專利名稱：一種灌溉系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及農(nóng)業(yè)技術領域，尤其涉及一種灌溉系統(tǒng)。
背景技術：
自古以來，我國江南就有“魚米之鄉(xiāng)”的美稱，一直到現(xiàn)在，南方地區(qū)也仍然是我國 的糧食主要產(chǎn)區(qū)之一。相比于北方，南方夏季雨水充沛，且水稻普遍一年兩熟，甚至一年三 熟、四熟。南方幾省諸如福建、云南等地多屬丘陵、山地地貌，水稻種植以梯田形式，多種經(jīng) 濟作物比如茶葉、水果種植也多利用山地，這些很好地利用了地形，擴大了種植面積。但在 一定程度上卻十分不便于灌溉，而且南方四季雨水分明，夏季時而暴雨數(shù)十日不止，遇到旱 季又常常30天也不見雨水，以致土地龜裂，莊稼曬死。因此，如何獲取土壤墑情信息，根據(jù) 植物生長需要提供灌溉，實屬必要。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提出一種灌溉系統(tǒng)，能夠解決雨量不足或雨量時空分布不 均地區(qū)的節(jié)水灌溉問題，系統(tǒng)可以根據(jù)土壤墑情和作物用水規(guī)律實施精確灌溉。為達此目的，本實用新型采用以下技術方案一種灌溉系統(tǒng)，包括傳感器、從控制機、無線發(fā)射設備、無線接收設備、主控制機、 繼電器和灌溉設備，其中，無線發(fā)射設備與無線接收設備之間建立無線通信信道進行通信， 傳感器、從控制機與無線發(fā)射設備依次連接，傳感器用于測量土壤的墑情，并發(fā)給從控制 機，從控制機用于控制傳感器測量土壤墑情，并把土壤墑情通過無線發(fā)射設備發(fā)送出去，無 線接收設備、主控制機、繼電器和灌溉設備依次連接，主控制機用于通過無線接收設備接收 土壤墑情，根據(jù)土壤墑情和預設值控制繼電器，繼電器用于控制灌溉設備。還包括輸入裝置，輸入裝置與主控制機連接，用于輸入土壤灌溉的預設值。還包括顯示裝置，顯示裝置與主控制機連接，用于顯示土壤墑情和灌溉提示信息。還包括電源，電源分別與主控制機和從控制機連接，用于提供電源。傳感器是土壤濕度傳感器或者土壤水分溫度傳感器。主控制機包括AT89S52控制芯片。輸入裝置是矩陣鍵盤。顯示裝置是12864液晶顯示器。采用了本實用新型的技術方案，能夠根據(jù)土壤墑情和作物用水規(guī)律實施精確灌 溉，不但能有效解決農(nóng)業(yè)灌溉用水利用率低的問題，緩解水資源日趨緊張的矛盾，而且還為 作物提供了更好的生長環(huán)境，實現(xiàn)了對土壤含水量的監(jiān)測和對灌溉系統(tǒng)的智能控制功能， 建立起一套現(xiàn)代化的服務于水利信息化建設的土壤水分監(jiān)測、節(jié)水灌溉和自動控制網(wǎng)絡， 為開展節(jié)水灌溉工作提供信息依據(jù)。另外，本系統(tǒng)操作簡單，準確可靠，支持對有關參數(shù)的 人工修改，適用于多種作物，更能增加農(nóng)作物的產(chǎn)量，降低農(nóng)產(chǎn)品的成本，具有很大的推廣 價值。

圖1是本實用新型具體實施方式
中灌溉系統(tǒng)的結構示意圖。
具體實施方式

以下結合附圖并通過具體實施方式
來進一步說明本實用新型的技術方案。本實用新型的主要技術思想是以單片機為控制核心，由主控制機、無線數(shù)傳和從 控制機三大部分組成，包括土壤墑情信息采集、無線數(shù)據(jù)傳送、控制部分信息綜合分析、顯 示部分信息輸出及灌溉控制等功能模塊。主控制機帶有輸入模塊，可根據(jù)不同作物，不同 生長期，作物需水量的不同，靈活設定土壤濕度下限及平均間隔灌溉時間；無線數(shù)傳采用無 線收發(fā)模式，節(jié)省了大規(guī)模鋪設線路，管道的費用；從控制機通過多個溫濕度傳感器，多點 采集土壤墑情信息，對土壤墑情進行實時監(jiān)測。主控制機對接收到的信息進行分析、整合， 轉化成直觀的啟動澆水灌溉，停止?jié)菜喔纫约胺謺r分段澆水灌溉等信息后，在液晶顯示 屏上顯示當前土壤溫濕度信息及澆水灌溉提示，自動地實現(xiàn)按時、按量、按需供水，從而有 效地在降雨期減少悶根，爛根以致作物死亡，在干旱期緩解旱情，對人力灌溉作出了科學安 排，最終提高了作物產(chǎn)量。圖1是本實用新型具體實施方式
