基于ZigBee的自动灌溉控制设备制造技术

基于ZigBee的自动灌溉控制设备。现有农业自动灌溉系统灌溉用水利用效率不高。本实用新型专利技术组成包括管网（18），在管网上设置有一组喷灌喷头（17），喷灌喷头具有控制喷水的开关控制电磁阀（20）；ZigBee终端节点模块分别与土壤湿度传感器（5）、大气温湿度传感器（1）、光照强度传感器（2）、电池组A（6）连接，ZigBee终端节点模块（3）与ZigBee协调器节点模块（7）通过无线信号连接，ZigBee协调器节点模块与STM32主控芯片（13）连接，主控芯片分别与GPRS模块（14）、按键（19）、LCD显示器（8）、电池组B（12）、喷灌喷头的开关控制电磁阀连接。本实用新型专利技术应用于农业自动灌溉。

Automatic irrigation control equipment based on ZigBee

【技术实现步骤摘要】
基于ZigBee的自动灌溉控制设备
：本技术涉及一种基于ZigBee的自动灌溉控制设备。
技术介绍
：自水资源三条红线确立以来，全国用水总量呈现下降的趋势，体现了三条红线对水资源的有效利用有一定的效果，但是大部分地区仍然未达到红线的要求。三条红线包括水资源开发利用控制红线、用水效率控制红线、水功能区限制纳污红线。其中，用水效率控制红线明确指出，到2030年农田灌溉水有效利用系数提高到0.6以上，然而2016年水资源公报显示，全国仅有7个省达到了此要求。总体来说，农业灌溉用水利用效率不高。农业用水多用于灌溉，灌溉的主要方法有漫灌、喷灌、滴灌。漫灌是如今较为普遍的灌溉方式，但是漫灌浪费较多的水资源，不能达到提高用水效率的效果。滴灌的用水效率最高，但是滴灌的成本较高，不利于推广。采用喷灌的方式灌溉不仅可以提高用水效率，而且成本较低，利于推广。喷灌结合自动控制产生的自动灌溉系统在提高用水效率的基础上节省了人力，并且通过科学的计算，可以提高作物的产量。现有的基于ZigBee的自动灌溉控制系统是根据设定合适的土壤湿度，决策启动或停止灌溉。例如，公开号为CN105941098A的中国技术专利，公开了“一种基于Zigbee的自动灌溉控制系统”，其通过ZigBee进行组网，实现无线监控，当采集到的数据不在设定的合理土壤湿度时，实现启动或者停止灌溉。此种单一因素控制灌溉的方式存在着缺陷，由于在作物的不同生长期期间土壤湿度的范围不同，因而如果仅采用一个土壤湿度范围对土壤湿度进行控制，在作物不同的生长期下，可能会有部分时间土壤中的水分并不能满足此生长期需要或土壤中水分过多使作物生长受到抑制，进而影响了作物的生长及将来的产量，不能达到作物产量的最大化。另外，当土壤湿度低需要灌溉时，若当下光照强度过强，作物蒸腾作用，水分吸收后作物内水分增加会加剧蒸腾作用，容易使作物内水分蒸干，且灌溉后留在作物叶片上的水珠易晒伤作物。未来的天气状况也会影响是否灌溉，当大概率出现下雨时，虽然土壤湿度达到临界值，如果立即灌溉，雨后土壤湿度会超过土壤湿度范围，最终也会影响作物的正常生长。
技术实现思路
：为了克服现有技术存在的上述问题，本技术的目的是提供一种基于ZigBee的自动灌溉控制设备，由作物生长期和土壤湿度共同决定是否灌溉，并由当下的温湿度预测将来是否大概率降雨以及通过光照强度确定当下是否适合进行灌溉，最终决定是否立即进行灌溉。上述的目的通过以下的技术方案实现：一种基于ZigBee的自动灌溉控制设备，其组成包括：管网，在所述的管网上设置有一组喷灌喷头，所述的喷灌喷头具有控制喷水的开关控制电磁阀；一组支撑架分散布置，在所述的支撑架上安装有ZigBee终端节点模块、大气温湿度传感器、光照强度传感器、电池组A，土壤湿度传感器安装在所述的支撑架的底部，所述的ZigBee终端节点模块分别与土壤湿度传感器、大气温湿度传感器、光照强度传感器、电池组A连接，所述的ZigBee终端节点模块与ZigBee协调器节点模块通过无线信号连接，所述的ZigBee协调器节点模块与STM32主控芯片连接，所述的主控芯片分别与GPRS模块、按键、LCD显示器、电池组B、喷灌喷头的开关控制电磁阀连接，多个ZigBee终端节点模块之间通过无线信号相互连接。所述的基于ZigBee的自动灌溉控制设备，所述的土壤湿度传感器是ESM101-01T的土壤湿度传感器，所述的土壤湿度传感器埋在作物根部，测量根部的土壤湿度，所述的大气温湿度传感器是DHT11的温湿度传感器，所述的光照强度传感器是GY-30模块的光照强度传感器，所述的ZigBee终端节点模块是型号为CC2530的芯片，所述的支撑架为由三角支架支撑的60cm高的圆柱管。本技术的有益效果：本技术通过ZigBee进行组网，将传感器采集到的信息传送到控制器，控制器对信息包括土壤湿度、大气温湿度、光照强度进行数据处理后，对所得的数据进行综合分析评价，确定是否进行灌溉，通过多因素约束后形成的自动灌溉系统，有效地控制土壤湿度在作物生长期的最佳湿度范围，且在合适的时机进行灌溉，有利于提高作物的产量。