CN106472249A - 一种太阳能自动灌溉系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业灌溉领域，公布了一种太阳能自动灌溉系统，灌溉系统包括主控制模块、供电模块、土壤检测模块以及灌溉模块，控制模块包括单片机控制器和PC机，供电模块包括太阳能电池和蓄电池，土壤检测模块包括湿度采集模块，自动供水模块包括抽水机、水塔、继电器、控制阀、液位采集模块、流量传感器、水管，系统在运行过程中以太阳能为主要能源，在光照充足的情况下将水抽到水塔上保存起来，同时对蓄电池充电以备抽水机在光照不足的情况下工作。土壤湿度是通过多个土壤湿度传感器测量，经过软件分析得出不同作物的灌溉量进行灌溉，达到了自动供能，自动上水的目的。

Description

一种太阳能自动灌溉系统

【技术领域】

本发明涉及一种农业灌溉领域，特别涉及一种太阳能自动灌溉系统。

【背景技术】

现有的土地灌溉系统有人工控制和自动化控制的成熟方案，人工控制的灌溉系统是以普通的灌溉管道、抽水系统、蓄水系统组成，需要人的经验判断来做出灌溉量，自动化控制方案以单片机控制器、PLC控制器为核心，根据土壤湿度得出灌溉量。两者都依赖电网对于电网覆盖不到缺乏基础设施支持的偏远地区，实用价值不大。

目前，在自动灌溉过程中也有一些远程的农业灌溉装置，例如，中国专利CN102428861B该技术方案利用土壤温湿度传感器测定土壤温湿度，土壤温湿度传感器与信号调理装置相连通过信号调理装置控制抽水泵开关控制完成自动灌溉；但是本技术方案的连接方式复杂，而且不能自动监控完成自动储水，保证随时能够进行自动灌溉。因此，在农业灌溉过程中需要解决以下几个问题：(1)灌溉系统依赖电网，不适合应用到偏远地区；(2)灌溉系统的储水未能实现自动上水。

【发明内容】

鉴于上述内容，有必要提供一种太阳能自动灌溉系统，能有效达到自动供能，自动上水的目的。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种太阳能自动灌溉系统，包括主控制模块、供电模块、土壤检测模块以及灌溉模块；所述主控制模块包括单片机控制器和PC机，单片机控制器和PC机相连；所述供电模块包括太阳能电池和蓄电池；所述土壤检测模块包括湿度采集模块；所述自动供水模块包括抽水机、水塔、继电器、控制阀、液位采集模块、流量传感器和水管，继电器安装在抽水机上，抽水机与水塔相连，液位采集模块安装在水塔内壁，水管安装在水塔塔底，控制阀安装在水管上，流量传感器安装在控制阀阀门出口的水管内壁上；所述供电模块分别与主控制模块的PC机和自动供水模块的抽水机相连，所述湿度采集模块、流量传感器、液位采集模块、继电器和控制阀分别与控制模块的单片机相连。

进一步的，所述太阳能自动灌溉系统自动灌溉的具体步骤为：根据灌溉区植物、种植期、土壤的性质通过PC机设定湿度参考值、流量参考值和液位参考值预先储存于单片机中，将湿度采集模块安装在灌溉区的相应监测点，测量出湿度值后数据输入单片机，单片机根据湿度值与参考值进行分析，分析结果输入PC机，湿度测量值低于参考值时，PC机发出指令将控制阀打开，由流量传感器监测流量，PC机根据预先设定的流量参考值进行计算，计算结果传入单片机，单片机根据PC机的指令控制控制阀打开或关闭完成灌溉，其中，灌溉系统的PC机、抽水机的电能由太阳能供电模块提供；

所述液位采集模块为超声波液位传感器，所述自动供水步骤为，根据水塔的高度设定液位参考值预先储存于单片机中，将液位传感器安装在水塔的相应监测点，测量值低于参考值时，PC机发出指令控制继电器打开抽水机，达到或高于参考值时，PC机发出指令控制继电器关闭抽水机，完成自动供水。

进一步的，所述单片机选用STC89C51型单片机。

进一步的，所述太阳能电池的电池板上安装有阳光跟踪器，所述阳光跟踪器由两个日光光敏电阻、1个黑夜光敏电阻、小型步进电机、AD采样模块和ATMS8952单片机组成；所述两个日光光敏电阻分别安装在太阳能电池板的对角两端，太阳能电池的电池板可以光线强度自动进行向阳偏转。

