CN110850792A - 一种基于物联网的机井远程灌溉控制系统 - Google Patents

一种基于物联网的机井远程灌溉控制系统 Download PDF

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史庆生
焦丽娜
田家宾
郑毅
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Abstract

本发明公开了一种基于物联网的机井远程灌溉控制系统，属于农田水利灌溉技术领域，其特征在于，至少包括：用于管控每口机井供水状态的控制器；所述控制器与机井内抽水泵的控制器电连接；用于检测每口机井状态的传感器组；所述传感器组通过数据采集卡与控制器的I/O端子电连接；用于标识每口机井身份信息的二维码；内嵌有二维码识别模块的手持终端；所述手持终端通过物联网分别与控制器、支付系统、计费系统、用水信息云平台进行数据交互。通过采用上述技术方案，该基于物联网的机井远程灌溉控制系统通过物联网技术，利用手持终端即可对每口机井的状态、灌溉费用进行显示，进而根据需求，直接通过网上支付，快速高效完成灌溉工作。

Description

一种基于物联网的机井远程灌溉控制系统
技术领域
本发明属于农田水利灌溉技术领域，特别涉及一种基于物联网的机井远程灌溉控制系统。
背景技术
众所周知，农田水利灌溉是农业生产的重要环节之一，农田水利灌溉主要利用河流水源或者是地下水水源，在地下水井灌区，大多采用机井进行灌溉，机井(PumPing well)是利用动力机械驱动水泵提水的水井；针对于大面积的灌溉需求，灌区需要建立多个机井，由于机井的位置不同，因此其内的水质存在一定的差异，同时，根据不同区域、不同机井所在位置地下水位不同，所耗费的电能也不尽相同；进而导致水费也存在较大的差异；目前，随着电子支付系统的快速发展，人类将传统纸币支付的基础上，开发出了刷卡支付，即针对于每口机井，建立一套刷卡系统，劳动者只需要办理支付卡，需要灌溉时，只需要在该机井的刷卡机上进行支付即可完成；但是实践发现，当机井较多时，则需要办理多张支付卡，同时，当灌溉季节来临集中灌溉时，由于机井灌溉为轮灌的特点则需要排队刷卡，容易引发用水矛盾，显然，这种传统的IC卡刷卡技术已经很难满足现代化农业灌溉的需要。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种基于物联网的机井远程灌溉控制系统，该基于物联网的机井远程灌溉控制系统通过物联网技术，利用手持终端即可对每口机井的状态、灌溉费用进行显示，进而根据需求，直接通过网上支付，远程控制水泵开启，快速高效完成灌溉工作。
一种基于物联网的机井远程灌溉控制系统，至少包括：
用于管控每口机井供水状态的控制器；所述控制器与机井内抽水泵的控制器电连接；
用于检测每口机井状态的传感器组；所述传感器组通过数据采集卡与控制器的I/O端子电连接；
用于标识每口机井身份信息的二维码；
内嵌有二维码识别模块的手持终端；所述手持终端通过物联网分别与控制器、支付系统、计费系统、用水信息云平台进行数据交互。
进一步，所述传感器组包括温度传感器、水位传感器、PH值检测仪和电导率测试仪中的一种或多种。
更进一步，还包括与控制器进行数据交互的土壤墒情监测系统。
进一步，所述数据采集卡通过RS485协议与控制器进行数据交互。
进一步，在每口机井内设置有流量计，所述流量计通过数据线与控制器电连接。
进一步，所述手持终端为手机。
进一步，所述计费系统包括电费计量系统和水费计量系统。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明基于物联网技术，利用传感器组对每口机井的状态进行检测，同时通过物联网将上述数据发送给客户，客户通过手持终端即可查阅每口机井的水质情况，同时结合价格信息、农作物的需求信息，选择特定的机井进行付费灌溉，上述操作过程简洁，同时根据需求选择的水源更加适合农作物的需求；同时能够防止多个用户排队等待同一口机井的堵塞事件发生。
附图说明
图1是本发明优选实施例的结构图；
图2为本发明优选实施例中每口机井处控制器的电路图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参见图1和图2，一种基于物联网的机井远程灌溉控制系统，包括：
用于管控每口机井供水状态的控制器；所述控制器与机井内抽水泵的控制器电连接；
用于检测每口机井状态的传感器组；所述传感器组通过数据采集卡与控制器的I/O端子电连接；所述传感器组包括温度传感器、水位传感器、PH值检测仪和电导率测试仪中的一种或多种；所述数据采集卡通过RS485协议与控制器进行数据交互；
用于标识每口机井身份信息的二维码；上述二维码也可以采用一维码进行代替；
内嵌有二维码识别模块的手持终端；所述手持终端通过物联网分别与控制器、支付系统、计费系统、用水信息云平台进行数据交互；所述手持终端优选的是手机；