本技术自动灌溉控制设备采用多因素进行控制灌溉，有效消除了传统自动灌溉设备由于预设土壤湿度单一与作物生长不同时期所需土壤湿度多样化的不匹配而引起的作物产量减少，以及灌溉时的环境条件影响作物的正常生长的缺陷。当作物生长周期改变时，即单片机内部时钟所记时间超过该生长期时间，单片机内部自动更正土壤湿度的最佳范围。当土壤湿度达到土壤湿度范围下界时，需要综合考虑当前的天气状况和光照强度，选择在更合适的时间进行灌溉。此外，用户可以实时观测当前农田的情况，人为选择是否进行灌溉。本基于ZigBee的自动灌溉控制设备的工作过程如下所述：将土壤湿度传感器埋在作物根部来实时监测土壤湿度。土壤湿度传感器与发送接收信号的模块通过支撑架连接，并且在支撑架中埋设电线以供土壤湿度传感器进行数据传输。温湿度传感器实时监测空气里的温湿度、光照强度传感器可以测得光强。这些实时测得的数据：土壤湿度、空气温湿度和光照强度通过ZigBee终端节点一同发送给控制系统模块，由主控芯片进行数据处理，来判断上传的数据是否超过或低于设定的阈值。在农田中的各个部位安放信息采集模块。这些信息采集模块都设有ZigBee终端节点，并在LEACH协议下传输数据。协议分为两个阶段：聚簇阶段和数据传输阶段。在聚簇阶段，每一个ZigBee终端节点都相当于一个独立的子集合，每个子集合都称为“簇”。然后在簇内随机选取一个为簇头。当某个节点称为簇头后，它以广播形式通知周围节点，簇内节点根据该信息在数据传输阶段，簇内节点只能与簇头节点通信，ZigBee终端节点将数据传给簇头，由簇头在ZigBee技术直接与汇聚节点通信。在数据传输阶段ZigBee终端节点将跟新的数据源源不断传给簇头，然后由簇头直接发送给ZigBee协调器节点。当该簇头节点能量不足时，会选取新的簇头来传输所有采集的数据。该协议使簇内节点消耗的能量更加平衡，来达到延长网络寿命的作用。主控芯片会做出是否灌溉的判断。若要灌溉，总水阀打开，水流经水管至各个喷灌喷头喷射进行灌溉。附图说明：附图1是本技术的系统结构图。附图2是本技术信息采集器的结构示意图。附图3是本技术控制系统的结构示意图。附图4是在农田中ZigBee、喷灌喷头、官网、控制器的分布图。附图5是本技术的控制器程序流程图。附图6是本技术的控制器数据处理与决策流程图。图中，1为温湿度传感器，2为光照强度传感器，3为ZigBee终端节点，4为支撑架，5为土壤湿度传感器，6为电池组A，7为ZigBee协调器节点，8为LCD显示器，9为生长期长度增加按键，10为生长期长度减少按键，11为人为灌溉控制按键，12为电池组B，13为主控芯片，14为GPRS模块，15为主控器，16为信息采集器，17为喷灌喷头，18为管网，19为按键，20为开关控制电磁阀。具体实施方式：实施例1：一种基于ZigBee的自动灌溉控制设备，其组成包括：管网，在所述的管网上设置有一组喷灌喷头，所述的喷灌喷头具有控制喷水的开关控制电磁阀；一组支撑架分散布置，在所述的支撑架上安装有ZigBee终端节点模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于ZigBee的自动灌溉控制设备，其组成包括：管网，其特征是：在所述的管网上设置有一组喷灌喷头，所述的喷灌喷头具有控制喷水的开关控制电磁阀；一组支撑架分散布置，在所述的支撑架上安装有ZigBee终端节点模块、大气温湿度传感器、光照强度传感器、电池组A，土壤湿度传感器安装在所述的支撑架的底部，所述的ZigBee终端节点模块分别与土壤湿度传感器、大气温湿度传感器、光照强度传感器、电池组A连接，所述的ZigBee终端节点模块与ZigBee协调器节点模块通过无线信号连接，所述的ZigBee协调器节点模块与STM32主控芯片连接，所述的主控芯片分别与GPRS模块、按键、LCD显示器、电池组B、喷灌喷头的开关控制电磁阀连接，多个ZigBee终端节点模块之间通过无线信号相互连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于ZigBee的自动灌溉控制设备，其组成包括：管网，其特征是：在所述的管网上设置有一组喷灌喷头，所述的喷灌喷头具有控制喷水的开关控制电磁阀；一组支撑架分散布置，在所述的支撑架上安装有ZigBee终端节点模块、大气温湿度传感器、光照强度传感器、电池组A，土壤湿度传感器安装在所述的支撑架的底部，所述的ZigBee终端节点模块分别与土壤湿度传感器、大气温湿度传感器、光照强度传感器、电池组A连接，所述的ZigBee终端节点模块与ZigBee协调器节点模块通过无线信号连接，所述的ZigBee协调器节点模块与STM32主控芯片连接，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜义，宋耀辉，范凌烨，杨堃，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：新型
国别省市：黑龙江,23