一種無(wú)線節(jié)水滴灌自動(dòng)控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種無(wú)線節(jié)水滴灌自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于：包括上位機(jī)、S3C6410網(wǎng)關(guān)、第一CC2530無(wú)線收發(fā)模塊、田間控制節(jié)點(diǎn)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，上位機(jī)、S3C6410網(wǎng)關(guān)、第一CC2530無(wú)線收發(fā)模塊依次相連，田間控制節(jié)點(diǎn)與第二CC2530無(wú)線收發(fā)模塊、太陽(yáng)能供電系統(tǒng)相連，第一CC2530無(wú)線收發(fā)模塊與第二CC2530無(wú)線收發(fā)模塊以無(wú)線通訊方式相連，田間控制節(jié)點(diǎn)與液位傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、濕度傳感器和溫度傳感器相連接，田間控制節(jié)點(diǎn)的輸出端還與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連以達(dá)到自動(dòng)控制目的。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布設(shè)靈活、效率較高、經(jīng)濟(jì)適用、可靠性好、減少了勞動(dòng)量，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)的不足。
【專利說(shuō)明】一種無(wú)線節(jié)水滴灌自動(dòng)控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及農(nóng)業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，尤其是涉及一種無(wú)線節(jié)水滴灌自動(dòng)控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人口的增長(zhǎng)和農(nóng)業(yè)的發(fā)展，隨著全球變暖造成的干旱問(wèn)題日益嚴(yán)重，世界水 資源的需求量越來(lái)越大，水資源緊缺已成為全世界人民共同關(guān)注的問(wèn)題。滴灌技術(shù)是通過(guò) 干管、支管和毛管上的滴頭，在低壓下向土壤經(jīng)常緩慢滴水，可直接向土壤供應(yīng)已過(guò)濾的水 分、肥料或其他化學(xué)劑等的一種實(shí)用技術(shù)。大田自動(dòng)滴灌技術(shù)具有大幅度提高水的利用率、 減少土壤結(jié)構(gòu)破壞、改善生態(tài)環(huán)境、提高經(jīng)濟(jì)效益的作用，是一種高效節(jié)水的新型灌溉技 術(shù)，目前已經(jīng)成為實(shí)施高效、精準(zhǔn)灌溉的重要水資源管理技術(shù)措施。近年來(lái)，隨著無(wú)線信息 傳輸技術(shù)的發(fā)展，ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)以其低成本、低功耗、低速率、近距離、短延時(shí)、高安全等 特點(diǎn)，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中得到高度關(guān)注。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0003] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種無(wú)線節(jié)水滴灌自動(dòng)控制系統(tǒng)，將傳 感器技術(shù)、STM32F103VET6單片機(jī)、ZigBee無(wú)線通信技術(shù)相結(jié)合，提出了一種節(jié)水滴灌自動(dòng) 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，并開(kāi)發(fā)了基于STM32的田間控制器。系統(tǒng)針對(duì)不同農(nóng)作物在不同生 長(zhǎng)時(shí)期對(duì)水分的需求情況，依據(jù)土壤濕度與環(huán)境溫度，能夠與基于S3C6410開(kāi)發(fā)平臺(tái)的網(wǎng) 關(guān)通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，由田間控制器精準(zhǔn)科學(xué)地控制灌水位置、灌水時(shí)間、灌 水量、灌水質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)作物的適時(shí)自動(dòng)滴灌，為作物生長(zhǎng)提供良好的條件。系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn) 大面積農(nóng)田的統(tǒng)一調(diào)度管理提供了基礎(chǔ)，是一種理想節(jié)水滴灌解決方案。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布設(shè) 靈活、效率較高、經(jīng)濟(jì)適用、可靠性好、減少了勞動(dòng)量，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0004] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種無(wú)線節(jié)水滴灌自動(dòng)控制系 統(tǒng)，其特征在于：包括上位機(jī)、S3C6410網(wǎng)關(guān)、第一 CC2530無(wú)線收發(fā)模塊、田間控制節(jié)點(diǎn)和執(zhí) 行機(jī)構(gòu)，所述上位機(jī)、S3C6410網(wǎng)關(guān)、第一 CC2530無(wú)線收發(fā)模塊依次相連，所述田間控制節(jié) 點(diǎn)與第二CC2530無(wú)線收發(fā)模塊、太陽(yáng)能供電系統(tǒng)相連，所述第一 CC2530無(wú)線收發(fā)模塊與第 二CC2530無(wú)線收發(fā)模塊以無(wú)線通訊方式相連，所述田間控制節(jié)點(diǎn)與液位傳感器、壓力傳感 器、流量傳感器、濕度傳感器和溫度傳感器相連接，所述田間控制節(jié)點(diǎn)的輸出端還與執(zhí)行機(jī) 構(gòu)相連以達(dá)到自動(dòng)控制目的。
