CN105123437A - 智能太阳能节水灌溉装置 - Google Patents

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Abstract

智能太阳能节水灌溉装置，属于精细农业节水灌溉技术领域，在壳体上分别设置进水端和出水端，在壳体内的进水端和出水端出之间设置微功耗直流电磁阀，其特点是：所述微功耗直流电磁阀的驱动电路通过DC/DC升压器与太阳能光伏电池连接；所述装置还包括控制器，所述控制器的信号输出端与微功耗直流电磁阀的驱动电路相连接，实现了高精度、低功耗、无线传输、全自动控制、无需附设电缆的太阳能节水灌溉的功能，以弥补现有技术的不足。

Description

智能太阳能节水灌溉装置
技术领域
本发明属于精细农业节水灌溉技术领域，具体涉及一种节水灌溉技术。
背景技术
节水农业灌溉是农业高效节水灌溉实现自动化控制的关键设备之，田间电磁阀的性能和质量直接影响到工程的运行状况与使用寿命。到目前为止，国内还没有适用于农业高效节水水灌溉的低造价的同类产品。
目前，国外同类产品利用隔膜实现完全开启状态并且能够实现手动和自动两种开启模式，如以色列DOROT、BERMAD等公司生产的直流脉冲电磁阀，但价格比较昂贵；国内的同类产品主要是用于工业专用的金属电磁阀，造价高，局部水头损失大、过流量小、不能实现手动开启模式，降低了系统运行的经济性和灵活性。到目前为止，国内适用于农用节水灌溉的塑料直流脉冲电磁阀、利用太阳能的电磁阀和无线传输的电磁阀均已有报道。采用太阳能供电的节水灌溉设备，光伏电池板固定安装，无法实现角度调节，不能最多限度地利用太阳能；采用无线传输的电磁阀还存在信号不稳定、成本高等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种信号稳定、成本低的智能太阳能节水灌溉装置。
本发明在壳体上分别设置进水端和出水端，在壳体内的进水端和出水端出之间设置微功耗直流电磁阀，其特点是：所述微功耗直流电磁阀的驱动电路通过DC/DC升压器与太阳能光伏电池连接；所述装置还包括控制器，所述控制器的信号输出端与微功耗直流电磁阀的驱动电路相连接。
本发明将太阳能光伏电池、控制器、微功耗直流电磁阀、壳体集成为一体。太阳能光伏电池的光伏电池板可采用三根支柱固定在外壳上，其中一根支柱可调高度，实现在不同地区的最佳角度调节；控制器通过湿度、温度、振动、电压传感器采集信号，实现对微功耗直流电磁阀供电的控制；无线传输采用基于ZigBee技术的无线传输。
本发明实现了高精度、低功耗、无线传输、全自动控制、无需附设电缆的太阳能节水灌溉的功能，以弥补现有技术的不足。
进一步地，本发明所述控制器包括DC/DC升压电路输入电压传感器、土壤温湿度传感器和JN5139无线微控制器；DC/DC升压电路输入电压传感器的信号输出端通过电压传感器调理电路连接在JN5139无线微控制器上，土壤温湿度传感器的信号输出端通过土壤温湿度传感器调理电路连接在JN5139无线微控制器上。通过DC/DC升压输入电压传感器、土壤温湿度传感器获取信号，采用模糊算法，实现对微型低功耗直流电磁阀驱动电路的控制，实现对不同作物生长特点的精确节水灌溉要求。
所述控制器还设置振动传感器，振动传感器的信号输出端通过振动传感器调理电路连接在N5139无线微控制器上，在所述JN5139无线微控制器的输出端通过声光报警器驱动电路连接声光报警器。通过振动传感器获取信号，经过JN5139微控制器处理，输出到声光报警器，实现农业节水灌溉装置的防盗报警。
在所述JN5139无线微控制器的输出端连接无线微控制器天线，可将获取得温湿度、电磁阀开关状态等信号，通过天线发送到测控中心，并接收控制中心的控制信号，实现远程测控。
附图说明
图1为本发明的智能太阳能节水灌溉装置结构图。
图2为本发明的智能太阳能节水灌溉装置控制系统框图。
图3为本发明的智能太阳能节水灌溉装置模糊控制流程图。
图中，1是太阳能光伏电池，2是DC/DC升压电路，3是微型低功耗直流电磁阀驱动电路，4是微型低功耗直流电磁阀，5是DC/DC升压电路输入电压传感器，6是电压传感器调理电路，7是土壤温湿度传感器，8是土壤温湿度传感器调理电路，9是振动传感器，10振动传感器调理电路，11是声光报警器，12是声光报警器驱动电路，13是JN5139无线微控制器，14是无线微控制器天线。
具体实施方式
如图1、2所示，在壳体1上分别设置进水端2和出水端3，在壳体1内的进水端2和出水端出3之间设置微功耗直流电磁阀4。
微功耗直流电磁阀4的驱动电路6通过DC/DC升压器7与太阳能光伏电池5连接。
控制器8的信号输出端与微功耗直流电磁阀4的驱动电路相6连接。
控制器8设有DC/DC升压电路输入电压传感器8-1、土壤温湿度传感器8-2、振动传感器8-3、声光报警器驱动电路8-4、声光报警器8-5、JN5139无线微控制器8-6和无线微控制器天线8-7。
DC/DC升压电路输入电压传感器8-1的信号输出端通过电压传感器调理电路8-8连接在JN5139无线微控制器8-6上。
土壤温湿度传感器8-2的信号输出端通过土壤温湿度传感器调理电路8-9连接在JN5139无线微控制器8-6上。
振动传感器8-3的信号输出端通过振动传感器调理电路8-10连接在N5139无线微控制器上8-6，在JN5139无线微控制器8-6的输出端通过声光报警器驱动电路8-4连接声光报警器8-5。
在JN5139无线微控制器8-6的输出端连接无线微控制器天线8-7。
更具体的是：
1、光伏电池组件部分。光伏组件采用三根支柱固定在外壳上，其中一根支柱高度可调的倾斜安装，根据使用地区不同，计算最佳方位角和高度角，调节可调支柱，获取最大功率，充分利用太阳能。
2、系统测控装置安装于组件背后，并做防水和防潮处理，以适用农业环境湿度大、水分多的特点。
3、测控系统，通过DC/DC升压输入电压传感器、土壤温湿度传感器获取信号，采用模糊算法，实现对微型低功耗直流电磁阀驱动电路的控制，实现对不同作物生长特点的精确节水灌溉要求。
在设计模糊控制器时，以DC/DC升压输入电压U，土壤湿度E及土壤温度AT作为输入变量，以灌溉时间长短T作为输出变量。根据农作物长期对节水灌溉实践的总结，土壤相对湿度的范围可以取0%～90%；土壤温度的范围可取5～45℃；输入电压的范围可取4.5V~5.5V；灌溉时间的范围可取0～30min。先确定输入输出变量的论域和模糊语言变量。土壤湿度E的论域设为{-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4}，模糊语言变量分为{非常干，干，适中，湿，非常湿}。土壤温度AT的论域设为{-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4}，模糊语言变量分为{冷，凉，适中，暖，热}。电压U的论域设为{-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4}，模糊语言变量分为{很低，较低，适中，较高，很高}。输出变量T的论域设为{-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4}，模糊语言变量分为{关闭，短时灌溉，中等时长灌溉，长时灌溉，超长时灌溉}。对于输入量土壤湿度、土壤温度和输入电压，采用了三角形隶属函数；对于输出量灌溉时间，采用高斯曲线隶属函数。根据被灌溉植物的要求，通过模糊推理和总结经验来修改查询表，以便满足不同植物节水灌溉的要求，并可通过学习不断更新，具有一定的智能性和学习性。
4、测控系统，通过振动传感器获取信号，经过JN5139微控制器处理，输出到声光报警器，实现农业节水灌溉装置的防盗报警。
5、测控系统，采用无线微控制器JN5139，实现数据的无线传输和远程测控，为农业灌溉提供物联网接口。
本发明的工作原理是：光伏组件发出的直流电，经过DC/DC升压，通过微型低功耗直流电磁阀驱动电路驱动微型低功耗直流电磁阀工作。同时光DC/DC升压电路输入电压传感器输出信号经电压传感器调理电路调理后输入至JN5139无线微控制器。
JN5139无线微控制器结合来自土壤温湿度传感器的信号，采用模糊算法，控制电磁阀的驱动电路开启工作模式，现实对电磁阀开关控制。
同时JN5139无线微控制器将获取得到的温湿度、电磁阀开关状态等信号，通过无线微控制器天线发送到远端的测控中心，并接收控制中心的控制信号，实现远程测控。
图3的流程说明：系统上电以后，进行初始化，启动AD转换实现被测量的测量和存储，对被测量进行模糊化处理，实现模糊化推理，解模糊化，输出被控量灌溉时间，判断是否结束，如果结束，系统延时后，返回系统检测循环。

