CN109168752A - 一种基于光伏发电的智能灌溉花盆及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于光伏发电的智能灌溉花盆，包括光伏发电系统和智能灌溉系统；其中，光伏发电系统包括光伏板、充放电控制器和蓄电池；光伏板的输出端接充放电控制器的输入端，充放电控制器的输出端接入蓄电池；智能灌溉系统包括土壤湿度传感器、花盆、水泵、喷淋头和单片机；喷淋头设置在花盆上方，水泵两端分别连接外部水源和喷淋头，花盆内部土壤内置有土壤湿度传感器，土壤湿度传感器与单片机通过数据线连接，该数据线防水；蓄电池对该智能灌溉系统进行供电，解决现代生活中植物灌溉的问题，给予植物更好的生长环境，并使用户拥有优质的智能生活。

Description

一种基于光伏发电的智能灌溉花盆及其控制方法

技术领域

本发明涉及物联网相关领域，特别涉及一种基于光伏发电的智能灌溉花盆及其控制方法。

背景技术

随着人们物质生活水平的不断提高，越来越多的人开始在对家中种植花草，种植植物花草已经成为了一种趋势。植物的生长过程需要定时的浇水，然而现在人们普遍比较忙，特别是都市白领以及经常出差、旅游的人士，他们可能忙于工作而经常遗忘或抽不出时间来给植物浇水。同时，随着科技的不断进步以及经济的飞速发展，“智能家居”、“高效能源”等理念的不断提出，对产品的功能要求也在不断提升。

目前市场上存在的花盆包括以下几种：

(1)传统花盆

传统花盆的浇灌一般是由人直接对植物进行浇水。这种浇灌方式无法根据土壤所需的水分来合理浇水，灌溉效率低下，对于特殊情况的应变能力也比较差，不利于植物的健康成长。

(2)负压灌溉花盆

负压灌溉花盆由上下两层的容器构成，上层容器装土壤，下层容器装水。同时，多孔板埋入上层容器的土壤中，一端与下层盛水容器连接。与多孔板相接触的土壤内的水势和多孔板内的水势的差，使水由盛水容器向土壤中流动。但如果下层容器中的水减少，就不能和多孔板接触，灌溉就无法实现，需要不断地补充水分到下层容器中，因此并没有得到较多的实际应用。

(3)可定时的灌溉花盆

定时浇水的多功能花盆，包括花盆本体、盛水盆、出水管、导水管和抽水装置，出水管的一端与盛水盆或水龙头连接，另一端与抽水装置连接；导水管的一端与抽水装置连接，另一端放入花盆本体中。这种花盆可以根据不同的植物设置不同的自动浇水时间和间隔时间，在一定程度上实现智能化控制，但是不能根据土壤所需水量进行合理的浇水，有时还会浇水过多，无法使植物常处于最佳的生长环境。

现有的各种类型的花盆浇灌方式较为单一，需要投入较多的人力、物力资源等，同时花盆的灌溉效率、资源利用率以及智能程度比较低。普通花盆需要人为地判断植物是否需要灌溉，误差很大，节水性能很差；而自动化浇灌花盆大部分采用昂贵的土壤湿度传感器，费用极高，难以普及到普通用户的生活中，而且供电方面大多数采用市电，不能达到节约能源的目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于光伏发电的智能灌溉花盆及其控制方法，解决现代生活中植物灌溉的问题，给予植物更好的生长环境，并使用户拥有优质的智能生活，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷。

为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：一种基于光伏发电的智能灌溉花盆，包括光伏发电系统和智能灌溉系统；

其中，光伏发电系统包括光伏板、充放电控制器和蓄电池；光伏板的输出端接充放电控制器的输入端，充放电控制器的输出端接入蓄电池；

智能灌溉系统包括土壤湿度传感器、花盆、水泵、喷淋头和单片机；喷淋头设置在花盆上方，水泵两端分别连接外部水源和喷淋头，花盆内部土壤内置有土壤湿度传感器，土壤湿度传感器与单片机通过数据线连接，该数据线防水；蓄电池对该智能灌溉系统进行供电。

优选的，所述花盆包括圆柱腔和等间距设置在圆柱腔周边的多个分腔，土壤和土壤湿度传感器设置在圆柱腔内；充放电控制器、蓄电池、单片机内置在分腔内；光伏板为柔性光伏板，该柔性光伏板包裹在分腔的侧壁；圆柱腔和分腔内测有预留电线和数据线的接线空隙。