与控制器进行数据交互的土壤墒情监测系统。
在每口机井内设置有流量计，所述流量计通过数据线与控制器电连接。为了防止机井过度使用，每口机井的控制器内均设置有该机井的抽水阈值，当抽水量到达阈值时，则该机井将处于休眠状态；等再次分配水权后方可再次抽水灌溉；
所述计费系统包括电费计量系统和水费计量系统。根据行政村收费需求，支持按水量计费或按电量计费的收费方式，水费计量支持阶梯水价、电费计量支持阶梯电价的模式，按电量计费同时支持“以电折水”、“以时计水”的计费方式。；
在上述优选实施例中：控制器和传感器组主要包括主处理器、电器控制部分、电源、人机交互系统、控制执行部分和传感器部分组成，控制器安装在机井首部。
主控制器。主控制器采用Atmel公司的ATSAMA5D36CU作为处理芯片，ATSAMA5D36CU是一款ARM Cortex A5内核的工业级芯片，带有USB2.0协议的USB HOST和Device接口，采用了嵌入式ARM Linux，实现基于ARM的嵌入式Linux系统移植开发。
电器控制部分。控制器电源由农用灌溉三相电380V作为设备的总供电电源，整个设备加入漏电保护器，提高设备安全性；加入浪涌保护器，增强了设备的浪涌抗击能力加大了设备的稳定性和可靠性；在水泵设备前加软启动器，减少水泵突然启动和突然停止产生的“水锤”现象对管道的影响，使得水泵在启动方式上平缓和稳定。
电源设计。电源需要12V、5V、3.3V量级的电压。其屮12V是整个控制器的供电电压和各类传感器的供电电压，同时还有12V锂电池，主电源断开后，可以给系统供电，另外，锂电池为充电电池，当主电源存在时，也给电池充电；5V主要是用来作为通信模块、系统工作的驱动电压；3.3V电压主要为主芯片工作、程序下载调试模块、程序外部看门狗等其他一些辅助的功能模块提供电压。
人机交互系统。选择LCD液晶显示屏作为控制器的显示模块，液晶屏幕尺寸大，能够对用水量、用电量、农户信息、水费、开关泵时间、流速、用户余额等信息进行全局显示，使农户能够清晰的了解灌溉数据，增强用户体验。LCD液晶屏选取的是广州大彩光电科技有限公司的产品，型号为DC48270F043_6111_0N，大小为4.3寸的电容屏。该液晶屏的分辨率为800*480，颜色为65K，工作电压为12V，防护等级较高，为IP65等级，对于野外和工业使用具有良好的防护性能。
控制执行部分。控制执行部分是将控制管理层和收费管理层下发的命令最终实现的一个执行终端，控制执行部分主要实现的功能是收到工作指令后实现水泵的开启和关闭。主要用到的元器件包括：继电器及其驱动器。控制器采用ULN2803达林顿管驱动继电器实现，采用ULN2803驱动继电器，ULN2803每路输出电流可到500mA，设计中8路并联驱动继电器的线圈。继电器采用宏发继电器型号为JQX-115F-005-2ZS4，电路中将两部并联增大驱动电流。
传感器部分。控制器支持采集传感器数据，采集的数据包括：土壤墒情、水位、温度、PH值、电导率等，传感器全部采用RS485通信，协议为MODBUS-RTU。
控制器整机机械结构设计。控制器整体釆用上中下分层式设计，上层主要放置刷卡器；中间层主要放置系统的控制部分元器件；下层主要放置电气控制部分器件。控制器通过上下多层设计，有效利用了空间，同时将强电线路与弱电控制电路分开，实现水电分离，有效防止了相互之间的干扰，提高了系统设备运行的稳定性，同时方便设备维护和安装。机井智能远程灌溉控制器。
作为优选：控制器采用多任务的处理方式，主要有服务器通信进程、业务进程、显示/按键/蜂鸣器进程、传感器采集进程、电量采集进程、水量采集进程、日志进程、IC卡操作进程、GPRS操作进程等，多个进程间需要交互通信。其中服务器通信进程完成与服务器的数据交互，显示/按键/蜂鸣器进程主要完成界面显示，人机交互功能，传感器采集进程主要完成外部传感器包括土壤墒情、温湿度、水位、水质等信息的采集，电量采集进程主要完成智能电表信息的采集，水量采集进程主要完成流量计的采集，日志进程主要完成系统运行日志记录功能，GPRS操作进程主要完成底层GPRS网络通信功能，报警进程主要完成各种报警功能。
控制器采用MQTT物联网通信协议同物联网进行实时的数据交互，实现水泵的远程开启、关闭，实时采集水量、电量、水位、水质、墒情等数据。MQTT是基于消息主题通过“发布/订阅”的方式进行通信，具有实时性、高效率、低功耗等特点，专为受限设备和低带宽、高延迟或不可靠的网络而设计，适用于机井在野外工作环境恶劣的特点。
上述优选实施例的操作过程为：
用户通过手持终端浏览物联网云端的数据，具体包括机井状态数据和灌溉费用数据，随后根据自家田地需要选择所需的机井，之后通过扫描该机井的二维码，选择所需灌溉的水量或灌溉时间，最后通过支付系统进行费用支付，整个操作过程简单方便。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (7)

