CN111713377A - 一种远程控制的灌溉系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种远程控制的灌溉系统，采用控制端和执行端分别设有无线传输模块，两无线传输模块通过LoRa网关匹配并通讯，传输距离远且受到干扰小，同时也减小了设备的功耗以及外围射频滤波电路的规模，有效的减小了执行模块的体积；每个执行模块独立成个体并进行封装，既保证了设备的简洁性，也保证了可靠的连接性以及整体性能；采用的电动球阀，转矩小，密封性能稳定，在环境恶劣的地区使用寿命长；执行端采用太阳能供电具有能效转换高、维护成本低、部署方便的优点；实时的土壤检测以及自动灌溉功能，使用户的灌溉过程变得更加高效。本发明无需多次灌溉，节约水资源，适宜大面积种植。

Description

一种远程控制的灌溉系统

技术领域

本发明涉及农田灌溉技术领域，特别涉及一种远程控制的灌溉系统。

背景技术

我国是农业大国，节约用水并实现高效用水是人类生存与发展的需求，也是全球经济社会的需求。农田灌溉是作物成长的关键因素，在作物生长过程中，往往需要经过多次灌溉，传统灌溉方式采用直接浇灌，不仅作业难度大，且浪费水资源，更不适宜大面积种植。随着科学的不断发展，将农田的灌溉智能化成为大家追求的目标。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明为一种远程控制的灌溉系统，其技术方案为：

包括控制端、执行端和辅助控制端和执行端通信的LoRa网关；

所述控制端用于发出远程控制指令，并接收执行端发来的采集信号；

所述执行端用于执行所述控制端发出的远程控制指令，并将采集信号实时发送给控制端；

控制端和执行端分别设有无线传输模块，两无线传输模块通过LoRa网关匹配并通讯；

所述执行端包括储水单元、与储水单元连接的管道以及安装在管道上的执行模块，所述执行模块包括电动球阀、太阳能供电模块和阀门上端的电路板以及电路板所连接的硬件，电动球阀安装在管道上，所述太阳能供电模块包括电源管理模块、锂电池和太阳能电池板，其中电源管理模块和锂电池设置在球阀上面的盒体内，太阳能电池板放置在执行模块最上方,电动球阀、单片机、太阳能电池板和锂电池均与电源管理模块连接，盒体上部安装电路板，所述电路板上安装单片机、电机驱动模块、无线传输模块和湿度检测模块，单片机分别与电机驱动模块、无线传输模块和湿度检测模块相连，湿度检测模块通过插针与执行模块连接，其检测端埋入土壤内进行湿度检测，电机驱动模块与电动球阀连接，控制电动球阀启闭。

进一步地，还包括太阳能板，所述太阳能板安装在电路板上面，通过连线与电源管理相连，并为锂电池供电。

进一步地，所述控制端还设有液晶显示控制模块，用于对整个系统进行控制并显示执行模块发来采集信号和水管水流量。

进一步地，所述采集信号包括电动球阀启闭状态、土壤湿度值和锂电池电量。

进一步地，所述管道包括主管和与主管相连的若干支管。

进一步地，所述支管上分别安装执行模块。

进一步地，所述控制端和执行端为全双工通信。

进一步地，一种远程控制的灌溉系统的使用方法，包括以下步骤：

步骤一，用户首次使用远程控制的灌溉系统，控制端由USB供电，执行端由太阳能供电模块供电，用户将执行模块安装在需要的管道中，并在控制端对每个执行模块进行配对命名；

步骤二，用户将湿度检测模块数据端接到执行模块，检测端插入土壤中，并打开执行模块湿度检测开启按钮，可开启土壤湿度检测功能，控制端自动实时显示各执行模块对应土壤当前湿度；

步骤三，在控制端观察和设置湿度预设值和实时显示土壤湿度数值、电动球阀启闭和水流量设置数值，并控制各执行端做出电动球阀开启和关闭控制、管道水流量设置；

步骤四，用户根据需要切换到湿度监测灌溉模式，当切换到湿度监测灌溉模式时，用户根据设置最低湿度预设值以及最宜湿度预设值，当监测到某执行模块湿度低于最低湿度预设值时，控制端给相应执行端的单片机信号，单片机给电机驱动模块信号，系统自动打开该执行模块电动球阀开关，并以用户原设定流速进行灌溉，当湿度到达最宜湿度预设值时，电动球阀开关自动关闭。