中灌溉系統(tǒng)的結構示意圖。如圖1所示，該灌溉 系統(tǒng)包括傳感器1、從控制機2、無線發(fā)射設備3、無線接收設備4、主控制機5、輸入裝置6、 顯示裝置7、繼電器8、灌溉設備9和電源10。其中，無線發(fā)射設備與無線接收設備之間建立無線通信信道進行通信，傳感器、從 控制機與無線發(fā)射設備依次連接，無線接收設備、主控制機、繼電器和灌溉設備依次連接。傳感器是土壤濕度傳感器或者土壤水分溫度傳感器，傳感器測量土壤的墑情，并 發(fā)給從控制機，從控制機控制傳感器測量土壤墑情，并把土壤墑情通過無線發(fā)射設備發(fā)送 出去，主控制機通過無線接收設備接收土壤墑情，根據(jù)土壤墑情和預設值控制繼電器，繼電 器控制灌溉設備進行灌溉。輸入裝置是矩陣鍵盤，通過與主控制機連接，輸入土壤灌溉的預設值。顯示裝置是12864液晶顯示器，通過與主控制機連接，顯示土壤墑情和灌溉提示 fn息o電源分別與主控制機和從控制機連接，能夠提供電源。主控制機包括AT89S52控制芯片。農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)主要由墑情信息采集、墑情信息傳輸和墑情信息處理三部 分組成，來完成對土壤墑情的監(jiān)測。墑情信息采集部分墑情即是作物根層土壤中含水量多寡的情況，在我國，通常是 指在北方旱作農(nóng)業(yè)區(qū)土壤的含水狀況。墑情影響田間氣候，土壤通氣性和養(yǎng)分分解，是土壤 微生物活動和農(nóng)作物生長發(fā)育的重要條件之一。通過在農(nóng)田中埋設土壤溫濕度傳感器，從 控制機不斷讀取傳感器采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)過相應處理后得到土壤墑情信息。在實際應用時，為 了能夠得到農(nóng)田土壤墑情的整體信息，需要在農(nóng)田中設置多個土壤溫濕度傳感器，實現(xiàn)數(shù) 據(jù)的多點采集。墑情信息傳輸部分墑情信息傳輸部分由無線發(fā)射設備和無線接收設備組成。無線發(fā)射設備由從控制機控制，從控制機將傳感器傳過來的數(shù)據(jù)處理后通過無線發(fā)射設備傳 輸出去，與之相對應的無線接收設備由主控制機控制，兩部分配合協(xié)調(diào)工作來完成數(shù)據(jù)的 傳輸。墑情信息處理部分墑情信息處理部分是由主控制機將無線接收設備接收到的數(shù) 據(jù)一方面進行液晶顯示，另一方面和鍵盤輸入的數(shù)據(jù)進行比較處理，進而控制繼電器的通 斷完成實時的灌溉。正是由于主控制機帶有輸入設備，對于不同的植物，不同的生長期，可以預先設置 不同土壤濕度的下限，來滿足植物的對水分不同需求。另外在數(shù)據(jù)采集的過程中，可以安置 不同的傳感器，進而得到土壤中更加詳細的信息，通過單片機的相應處理后，更好的滿足植 物的需求。下面具體描述該灌溉系統(tǒng)的硬件設備。本農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)的硬件部分主要由墑情采集、墑情傳輸、墑情顯示、主控 制機、矩陣鍵盤、灌溉控制六部分組成。墑情采集部分水分是決定土壤介電常數(shù)的主要因素。測量土壤的介電常數(shù)，能 直接穩(wěn)定地反應各種土壤的真實水分含量。TDR型土壤濕度(水分)傳感器可測量土壤水 分的體積百分比，與土壤本身的機理無關，是目前國際上最流行的土壤濕度(水分)測量方 法。TDR-3A型土壤水分溫度傳感器是將溫度和濕度集于一體，具有密封，防水，精度高，靈敏 度高等特點，是測量土壤溫度和濕度的理想儀器。墑情傳輸部分在完成了數(shù)據(jù)采集之后，系統(tǒng)要對采集的土壤相對濕度和土壤溫 度進行傳輸，在此過程中，為了能夠避免有線傳輸線路鋪設給農(nóng)田耕作帶來的麻煩，采用內(nèi) 置硬件CRC檢錯的無線傳輸設備。無線傳輸設備的工作模式有收發(fā)模式、配置模式、空閑模式、關機模式四種。對無 線傳輸設備的配置工作是通過SPI完成，共有30字節(jié)配置字數(shù)據(jù)寬度聲明射頻數(shù)據(jù)包中數(shù)據(jù)占用的位數(shù)。這使得NewMSg_RF24L01能夠區(qū)分 接收數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)和CRC校驗碼；地址寬度聲明射頻數(shù)據(jù)包中地址占用的位數(shù)。