[0005] 上述的一種無(wú)線節(jié)水滴灌自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述田間控制節(jié)點(diǎn)為多個(gè) 基于STM32的田間控制器。
[0006] 上述的一種無(wú)線節(jié)水滴灌自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述濕度傳感器和溫度傳 感器為功能合一的SHT11 土壤溫濕度傳感器。
[0007] 上述的一種無(wú)線節(jié)水滴灌自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述田間控制器1放在主 管道上，配有液位傳感器、壓力傳感器及流量傳感器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)水壓大小的變頻器。
[0008] 上述的一種無(wú)線節(jié)水滴灌自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述田間控制器2-田間控 制器η完全相同，放在每塊田地里，配有SHT11 土壤溫濕度傳感器，一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)模塊可以 根據(jù)需要連接多個(gè)測(cè)溫濕度的探頭，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是控制滴灌開(kāi)閉的電磁閥。
[0009] 上述的一種無(wú)線節(jié)水滴灌自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述STM32的田間控制器 為STM32F103VET6閃存32位微控制器。
[0010] 上述的一種無(wú)線節(jié)水滴灌自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述第二CC2530無(wú)線收發(fā) 模塊與STM32的田間控制器采用MAX3232芯片串口通信電平轉(zhuǎn)換。
[0011] 采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果為：
[0012] 1、本實(shí)用新型的STM32田間控制器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)作物土壤濕度和環(huán)境溫度，將傳 感器信號(hào)通過(guò)無(wú)線發(fā)送到控制中心，控制中心能夠準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地了解到當(dāng)前系統(tǒng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn) 的工作狀態(tài)，并及時(shí)啟動(dòng)自動(dòng)滴灌，非常有利于農(nóng)作物的生產(chǎn)。一旦出現(xiàn)通信中斷、水壓異 常等，能夠及時(shí)地反映到控制中心，通過(guò)語(yǔ)音報(bào)警等方式立即通知相關(guān)人員進(jìn)行維修，提高 了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。
[0013] 2、本實(shí)用新型的系統(tǒng)采用ZigBee技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，田間布設(shè)靈活，提高了自 動(dòng)灌溉的實(shí)用性及對(duì)水的使用效率，減小了勞動(dòng)量、導(dǎo)線和管路敷設(shè)費(fèi)用，且無(wú)需人為操 作，能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作，方便大面積安裝、維護(hù)和系統(tǒng)回收，為我國(guó)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)工程提供 了強(qiáng)有力的工具。
[0014] 綜上所述，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布設(shè)靈活、效率較高、經(jīng)濟(jì)適用、可靠性好、減少 了勞動(dòng)量，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)的不足。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的系統(tǒng)架構(gòu)框圖；
[0016] 圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的ZigBee通信板電路圖；
[0017] 圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的終端控制節(jié)點(diǎn)通信電路圖；
[0018] 圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的四通道采集電路圖。
[0019] 其中：
[0020] 1、上位機(jī)；2、S3C6410網(wǎng)關(guān)；3-1、第一 CC2530無(wú)線收發(fā)模塊；
[0021] 3-2、第二CC2530無(wú)線收發(fā)模塊；4、太陽(yáng)能供電系統(tǒng)；
[0022] 5、基于STM32的田間控制器；6、電磁閥；7、液位傳感器；
[0023] 8、壓力傳感器；9、流量傳感器；10、變頻器；
