物聯網節點式灌溉控制系統技術方案

本實用新型專利技術物聯網節點式灌溉控制系統，包括若干路由節點和監控計算機。各路由節點包括若干土壤水分傳感器、若干閥門、中央控制器、太陽能電池板和充電模塊。中央控制器包括控制器、RS-485通訊模塊、RF射頻模塊、存儲模塊、時鐘模塊、閥門控制器和電源模塊。太陽能電池板經充電模塊與中央控制器相連。本實用新型專利技術物聯網節點式灌溉控制系統的優點是：可以同時測量土壤的溫度和多層土壤的水分，達到灌溉水被植物根系有效吸收而不下滲的目的，防止過量灌溉，節水效果明顯，有利于推廣應用。由太陽能供電，節能低碳，低成本。基于ZigBee的無線網絡無需增加網絡空間的成本，相比GPRS等無線網絡相比有著較大的優勢。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及檢測和控制系統，特別涉及ー種物聯網節點式灌溉控制系統。
技術介紹
當前我國不管是農業灌溉還是城市緑化用水都是采取很粗放的方式，即憑借經驗定時人工灌溉。這種原始的灌溉方式既無法保證植物正常生活所需水量，同時又大大浪費了寶貴的水資源。而園林緑化用水當中常用的人工漫灌方法會造成土壤表層水流過快而來不及滲透到植物根系就順著地形的流動形成水洼或流到馬路當中造成浪費。起步晚，投入低，造成了這方面的技術遠遠的落后于發達國家。發達國家的節水灌溉方式已經深入到植物生理的各個方面，結合植物蒸騰，土壤墑情，溫度等因素，配合計算機技術和網絡技術的管理，能真正做到依據植物的需水量來供應水量，大大降低水資源的浪費。但是相對來說這些先進的設備投入成本很高，相對不適合目前我國農業大國的基本國情。在各種不同的灌溉系統中，由于土壤表層與其下方的各個深層含水量的不同，實時檢測不同深度土壌商情信息，根據作物不同生長時期的需水量來酌量灌溉，目前還是ー個新的課題，有待研究，也存在如何既有利于植物的生長又盡量不浪費水資源的問題。另外，檢測和控制系統日漸龐大，采用傳統供電方式，電カ消耗較大，節電也是ー個需要解決的問題。傳統的網絡空間的成本，比如GPRS等無線網絡，成本也較高。
技術實現思路
本技術的目的在于提供一種可以同時檢測和控制多層土壤的水分，達到灌溉水被植物根系有效吸收，防止過量灌溉，成本低，灌溉和節能效果好的物聯網節點式灌溉控制系統。為達到上述目的，本技術物聯網節點式灌溉控制系統，包括若干路由節點和監控計算機，各所述路由節點包括若干土壌水分傳感器、用于綠地噴灌裝置的若干閥門、中央控制器、充電模塊和太陽能電池板，其中，所述中央控制器包括控制器和與其分別相連的電源模塊、RS-485通訊模塊、RF射頻模塊和閥門控制器，所述太陽能電池板經所述充電模塊與所述中央控制器相連，所述土壤水分傳感器分別通過所述RS-485通訊模塊與所述監控計算機相連，所述閥門與所述閥門控制器對應相連，所述中央控制器通過所述RF射頻模塊與所述監控計算機無線通訊相連，所述RF射頻模塊采用ZigBee無線網絡。本技術物聯網節點式灌溉控制系統，其中每個所述路由節點包括所述土壤水分傳感器3個，第一土壤水分傳感器與地表的距離為10cm-15cm，第二土壤水分傳感器與地表的距離為15cm-20cm,第三土壤水分傳感器與地表的距離為20cm_30cm。本技術物聯網節點式灌溉控制系統，其中所述控制器設有與其相連的存儲模塊和時鐘模塊。本技術物聯網節點式灌溉控制系統，其中所述中央控制器還包括功率放大模塊，所述RF射頻模塊通過所述功率放大模塊與天線相連。本技術物聯網節點式灌溉控制系統，其中所述充電模塊包括鉛酸電池和與所述鉛酸電池相連的太陽能充電控制器，所述電源模塊與所述鉛酸電池相連，所述太陽能充電控制器與所述太陽能電池板相連。本技術物聯網節點式灌溉控制系統的優點是由于土壤水分傳感器分層豎直排列，水平埋放，同時檢測和控制多層土壤的水分，可以有效檢測地表下30cm范圍內土壤溫度和水分的變化情況，將上層土壤的含水量控制在設定的范圍內，保持中層土壤含水量穩定，從而達到灌溉水被植物根系有效吸收而不下滲的目的，防止過量灌溉，節水效果明顯。由太陽能供電，節能低碳，低成本。基于ZigBee的無線網絡無需增加網絡空間的成本，相比GPRS等無線網絡相比有著較大的優勢。下面將結合實施例參照附圖進行詳細說明，以對本技術的目的、特征和優點有深入的理解。附圖說明圖I為本技術物聯網節點式灌溉控制系統路由節點的結構方框圖；圖2為本技術物聯網節點式灌溉控制系統的示意圖；圖3為傳感器的安裝示意圖；圖4為控制器的電路圖；圖5電源模塊的電路圖；圖6為閥門控制器的電路圖；圖7為充電模塊的電路圖。