CN113383696A - 一种基于无线组网的农业大棚自动化灌溉与监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无线组网的农业大棚自动化灌溉与监控系统，包括采集系统和储水箱，所述储水箱一侧通过止回阀连接有抽水机，所述抽水机出水端安装有过滤装置，所述过滤装置上端通过弯折管连接有灌溉主管，所述灌溉主管进水端设置有电动蝶阀，所述电动蝶阀一侧的所述灌溉主管上依次设置有管道压力传感器和流量计，所述灌溉主管伸入大棚内，所述采集系统通过内部数据线连接至数据库，所述数据库通过内部数据线连接至CC2530SOC，所述CC2530SOC信号输出端通过无线组网模块无线传输至移动终端，本发明无线组网模块实现信号无线传输，且结构设计合理，使用、安装、维护方便，投入、改造成本低，设定、控制简便，适合作为智能农业灌溉系统的推广和应用。
Description
技术领域
本发明涉及农业大棚灌溉与监控技术领域，具体为一种基于无线组网的农业大棚自动化灌溉与监控系统。
背景技术
随着生活水平的不断提高，人们对于绿色食品的需求量越来越大。农业大棚就是一种一年四季都能获取绿色食品的重要途径，农田灌溉在绿色食品生产中占据着极其重要的地位，其灌溉质量与效率极大地影响着农民的生活与收入。目前，多地依然采用大功率的水泵通过人工手控方式进行灌溉，不仅浪费水资源，而且灌溉效率低，无法智能在线监控并控制其灌溉系统，同时氧气浓度、二氧化碳浓度、阳光照射强度、空气温度以及土壤湿度对大棚内农作物的生长起着决定性作用，而目前很多大棚依旧采用传统的监控方式，其缺点非常明显，如布线烦琐、成本高昂、维护麻烦、需要实时有人看守，无线组网具有范围广、设备搭载能力强、安全性能高、稳定性好、功耗低等优势，并综合了多项技术，包括分布式信息处理技术、传感器技术、无线通信技术和嵌入式计算技术，通过相互协作完成对各种目标信息的实时感知、检测和采集，分析处理所得的数据，因此急需设计一款基于无线组网的大棚内各种设备的无线监控系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于无线组网的农业大棚自动化灌溉与监控系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种基于无线组网的农业大棚自动化灌溉与监控系统，包括采集系统和储水箱，所述储水箱一侧通过止回阀连接有抽水机，所述抽水机出水端安装有过滤装置，所述过滤装置上端通过弯折管连接有灌溉主管，所述灌溉主管进水端设置有电动蝶阀，所述电动蝶阀一侧的所述灌溉主管上依次设置有管道压力传感器和流量计，所述灌溉主管伸入大棚内，所述采集系统通过内部数据线连接至数据库，所述数据库通过内部数据线连接至CC2530 SOC，所述CC2530 SOC信号输出端通过无线组网模块无线传输至移动终端。
优选的，所述采集系统包括灌溉系统监控模块和大棚环境监控模块，所述灌溉系统监控模块包括所述流量计和管道压力传感器，所述大棚环境监控模块包括CO2传感器、O2传感器、空气湿度传感器和土壤湿度传感器，数据采集智能且准确性高，适于还原大棚内最适合农作物生长的环境。
优选的，所述无线组网模块包括6Low PAN和GPRS，且所述无线组网模块的网络节点均可双向连接所述CC2530 SOC和所述移动终端的信号传输，实现远近距离的高效无线传输，传输稳定，且能耗低。
优选的，所述移动终端可根据所述灌溉系统监控模块和所述大棚环境监控模块采集的信号无线电性控制所述电动蝶阀，能够实时监测并远程控制灌溉水量，无需人工现场监测，减少人力资源浪费。
优选的，所述储水箱外周端面上一体安装有可视窗，所述储水箱底部连接有排水口，且所述排水口上安装有排水阀，避免落叶等杂质堆积。
优选的，所述储水箱顶端安装有遮阳集水片，起到遮阳的作用，防止水分蒸发，同时还能收集雨水，节约资源，所述储水箱下端连接所述止回阀的一侧安装有滤网，避免如落叶等杂质进入灌溉设备，造成装置损坏。