[0024] 11、濕度傳感器；12、溫度傳感器。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0026] 如圖1所示，一種無(wú)線節(jié)水滴灌自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于：包括上位機(jī)1、 S3C6410網(wǎng)關(guān)2、第一 CC2530無(wú)線收發(fā)模塊3-1、田間控制節(jié)點(diǎn)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述上位機(jī)1、 S3C6410網(wǎng)關(guān)2、第一 CC2530無(wú)線收發(fā)模塊3-1依次相連，所述田間控制節(jié)點(diǎn)與第二CC2530 無(wú)線收發(fā)模塊3-2、太陽(yáng)能供電系統(tǒng)4相連，所述第一 CC2530無(wú)線收發(fā)模塊3-1與第二 CC2530無(wú)線收發(fā)模塊3-2以無(wú)線通訊方式相連，所述田間控制節(jié)點(diǎn)與液位傳感器7、壓力傳 感器8、流量傳感器9、濕度傳感器11和溫度傳感器12相連接，所述田間控制節(jié)點(diǎn)的輸出 端還與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連以達(dá)到自動(dòng)控制目的。
[0027] 其中，S3C6410網(wǎng)關(guān)2是基于ARM1176JZF-S的16 / 32位RSIC微處理器，是一款具 有低成本、低功耗、高性能特點(diǎn)的應(yīng)用處理器，它具有4個(gè)UART接口，支持DMA和Interrupt 模式，按ZigBee協(xié)議實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸功能和自組網(wǎng)功能。當(dāng)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)上電時(shí)，作為協(xié)調(diào)器的 ZigBee主節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)和建立無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)建立后，負(fù)責(zé)接收終端控制節(jié)點(diǎn)（STM32田間控 制器）返回的信息，發(fā)送相應(yīng)的控制信息到各個(gè)田間控制器中。
[0028] 第一 CC2530無(wú)線收發(fā)模塊3-1與第二CC2530無(wú)線收發(fā)模塊3-2以ZigBee協(xié)議 實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信，如圖2所示，ZigBee是基于IEEE802. 15. 4協(xié)議的一個(gè)開(kāi)放式的標(biāo)準(zhǔn)，具有低 成本、低功耗、低速率的特點(diǎn)，可同時(shí)無(wú)線連接大量不同的電子設(shè)備。設(shè)計(jì)選用TI公司最新 推出的CC2530芯片作為控制器的微處理器，它集成了一個(gè)高性能2. 4GHz直接序列擴(kuò)頻射 頻收發(fā)器、一個(gè)增強(qiáng)型單周期的8051CPU和一個(gè)DMA控制器，具有8KB的SRAM、32 / 64 / 128KB的片內(nèi)FLASH存儲(chǔ)器、2個(gè)支持多種串行通信協(xié)議的USART、8通道的14位ADC、定時(shí) 器和21個(gè)可編程的I / 0引腳，具有寬電壓范圍（2?3. 6V)、低功耗和電源電量可監(jiān)控等 特點(diǎn)。在ZigBee協(xié)議棧中UART具有中斷、DMA兩種模式，本文設(shè)計(jì)中均采用UART的中斷 模式。
[0029] 本實(shí)施例中，所述田間控制節(jié)點(diǎn)為多個(gè)基于STM32的田間控制器5。
[0030] 本實(shí)施例中，所述濕度傳感器11和溫度傳感器12為功能合一的SHT11溫濕度傳 感器。
[0031] 本實(shí)施例中，所述田間控制器1放在主管道上，配有液位傳感器7、壓力傳感器8及 流量傳感器9,執(zhí)行機(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)水壓大小的變頻器10。
[0032] 本實(shí)施例中，所述田間控制器2-田間控制器η完全相同，放在每塊田地里，配有 SHT11 土壤溫濕度傳感器，一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)模塊可以根據(jù)需要連接多個(gè)測(cè)溫濕度的探頭，執(zhí)行 機(jī)構(gòu)是控制滴灌開(kāi)閉的電磁閥6。
[0033] 本實(shí)施例中，所述STM32的田間控制器5為STM32F103VET6閃存32位微控制器。它 基于突破性的ARM CortexM3內(nèi)核，工作頻率為72MHz，內(nèi)部集成了高速存儲(chǔ)器（高達(dá)128Kb 閃存和20Kb SRAM)、通過(guò)APB總線連接豐富增強(qiáng)的外設(shè)和I / 0,另外包含了 2個(gè)12位的 ADC、3個(gè)通用16位定時(shí)器和一個(gè)PWM定時(shí)器，還包含標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的通信接口 ：2個(gè)I2C和 SPI、3個(gè)USART、一個(gè)USB和一個(gè)CAN.由于設(shè)備集成了標(biāo)準(zhǔn)的通信接口，無(wú)需配置額外的組 件，減少系統(tǒng)成本，為手持設(shè)備和一般類型應(yīng)用提供了低價(jià)格、低功耗、高性能微控制器的 解決方案。
[0034] 如圖4所示，由于液位、壓力、流量傳感器均是4?20mA模擬信號(hào)輸出設(shè)備，需要 用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再由STM32單片機(jī)進(jìn)行處理。本設(shè)計(jì)需要采 集液位、壓力、流量等4?20mA設(shè)備信息，所以設(shè)計(jì)4通道采集電路。
[0035] 本實(shí)施例中，所述第二CC2530無(wú)線收發(fā)模塊3-2與STM32的田間控制器5采用 MAX3232芯片串口通信電平轉(zhuǎn)換。