具體實施方式下面以實施例對技術方案做詳細說明。參照圖I和圖2，本技術物聯網節點式灌溉控制系統，包括若干路由節點8和監控計算機I。各路由節點8包括若干土壌水分傳感器4、用于綠地噴灌裝置的若干閥門6、中央控制器2、太陽能電池板5和充電模塊3。中央控制器2包括控制器20和與其分別相連的RS-485通訊模塊25、RF射頻模塊21、存儲模塊24、時鐘模塊23、閥門控制器27和電源模塊26。RF射頻模塊21連接有功率放大模塊22和天線7。太陽能電池板5經充電模塊3與中央控制器2相連。充電模塊3包括鉛酸電池31和與鉛酸電池31相連的太陽能充電控制器30。其中，土壌水分傳感器4分別通過RS-485通訊模塊25經RS-485總線與監控計算機I相連，閥門6與閥門控制器27對應相連，中央控制器2通過RF射頻模塊21經路由節點8與監控計算機I無線通訊相連。RF射頻模塊21通過功率放大模塊22與天線7相連。電源模塊3與鉛酸電池31相連，太陽能充電控制器30與太陽能電池板5相連。路由節點8采用ZigBee無線網絡。與其它無線通信網絡相比，ZigBee無線網絡復雜性低、對資源要求少，低功耗，由于工作周期短、收發信息功耗較低、以及采用了休眠機制，ZigBee終端僅需要兩節普通的五號干電池就可以工作六個月到兩年。低成本，網絡簡單且所需的存儲空間小，這極大降低了 ZigBee的成本。在本技術物聯網節點式灌溉控制系統的實施例中，參照圖3，每個路由節點8包括土壤水分傳感器4共3個，第一土壤水分傳感器41與地表的距離hi為10cm-15cm，第ニ土壤水分傳感器42與地表的距離hl+h2為15cm-20cm，第三土壤水分傳感器43與地表的距離hl+h2+h3為20cm-30cm。土壤水分傳感器4分三層豎直排列，水平埋放。地表以下IOcm內上層土壤的含水量是系統的控制對象，在IOcm處安裝土壌水分傳感器監測其水分變化。在15cm和25cm處安裝的傳感器用于監測地表以下15cm至20cm的中層和距地表20cm以下的下層土壤的水分變化情況，以監測灌溉水的下滲和地下水的向上補給情況。下面說明本技術物聯網節點式灌溉控制系統的測量過程。參照圖I，監控計算機I首先向中央控制器2發送數據采集間隔命令及灌溉閾值命令，中央控制器2解析命令并將將采集間隔和灌溉閾值保存在FLASH里。控制器20實時采集時鐘時間，如果采集間隔到達，則中央控制器2通過RS-485通訊模塊25向相應的土壤水分傳感器4發送土壌含水量數據采集指令；土壌水分傳感器4根據采集指令測量土壌含水量并將數據返回給控制器20。控制器20首先將數據保存在存儲模塊24內，然后再把數據 返回給監控計算機I ;中央控制器2將土壤含水量數據與事先設定的閾值進行比較，井根據比較結果打開或關閉閥門6 ;最后將閥門6的開關狀態發送給監控計算機I并保存在數據庫中，以便管理員查看。周而復始，構成ー個閉環控制的自動灌溉系統。下面說明本技術物聯網節點式灌溉控制系統的電路原理。使用本系統的前提是噴管系統已經安裝完畢。參照圖1，結合圖4至圖7，監控計算機I與中央控制器2之間采用無線通訊方式，中央控制器2與土壌水分傳感器4之間采用RS-485總線連接。監控計算機I設置有每個節點的土壌水分上、下限，作為灌溉決策閾值；建立節點與相應區域中閥門控制器的對應關系，用于控制噴灌系統的電磁閥；設置實時采集土壌本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種物聯網節點式灌溉控制系統，其特征在于：包括若干路由節點(8)和監控計算機(1)，各所述路由節點(8)包括若干土壤水分傳感器(4)、用于綠地噴灌裝置的若干閥門(6)、中央控制器(2)、充電模塊(3)和太陽能電池板(5)，其中，所述中央控制器(2)包括控制器(20)和與其分別相連的電源模塊(26)、RS？485通訊模塊(25)、RF射頻模塊(21)和閥門控制器(27)，所述太陽能電池板(5)經所述充電模塊(3)與所述中央控制器(2)相連，所述土壤水分傳感器(4)分別通過所述RS？485通訊模塊(25)與所述監控計算機(1)相連，所述閥門(6)與所述閥門控制器(27)對應相連，所述中央控制器(2)通過所述RF射頻模塊(21)與所述監控計算機(1)無線通訊相連，所述路由節點(8)采用ZigBee無線網絡。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙燕東，王勇志，劉衛平，聶銘君，劉圣波，
申請(專利權)人：北京林業大學，
類型：實用新型
國別省市：