Claims (4)

1.智能太阳能节水灌溉装置，包括壳体，在壳体上分别设置进水端和出水端，在壳体内的进水端和出水端出之间设置微功耗直流电磁阀，其特征在于：所述微功耗直流电磁阀的驱动电路通过DC/DC升压器与太阳能光伏电池连接；所述装置还包括控制器，所述控制器的信号输出端与微功耗直流电磁阀的驱动电路相连接。
2.根据权利要求1所述智能太阳能节水灌溉装置，其特征在于：所述控制器包括DC/DC升压电路输入电压传感器、土壤温湿度传感器和JN5139无线微控制器；DC/DC升压电路输入电压传感器的信号输出端通过电压传感器调理电路连接在JN5139无线微控制器上，土壤温湿度传感器的信号输出端通过土壤温湿度传感器调理电路连接在JN5139无线微控制器上。
3.根据权利要求2所述智能太阳能节水灌溉装置，其特征在于：所述控制器还设置振动传感器，振动传感器的信号输出端通过振动传感器调理电路连接在N5139无线微控制器上，在所述JN5139无线微控制器的输出端通过声光报警器驱动电路连接声光报警器。
4.根据权利要求2或3所述智能太阳能节水灌溉装置，其特征在于：在所述JN5139无线微控制器的输出端连接无线微控制器天线。
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