优选的，所述灌溉主管上开设有若干个出水孔，所述出水孔上连接有灌溉支管，可适配不同灌溉面积，提高实用性。
优选的，所述灌溉支管进水端设置有微型电动阀，所述灌溉支管朝下端面上设置有若干个滴水器，所述灌溉支管朝上端面上设置有若干个旋转喷头，能根据土壤条件和农作物需求选择不同灌溉方式，实用性强。
优选的，所述电动蝶阀上端安装有电动驱动装置，且所述电动驱动装置电能驱动端同内部导线连接至所述CC2530 SOC，实现人工智能。
优选的，所述弯折管两端均一体连接有三角法兰盘，且所述三角法兰盘每个端脚上均开设有螺孔，三角连接快捷方便省力。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明一种基于无线组网的农业大棚自动化灌溉与监控系统，首先通过6Low PAN和GPRS组合形成长短距通信网络，6Low PAN普及范围大，适用性强，在IP网络协议栈架构受到广泛的认可，可以自动读取MAC地址，并根据相关规则配置好所需的IPV6地址，对采集系统的传感器网络来说，适配性很强；GPRS技术更是完美地结合了移动通信技术和数据通信技术，尤其是Internet技术，能确保在对移动设备传输信号源的时候高速高效，且不会掉线，保证了系统信号传输的稳定性，且通过无线组网模块进行本发明的信号传输，有效解决了传统大棚灌溉与监控系统装置之间的有线连接，不但增加了装置的繁琐程度，且需要人工实时操作，本发明可通过无线组网模块实现不同远近距离的在线操作，减少人力物力，操作简单快捷；
本发明控制器部分采用了CC2430 SOC单片机作为无线组网接收器和数据处理及控制器芯片，可以大大减少硬件设计的复杂度以及提高射频通信系统的稳定性，功耗低，性能高，具有优良的无线接收灵敏度和较大的抗干扰性；
本发明通过设置的采集系统能够对灌溉系统和大棚环境进行各参数的采集存储和处理，并通过无线组网模块传输至移动终端，实现信息的传向传递和装置的远程控制，工作人员能准确的知道灌溉状态，并通过移动终端触发CC2430 SOC控制各电气设备实现灌溉方式、灌溉量和灌溉次序的调节，提高智能性；大棚环境监控模块由不同传感器组成，实现了环境参数的智能采集，利于大棚内各设备的协调设置，有利于农作物生长。
本发明结构设计合理，使用、安装、维护方便，投入、改造成本低，设定、控制简便，适合作为智能农业灌溉系统的推广和应用。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明基于无线组网的系统工作原理框图；
图3为本发明采集系统结构框图；
图4为本发明灌溉管道正面结构示意图；
图5为本发明灌溉管道背面结构示意图；
图6为本发明电动蝶阀结构示意图；
图7为本发明弯折管结构示意图。
图中：1-大棚；2-灌溉主管；3-出水孔；4-流量计；5-管道压力传感器；6-电动蝶阀；7-弯折管；8-过滤装置；9-抽水机；10-止回阀；11-滤网；12-排水阀；13-排水口；14-可视窗；15-储水箱；16-遮阳集水片；17-微型电动阀；18-旋转喷头；19-灌溉支管；20-滴水器；21-三角法兰盘；22-CO2传感器；23-O2传感器；24-空气湿度传感器；25-土壤湿度传感器；26-电动驱动装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，一种基于无线组网的农业大棚自动化灌溉与监控系统，储水箱15一侧通过止回阀10连接有抽水机9，所述抽水机9出水端安装有过滤装置8，所述过滤装置8上端通过弯折管7连接有灌溉主管2，所述灌溉主管2进水端设置有电动蝶阀6，所述电动蝶阀6一侧的所述灌溉主管2上依次设置有管道压力传感器5和流量计4，所述灌溉主管2伸入大棚1内。
