CN103250617A - 一种基于Zigbee的节水滴灌系统 - Google Patents

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姜建芳
翟丽娟
缪锐
张颖
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Abstract

本发明公开了一种基于Zigbee的节水滴灌系统。包括控制室设备、滴灌装置和现场控制装置。现场控制装置设置在滴灌装置上，控制滴灌装置工作，控制室设备与现场控制装置无线连接，对其进行远程监控。现场控制设备包含若干终端节点，所述每个终端节点都能与控制室Zigbee无线网络汇聚节点进行数据通信。所述每个终端节点包括太阳能供电模块、传感器模块、无线通信模块以及阀门驱动模块。所述每个终端节点不仅能采集数据，也能完成阀门控制任务。本发明的一种基于Zigbee的节水滴灌系统，可以精确控制水压以及滴头的开闭，比现有方案更节水。采用太阳能供电，无需铺设线缆。能最大限度地降低投入成本。

Description

一种基于Zigbee的节水滴灌系统
技术领域
本发明涉及一种节水滴灌系统,特别是一种基于Zigbee的节水滴灌系统。
背景技术
滴灌技术发展至今，已有40多年历史，是目前世界上最先进的节水滴灌措施之一。自滴灌技术引进国内以来，在我国尤其是缺水的西北地区得到了重视，获得了广泛的应用。然而在使用此类节水灌溉技术的同时，仍然存在一些问题，长期以来，我国的农业滴灌系统大多靠人工经验控制，并没有进行实时数据的采集、分析与决策，滴灌的随意性大，节水率并不是很高。即使有部分滴灌系统采用了计算机控制技术，却由于现场布线不便，成本较高，施工耗时较长等种种原因，难以在实际的农业生产中进一步普及。
近年来，Zigbee无线网络以其低功耗、低成本、短时延、易于安装拆卸等特点，在各行各业中得到了广泛的关注。将Zigbee无线网络技术引入农业滴灌系统中，能够真正地实现节能、节水以及自动化管理。目前，已存在这方面的发明专利，如嘉兴学院的“基于无线传感网络的喷滴灌控制系统”，公开号：CN102217509A。但是该系统并不对水管压力进行控制，整个滴灌系统均采用同一组控制方案，而且节点采用MSP430F149，CC1101等芯片，使得系统的投入成本相对较高。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种基于Zigbee的节水滴灌系统。
实现本发明目的的技术方案为：一种基于Zigbee的节水滴灌系统，包括控制室设备、滴灌装置和现场控制装置，现场控制装置设置在滴灌装置上，控制滴灌装置工作，控制室设备与现场控制装置无线连接，对其进行远程监控；
所述滴灌装置包括一级供水线、二级供水线、滴灌支路和滴头,所述滴头设置在滴灌支路上；
现场控制装置包括第一太阳能板、第二太阳能板、电磁阀Zigbee无线终端、开关阀Zigbee无线终端、电磁阀和开关阀，其中电磁阀设置在一级供水线和二级供水线的连接处，开关阀设置在每条滴灌支路的起始端，电磁阀Zigbee无线终端与电磁阀相连，对电磁阀进行控制，开关阀Zigbee无线终端与开关阀相连，对开关阀进行控制，第一太阳能板与电磁阀Zigbee无线终端相连，为其供电，第二太阳能板与开关阀Zigbee无线终端相连，为其供电。
本发明与现有技术相比具有以下显著的进步：1）本发明节水，可以精确控制水压以及滴头的开闭；2）本发明节能，采用太阳能供电，Zigbee无线网络低功耗、低成本；3）本发明实时性好，终端节点和汇聚节点可以进行实时通信，保证了工作人员及时地获得土壤信息；4）本发明中Zigbee无线网络能实现自组网，终端节点数量易扩展；5）本发明中终端节点可编程，集数据采集与阀门控制于一体，能完成特定的控制任务。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的描述；
附图说明
图1为本发明的一种基于Zigbee的节水滴灌系统示意图。
图2为本发明的电磁阀Zigbee无线终端结构框图。
图3为本发明的开关阀Zigbee无线终端结构框图。
图4为本发明的Zigbee无线网络汇聚节点结构框图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于Zigbee的节水滴灌系统，包括控制室设备、滴灌装置和现场控制装置，现场控制装置设置在滴灌装置上，控制滴灌装置工作，控制室设备与现场控制装置无线连接，对其进行远程监控；
所述滴灌装置包括一级供水线1、二级供水线2、滴灌支路10和滴头3,所述滴头3设置在滴灌支路10上；
现场控制装置包括第一太阳能板4、第二太阳能板5、电磁阀Zigbee无线终端6、开关阀Zigbee无线终端7、电磁阀8和开关阀9，其中电磁阀8设置在一级供水线1和二级供水线2的连接处，开关阀9设置在每条滴灌支路10的起始端，电磁阀Zigbee无线终端6与电磁阀8相连，对电磁阀8进行控制，开关阀Zigbee无线终端7与开关阀9相连，对开关阀9进行控制，第一太阳能板4与电磁阀Zigbee无线终端6相连，为其供电，第二太阳能板5与开关阀Zigbee无线终端7相连，为其供电。上述第一太阳能板4、第二太阳能板5、电磁阀Zigbee无线终端6、开关阀Zigbee无线终端7、电磁阀8和开关阀9的数量均根据现场的具体情况确定。
结合图2，所述电磁阀Zigbee无线终端6包括压力传感器、微处理器模块、无线通信模块和电磁阀驱动模块，所述压力传感器设置在二级供水线2上，微处理器模块和无线通信模块集成在CC2530芯片上。
结合图3，所述开关阀Zigbee无线终端7包括温湿度传感器、微处理器模块、无线通信模块和开关阀驱动模块，所述温湿度传感器设置在农田的地表以下，微处理器模块和无线通信模块集成在CC2530芯片上。
所述控制室设备包括PC机15和Zigbee无线网络汇聚节点16。结合图4，Zigbee无线网络汇聚节点包括无线通信模块、微处理器模块、USB电路和稳压模块，所述无线通信模块、USB电路均与微处理器模块相连。无线通信模块和微处理器模块集成在CC2530芯片上。
本发明的一种基于Zigbee的节水滴灌系统，其Zigbee无线网络采用TI公司的CC2530硬件方案，运行Z-Stack网络通信协议。CC2530芯片包含了微处理器模块与无线通信模块，很大程度上降低了设备投入成本。Zigbee无线网络有自组网能力，汇聚节点建立与管理网络，终端节点可自行加入或脱离网络。终端节点可以带有路由功能，从而进一步扩大网络的覆盖范围。
当网络运行起来后，电磁阀Zigbee无线终端周期采样压力数据，开关阀Zigbee无线终端周期采样土壤温湿度数据，并上传Zigbee无线网络汇聚节点，继而在监控软件上显示。 如图1所示，有农田I 11、农田II  12、农田III 13、农田IV 14,每片农田会因为种植的作物不一样，而需要不同的土壤环境。在PC软件上，用户设置各片农田的温湿度环境要求以及二级供水线的水压，并由Zigbee无线网络汇聚节点广播到各个终端节点。
电磁阀Zigbee无线终端提取出自己的压力控制参数后，调用PID或更高级的控制算法，不断调节电磁阀开度，从而使二次供水线水压达到控制要求。
开关阀Zigbee无线终端提取出自己的土壤温湿度控制参数后，周期性采样土壤温湿度数据，改变阀门的开关状态，从而稳定土壤的温湿度环境。
由上可知，本发明实时性好，终端节点和汇聚节点可以进行实时通信，保证了工作人员及时地获得土壤信息；本发明中Zigbee无线网络能实现自组网，终端节点数量易扩展。