优选的，所述圆柱腔和分腔组成花盆的俯视图形状为花瓣结构。

优选的，所述单片机外置有控制屏，通过控制屏设置土壤湿度的阈值；该控制屏设置在分腔的顶部。

一种基于光伏发电的智能灌溉花盆控制方法，包括以下步骤，

1)通过控制屏设置土壤湿度的阈值；

2)土壤湿度传感器感应土壤内的湿度，并将数据传递给单片机，判断土壤湿度是否小于或者等于阈值的下限；

3)如果是，水泵开始工作；如果否，水泵停止，继续监测土壤湿度；

4)每间隔15秒，土壤传感器将数据传输给单片机，判断土壤湿度是否大于或者等于阈值的上限；

5)如果是，水泵停止工作；如果否，水泵继续工作。

采用以上技术方案的有益效果是：本发明使用光伏发电技术，将清洁的太阳能转化为花盆智能灌溉时所需要的电能，解决了当下花盆浇灌时的供电问题，提高了资源的利用率；同时运用单片机、物联网等技术，通过检测花盆中土壤中的湿度等参数，实现花盆的智能灌溉，优化了灌溉的方式，减少了人力、物力，提高了花盆灌溉的效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的控制理流程图；

图3是AT89C52控制原理图；

图4是AT89C52布线图。

其中，1--光伏板、2--花盆、3--喷淋头、4--圆柱腔、5--分腔、6--控制屏。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。

图1-图2出示本发明的具体实施方式：一种基于光伏发电的智能灌溉花盆，包括光伏发电系统和智能灌溉系统；

其中，光伏发电系统包括光伏板、充放电控制器和蓄电池；光伏板的输出端接充放电控制器的输入端，充放电控制器的输出端串入六脚按键开关后接入蓄电池；

智能灌溉系统包括土壤湿度传感器、花盆、水泵、喷淋头和单片机；喷淋头设置在花盆上方，水泵两端分别连接外部水源和喷淋头，花盆内部土壤内置有土壤湿度传感器，土壤湿度传感器与单片机通过数据线连接，该数据线防水；蓄电池对该智能灌溉系统进行供电。

花盆2包括圆柱腔4和等间距设置在圆柱腔4周边的多个分腔5，土壤和土壤湿度传感器设置在圆柱腔4内；喷淋头3设置在圆柱腔4上方，充放电控制器、蓄电池、单片机内置在分腔3内；光伏板1为柔性光伏板，该柔性光伏板1包裹在分腔5的侧壁；圆柱腔4和分腔5内测有预留电线和数据线的接线空隙；圆柱腔4和分腔5组成花盆2的俯视图形状为花瓣结构；单片机外置有控制屏6，通过控制屏6设置土壤湿度的阈值；该控制屏6设置在分腔5的顶部。

一种基于光伏发电的智能灌溉花盆控制方法，包括以下步骤，

1)通过控制屏设置土壤湿度的阈值；

2)土壤湿度传感器感应土壤内的湿度，并将数据传递给单片机，判断土壤湿度是否小于或者等于阈值的下限；

3)如果是，水泵开始工作；如果否，水泵停止，继续监测土壤湿度；

4)每间隔15秒，土壤传感器将数据传输给单片机，判断土壤湿度是否大于或者等于阈值的上限；

5)如果是，水泵停止工作；如果否，水泵继续工作。

本专利是基于光伏发电的智能灌溉花盆，目的是给种植植物花草的用户提供一种便利的植物灌溉方式。将花盆放于阳台等采光较好的地方，光照充足时，太阳能光伏板吸收太阳能并转化为电能，电能通过稳压电路到达负载，多余的电能则通过充放电控制电路统一储存在蓄电池里面；光照不足时，由蓄电池统一向各负载元件供电。之后，智能的灌溉系统检测土壤湿度，再控制水泵的开关，从而实现对植物的智能灌溉。本智能灌溉花盆绿色环保，适合没有时间给植物浇水的用户使用，极大地方便了人们的生活。

光伏发电系统主要由10W功率的光伏板、带实时电压显示的自动升降压的稳压模块、12V蓄电池等组成。当光伏板接受到足够的光照后，会产生一定的、波动的电压，需由稳压模块稳压至13.5V后对蓄电池进行充电，即浮充式充电法。

10W功率的光伏板：光伏板选用18V额定电压，10W额定功率的多晶太阳能板。

稳压模块：稳压模块是一种自动升降压的可调稳压模块，光伏板的输出端接稳压模块的输入端，稳压模块的输出端串入六脚按键开关后接入蓄电池，当蓄电池充满后，可关闭稳压模块的输出端六脚按键开关，停止充电保护电池。

