CN104991529A - 基于ZigBee技术的水稻催芽控制系统 - Google Patents

基于ZigBee技术的水稻催芽控制系统 Download PDF

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章隆泉
过俊宏
叶飞
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Abstract

本发明公开了一种基于ZigBee技术的水稻催芽控制系统，包含控制模块、供水模块、浸种催芽模块、无线通信模块和水泵；供水模块包含热水箱、第一温度感应器、第一水位感应器、冷水电池阀和加热器；浸种催芽单元均包含浸种催芽箱、第二温度感应器、第二水位感应器、第一电池阀、第二电池阀和微控制器，微控制器用于提供浸种催芽箱中的水位和水温信息给控制模块，并根据接收到的指令控制第一电池阀、第二电池阀工作；控制模块用于控制供水模块供应热水，并通过无线通信模块发送工作指令给浸种催芽模块中的微控制器。本发明结构简单，使用方便，精确控制水位，保证了水稻催芽的高质量。

Description

基于ZigBee技术的水稻催芽控制系统
技术领域
本发明涉及水稻催芽设备领域，尤其涉及一种基于ZigBee技术的水稻催芽控制系统。
背景技术
ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称（又称紫蜂协议）来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。
ZigBee技术具有以下优点：
1.低功耗。在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月，甚至更长。这是ZigBee的突出优势。相比较，蓝牙仅能工作数周、而WiFi只可以工作数小时。
TI公司和德国的Micropelt公司共同推出新能源的ZigBee节点。该节点采用Micropelt公司的热电发电机给TI公司的ZigBee提供电源。
2.低成本。通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10)，降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB代码，而且ZigBee免协议专利费。每块芯片的价格大约为2美元。
3.低速率。ZigBee工作在20～250kbps的速率，分别提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。
4.近距离。传输范围一般介于10～100m之间，在增加发射功率后，亦可增加到1～3km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。
5.短时延。ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要3～10s、WiFi需要3s。
6.高容量。ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。
7.高安全。ZigBee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用访问控制清单(AccessControlList,ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES128)的对称密码，以灵活确定其安全属性。
8.免执照频段。使用工业科学医疗(ISM)频段，915MHz(美国),868MHz(欧洲),2.4GHz(全球)。
水稻是我国重要的粮食作物之一,目前我国多采用传统粗放式生产管理方式进行水稻芽种生产。在浸种催芽期,多采用温水或冷水在简易水箱中进行长期浸泡,由于无法进行温度维持和调控,水稻芽种经常出现出芽率低、出芽不整齐和稻芽瘦弱等问题。实现水稻催芽的智能化、网络化具有非常重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及的缺陷，提供一种基于ZigBee技术的水稻催芽控制系统。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
基于ZigBee技术的水稻催芽控制系统，包含控制模块、供水模块、浸种催芽模块、无线通信模块和水泵；
所述供水模块包含热水箱、第一温度感应器、第一水位感应器、冷水电池阀和加热器，所述控制模块分别和第一温度感应器、第一水位感应器、加热器、水泵相连；
所述热水箱包含进水口和出水口，进水口通过冷水电池阀与外部自来水管相连，出水口与水泵的一端相连；
所述第一温度感应器用于感应热水箱中水的温度，并将其传递给所述控制模块；
所述第一水位感应器用于感应热水箱中的水位，并将其传递给所述控制模块；
所述加热器用于加热热水箱中的水；
所述浸种催芽模块包含若干个浸种催芽单元；
所述无线通信模块由若干个分布节点单元和一个汇总节点单元组成；
所述汇总节点单元与控制模块相连，所述分布节点单元与所述浸种催芽单元一一对应相连；
所述汇总节点单元与所述分布节点单元基于ZigBee协议无线通信；
所述浸种催芽单元均包含浸种催芽箱、第二温度感应器、第二水位感应器、第一电池阀、第二电池阀和微控制器，所述微控制器分别和第二温度感应器、第二水位感应器、第一电池阀、第二电池阀、分布节点单元相连；
所述浸种催芽箱包含热水进口和冷水进口，所述热水进口通过第一电池阀和所述水泵的另一端相连，所述冷水入口通过第二电池阀和外部自来水管相连；
所述第二温度感应器用于感应浸种催芽箱中水的温度，并将其传递给微控制器；
所述第二水位感应器用于感应浸种催芽箱中的水位，并将其传递给微控制器；
所述微控制器用于将接收到的水位和温度信息传递给所述控制模块、并根据接收到的指令控制所述第一电池阀、第二电池阀工作；
所述控制模块包含热水控制单元、注入计算单元和水泵控制单元；
所述热水控制单元用于根据第一温度感应器、第一水位感应器的感应值控制冷水电池阀和加热器工作，使得热水箱中水的温度处于预先设定的温度阈值范围之内、且热水箱中水位处于预先设置的水位阈值范围之内；
所述注入计算单元用于根据接收到的浸种催芽单元中水温和水位信息，计算要注入的热水量和冷水量，并发送相应的指令给浸种催芽单元；
所述水泵控制单元用于控制水泵工作。