Claims (4)

1.一种基于Zigbee的节水滴灌系统，其特征在于，包括控制室设备、滴灌装置和现场控制装置，现场控制装置设置在滴灌装置上，控制滴灌装置工作，控制室设备与现场控制装置无线连接，对其进行远程监控；
所述滴灌装置包括一级供水线[1]、二级供水线[2]、滴灌支路[10]和滴头[3],所述滴头[3]设置在滴灌支路[10]上；
现场控制装置包括第一太阳能板[4]、第二太阳能板[5]、电磁阀Zigbee无线终端[6]、开关阀Zigbee无线终端[7]、电磁阀[8]和开关阀[9]，其中电磁阀[8]设置在一级供水线[1]和二级供水线[2]的连接处，开关阀[9]设置在每条滴灌支路[10]的起始端，电磁阀Zigbee无线终端[6]与电磁阀[8]相连，对电磁阀[8]进行控制，开关阀Zigbee无线终端[7]与开关阀[9]相连，对开关阀[9]进行控制，第一太阳能板[4]与电磁阀Zigbee无线终端[6]相连，为其供电，第二太阳能板[5]与开关阀Zigbee无线终端[7]相连，为其供电。
2.根据权利要求1所述的基于Zigbee的节水滴灌系统，其特征在于，所述电磁阀Zigbee无线终端[6]包括压力传感器、微处理器模块、无线通信模块和电磁阀驱动模块，所述压力传感器设置在二级供水线[2]上，微处理器模块和无线通信模块集成在CC2530芯片上。
3.根据权利要求1所述的基于Zigbee的节水滴灌系统，其特征在于，开关阀Zigbee无线终端[7]包括温湿度传感器、微处理器模块、无线通信模块和开关阀驱动模块，所述温湿度传感器设置在农田的地表以下，微处理器模块和无线通信模块集成在CC2530芯片上。
4.根据权利要求1、2或3所述的基于Zigbee的节水滴灌系统，其特征在于，控制室设备包括PC机[15]和Zigbee无线网络汇聚节点[16]。
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