参见图2，采集系统通过内部数据线连接至数据库，所述数据库通过内部数据线连接至CC2530 SOC，所述CC2530 SOC信号输出端通过无线组网模块无线传输至移动终端，所述无线组网模块包括6Low PAN和GPRS，且所述无线组网模块的网络节点均可双向连接所述CC2530 SOC和所述移动终端的信号传输，实现远近距离的高效无线传输，传输稳定，且能耗低，且所述移动终端可根据所述灌溉系统监控模块和所述大棚环境监控模块采集的信号无线电性控制所述电动蝶阀6，能够实时监测并远程控制灌溉水量，无需人工现场监测，减少人力资源浪费。
参见图3，所述采集系统包括灌溉系统监控模块和大棚环境监控模块，所述灌溉系统监控模块包括所述流量计4和管道压力传感器5，所述大棚环境监控模块包括CO2传感器22、O2传感器23、空气湿度传感器24和土壤湿度传感器25，数据采集智能且准确性高，适于还原大棚内最适合农作物生长的环境。
参见图1，所述储水箱15外周端面上一体安装有可视窗14，所述储水箱15底部连接有排水口13，且所述排水口13上安装有排水阀12，避免落叶等杂质堆积，所述储水箱15顶端安装有遮阳集水片16，起到遮阳的作用，防止水分蒸发，同时还能收集雨水，节约资源，所述储水箱15下端连接所述止回阀10的一侧安装有滤网11，避免如落叶等杂质进入灌溉设备，造成装置损坏。
参见图4-5，所述灌溉主管2上开设有若干个出水孔3，所述出水孔3上连接有灌溉支管19，可适配不同灌溉面积，提高实用性，所述灌溉支管19进水端设置有微型电动阀17，所述灌溉支管19朝下端面上设置有若干个滴水器20，所述灌溉支管19朝上端面上设置有若干个旋转喷头18，能根据土壤条件和农作物需求选择不同灌溉方式，实用性强。
参见图6，所述电动蝶阀6上端安装有电动驱动装置26，且所述电动驱动装置26电能驱动端同内部导线连接至所述CC2530 SOC，实现人工智能。
参见图7，所述弯折管7两端均一体连接有三角法兰盘21，且所述三角法兰盘21每个端脚上均开设有螺孔，三角连接快捷方便省力。
工作原理：本发明为一种基于无线组网的农业大棚自动化灌溉与监控系统，通过在储水箱15一侧连接灌溉管道，并延伸至大棚1内实现水的输送灌溉，同时储水箱15上端倾斜安装有遮阳集水片16，实现遮阳的同时还能将雨水收集到储水箱15中，节约了资源，储水箱15上一体安装有可视窗14，能够便于观察储水箱15内的水量，储水箱15下方设置有直径较大的排水口13，排水口13上连接的手动启停的排水阀12，便于及时将储水箱15内沉淀的杂质排出。
储水箱15一侧连接灌溉管道的部位设置有滤网11，进行灌溉水的初步过滤，避免落叶等杂质进入管道造成堵塞，滤网11一侧通过灌溉管道连接有止回阀10，当进口压力大于阀瓣重量及其流动阻力之和时，阀门被开启，反之，介质倒流时阀门则关闭，无需电力控制自动工作，止回阀10一侧管道连接有抽水机9，抽水机9对储水箱15内的水源进行抬升并经过电动蝶阀6进入到灌溉主管2，电动蝶阀6一侧依次安装有管道压力传感器5和流量计4，用来测量水流的压力和流量，便于调节电动蝶阀6的开度，避免水资源的浪费，实现在线监控实时调节。
灌溉主管2上开设有若干个出水孔3，并延伸至大棚1内，出水孔3上安装灌溉支管19，灌溉支管19进水端安装有微型电动阀17，可以实现对每个灌溉支管19内部水的启停控制，避免浪费，实现灌溉范围的调节，灌溉支管19朝下的端面上设置若干个滴水器20，实现滴灌，节水的同时提高灌溉效率，灌溉支管19朝上的端面上设置若干个旋转喷头18，旋转喷头18内部单独设置电磁阀，可以根据大棚1内农作物灌溉需求选择是否打开旋转喷头18，进行大面积的喷洒灌溉。