這使得NewMSg_RF24L01能夠區(qū)分 地址和數(shù)據(jù)；地址接收數(shù)據(jù)的地址，有通道0到通道5的地址；CRC 使NewMsg_RF24L01能夠生成CRC校驗碼和解碼當使用NewMsg_RF24L01片內(nèi) 的CRC技術時，要確保在配置字(CONFIG的EN_CRC)中CRC校驗被使能，并且發(fā)送和接收使 用相同的協(xié)議。產(chǎn)品特性為(1) 2. 4Ghz全球開放ISM頻段免許可證使用。(2)最高工作速率2Mbps，高效GFSK調(diào)制，抗干擾能力強，特別適合工業(yè)控制場合。(3) 125頻道，滿足多點通信和跳頻通信需要。(4)內(nèi)置硬件CRC檢錯和點對多點通信地址控制。(5)低功耗1. 9 3. 6V工作，Power down模式下狀態(tài)僅為luA。(6)內(nèi)置2. 4Ghz天線，體積小巧約18*37mm。(7)模塊可軟件設地址，只有收到本機地址時才會輸出數(shù)據(jù)(提供中斷指示)，可直接接各種單片機使用，軟件編程非常方便。(8)內(nèi)置專門穩(wěn)壓電路，使用各種電源包括DC/DC開關電源均有很好的通信效果。(9)標準DIP間距接口，便于嵌入式應用。墑情顯示部分本系統(tǒng)的顯示裝置采用的是12864液晶顯示器，它是128X64點陣 型液晶顯示模塊，可顯示各種字符及圖形，可與單片機直接相連，具有8位標準數(shù)據(jù)總線、6 條控制線及電源線。其最大的工作范圍的參數(shù)如下(1)邏輯工作電壓(Vcc) 4. 5 5. 5V(2)電源地(GND) :0V(3) LCD 驅(qū)動電壓(Vee) 0 -10V(4)輸入電壓Vee Vdd(5)工作溫度(Ta) :0 55°C (常溫)/_20 70°C (寬溫)(6)保存溫度(Tstg) -10 65°C電氣特性(測試條件Ta = 25，Vdd = 5. 0+/-0. 25V)(1)輸入高電平(Vih) 3. 5Vmin(2)輸入低電平(Vil) 0. 55Vmax(3)輸出高電平(Voh) 3. 75Vmin(4)輸出低電平(Vol) :1. OVmax(5)工作電流2. OmAmax主控制機部分主控制機的控制芯片采用AT89S52，它是一種低功耗、高性能 CM0S8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，使用Atmel公司高密度非易失性存 儲器技術制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系 統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使 得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供靈活高效的解決方案。AT89S52具有以下標準功能8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O 口線，看門狗 定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行 口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇 節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉 電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬 件復位為止。矩陣鍵盤由于不同植物，在不同時期對于溫濕度的要求不同，所以系統(tǒng)通過鍵盤 輸入溫濕度的下限值，從而更加科學的實時的對植物進行合理的灌溉。為了減少1/0 口的 占用，將按鍵排列成矩陣形式構成矩陣式鍵盤，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通， 而是通過一個按鍵加以連接。這樣，一個端口(如P0 口)就可以構成4*4 = 16個按鍵。灌溉控制部分主控制機通過對收集到的數(shù)據(jù)和鍵盤的輸入值的比較結果，從而 控制繼電器的通斷，進而控制相應的灌溉設備，對植物實時定量的灌溉。下面具體描述該灌溉系統(tǒng)的軟件設計。根據(jù)整個系統(tǒng)功能的要求和對硬件的基本情況的考慮，在軟件設計的過程中同樣 采取了模塊化設計思想。整個系統(tǒng)的軟件設計分三個單元完成墑情采集單元，無線傳輸單
