一種無線節(jié)水滴灌自動控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種無線節(jié)水滴灌自動控制系統(tǒng)，其特征在于：包括上位機、S3C6410網(wǎng)關、第一CC2530無線收發(fā)模塊、田間控制節(jié)點和執(zhí)行機構，上位機、S3C6410網(wǎng)關、第一CC2530無線收發(fā)模塊依次相連，田間控制節(jié)點與第二CC2530無線收發(fā)模塊、太陽能供電系統(tǒng)相連，第一CC2530無線收發(fā)模塊與第二CC2530無線收發(fā)模塊以無線通訊方式相連，田間控制節(jié)點與液位傳感器、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)點的輸出端還與執(zhí)行機構相連以達到自動控制目的。本實用新型結構簡單、布設靈活、效率較高、經濟適用、可靠性好、減少了勞動量，有效解決了現(xiàn)有技術的不足。
【專利說明】一種無線節(jié)水滴灌自動控制系統(tǒng)
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及農業(yè)自動化領域，尤其是涉及一種無線節(jié)水滴灌自動控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 隨著人口的增長和農業(yè)的發(fā)展，隨著全球變暖造成的干旱問題日益嚴重，世界水 資源的需求量越來越大，水資源緊缺已成為全世界人民共同關注的問題。滴灌技術是通過 干管、支管和毛管上的滴頭，在低壓下向土壤經常緩慢滴水，可直接向土壤供應已過濾的水 分、肥料或其他化學劑等的一種實用技術。大田自動滴灌技術具有大幅度提高水的利用率、 減少土壤結構破壞、改善生態(tài)環(huán)境、提高經濟效益的作用，是一種高效節(jié)水的新型灌溉技 術，目前已經成為實施高效、精準灌溉的重要水資源管理技術措施。近年來，隨著無線信息 傳輸技術的發(fā)展，ZigBee無線網(wǎng)絡以其低成本、低功耗、低速率、近距離、短延時、高安全等 特點，在現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展中得到高度關注。 實用新型內容
[0003] 本實用新型所要解決的技術問題是：提供一種無線節(jié)水滴灌自動控制系統(tǒng)，將傳 感器技術、STM32F103VET6單片機、ZigBee無線通信技術相結合，提出了一種節(jié)水滴灌自動 控制系統(tǒng)的設計方法，并開發(fā)了基于STM32的田間控制器。系統(tǒng)針對不同農作物在不同生 長時期對水分的需求情況，依據(jù)土壤濕度與環(huán)境溫度，能夠與基于S3C6410開發(fā)平臺的網(wǎng) 關通過ZigBee無線網(wǎng)絡進行通信，由田間控制器精準科學地控制灌水位置、灌水時間、灌 水量、灌水質量，實現(xiàn)了農作物的適時自動滴灌，為作物生長提供良好的條件。系統(tǒng)為實現(xiàn) 大面積農田的統(tǒng)一調度管理提供了基礎，是一種理想節(jié)水滴灌解決方案。其結構簡單、布設 靈活、效率較高、經濟適用、可靠性好、減少了勞動量，有效解決了現(xiàn)有技術的不足。
[0004] 為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是：一種無線節(jié)水滴灌自動控制系 統(tǒng)，其特征在于：包括上位機、S3C6410網(wǎng)關、第一 CC2530無線收發(fā)模塊、田間控制節(jié)點和執(zhí) 行機構，所述上位機、S3C6410網(wǎng)關、第一 CC2530無線收發(fā)模塊依次相連，所述田間控制節(jié) 點與第二CC2530無線收發(fā)模塊、太陽能供電系統(tǒng)相連，所述第一 CC2530無線收發(fā)模塊與第 二CC2530無線收發(fā)模塊以無線通訊方式相連，所述田間控制節(jié)點與液位傳感器、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)點的輸出端還與執(zhí)行機 構相連以達到自動控制目的。
[0005] 上述的一種無線節(jié)水滴灌自動控制系統(tǒng)，其特征在于：所述田間控制節(jié)點為多個 基于STM32的田間控制器。
[0006] 上述的一種無線節(jié)水滴灌自動控制系統(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] 上述的一種無線節(jié)水滴灌自動控制系統(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)行機構是調節(jié)水壓大小的變頻器。
[0008] 上述的一種無線節(jié)水滴灌自動控制系統(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，一個終端節(jié)點模塊可以 根據(jù)需要連接多個測溫濕度的探頭，執(zhí)行機構是控制滴灌開閉的電磁閥。
[0009] 上述的一種無線節(jié)水滴灌自動控制系統(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] 上述的一種無線節(jié)水滴灌自動控制系統(tǒng)，其特征在于：所述第二CC2530無線收發(fā) 模塊與STM32的田間控制器采用MAX3232芯片串口通信電平轉換。