本发明的有益效果为：本发明为一种远程控制的灌溉系统，采用控制端和执行端分别设有无线传输模块，两无线传输模块通过LoRa网关匹配并通讯，传输距离远且受到干扰小，同时也减小了设备的功耗以及外围射频滤波电路的规模，有效的减小了执行模块的体积；每个执行模块独立成个体并进行封装，既保证了设备的简洁性，也保证了可靠的连接性以及整体性能；采用的电动球阀，转矩小，密封性能稳定，在环境恶劣的地区使用寿命长；执行端采用太阳能供电具有能效转换高、维护成本低、部署方便的优点；实时的土壤检测以及自动灌溉功能，使用户的灌溉过程变得更加高效。本发明无需多次灌溉，节约水资源，适宜大面积种植。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明电路运行原理示意图。

具体实施方式

如图所示，本发明为一种远程控制的灌溉系统，包括控制端和执行端，控制端和执行端为全双工通信。所述控制端用于发出远程控制指令，并接收执行端发来的采集信号，该采集信号包括电动球阀启闭状态、土壤湿度值和锂电池电量。

所述执行端用于执行所述控制端发出的远程控制指令，并将采集信号实时发送给控制端；控制端和执行端分别设有无线传输模块，控制端和执行端在LoRa网关的辅助下通过无线传输模块进行通信，由电机驱动模块控制电动球阀做出相应动作。

所述执行端包括储水单元（包括水箱和与水箱连接的水泵）、与储水单元连接的管道以及安装在管道上的执行模块，所述管道包括主管和与主管相连的若干支管，主管和每个支管上分别安装执行模块。

所述执行模块包括电动球阀和太阳能供电模块和阀门上端的电路板以及电路板所连接的硬件，电动球阀安装在管道上，太阳能供电模块设置在球阀上面的盒体内，所述太阳能供电模块包括电源管理模块、锂电池和太阳能电池板，电源管理模块采用SolarPowerManager 5V太阳能管理模块，芯片采用CN3065 ，锂电池采用3.7V单节锂离子电池，太阳能电池板输出电压为5V 。电动球阀、锂电池、单片机和太阳能电池板均与电源管理模块连接，盒体上部安装电路板，所述电路板上安装单片机、电机驱动模块、无线传输模块和湿度检测模块，单片机分别与电机驱动模块、无线传输模块和湿度检测模块相连，湿度检测模块通过插针与执行模块连接，其检测端埋入土壤内进行湿度检测，湿度检测模块采用LM393芯片，工作稳定，并设有固定螺栓孔，用户可以根据需要自行选择拆卸和安装，方便使用。电机驱动模块与电动球阀连接，控制电动球阀启闭。单片机还与报警蜂鸣器相连，当湿度检测模块监测到湿度低于最低设定湿度值时，给单片机信号，单片机给报警蜂鸣器发送报警信号，进行报警。

控制端还包括液晶显示控制模块，控制端的无线传输模块和液晶显示控制模块分别连接到控制端，所述液晶显示控制模块包括液晶显示屏和电阻触摸屏控制器。液晶显示屏采用以ILI9341为控制器的3.2寸TFT屏幕，电阻触摸屏控制器采用XPT2046芯片。控制端由USB供电电路供电，执行端由STM32F103单片机作为主控单元，经过串口电路和LoRa透传模块接收来自控制端的数据，数据经过STM32F103单片机处理后在液晶显示屏上显示，用户可通过电阻触摸屏控制器实现触摸功能，并根据液晶显示屏的显示对电动球阀阀门进行开启和关闭控制，对管道水流量设置、切换湿度阈值灌溉，并命令经过串口电路和LoRa透传模块发送到执行端，控制端对水流量等级进行划分，设定延时时间，电机驱动模块根据控制端的指令，通过驱动电动球阀的旋塞体转动时间，进而控制管道流断面，从而达到控制水流量的效果，相应动作完成后，电动球阀将状态反馈给执行模块的STM32F103单片机，ADC转换电路将湿度传感器的数据转换成电信号发送到执行模块的STM32F103单片机，STM32F103单片机经过串口电路和LoRa透传模块将电动球阀状态数据以及湿度数据发送到控制端。

每个执行模块均由各自的太阳能供电模块进行供电，太阳能电池板通过电源管理模块持续为锂电池充电，当执行模块开启后锂电池通过电源管理模块为执行模块供电，其具有能效转换高、维护成本低、部署方便等诸多优点,不需要额外布线，是开阔的田间或者林地供电最理想的选择,用户不需过多的去担心电量问题,给用户良好的体验。

所述LoRa网关通过无线调制技术实现远距离数据传输，加大了整个系统的通讯距离。

本发明的使用方式，包括以下步骤:

步骤一，用户首次使用远程控制的灌溉系统，控制端由USB供电，执行端由太阳能供电模块供电，用户将执行模块安装在需要的管道中，并在控制端对每个执行模块进行配对命名。

步骤二，用户将湿度检测模块数据端接到执行模块，检测端插入土壤中，并打开执行模块湿度检测开启按钮，可开启土壤湿度检测功能，控制端自动实时显示各执行模块对应土壤当前湿度。