本发明的采集模块内设置有灌溉系统监控模块和大棚环境监控模块，灌溉系统监控模块包括管道压力传感器5和流量计4，大棚环境监控模块包括CO2传感器22、O2传感器23、空气湿度传感器24和土壤湿度传感器25，检测大棚1内的CO、O2浓度、空气湿度和土壤湿度，并将检测的数据通过信号线传输到数据库，并经过CC2530 SOC单片机进行数据处理分析，通过无线组网模块无线传输到移动终端，其中无线组网包括6Low PAN和GPRS，实现远近距离的信号稳定传输，同时通过无线组网模块的信号双向传输，数据互换功能，用户同理可通过移动终端的操控面板控制各传感器对应电气设备的调节，若土壤湿度超出预设值，则可远程关闭部分微型电动阀17，并关闭旋转喷头18内部的电磁阀，仅开启部分滴水器20进行滴灌，实现了灌溉系统的在线监控和调节，节约了水资源，同时确保农作物的生长环境处于稳态。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种基于无线组网的农业大棚自动化灌溉与监控系统，其特征在于：包括采集系统和储水箱(15)，所述储水箱(15)一侧通过止回阀(10)连接有抽水机(9)，所述抽水机(9)出水端安装有过滤装置(8)，所述过滤装置(8)上端通过弯折管(7)连接有灌溉主管(2)，所述灌溉主管(2)进水端设置有电动蝶阀(6)，所述电动蝶阀(6)一侧的所述灌溉主管(2)上依次设置有管道压力传感器(5)和流量计(4)，所述灌溉主管(2)伸入大棚(1)内，所述采集系统通过内部数据线连接至数据库，所述数据库通过内部数据线连接至CC2530 SOC，所述CC2530 SOC信号输出端通过无线组网模块无线传输至移动终端。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线组网的农业大棚自动化灌溉与监控系统，其特征在于：所述采集系统包括灌溉系统监控模块和大棚环境监控模块，所述灌溉系统监控模块包括所述流量计(4)和管道压力传感器(5)，所述大棚环境监控模块包括CO2传感器(22)、O2传感器(23)、空气湿度传感器(24)和土壤湿度传感器(25)。
3.根据权利要求1所述的一种基于无线组网的农业大棚自动化灌溉与监控系统，其特征在于：所述无线组网模块包括6Low PAN和GPRS，且所述无线组网模块的网络节点均可双向连接所述CC2530 SOC和所述移动终端的信号传输。
4.根据权利要求1所述的一种基于无线组网的农业大棚自动化灌溉与监控系统，其特征在于：所述移动终端可根据所述灌溉系统监控模块和所述大棚环境监控模块采集的信号无线电性控制所述电动蝶阀(6)。
5.根据权利要求1所述的一种基于无线组网的农业大棚自动化灌溉与监控系统，其特征在于：所述储水箱(15)外周端面上一体安装有可视窗(14)，所述储水箱(15)底部连接有排水口(13)，且所述排水口(13)上安装有排水阀(12)。
6.根据权利要求1所述的一种基于无线组网的农业大棚自动化灌溉与监控系统，其特征在于：所述储水箱(15)顶端安装有遮阳集水片(16)，所述储水箱(15)下端连接所述止回阀(10)的一侧安装有滤网(11)。
7.根据权利要求1所述的一种基于无线组网的农业大棚自动化灌溉与监控系统，其特征在于：所述灌溉主管(2)上开设有若干个出水孔(3)，所述出水孔(3)上连接有灌溉支管(19)。
8.根据权利要求1所述的一种基于无线组网的农业大棚自动化灌溉与监控系统，其特征在于：所述灌溉支管(19)进水端设置有微型电动阀(17)，所述灌溉支管(19)朝下端面上设置有若干个滴水器(20)，所述灌溉支管(19)朝上端面上设置有若干个旋转喷头(18)。
9.根据权利要求1所述的一种基于无线组网的农业大棚自动化灌溉与监控系统，其特征在于：所述电动蝶阀(6)上端安装有电动驱动装置(26)，且所述电动驱动装置(26)电能驱动端同内部导线连接至所述CC2530 SOC。
10.根据权利要求1所述的一种基于无线组网的农业大棚自动化灌溉与监控系统，其特征在于：所述弯折管(7)两端均一体连接有三角法兰盘(21)，且所述三角法兰盘(21)每个端脚上均开设有螺孔。
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