CN201414327Y - 一种草坪自动浇灌控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种草坪自动浇灌的控制装置，属自动控制和无线通信技术领域。该装置包括中央处理模块和信息采集模块，中央处理模块由微处理器[1]、显示器[2]、无线发射接收器[3]、水阀控制器[4]和键盘[5]组成；信息采集模块由土壤湿度传感器[6]、温度传感器[7]、无线发射接收器[3]、电源检测电路[8]和微处理器[9]组成；中央处理模块与信息采集模块之间的数据通信采用无线传输。它能根据土壤的湿度和周围环境的温度情况，确定是否浇水，在保证植物正常生长的情况下，达到了节约用水的目的。该装置的测量传感器可以在草坪上任意安放，增加了使用的灵活性。

Description

一种草坪自动浇灌控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种草坪自动浇灌的控制装置，具体涉及一种采用无线通信技术实现草坪自动浇灌的控制装置，属自动控制和无线通信技术领域。

背景技术

每种草坪草生长所需的土壤最适宜水分是不同的，不同土壤含水量和保持水分的时间长短也不相同。一般情况下，如果10～15cm深处的土壤是干燥的，就应该浇水，因为多数草坪草的根系位于土层10～15cm处。对于面积较大的草坪，其浇灌系统需要根据土壤的温湿度及气候、草坪草的种类等情况进行自动控制，实现自动浇灌。

在本实用新型作出之前，公开号为CN1692709的中国发明专利“绿化地带自动浇灌系统的节水控制方法”，在通过时间控制器定时对绿化地带进行浇灌的自动控制系统的技术基础上，再增设湿度控制器，让它与时间控制器一起共同组成对绿化地带进行浇灌的自动控制系统。该装置是由湿度控制器控制的湿度控制阀与由时间控制器控制的时间控制阀在浇灌系统供水管道中以串联的方式同时控制水阀的开关，其湿度采集点的位置固定，在使用时缺乏一定的灵活性，还由于草坪草正常生长所需水分会随草种与季节的不同而改变，因此，自动灌溉装置的湿度阈值应该可以随时改变，上述技术方案未能实现。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种适用性广、使用灵活的草坪自动浇灌控制装置。

实现本实用新型发明目的所采用的技术方案是：一种草坪自动浇灌控制装置，包括中央处理模块和信息采集模块；所述的中央处理模块包括微处理器、显示器、无线发射接收器、水阀控制器和键盘，无线发射接收器的输入、输出端分别与微处理器的端口连接，微处理器的输出端口与显示器连接，键盘的输出端与微处理器的输入端口连接；水阀控制器的输入端与微处理器的输入端口连接；所述的信息采集模块包括土壤湿度传感器、温度传感器、无线发射接收器和微处理器，土壤湿度传感器的控制端通过开关与微处理器的输出端连接，土壤湿度传感器和温度传感器的数据输出端分别与微处理器的输入端连接，无线发射接收器的输入、输出端分别与微处理器的端口连接。

所述的水阀控制器包括驱动器和继电器组，驱动器的输入端与微处理器的输出端连接，输出端与继电器组的输入端连接，继电器组的输出端连接至电磁阀。

所述的键盘由四个按键组成，通过接口分别与微处理器的输入端连接。

所述的显示器为LCD液晶显示器。

所述的信息采集模块包括太阳能电池和电压检测电路，太阳能电池的电压输出端经过电压检测电路与微处理器的输入端连接。

本实用新型技术方案中，中央处理模块与信息采集模块之间的数据通信采用无线传输。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有的优点是：

1、由于本实用新型通过中央处理模块和若干个信息采集模块，能根据多点(可根据草坪实际情况自定)土壤的湿度和周围环境的温度情况，确定是否浇水，在保证植物正常生长的情况下，达到了节约用水的目的。

2、中央处理模块与信息采集模块之间的数据通信采用无线传输，传感器可以在草坪上任意安放，增加了使用的灵活性。

3、水阀开启的湿度阈值和温度阈值等条件可以根据需要自行设定，以适用于不同种类的草坪草，扩大了使用范围。

附图说明

附图1是本实用新型实施例的中央处理模块的结构示意图；

附图2是本实用新型实施例的信息采集模块的结构示意图；

附图3是本实用新型实施例的系统结构示意图；

其中：1、微处理器；2、显示器；3、无线发射接收器；4、水阀控制器；41、驱动器；42、继电器组；5、键盘；6、土壤湿度传感器；7、温度传感器；8、电源检测电路；9、微处理器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例：

参见附图1所示，本实施例中央处理模块包括微处理器1、显示器2、无线发射接收器3、水阀控制器4和键盘5。微处理器优先选择型号为MSP430F247的单片机，它具有多个通用的I/O端口，方便液晶显示器和键盘按键的接入，在系统工作期间，液晶显示器显示系统的工作状态，并能很好地配合按键来显示用户输入的各个阈值，同时，电磁阀的开关也由该模块控制。