作为本发明基于ZigBee技术的水稻催芽控制系统进一步的优化方案，所述控制模块的处理器采用ARM系列单片机。
作为本发明基于ZigBee技术的水稻催芽控制系统进一步的优化方案，所述控制模块的处理器采用SAA7750单片机。
作为本发明基于ZigBee技术的水稻催芽控制系统进一步的优化方案，所述第一温度感应器、第一温度感应器均采用IC温度传感器。
作为本发明基于ZigBee技术的水稻催芽控制系统进一步的优化方案，所述IC温度传感器采用DS18B20型温度传感器。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1. 结构简单，使用方便；
2. 自动控制水温，减少了工作人员的大量精力；
3. 精确控制水温，保证水稻催芽的高质量。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明公开了一种基于ZigBee技术的水稻催芽控制系统，包含控制模块、供水模块、浸种催芽模块、无线通信模块和水泵；
所述供水模块包含热水箱、第一温度感应器、第一水位感应器、冷水电池阀和加热器，所述控制模块分别和第一温度感应器、第一水位感应器、加热器、水泵相连；
所述热水箱包含进水口和出水口，进水口通过冷水电池阀与外部自来水管相连，出水口与水泵的一端相连；
所述第一温度感应器用于感应热水箱中水的温度，并将其传递给所述控制模块；
所述第一水位感应器用于感应热水箱中的水位，并将其传递给所述控制模块；
所述加热器用于加热热水箱中的水；
所述浸种催芽模块包含若干个浸种催芽单元；
所述无线通信模块由若干个分布节点单元和一个汇总节点单元组成；
所述汇总节点单元与控制模块相连，所述分布节点单元与所述浸种催芽单元一一对应相连；
所述汇总节点单元与所述分布节点单元基于ZigBee协议无线通信；
所述浸种催芽单元均包含浸种催芽箱、第二温度感应器、第二水位感应器、第一电池阀、第二电池阀和微控制器，所述微控制器分别和第二温度感应器、第二水位感应器、第一电池阀、第二电池阀、分布节点单元相连；
所述浸种催芽箱包含热水进口和冷水进口，所述热水进口通过第一电池阀和所述水泵的另一端相连，所述冷水入口通过第二电池阀和外部自来水管相连；
所述第二温度感应器用于感应浸种催芽箱中水的温度，并将其传递给微控制器；
所述第二水位感应器用于感应浸种催芽箱中的水位，并将其传递给微控制器；
所述微控制器用于将接收到的水位和温度信息传递给所述控制模块、并根据接收到的指令控制所述第一电池阀、第二电池阀工作；
所述控制模块包含热水控制单元、注入计算单元和水泵控制单元；
所述热水控制单元用于根据第一温度感应器、第一水位感应器的感应值控制冷水电池阀和加热器工作，使得热水箱中水的温度处于预先设定的温度阈值范围之内、且热水箱中水位处于预先设置的水位阈值范围之内；
所述注入计算单元用于根据接收到的浸种催芽单元中水温和水位信息，计算要注入的热水量和冷水量，并发送相应的指令给浸种催芽单元；
所述水泵控制单元用于控制水泵工作。
所述控制模块的处理器采用ARM系列单片机，优先采用SAA7750单片机。
所述第一温度感应器、第一温度感应器均采用IC温度传感器，优先采用DS18B20型温度传感器。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1. 基于ZigBee技术的水稻催芽控制系统，其特征在于，包含控制模块、供水模块、浸种催芽模块、无线通信模块和水泵；
所述供水模块包含热水箱、第一温度感应器、第一水位感应器、冷水电池阀和加热器，所述控制模块分别和第一温度感应器、第一水位感应器、加热器、水泵相连；
所述热水箱包含进水口和出水口，进水口通过冷水电池阀与外部自来水管相连，出水口与水泵的一端相连；
所述第一温度感应器用于感应热水箱中水的温度，并将其传递给所述控制模块；
所述第一水位感应器用于感应热水箱中的水位，并将其传递给所述控制模块；
所述加热器用于加热热水箱中的水；
所述浸种催芽模块包含若干个浸种催芽单元；
所述无线通信模块由若干个分布节点单元和一个汇总节点单元组成；
所述汇总节点单元与控制模块相连，所述分布节点单元与所述浸种催芽单元一一对应相连；
所述汇总节点单元与所述分布节点单元基于ZigBee协议无线通信；
所述浸种催芽单元均包含浸种催芽箱、第二温度感应器、第二水位感应器、第一电池阀、第二电池阀和微控制器，所述微控制器分别和第二温度感应器、第二水位感应器、第一电池阀、第二电池阀、分布节点单元相连；
所述浸种催芽箱包含热水进口和冷水进口，所述热水进口通过第一电池阀和所述水泵的另一端相连，所述冷水入口通过第二电池阀和外部自来水管相连；
所述第二温度感应器用于感应浸种催芽箱中水的温度，并将其传递给微控制器；
所述第二水位感应器用于感应浸种催芽箱中的水位，并将其传递给微控制器；
所述微控制器用于将接收到的水位和温度信息传递给所述控制模块、并根据接收到的指令控制所述第一电池阀、第二电池阀工作；
所述控制模块包含热水控制单元、注入计算单元和水泵控制单元；
所述热水控制单元用于根据第一温度感应器、第一水位感应器的感应值控制冷水电池阀和加热器工作，使得热水箱中水的温度处于预先设定的温度阈值范围之内、且热水箱中水位处于预先设置的水位阈值范围之内；
所述注入计算单元用于根据接收到的浸种催芽单元中水温和水位信息，计算要注入的热水量和冷水量，并发送相应的指令给浸种催芽单元；
所述水泵控制单元用于控制水泵工作。
2. 根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的水稻催芽控制系统，其特征在于，所述控制模块的处理器采用ARM系列单片机。
3. 根据权利要求2所述的基于ZigBee技术的水稻催芽控制系统，其特征在于，所述控制模块的处理器采用SAA7750单片机。
4. 根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的水稻催芽控制系统，其特征在于，所述第一温度感应器、第一温度感应器均采用IC温度传感器。
5. 根据权利要求2所述的基于ZigBee技术的水稻催芽控制系统，其特征在于，所述IC温度传感器采用DS18B20型温度传感器。
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Citations (6)

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