法,可针对机群中不同类型农业机械、不同测控任务高效地开发专用测控软件,实现监测数据的实时显示、保存、地理信息的准确定位及行驶轨迹的动态跟随;通过调用Microsoft Access数据库,监测中心将单机使用状况及时汇报给系统管理员,为农业机械机群的分配、组合和集中管理提供可靠依据。通过田间试验表明,该系统现场数据传输的实时性、采集数据的准确性都达到了联合收获机机群远程监测的要求;采用软件复用的设计思想,大大提高了面向对象的专用测控软件的开发效率。     

基于CFX的双向流道自引自排闸门开度控制研究

双向流道泵站具有提灌提排和自引自排功能,在我国沿江区域的应用较为广泛。但有关该形式泵站自引(自排)特性研究较少,自排自引时闸门开度优化控制和合理开启方式是亟待解决的问题。基于标准的K-ε湍流模型方程、时均N-S方程和连续性方程,数值模拟了双向流道自引(自排)工况下4种不同闸门开启方案、23种不同闸门开度组合下的过流特性,以流道内流场速度分布均匀性为标准,比较了在同一水位差下引(排)相同流量不同闸门开启方案的合理性。结果表明,自引(自排)时进水侧闸门全开方案最优。研究提出了不同上下游水位差下引(排)所需流量时的最佳闸门开度确定方法。研究成果对于双向流道泵站的自引(自排)优化运行具有重要现实意义。     

堰顶高度可调的控水设备研发

堰流和孔流是闸门过流的2种工作方式,相应地,堰上水头和闸门开度就构成了灌区水量控制的关键技术要素。根据水力学原理,渠系水量控制中的配水设备宜采用能够形成孔流的配水闸,而为了更好地稳定渠道水位,宜采用能够形成堰流的控水设备,但实际应用中缺少能够调节堰顶高度的控水设备。根据实际需求,开发了底升式测控一体化控水设备和活页式测控一体化控水设备,这2种闸门均集测控于一体,采用顶面溢流方式,具备为下游配水提供稳定供水条件的功能。     

基于OneNET和Arduino的小型泵站远程监控系统设计

本系统是一个基于OneNET云平台和单片机Arduino相关技术的小型泵站远程监控系统,该系统采用Arduino单片机与流量、压力、电压、电流、液位等传感器设备采集泵站的数据,并通过SIM868通信模块将数据传输到OneNET云平台存储,同时利用OneNET提供的SDK快速搭建客户端应用,使小型泵站得到远程监控。     

基于Web的日光温室地暖远程测控系统设计

聚焦日光温室地暖远程测控系统硬件系统设计和软件编程关键技术开发,重点围绕实现对不同位置点温度、湿度等环境参数的实时监测及系统作业状态的远程控制展开深入探讨。研发了基于Web平台的日光温室地暖网络化测控平台,设计了图形化人机交互界面,实现了采集参数图像化显示、数据统计处理与保存、视频图像无线传输以及系统作业状态远程智能化管理等功能,有效提升了日光温室地暖控制系统的智能化和自动化水平。