显示器选择LCD液晶显示器。微处理器通过P4口、P5.0～P5.3和P3.7口连接LCD并控制LCD显示的内容。

水阀控制器4包括驱动电路和电磁阀。驱动电路中，驱动器41的一端连接到继电器组42，另一端通过P2.1和P2.2口连接到微处理器1。继电器组的另一端连接至电磁阀。键盘由四个按键组成，分别为按键ESC、SHIFT、DOWN和ENTER。微处理器通过P1.5，P1.6，P1.7，P2.0口与这四个按键连接。系统工作时，这四个按键相互配合输出的信息可以被微处理器读取，以完成对系统工作所需各参数的设置。无线发射接收器与微处理器的P2.4～P2.7和P3.0～P3.5连接，微处理器对无线发射接收器接收到的信息进行分析处理，决定是否控制驱动电路开启电磁阀。

参见附图2所示，信息采集模块包括土壤湿度传感器6、温度传感器7、电源检测电路8、无线发射接收器3和微处理器9。微处理器优先选择型号为MSP430F1232的单片机，它的内部带有A/D转换功能，可以将湿度传感器输入的模拟电压转换成数字信号。在温度较高的情况下，植物不宜浇水。所以，温度传感器是不可或缺的一部分。电源检测电路可以保证系统各单元的工作正常。与中央处理模块之间，系统采用nRF905无线发射模块，增大系统使用灵活性。

微处理器的P3.0口连接到开关芯片，以控制湿度传感器1的开启与关闭。湿度传感器采集的信号经过滤波电路送入微处理器的P2.1口。温度传感器连接到微处理器的P3.5和P3.4口，其采集到的温度信息通过这两个引脚送入微处理器内部。采集模块采用的是太阳能电池供电，故该模块还有一个电压检测电路。连接方式为太阳能电池电压输出端经过电压检测电路——分压电路送入P2.1口。另外，微处理器的P1.0～P1.3，P2.3～P2.4，P3.1～P3.3，P3.7口连接到无线发射接收器，与中央控制模块之间以无线传输的方式进行信息交流。

本实施例的单元电路采用如下技术方案：

1、无线发射模块

采用nRF905无线发射模块，具有GFSK调制解调技术，工作于433/868/915MHz3个ISM频道。它由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成，具有低功耗的Shock Burst工作模式，可以自动完成添加前导码和CRC的工作，可由片内硬件自动完成曼彻斯特编码/解码，使用SPI接口与MCU通信，配置非常方便。作为射频发射芯片，其低功耗性能是极为突出。nRF905一次发射最多可传输的数据量为32B。天线接口设计为差分天线，便于使用低成本的PCB天线。系统选用的MSP430F1232单片机带有SPI功能，方便了nRF905的配置。

2、液晶显示模块

液晶显示器用来显示湿度阈值、温度阈值、查询间隔、系统状态等信息。由于每种草坪草生长所需水分和保持水分的时间长短不同，所以不能在程序内部设定阈值。于是在系统中增加了四个按键，针对不同品种的草，用户可以通过按键自行设定阈值。此外，系统查询的时间间隔也可以自己设定。在不同的天气状况下，合理设置查询间隔，可以减少能源浪费。在系统工作期间，液晶显示了系统的状态——休息或定时检测。当查询各子系统时，液晶则显示了与各子系统通信状况——出错或正常。在对信息处理过程中，当电源不够、温度过高时，显示相应的提示信息。在分析完所有数据后，最终显示水阀开关的状态。液晶显示器可以很好地让用户掌握系统的工作情况。

3、温度传感器

鉴于在温度较高的情况下植物不宜浇水，所以在整个系统中，温度传感器是必不可少的。该系统选用了TI公司的tmp275型号的温度传感器，其内部带有A/D转换功能，与单片机之间进行两线操作。本设计中，MSP430F1232是主器件，tmp275作为从器件，其串行通信地址为0x00。当MSP430F1232读取tmp275温度寄存器的内容时，需先依次写入tmp275的串行通信地址与温度寄存器地址，再读取16位(8位也可以)温度数据。在SCL为高电平期间，SDA由高电平到低电平的跳变将会启动传输，之后主机给出7位串行通信地址与写控制信号(读/写控制位为0则表明是主机读取数据，为1是写数据)，在SCL的第9个时钟周期期间，tmp275给出应答信号后，MSP430F1232写入温度寄存器地址0x00，在得到tmp275ADT75发出的应答信号后，结束写操作。随后主机再次启动数据传输，写入tmp275的串行通信地址与读控制信号，得到应答后，先读入温度数据的高8位，并由主机BF537给出应答信号，再读入低8位温度数据。由于tmp275内含12位AD，因此读得的16位数据中，低4位为0。将高12位数据取补码后左移4位即可得到实际温度值。

本实施例的控制装置可通过软件设计实现如下功能：

1、中央控制模块包含一个人机交互界面，它由一个液晶显示器和四个按键组成。用户可以通过这个界面设置适合于自己草种的参数。其设定的参数包括湿度阈值、温度阈值、查询间隔和区域个数，选择这四个参数的意义如下：