进一步的，所述太阳能电池板向阳偏转的具体步骤：光敏电阻感受光的不同照射角度产生不同的电压信号，利用AD采样模块将信号输送给ATMS8952单片机，ATMS8952单片机控制步进电机带动齿轮转动，调整太阳能板的角度，达到向阳偏转。

6、根据权利要求1或3所述的一种太阳能自动灌溉系统，其特征在于，所述太阳能电池板个数为4-28个，由单个或2-25个为一组安装在灌溉区正东、正南、正北、正西方向。

进一步的，所述湿度传感器的土壤探头安装深度离地面的高度为2cm-8cm，湿度传感器为5-10个，分别安装在土壤灌溉区的不同位置，相邻传感器之间相距3m-5m。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明利用太阳能电池组件的光伏效应产生电能，给PC机、抽水机等需电设备提供电能，同时还对蓄电池进行充电，在弱光或夜间没有光伏效应的作用下，蓄电池还能给PC机、抽水机等需电设备提供电能，保证了能量来源的清洁、高效、持续，达到系统随时随地都能运作，不需要电网供电的效果，发明还将单个或2-25个为一组安装在灌溉区正东、正南、正北、正西方向保证了多方位的进行光照产生光伏作用。同时发明使用湿度传感器、液位传感器、流量传感器对土壤湿度、水塔液位、水管流量进行实时监控，根据作物、土壤、季节情况预先设定湿度参数，预先设定水塔液位参考值，预先设定流量大小，然后利用单片机对数据进行对比分析，通过将单片机连接到PC机，由PC机根据预先设定的软件自动发出指令完成自动控制，全过程做到合理灌溉、自动上水、全自动、不用人工。

2、发明在太阳能电池板上装了2个日光光敏电阻用于太阳光的采集，2个日光光敏电阻分别安装在太阳能电池板的对角线端点上，不同的太阳光照角度照到光敏电阻上时，光敏电阻的阻值不同，当太阳光线垂直照到太阳能板上时，两光敏电阻的阻值相等，通过相应电路将电阻的阻值变化转换为电压变化，让单片机采集，根据不同的光照角度所产生的不同电压值对太阳能电池板做出相应的调整，使得太阳能板与太阳光线垂直，另外还有1个黑夜光敏电阻用于检测黑夜，当天完全暗下来时控制太阳能电池板转回太阳升起的方向。

3、发明选用STC89C51型单片机，该单片机为ATMEL所生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flsah储存器，1000次擦写周期，三级加密程序储存器，32个可编程I/O口，低功耗空闲和掉电模式是一款高性能微型计算机，能够满足许多电子产品的嵌入式控制系统，它功能强大，接口比较齐全，并且能满足大部分中断的要求，实用性比较强。

【附图说明】

图1是本发明实施例的控制流程示意图；

图2是图1太阳能电池板上的光敏传感器原理图；

图3是图1的湿度传感器原理图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

实施例1：

如图1所示，本发明的太阳能自动灌溉系统包括主控制模块、供电模块、土壤检测模块以及灌溉模块；主控制模块包括单片机控制器和PC机，单片机控制器和PC机相连；供电模块包括太阳能电池和蓄电池太阳能电池和蓄电池相连；土壤检测模块包括湿度采集模块；自动供水模块包括抽水机、水塔、继电器、控制阀、液位采集模块、流量传感器、水管，继电器安装在抽水机上，抽水机与水塔相连，液位采集模块安装在水塔内壁，水管安装在水塔塔底，控制阀安装在水管上，流量传感器安装在控制阀阀门出口的水管内壁上；供电模块分别与主控制模块的PC机和自动供水模块的抽水机相连，湿度采集模块、流量传感器、液位采集模块、继电器和控制阀分别与控制模块的单片机相连。

太阳能自动灌溉系统工作过程为：根据灌溉区植物、种植期、土壤的性质通过PC机设定湿度参考值、流量参考值和液位参考值预先储存于单片机中，将湿度采集模块安装在灌溉区的相应监测点，测量出湿度值后数据输入单片机，单片机根据湿度值与参考值进行分析，分析结果输入PC机，湿度测量值低于参考值时，PC机发出指令将控制阀打开，由流量传感器监测流量，PC机根据预先设定的流量参考值进行计算，计算结果传入单片机，单片机根据PC机的指令控制控制阀打开或关闭完成灌溉，其中，灌溉系统的PC机、抽水机的电能由太阳能供电模块提供；液位采集模块为超声波液位传感器，自动供水过程为，根据水塔的高度设定液位参考值预先储存于单片机中，将液位传感器安装在水塔的相应监测点，测量值低于参考值时，PC机发出指令控制继电器打开抽水机，达到或高于参考值时，PC机发出指令控制继电器关闭抽水机，完成自动供水。