[0011] 采用了上述技術方案，本實用新型的有益效果為：
[0012] 1、本實用新型的STM32田間控制器能夠實時監(jiān)測作物土壤濕度和環(huán)境溫度，將傳 感器信號通過無線發(fā)送到控制中心，控制中心能夠準確實時地了解到當前系統(tǒng)中各個節(jié)點 的工作狀態(tài)，并及時啟動自動滴灌，非常有利于農作物的生產。一旦出現(xiàn)通信中斷、水壓異 常等，能夠及時地反映到控制中心，通過語音報警等方式立即通知相關人員進行維修，提高 了整個系統(tǒng)的可靠性。
[0013] 2、本實用新型的系統(tǒng)采用ZigBee技術，網(wǎng)絡結構簡單，田間布設靈活，提高了自 動灌溉的實用性及對水的使用效率，減小了勞動量、導線和管路敷設費用，且無需人為操 作，能夠長期穩(wěn)定地工作，方便大面積安裝、維護和系統(tǒng)回收，為我國的精準農業(yè)工程提供 了強有力的工具。
[0014] 綜上所述，本實用新型結構簡單、布設靈活、效率較高、經濟適用、可靠性好、減少 了勞動量，有效解決了現(xiàn)有技術的不足。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 圖1是本實用新型實施例的系統(tǒng)架構框圖；
[0016] 圖2是本實用新型實施例的ZigBee通信板電路圖；
[0017] 圖3是本實用新型實施例的終端控制節(jié)點通信電路圖；
[0018] 圖4是本實用新型實施例的四通道采集電路圖。
[0019] 其中：
[0020] 1、上位機；2、S3C6410網(wǎng)關；3-1、第一 CC2530無線收發(fā)模塊；
[0021] 3-2、第二CC2530無線收發(fā)模塊；4、太陽能供電系統(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。
【具體實施方式】
[0025] 下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0026] 如圖1所示，一種無線節(jié)水滴灌自動控制系統(tǒng)，其特征在于：包括上位機1、 S3C6410網(wǎng)關2、第一 CC2530無線收發(fā)模塊3-1、田間控制節(jié)點和執(zhí)行機構，所述上位機1、 S3C6410網(wǎng)關2、第一 CC2530無線收發(fā)模塊3-1依次相連，所述田間控制節(jié)點與第二CC2530 無線收發(fā)模塊3-2、太陽能供電系統(tǒng)4相連，所述第一 CC2530無線收發(fā)模塊3-1與第二 CC2530無線收發(fā)模塊3-2以無線通訊方式相連，所述田間控制節(jié)點與液位傳感器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)點的輸出 端還與執(zhí)行機構相連以達到自動控制目的。
[0027] 其中，S3C6410網(wǎng)關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、高性能特點的應用處理器，它具有4個UART接口，支持DMA和Interrupt 模式，按ZigBee協(xié)議實現(xiàn)無線傳輸功能和自組網(wǎng)功能。當網(wǎng)關系統(tǒng)上電時，作為協(xié)調器的 ZigBee主節(jié)點啟動和建立無線網(wǎng)絡，當網(wǎng)絡建立后，負責接收終端控制節(jié)點（STM32田間控 制器）返回的信息，發(fā)送相應的控制信息到各個田間控制器中。
[0028] 第一 CC2530無線收發(fā)模塊3-1與第二CC2530無線收發(fā)模塊3-2以ZigBee協(xié)議 實現(xiàn)無線通信，如圖2所示，ZigBee是基于IEEE802. 15. 4協(xié)議的一個開放式的標準，具有低 成本、低功耗、低速率的特點，可同時無線連接大量不同的電子設備。設計選用TI公司最新 推出的CC2530芯片作為控制器的微處理器，它集成了一個高性能2. 4GHz直接序列擴頻射 頻收發(fā)器、一個增強型單周期的8051CPU和一個DMA控制器，具有8KB的SRAM、32 / 64 / 128KB的片內FLASH存儲器、2個支持多種串行通信協(xié)議的USART、8通道的14位ADC、定時 器和21個可編程的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。在ZigBee協(xié)議棧中UART具有中斷、DMA兩種模式，本文設計中均采用UART的中斷 模式。
[0029] 本實施例中，所述田間控制節(jié)點為多個基于STM32的田間控制器5。
[0030] 本實施例中，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)行機構是調節(jié)水壓大小的變頻器10。
[0032] 本實施例中，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，一個終端節(jié)點模塊可以根據(jù)需要連接多個測溫濕度的探頭，執(zhí)行 機構是控制滴灌開閉的電磁閥6。