12V蓄电池：12V蓄电池是主要的储能元件，是整个系统的能源来源，采用12V1.3Ah蓄电池。

灌溉系统利用单片机原理，利用土壤的湿度传感器进行数据采集，之后靠按钮来调节上下限，在分析和处理单片机采集到的数据后，然后计算出植物生产环境中的土壤水分值，如果该值小于设定的最低值，则单片机就会像水泵发送指令，命令其对植物进行浇水。当土壤水分达到设置的上限值时，终止浇灌的操作，从而实现自动浇水的目标。

智能灌溉系统的设计特点主要有：

①对土壤湿度进行测量；

②将获得的数据借助显示屏生动展示出来；

③依据植物生长的最佳环境设定灌溉的上下阈值；

④进行数据收集、处理和分析，并通过单片机对水泵进行控制以确定是否浇水。

当用户打开开始开关时，显示屏背光亮起，并显示上下限的数值，用户可根据实际的土壤所需湿度来进行调节。这时数据会更新到单片机中，湿度传感器会对当下的土壤湿度进行检测。然后根据检测数据进行分析来确定是否对土壤进行浇灌。

在开始前，先将充放电控制器的工作模式选定为常开模式(将四个开关同时打上去)。若有太阳能直流电注入，则红灯会亮，表示充放电控制器正处于充电状态；若其能稳定输出，则绿灯会亮，表示充放电控制器对负载的输出正常。

稳压模块上有高频滤波电容、铁芯、线圈、散热片等，使用前先调节稳压模块的高精度电位器(顺时针旋转表示升压，逆时针旋转表示降压)，使其稳定输出5V，以保证单片机与水泵的正常工作。

太阳能晶体板吸收光能，并将其转换为直流电接入充放电控制器的1、2接口；当光能充足时，太阳能发出的直流电通过充放电控制器储存在蓄电池中。蓄电池的正负极接入充放电控制器的3、4接口；充放电控制器的5、6接口通过稳压模块，将电压稳压到5V，以满足单片机和水泵的供电需求。单片机会通过处理包括湿度传感器传回来的当前湿度值等数据来判断现在是否需要对土壤进行浇灌。

AT89C52控制原理图、AT89C52布线图分别如图3、图4所示。考虑到单片机中既有模拟电路又有数字电路，为了避免电磁干扰，我们尽量地将模拟信号部分和数字信号部分电路分开。并将大电流电路、小电流电路等易产生干扰的电路和逻辑电路分开。另外，单片机内工作频率高达12M，因此接地方式采用多点接地的方式。同时，为了保存上一次开关前的数据，我们采用了外接AT24C02芯片进行数据存储。考虑到单片机的输出电流太小，我们加入了三极管放大电路和继电器来控制水泵的工作。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，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。

Claims (5)

1.一种基于光伏发电的智能灌溉花盆，其特征在于，包括光伏发电系统和智能灌溉系统；

其中，光伏发电系统包括光伏板、充放电控制器和蓄电池；光伏板的输出端接充放电控制器的输入端，充放电控制器的输出端接入蓄电池；

智能灌溉系统包括土壤湿度传感器、花盆、水泵、喷淋头和单片机；喷淋头设置在花盆上方，水泵两端分别连接外部水源和喷淋头，花盆内部土壤内置有土壤湿度传感器，土壤湿度传感器与单片机通过数据线连接，该数据线防水；蓄电池对该智能灌溉系统进行供电。

2.根据权利要求1所述的基于光伏发电的智能灌溉花盆，其特征在于，所述花盆包括圆柱腔和等间距设置在圆柱腔周边的多个分腔，土壤和土壤湿度传感器设置在圆柱腔内；充放电控制器、蓄电池、单片机内置在分腔内；光伏板为柔性光伏板，该柔性光伏板包裹在分腔的侧壁；圆柱腔和分腔内测有预留电线和数据线的接线空隙。

3.根据权利要求1所述的基于光伏发电的智能灌溉花盆，其特征在于，所述圆柱腔和分腔组成花盆的俯视图形状为花瓣结构。

4.根据权利要求1所述的基于光伏发电的智能灌溉花盆，其特征在于，所述单片机外置有控制屏，通过控制屏设置土壤湿度的阈值；该控制屏设置在分腔的顶部。

5.一种基于光伏发电的智能灌溉花盆控制方法，其特征在于，包括以下步骤，

1)通过控制屏设置土壤湿度的阈值；

2)土壤湿度传感器感应土壤内的湿度，并将数据传递给单片机，判断土壤湿度是否小于或者等于阈值的下限；

3)如果是，水泵开始工作；如果否，水泵停止，继续监测土壤湿度；

4)每间隔15秒，土壤传感器将数据传输给单片机，判断土壤湿度是否大于或者等于阈值的上限；

5)如果是，水泵停止工作；如果否，水泵继续工作。