6元，墑情處理單元。墑情采集單元在采集數(shù)據(jù)的過程中，用戶單片機發(fā)送一次開始信號，TDR-3A從 低功耗模式轉換到高速模式，等待主機開始信號結束后，TDR-3A發(fā)送響應信號，送出40bit 的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號采集，采集數(shù)據(jù)后轉換到低速模式?？偩€空閑狀態(tài)為高電平，主機 把總線拉低等待TDR-3A響應，主機把總線拉低必須大于18毫秒，保證TDR-3A能檢測到起 始信號。TDR-3A接收到主機的開始信號后，等待主機開始信號結束，然后發(fā)送80us低電平 響應信號.主機發(fā)送開始信號結束后，延時等待20-40US后，讀取TDR-3A的響應信號，主機 發(fā)送開始信號后，總線由上拉電阻拉高?？偩€為低電平，TDR-3A發(fā)送響應信號，TDR-3A發(fā)送響應信號后，再把總線拉高 80us，準備發(fā)送數(shù)據(jù)，每一 bit數(shù)據(jù)都以50us低電平時隙開始，高電平的長短定了數(shù)據(jù)位是 0還是1。當最后lbit數(shù)據(jù)傳送完畢后，TDR-3A拉低總線50us，隨后總線由上拉電阻拉高 進入空閑狀態(tài)。無線傳輸單元在無線收發(fā)模塊發(fā)射的流程中第一，把接收機的地址和要發(fā)送 的數(shù)據(jù)按時序送入無線收發(fā)模塊，配置CONFIG寄存器，使之進入發(fā)送模式；第二，微控制器 把CE置高(至少10us)，激發(fā)無線模塊發(fā)射；第三，進行數(shù)據(jù)發(fā)射，給射頻前端供電，并將射 頻數(shù)據(jù)打包(加字頭、CRC校驗碼)，發(fā)射完成后，進入空閑狀態(tài)。在接收的流程中第一，配置本機地址和要接收的數(shù)據(jù)包大小，配置CONFIG寄存 器，使之進入接收模式，把CE置高；第二，130us后，無線收發(fā)模塊進入監(jiān)視狀態(tài)，等待數(shù)據(jù) 包的到來；第三，當接收到正確的數(shù)據(jù)包(正確的地址和CRC校驗碼)，無線收發(fā)模塊自動 把字頭、地址和CRC校驗位移去；第四，無線收發(fā)模塊通過STATUS寄存器的RX-DR置位并通 知單片機，單片機把數(shù)據(jù)從無線收發(fā)模塊讀出；第五，所有數(shù)據(jù)讀取完畢后清除STATUS寄 存器。墑情處理單元主控制機每隔一段時間采集一次土壤溫濕信息，并在液晶顯示屏 上進行顯示，同時主控制機分析數(shù)據(jù)，根據(jù)預先設置的濕度下限和分析結果判斷是否需要 對土壤進行澆灌，當濕度低于下限時，繼電器閉合，啟動澆灌設備，過一段時間后繼電器自 動斷開，從而達到自動控制節(jié)水灌溉的目的。對于本具體實施方式
中的灌溉系統(tǒng)，從需求上來看我國是一個發(fā)展中的農(nóng)業(yè)大 國，人多地少水少、降水時空分布不均、水土資源不匹配，特殊的自然和社會經(jīng)濟條件，決定 糧食生產(chǎn)必須依賴于灌溉。按正常需要和不超采地下水，我國農(nóng)田灌溉缺水約200億立方 米。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，農(nóng)業(yè)用水將面臨著更加嚴峻的挑戰(zhàn)。為此，要保持在灌溉用水量 不增加的情況下，保障農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，必須內(nèi)部挖潛，大力發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，在全國范圍 內(nèi)推廣普及節(jié)水灌溉。理論上本系統(tǒng)既能節(jié)電，還能節(jié)勞，有效緩解了經(jīng)濟社會發(fā)展用水短 缺的矛盾，保障了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特別是糧食生產(chǎn)用水，促進了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展和農(nóng)民增收。從實用上看本產(chǎn)品外部設有輸入設備，液晶顯示屏，繼電器；內(nèi)部設有使用免許 可證的全球開放ISM頻段(2. 4Ghz)的無線數(shù)據(jù)傳輸線路。針對不同的植物，不同的生長期， 可以通過輸入設備預先設置不同土壤濕度的下限，進而通過繼電器的通斷自動對植物進行 實時的灌溉，來滿足植物對水分的不同需求。從技術和成本上看，由于本產(chǎn)品的核心部分采用單片機控制，成本較低，而且具有 良好的性能，適合于廣大消費者的消費水平。