(1)湿度阈值与系统采集到的若干数值进行比较(依据某种算法)，从而判断土壤是否需要开闸放水。其默认参数为0.01伏。

(2)温度阈值的设定是为了避免在例如夏天正午的高温下给植物灌水。其默认参数为20摄氏度。

(3)查询间隔是指水阀上一轮查询结束到下一轮查询开始的时间间隔是多少。其默认间隔为1分钟。

(4)区域个数的设定可以让一个中央控制模块能够管理多个区域。其默认个数为1个。

此外，液晶显示器还显示了下一步的操作提示。

2、中央控制模块上的四个按键从左到右依次是退出键、移位键、设置键和进入键，可实现如下功能：

(1)退出键——系统在检测完毕后按下退出键，系统则退出检测状态进入休息状态；如果系统一遍查询完毕后没有按下退出键，那么系统仍处于检测状态下，在过了设定的查询间隔后，系统将进行第二轮检测。

(2)移位键——在设定参数时，按下移位键，则液晶显示器上的光标会向下一个位置移动。所以，用户设定数值时，只要按下移位键将光标定位到这个数值的位置即可。

(3)设置键——光标定位后利用该键改变数值。单个位置上数值变化的范围是0-9，按键每按一次，对应位置上的数值加1，当数值为9时按下按键，则对应位上的数值将重新跳回0。

(4)进入键——当用户将各个参数设定以后，按下进入键，系统进入检测状态。

当系统进入检测状态后，液晶则显示系统工作的状态。在界面的最后一行，液晶依次显示中央控制模块跟信息采集模块通信状况、各信息采集模块采集到的数据、水阀开关状态。当测得的温度值大于温度阈值或检测模块电池电压不足时，液晶会给出相应的提示信息。

在水阀开启的状态下，系统默认每隔30秒进行一次查询，以高频率检测来控制浇灌的水量。在水阀关闭的状态下，系统可以退出检测状态也可以根据设定的时间间隔查询。

采集模块的主要任务是对土壤湿度，周围环境温度和电池电压信息的检测。一般用户只要直接给它上电就可以使用了。此外，信息采集模块具有一个智能化的功能，即当中央控制模块收到信息采集模块电池电压不足的信息时，用户可以让系统处于等待状态，当信息采集模块电池电压足够后通知中央控制模块，系统恢复正常工作，然后系统将重新进行检测。

参见附图3，它是本实施例的系统结构示意图。在本实施例中，自动浇灌控制装置由一个中央处理模块和两组信息采集模块组成一个工作系统，其中，一组共有11～1n个信息采集模块组成，可在区域1的草坪中工作，另一组共有21～2n个信息采集模块组成，可在区域2的草坪中工作，系统工作时，由中央处理模块依次查询各信息采集模块。被查询模块依次对电池电压量、温度值和土壤湿度值信息进行采集，通过无线通信发射给中央处理模块。中央处理模块在查询完各信息采集模块后，对收集到的信息进行处理分析，判断是否应该对所在区域开闸放水。在开闸放水期间，系统又能合理控制浇灌的水量。为了扩大该系统的适用范围，开闸放水的温度阈值和湿度阈值可以自行设定。该系统适用性广、使用灵活。

Claims (6)

1、一种草坪自动浇灌控制装置，其特征在于：它包括中央处理模块和信息采集模块；所述的中央处理模块包括微处理器[1]、显示器[2]、无线发射接收器[3]、水阀控制器[4]和键盘[5]，无线发射接收器的输入、输出端分别与微处理器的端口连接，微处理器的输出端口与显示器连接，键盘的输出端与微处理器的输入端口连接；水阀控制器的输入端与微处理器的输入端口连接；所述的信息采集模块包括土壤湿度传感器[1]、温度传感器[2]、无线发射接收器[4]和微处理器[5]，土壤湿度传感器的控制端通过开关与微处理器的输出端连接，土壤湿度传感器和温度传感器的数据输出端分别与微处理器的输入端连接，无线发射接收器的输入、输出端分别与微处理器的端口连接。

2、根据权利要求1所述的一种土壤自动浇灌控制装置，其特征在于：所述的水阀控制器包括驱动器[41]和继电器组[42]，驱动器的输入端与微处理器的输出端连接，输出端与继电器组的输入端连接，继电器组的输出端连接至电磁阀。

3、根据权利要求1所述的一种土壤自动浇灌控制装置，其特征在于：所述的键盘由四个按键组成，通过接口分别与微处理器的输入端连接。

4、根据权利要求1所述的一种土壤自动浇灌控制装置，其特征在于：所述的显示器为LCD液晶显示器。

5、根据权利要求1所述的一种土壤自动浇灌控制装置，其特征在于：所述的信息采集模块包括太阳能电池和电压检测电路[3]，太阳能电池的电压输出端经过电压检测电路与微处理器的输入端连接。

6、根据权利要求1所述的一种土壤自动浇灌控制装置，其特征在于：中央处理模块与信息采集模块通过无线发射接收器传输控制信号和数据。

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