实施例2：

为进一步提高灌溉系统性能，加强集成控制能力，本发明选用型号为STC89C51的单片机做为主控制单片机。

实施例3：

为了进一步提高太阳能电池板的采光能力，本发明使用光敏电阻、小型步进电机ATMS8952单片机组成阳光跟踪器，控制太阳能电池板的向阳偏转；通过将2个光敏电阻安装在太阳能电池板对角线的两端，根据光敏电阻感受光的不同照射角度产生不同的电压信号，利用AD采样模块将信号输送给ATMS8952单片机，ATMS8952单片机控制步进电机带动齿轮转动，调整太阳能板的角度，达到向阳偏转。

同时，本发明还将太阳能电池板个数为4-28个，由单个或2-25个为一组安装在灌溉区正东、正南、正北、正西方向。

实施例4：

为更准确的采集土壤湿度，经过发明人不断反复试验，本发明的湿度传感器安装位置为：湿度传感器的土壤探头安装深度离地面的高度为2cm-8cm，湿度传感器为5-10个，分别安装在土壤灌溉区的不同位置，相邻传感器之间相距3m-5m。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种太阳能自动灌溉系统，其特征在于，包括主控制模块、供电模块、土壤检测模块以及灌溉模块；所述主控制模块包括单片机控制器和PC机，单片机控制器和PC机相连；所述供电模块包括太阳能电池和蓄电池；所述土壤检测模块包括湿度采集模块；所述自动供水模块包括抽水机、水塔、继电器、控制阀、液位采集模块、流量传感器和水管，继电器安装在抽水机上，抽水机与水塔相连，液位采集模块安装在水塔内壁，水管安装在水塔塔底，控制阀安装在水管上，流量传感器安装在控制阀阀门出口的水管内壁上；所述供电模块分别与主控制模块的PC机和自动供水模块的抽水机相连，所述湿度采集模块、流量传感器、液位采集模块、继电器和控制阀分别与控制模块的单片机相连。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能自动灌溉系统，其特征在于，所述太阳能自动灌溉系统自动灌溉的具体步骤为：根据灌溉区植物、种植期、土壤的性质通过PC机设定湿度参考值、流量参考值和液位参考值预先储存于单片机中，将湿度采集模块安装在灌溉区的相应监测点，测量出湿度值后数据输入单片机，单片机根据湿度值与参考值进行分析，分析结果输入PC机，湿度测量值低于参考值时，PC机发出指令将控制阀打开，由流量传感器监测流量，PC机根据预先设定的流量参考值进行计算，计算结果传入单片机，单片机根据PC机的指令控制控制阀打开或关闭完成灌溉，其中，灌溉系统的PC机、抽水机的电能由太阳能供电模块提供；

所述液位采集模块为超声波液位传感器，所述自动供水步骤为，根据水塔的高度设定液位参考值预先储存于单片机中，将液位传感器安装在水塔的相应监测点，测量值低于参考值时，PC机发出指令控制继电器打开抽水机，达到或高于参考值时，PC机发出指令控制继电器关闭抽水机，完成自动供水。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能自动灌溉系统，其特征在于，所述单片机选用STC89C51型单片机。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能自动灌溉系统，其特征在于，所述太阳能电池的电池板上安装有阳光跟踪器，所述阳光跟踪器由两个日光光敏电阻、1个黑夜光敏电阻、小型步进电机、AD采样模块和ATMS8952单片机组成；所述两个日光光敏电阻分别安装在太阳能电池板的对角两端，太阳能电池的电池板可以光线强度自动进行向阳偏转。

5.根据权利要求3所述的一种太阳能自动灌溉系统，其特征在于，所述太阳能电池板向阳偏转的具体步骤：光敏电阻感受光的不同照射角度产生不同的电压信号，利用AD采样模块将信号输送给ATMS8952单片机，ATMS8952单片机控制步进电机带动齿轮转动，调整太阳能板的角度，达到向阳偏转。

6.根据权利要求1或3所述的一种太阳能自动灌溉系统，其特征在于，所述太阳能电池板个数为4-28个，由单个或2-25个为一组安装在灌溉区正东、正南、正北、正西方向。

7.根据权利要求1所述的一种太阳能自动灌溉系统，其特征在于，所述湿度传感器的土壤探头安装深度离地面的高度为2cm-8cm，湿度传感器为5-10个，分别安装在土壤灌溉区的不同位置，相邻传感器之间相距3m-5m。