步骤三，设置完毕后，用户可在控制端可通过液晶显示控制模块观察到各执行模块阀门开关情况、管道水流量大小情况、土壤湿度情况以及电量情况，并可根据需要在液晶显示控制模块上对各执行端做出阀门开启和关闭控制、管道水流量设置。

步骤四，用户可根据需要切换到湿度监测灌溉模式，当切换到湿度监测灌溉模式时，用户可根据设置最低湿度值以及最宜湿度值，当监测到某执行模块湿度低于最低湿度值时，系统自动打开该执行模块阀门开关，并以用户原设定流速进行灌溉，当湿度到达最宜湿度值时，阀门自动关闭。

本发明为一种远程控制的灌溉系统，采用控制端和执行端分别设有无线传输模块，两无线传输模块通过LoRa网关加大通信距离，传输距离远且受到干扰小，同时也减小了设备的功耗以及外围射频滤波电路的规模，有效的减小了执行模块的体积；每个执行模块独立成个体并进行封装，既保证了设备的简洁性，也保证了可靠的连接性以及整体性能；采用的电动球阀，转矩小，密封性能稳定，在环境恶劣的地区使用寿命长；执行端采用太阳能供电具有能效转换高、维护成本低、部署方便的优点；实时的土壤检测以及自动灌溉功能，使用户的灌溉过程变得更加高效。本发明无需多次灌溉，节约水资源，适宜大面积种植。

以上所述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种远程控制的灌溉系统，其特征在于，包括控制端、执行端和辅助控制端和执行端通信的LoRa网关；

所述控制端用于发出远程控制指令，并接收执行端发来的采集信号；

所述执行端用于执行所述控制端发出的远程控制指令，并将采集信号实时发送给控制端；

控制端和执行端分别设有无线传输模块，两无线传输模块通过LoRa网关匹配并通讯；

所述执行端包括储水单元、与储水单元连接的管道以及安装在管道上的执行模块，所述执行模块包括电动球阀、太阳能供电模块和安装在电路板，电动球阀安装在管道上，所述太阳能供电模块包括电源管理模块、锂电池和太阳能电池板，其中电源管理模块和锂电池设置在球阀上面的盒体内，太阳能电池板放置在执行模块最上方,电动球阀、单片机、太阳能电池板和锂电池均与电源管理模块连接，盒体上部安装电路板，所述电路板上安装单片机、电机驱动模块、无线传输模块和湿度检测模块，单片机分别与电机驱动模块、无线传输模块和湿度检测模块相连，湿度检测模块通过插针与执行模块连接，其检测端埋入土壤内进行湿度检测，电机驱动模块与电动球阀连接，控制电动球阀启闭。

2.如权利要求1所述的一种远程控制的灌溉系统，其特征在于，还包括太阳能板，所述太阳能板安装在电路板上面，通过连线与电源管理相连，并为锂电池供电。

3.如权利要求1所述的一种远程控制的灌溉系统，其特征在于，所述控制端还设有液晶显示控制模块，用于对整个系统进行控制并显示执行模块发来采集信号和水管水流量。

4.如权利要求3所述的一种远程控制的灌溉系统，其特征在于，所述采集信号包括电动球阀启闭状态、土壤湿度值和锂电池电量。

5.如权利要求1所述的一种远程控制的灌溉系统，其特征在于，所述管道包括主管和与主管相连的若干支管。

6.如权利要求5所述的一种远程控制的灌溉系统，其特征在于，所述支管上分别安装执行模块。

7.如权利要求1所述的一种远程控制的灌溉系统，其特征在于，所述控制端和执行端为全双工通信。

8.一种远程控制的灌溉系统的使用方法，包括以下步骤：

步骤一，用户首次使用远程控制的灌溉系统，控制端由USB供电，执行端由太阳能供电模块供电，用户将执行模块安装在需要的管道中，并在控制端对每个执行模块进行配对命名；

步骤二，用户将湿度检测模块数据端接到执行模块，检测端插入土壤中，并打开执行模块湿度检测开启按钮，可开启土壤湿度检测功能，控制端自动实时显示各执行模块对应土壤当前湿度；

步骤三，在控制端观察和设置湿度预设值和实时显示土壤湿度数值、电动球阀启闭和水流量设置数值，并控制各执行端做出电动球阀开启和关闭控制、管道水流量设置；

步骤四，用户根据需要切换到湿度监测灌溉模式，当切换到湿度监测灌溉模式时，用户根据设置最低湿度预设值以及最宜湿度预设值，当监测到某执行模块湿度低于最低湿度预设值时，控制端给相应执行端的单片机信号，单片机给电机驱动模块信号，系统自动打开该执行模块电动球阀开关，并以用户原设定流速进行灌溉，当湿度到达最宜湿度预设值时，电动球阀开关自动关闭。

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