[0036] 實(shí)際使用中，上位機(jī)1發(fā)送采集指令，經(jīng)由S3C6410網(wǎng)關(guān)2,利用第一 CC2530無(wú)線 收發(fā)模塊3-1和第二CC2530無(wú)線收發(fā)模塊3-2將指令發(fā)送給基于STM32的田間控制器5 ; 各傳感器節(jié)點(diǎn)將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)上傳到STM32田間控制器5,然后由它通過(guò)CC2530無(wú)線收發(fā) 模塊同樣經(jīng)由網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)1中；上位機(jī)1對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能處理和決 策，例如對(duì)濕度值進(jìn)行排序、得到濕度值較小的幾塊田地，并據(jù)此對(duì)STM32田間控制器5發(fā) 送開(kāi)啟這幾塊田地電磁閥6的命令，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)滴灌。
[0037] 在田塊面積大，需要控制上百個(gè)電磁閥6門(mén)的大規(guī)模灌溉區(qū)域，可將圖1部分連接 傳感器的終端節(jié)點(diǎn)替換為路由節(jié)點(diǎn)，路由節(jié)點(diǎn)及終端節(jié)點(diǎn)均裝備傳感器。ZigBee無(wú)線傳感 網(wǎng)絡(luò)將由一個(gè)網(wǎng)關(guān)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、適當(dāng)數(shù)目的路由器節(jié)點(diǎn)和多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)組成，路由器和終 端通過(guò)內(nèi)部程序進(jìn)行設(shè)置，且在一定距離內(nèi)均可與網(wǎng)關(guān)直接通信。統(tǒng)采用休眠喚醒機(jī)制，實(shí) 現(xiàn)了低功耗運(yùn)行。
[0038] 本實(shí)用新型不局限于上述具體的實(shí)施方式，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員從上述構(gòu)思出 發(fā)，不經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)，所作出的種種變換，均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種無(wú)線節(jié)水滴灌自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于：包括上位機(jī)（1)、S3C6410網(wǎng)關(guān)（2)、 第一 CC2530無(wú)線收發(fā)模塊（3-1)、田間控制節(jié)點(diǎn)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述上位機(jī)（1)、S3C6410網(wǎng) 關(guān)（2)、第一 CC2530無(wú)線收發(fā)模塊（3-1)依次相連，所述田間控制節(jié)點(diǎn)與第二CC2530無(wú)線 收發(fā)模塊（3-2)、太陽(yáng)能供電系統(tǒng)（4)相連，所述第一 CC2530無(wú)線收發(fā)模塊（3-1)與第二 CC2530無(wú)線收發(fā)模塊（3-2)以無(wú)線通訊方式相連，所述田間控制節(jié)點(diǎn)與液位傳感器（7)、壓 力傳感器（8)、流量傳感器（9)、濕度傳感器（11)和溫度傳感器（12)相連接，所述田間控制 節(jié)點(diǎn)的輸出端還與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連以達(dá)到自動(dòng)控制目的。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)線節(jié)水滴灌自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述田間控 制節(jié)點(diǎn)為多個(gè)基于STM32的田間控制器（5)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)線節(jié)水滴灌自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述濕度傳 感器（11)和溫度傳感器（12)為功能合一的SHT11 土壤溫濕度傳感器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種無(wú)線節(jié)水滴灌自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述 田間控制器1放在主管道上，配有液位傳感器（7)、壓力傳感器（8)及流量傳感器（9)，執(zhí)行 機(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)水壓大小的變頻器（10)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種無(wú)線節(jié)水滴灌自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述 田間控制器2-田間控制器η完全相同，放在每塊田地里，配有SHT11 土壤溫濕度傳感器，一 個(gè)終端節(jié)點(diǎn)模塊可以根據(jù)需要連接多個(gè)測(cè)溫濕度的探頭，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是控制滴灌開(kāi)閉的電磁 閥（6)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種無(wú)線節(jié)水滴灌自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述 STM32的田間控制器（5)為STM32F103VET6閃存32位微控制器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種無(wú)線節(jié)水滴灌自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述 第二CC2530無(wú)線收發(fā)模塊（3-2)與STM32的田間控制器（5)采用ΜΑΧ3232芯片串口通信 電平轉(zhuǎn)換。
【文檔編號(hào)】G05D27/02GK203894659SQ201420124843
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】高鴻儒 申請(qǐng)人:高鴻儒