1.一种基于物联网的机井远程灌溉控制系统，其特征在于，至少包括：
用于管控每口机井供水状态的控制器；所述控制器与机井内抽水泵的控制器电连接；
用于检测每口机井状态的传感器组；所述传感器组通过数据采集卡与控制器的I/O端子电连接；
用于标识每口机井身份信息的二维码；
内嵌有二维码识别模块的手持终端；所述手持终端通过物联网分别与控制器、支付系统、计费系统进行数据交互。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的机井远程灌溉控制系统，其特征在于，所述传感器组包括温度传感器、水位传感器、PH值检测仪和电导率测试仪中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的基于物联网的机井远程灌溉控制系统，其特征在于，还包括与控制器进行数据交互的土壤墒情监测系统。
4.根据权利要求1所述的基于物联网的机井远程灌溉控制系统，其特征在于，所述数据采集卡通过RS485协议与控制器进行数据交互。
5.根据权利要求1所述的基于物联网的机井远程灌溉控制系统，其特征在于，在每口机井内设置有流量计，所述流量计通过数据线与控制器电连接。
6.根据权利要求1所述的基于物联网的机井远程灌溉控制系统，其特征在于，所述手持终端为手机。
7.根据权利要求1所述的基于物联网的机井远程灌溉控制系统，其特征在于，所述计费系统包括电费计量系统和水费计量系统。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111919731A (zh) * 2020-08-28 2020-11-13 内蒙古科技大学 一种物联网农业灌溉控制器
CN112945329A (zh) * 2021-03-15 2021-06-11 国网河北省电力有限公司营销服务中心 确定农业机井灌溉水量的方法、装置及终端
CN114680026A (zh) * 2022-04-15 2022-07-01 安徽农业大学 一种地下水质监测与农田灌溉一体化双控装置

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