一種田間精準(zhǔn)灌溉無線監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及田間監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于土壤墑情傳感器并配以大氣溫度傳感器相結(jié)合的實時性強、人機交互方便的田間精準(zhǔn)灌溉無線監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]農(nóng)業(yè)一直以來是我國賴以生存的根基，但我國的農(nóng)業(yè)發(fā)展離完全實現(xiàn)自動化還十分遙遠(yuǎn)。特別是在水資源短缺的環(huán)境下，我國農(nóng)業(yè)在灌溉面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)表明，農(nóng)業(yè)用水約占我國總用水量的70 %，其中農(nóng)田灌溉用水又占農(nóng)業(yè)用水的90 %左右，因此如何有效地控制農(nóng)田灌溉用水成為我國當(dāng)今農(nóng)業(yè)不可忽略的問題。
[0003]況且，農(nóng)作物在不同時節(jié)的需水量有極大的不同，若能在對應(yīng)的時節(jié)使土壤墑情控制在一定的范圍內(nèi)，不僅可以達到有效的灌溉并且有利于農(nóng)作物產(chǎn)量與質(zhì)量的提高。
[0004]因此，當(dāng)今農(nóng)業(yè)方面出現(xiàn)了不少的節(jié)水措施，例如渠道防滲、管道輸水、噴灌、滴灌等這類節(jié)水措施，但這類節(jié)水措施只實現(xiàn)了水分的有效利用率，減少水分的不必要流失，對于在不同季節(jié)的農(nóng)作物不同需水量并無改善；還有現(xiàn)在大力推行的控制灌溉可根據(jù)農(nóng)作物不同生育期對水分的不同需求進行灌溉，但這種方式?jīng)]有一種反饋信息，換句話說不能達到精確的控制。
[0005]基于上述分析，通過下位機采集土壤墑情傳感器的數(shù)據(jù)并與用戶通過上位機設(shè)定的參數(shù)進行比較，實現(xiàn)田間精準(zhǔn)灌溉閉環(huán)自動控制具有重要意義。
[0006]鑒于上述缺陷，本實用新型創(chuàng)作者經(jīng)過研宄和實踐終于獲得了本創(chuàng)作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實用新型的目的在于提供一種田間精準(zhǔn)灌溉無線監(jiān)控系統(tǒng)，用以克服上述技術(shù)缺陷。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種田間精準(zhǔn)灌溉無線監(jiān)控系統(tǒng)，其包括數(shù)據(jù)采集器、外圍電路、控制回路和電源模塊，其中，
[0009]所述的數(shù)據(jù)采集器包括單片機、土壤墑情傳感器、A/D轉(zhuǎn)換模塊，所述的土壤墑情傳感器與A/D轉(zhuǎn)換模塊連接，A/D轉(zhuǎn)換模塊、溫度傳感器與單片機的輸入端連接；
[0010]外圍電路包括顯示屏、報警模塊，分別與單片機的輸出端連接；
[0011]單片機與上位機之間通過第一無線模塊和第二無線模塊連接；
[0012]控制回路包括依次連接的繼電器、驅(qū)動電路和水泵，繼電器與單片機的輸出端連接。
[0013]進一步地，所述的電源模塊分別與單片機和土壤墑情傳感器連接。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比較本實用新型的有益效果在于:本實用新型利用單片機中心模塊首先測得大氣溫度值提供給用戶作為設(shè)定土壤墑情值運行范圍的參考信息，用戶設(shè)定土壤運行范圍之后，單片機實時監(jiān)控土壤墑情值以控制水泵的開啟與關(guān)閉。
[0015]該系統(tǒng)精度高，實時性強；用戶可隨時改變土壤墑情運行范圍即靈活性大；也可通過上位機控制水泵開啟與關(guān)閉即可控制性強；采用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)使單片機和上位機實現(xiàn)無線串口通信，省略了通信之間的布線過程，節(jié)約了布線成本，降低了布線的難度，并實現(xiàn)了對田間土壤墑情情況的實時監(jiān)測與精準(zhǔn)灌溉控制，自動化程度提高。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型的田間精準(zhǔn)灌溉無線監(jiān)控系統(tǒng)的框架圖。
【具體實施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖，對本實用新型上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點作更詳細(xì)的說明。
[0018]請參閱圖1所示，本實用新型田間精準(zhǔn)灌溉無線監(jiān)控系統(tǒng)包括一個以STC89CLE52RC型單片機3為核心，配合DS18B20溫度傳感器10以及土壤墑情傳感器5和A/D轉(zhuǎn)換模塊4共同構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集器；所述的土壤墑情傳感器5與A/D轉(zhuǎn)換模塊4連接，A/D轉(zhuǎn)換模塊4與溫度傳感器10與單片機3的輸入端連接。
[0019]單片機外圍包括與單片機3的輸出端連接的IXD1602顯示屏1、報警模塊2 ;以及與單片機3連接的電源模塊9 ;另一方面硬件主要是為單片機3與上位機13提供實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線串口，主要由兩個CC2530第一無線模塊12和第一無線模塊11在基于ZigBee無線數(shù)據(jù)通信協(xié)議的基礎(chǔ)上構(gòu)成。第一無線模塊12與第二無線模塊11連接在上位機13與單片機3之間。
[0020]控制回路包括依次連接的繼電器6、驅(qū)動電路7、水泵8。