7[0076]從適用區(qū)域來看本產(chǎn)品在雨量不足或雨量時空不均勻的地區(qū)普遍適用，尤其適 用于南方多山地、丘陵的地形，對山地種植的茶樹，果樹等經(jīng)濟作物能提供較好的灌溉控制 自動化控制；主要應用領域節(jié)水灌溉控制；土壤墑情采集；農(nóng)田信息采集；溫室環(huán)境監(jiān)控；水 文水質(zhì)監(jiān)測；動植物生理生態(tài)監(jiān)測；廠房設備及環(huán)境監(jiān)控等。與傳統(tǒng)的灌溉系統(tǒng)相比，無論從需求上看，還是從其實用性以及功能上來講，都具 有一定的優(yōu)勢，容易被廣大農(nóng)民消費者所接受和使用，市場應用前景廣泛。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護范圍并不 局限于此，任何熟悉該技術的人在本實用新型所揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或 替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應該以權利要 求的保護范圍為準。
權利要求一種灌溉系統(tǒng)，其特征在于，包括傳感器、從控制機、無線發(fā)射設備、無線接收設備、主控制機、繼電器和灌溉設備，其中，無線發(fā)射設備與無線接收設備之間建立無線通信信道進行通信，傳感器、從控制機與無線發(fā)射設備依次連接，傳感器用于測量土壤的墑情，并發(fā)給從控制機，從控制機用于控制傳感器測量土壤墑情，并把土壤墑情通過無線發(fā)射設備發(fā)送出去，無線接收設備、主控制機、繼電器和灌溉設備依次連接，主控制機用于通過無線接收設備接收土壤墑情，根據(jù)土壤墑情和預設值控制繼電器，繼電器用于控制灌溉設備。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種灌溉系統(tǒng)，其特征在于，還包括輸入裝置，輸入裝置與主 控制機連接，用于輸入土壤灌溉的預設值。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種灌溉系統(tǒng)，其特征在于，還包括顯示裝置，顯示裝置與主 控制機連接，用于顯示土壤墑情和灌溉提示信息。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種灌溉系統(tǒng)，其特征在于，還包括電源，電源分別與主控制 機和從控制機連接，用于提供電源。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種灌溉系統(tǒng)，其特征在于，傳感器是土壤濕度傳感器或者 土壤水分溫度傳感器。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種灌溉系統(tǒng)，其特征在于，主控制機包括AT89S52控制芯片。
7.根據(jù)權利要求2所述的一種灌溉系統(tǒng)，其特征在于，輸入裝置是矩陣鍵盤。
8.根據(jù)權利要求3所述的一種灌溉系統(tǒng)，其特征在于，顯示裝置是12864液晶顯示器。
專利摘要本實用新型公開了一種灌溉系統(tǒng)，無線發(fā)射設備與無線接收設備之間建立無線通信信道進行通信，傳感器、從控制機與無線發(fā)射設備依次連接，傳感器用于測量土壤的墑情，并發(fā)給從控制機，從控制機用于控制傳感器測量土壤墑情，并把土壤墑情通過無線發(fā)射設備發(fā)送出去，無線接收設備、主控制機、繼電器和灌溉設備依次連接，主控制機用于通過無線接收設備接收土壤墑情，根據(jù)土壤墑情和預設值控制繼電器，繼電器用于控制灌溉設備。采用了本實用新型的技術方案，能夠解決雨量不足或雨量時空分布不均地區(qū)的節(jié)水灌溉問題，系統(tǒng)可以根據(jù)土壤墑情和作物用水規(guī)律實施精確灌溉。
文檔編號H04W84/18GK201640121SQ20102011681
公開日2010年11月24日 申請日期2010年2月23日 優(yōu)先權日2010年2月23日
發(fā)明者林可 申請人:林可