[0033] 本實施例中，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內核，工作頻率為72MHz，內部集成了高速存儲器（高達128Kb 閃存和20Kb SRAM)、通過APB總線連接豐富增強的外設和I / 0,另外包含了 2個12位的 ADC、3個通用16位定時器和一個PWM定時器，還包含標準和先進的通信接口 ：2個I2C和 SPI、3個USART、一個USB和一個CAN.由于設備集成了標準的通信接口，無需配置額外的組 件，減少系統(tǒng)成本，為手持設備和一般類型應用提供了低價格、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模擬信號輸出設備，需要 用模/數(shù)轉換器將模擬信號轉換為數(shù)字信號，再由STM32單片機進行處理。本設計需要采 集液位、壓力、流量等4?20mA設備信息，所以設計4通道采集電路。
[0035] 本實施例中，所述第二CC2530無線收發(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換。
[0036] 實際使用中，上位機1發(fā)送采集指令，經由S3C6410網(wǎng)關2,利用第一 CC2530無線 收發(fā)模塊3-1和第二CC2530無線收發(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)點將檢測到的數(shù)據(jù)上傳到STM32田間控制器5,然后由它通過CC2530無線收發(fā) 模塊同樣經由網(wǎng)關將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機1中；上位機1對接收到的數(shù)據(jù)進行智能處理和決 策，例如對濕度值進行排序、得到濕度值較小的幾塊田地，并據(jù)此對STM32田間控制器5發(fā) 送開啟這幾塊田地電磁閥6的命令，從而實現(xiàn)自動滴灌。
[0037] 在田塊面積大，需要控制上百個電磁閥6門的大規(guī)模灌溉區(qū)域，可將圖1部分連接 傳感器的終端節(jié)點替換為路由節(jié)點，路由節(jié)點及終端節(jié)點均裝備傳感器。ZigBee無線傳感 網(wǎng)絡將由一個網(wǎng)關協(xié)調器節(jié)點、適當數(shù)目的路由器節(jié)點和多個終端節(jié)點組成，路由器和終 端通過內部程序進行設置，且在一定距離內均可與網(wǎng)關直接通信。統(tǒng)采用休眠喚醒機制，實 現(xiàn)了低功耗運行。
[0038] 本實用新型不局限于上述具體的實施方式，本領域的普通技術人員從上述構思出 發(fā)，不經過創(chuàng)造性的勞動，所作出的種種變換，均落在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種無線節(jié)水滴灌自動控制系統(tǒng)，其特征在于：包括上位機（1)、S3C6410網(wǎng)關（2)、 第一 CC2530無線收發(fā)模塊（3-1)、田間控制節(jié)點和執(zhí)行機構，所述上位機（1)、S3C6410網(wǎng) 關（2)、第一 CC2530無線收發(fā)模塊（3-1)依次相連，所述田間控制節(jié)點與第二CC2530無線 收發(fā)模塊（3-2)、太陽能供電系統(tǒng)（4)相連，所述第一 CC2530無線收發(fā)模塊（3-1)與第二 CC2530無線收發(fā)模塊（3-2)以無線通訊方式相連，所述田間控制節(jié)點與液位傳感器（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)點的輸出端還與執(zhí)行機構相連以達到自動控制目的。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種無線節(jié)水滴灌自動控制系統(tǒng)，其特征在于：所述田間控 制節(jié)點為多個基于STM32的田間控制器（5)。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種無線節(jié)水滴灌自動控制系統(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)權利要求1、2或3所述的一種無線節(jié)水滴灌自動控制系統(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 機構是調節(jié)水壓大小的變頻器（10)。
5. 根據(jù)權利要求1、2或3所述的一種無線節(jié)水滴灌自動控制系統(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 個終端節(jié)點模塊可以根據(jù)需要連接多個測溫濕度的探頭，執(zhí)行機構是控制滴灌開閉的電磁 閥（6)。
6. 根據(jù)權利要求1、2或3所述的一種無線節(jié)水滴灌自動控制系統(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)權利要求1、2或3所述的一種無線節(jié)水滴灌自動控制系統(tǒng)，其特征在于：所述 第二CC2530無線收發(fā)模塊（3-2)與STM32的田間控制器（5)采用ΜΑΧ3232芯片串口通信 電平轉換。
【文檔編號】G05D27/02GK203894659SQ201420124843
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年3月20日 優(yōu)先權日:2014年3月20日
【發(fā)明者】高鴻儒 申請人:高鴻儒