[0021]電源模塊9為單片機中心模塊提供3.3V的工作電壓及為土壤墑情傳感器提供5V的工作電壓。
[0022]田間土壤墑情經(jīng)土壤墑情傳感器5檢測并轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出，通過A/D轉(zhuǎn)換模塊4傳送給單片機3，再由單片機對所得的電壓值進行數(shù)據(jù)之間的變換獲得精確的土壤墑情值，并由IXD1602顯示屏I實時顯示；對于大氣溫度值同理，由DS18B20溫度傳感器10直接與單片機3進行連接，單片機3接收到的數(shù)據(jù)在單片機內(nèi)部同樣進行數(shù)據(jù)之間的變換獲得正確的溫度值，并由IXD1602顯示屏I實時顯示，顯示屏主要是方便用戶在田間時可直接得到所監(jiān)控的數(shù)據(jù)。
[0023]所測得的數(shù)據(jù)不僅需在顯示屏I上顯示，并需要通過兩個CC2530無線模塊所構(gòu)成的無線串口通信網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，完成上位機13對下位機3的監(jiān)視數(shù)據(jù)功能。用戶根據(jù)所得的溫度值并結(jié)合當(dāng)?shù)丶竟?jié)時期來得到土壤墑情的運行范圍，并在上位機13界的面上進行設(shè)定，可通過無線模塊構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至下位機3，供下位機3將傳感器5獲得的數(shù)據(jù)與設(shè)定的范圍進行判斷，同時根據(jù)判斷結(jié)果來控制整個控制回路，從而實現(xiàn)控制田間的精準(zhǔn)灌溉。用戶同樣也可以根據(jù)自己的意愿在上位機13直接控制下位機的控制回路，以實現(xiàn)應(yīng)急需要，避免水泵或傳感器失控現(xiàn)象發(fā)生。本系統(tǒng)上位機13與下位機3之間的數(shù)據(jù)通信，均需由CC2530無線模塊構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)進行傳輸。
[0024]本實用新型提出的田間精準(zhǔn)灌溉無線監(jiān)控系統(tǒng)由土壤墑情傳感器和溫度傳感器實時測量土壤含水量和大氣溫度信息，采用輸出為電壓信息的土壤墑情傳感器經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換模塊將數(shù)據(jù)送至單片機再由程序上進行數(shù)據(jù)的變換，而溫度則由DS18B20傳感器進行采集并直接傳給單片機進行數(shù)據(jù)變換，兩者均由顯示電路實時顯示，便于用戶在田間觀察。本系統(tǒng)是通過大氣溫度值、季節(jié)、土壤墑情值來綜合判斷是否應(yīng)該進行灌溉。單片機中心模塊所測得大氣溫度值，主要是提供用戶進行對土壤墑情值范圍的判定提供一個依據(jù)，用戶一旦設(shè)定土壤墑情值運行范圍，單片機就將實時監(jiān)控并判斷其是否超出范圍。若超出設(shè)定范圍，報警電路將會起作用，同時單片機會通過繼電器驅(qū)動水泵啟動或關(guān)閉，直至回到正常范圍。為方便用戶進行對下位機控制電路的控制，由上位機可直接控制水泵的開啟和停止。單片機與上位機之間進行無線串口通信，均是通過由兩個CC2530組成的基于ZigBee無線數(shù)據(jù)通信協(xié)議的無線發(fā)送和接收模塊完成。
[0025]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，對實用新型而言僅僅是說明性的，而非限制性的。本專業(yè)技術(shù)人員理解，在實用新型權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)可對其進行許多改變，修改，甚至等效，但都將落入本實用新型的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種田間精準(zhǔn)灌溉無線監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，其包括數(shù)據(jù)采集器、外圍電路、控制回路和電源模塊，其中， 所述的數(shù)據(jù)采集器包括單片機、土壤墑情傳感器、A/D轉(zhuǎn)換模塊，所述的土壤墑情傳感器與A/D轉(zhuǎn)換模塊連接，A/D轉(zhuǎn)換模塊、溫度傳感器與單片機的輸入端連接； 外圍電路包括顯示屏、報警模塊，分別與單片機的輸出端連接； 單片機與上位機之間通過第一無線模塊和第二無線模塊連接； 控制回路包括依次連接的繼電器、驅(qū)動電路和水泵，繼電器與單片機的輸出端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的田間精準(zhǔn)灌溉無線監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的電源模塊分別與單片機和土壤墑情傳感器連接。
【專利摘要】本實用新型涉及一種田間精準(zhǔn)灌溉無線監(jiān)控系統(tǒng)，其包括數(shù)據(jù)采集器、外圍電路、控制回路和電源模塊，其中，所述的數(shù)據(jù)采集器包括單片機、土壤墑情傳感器、A/D轉(zhuǎn)換模塊，所述的土壤墑情傳感器與A/D轉(zhuǎn)換模塊連接，A/D轉(zhuǎn)換模塊、溫度傳感器與單片機的輸入端連接；外圍電路包括顯示屏、報警模塊，分別與單片機的輸出端連接；單片機與上位機之間通過第一無線模塊和第二無線模塊連接；控制回路包括依次連接的繼電器、驅(qū)動電路和水泵，繼電器與單片機的輸出端連接。本實用新型系統(tǒng)的精度高，實時性強；節(jié)約了布線成本，降低了布線的難度，并實現(xiàn)了對田間土壤墑情情況的實時監(jiān)測與精準(zhǔn)灌溉控制，自動化程度提高。
【IPC分類】A01G25-16
【公開號】CN204498994
【申請?zhí)枴緾N201520123632
【發(fā)明人】王斌, 孫培欽, 吳鳳嬌
【申請人】西北農(nóng)林科技大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年3月2日