CN202635265U - 物联网节点式灌溉控制系统 - Google Patents

物联网节点式灌溉控制系统 Download PDF

Info

Publication number
CN202635265U
CN202635265U CN2012201384024U CN201220138402U CN202635265U CN 202635265 U CN202635265 U CN 202635265U CN 2012201384024 U CN2012201384024 U CN 2012201384024U CN 201220138402 U CN201220138402 U CN 201220138402U CN 202635265 U CN202635265 U CN 202635265U
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
internet
control system
links
soil moisture
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2012201384024U
Other languages
English (en)
Inventor
赵燕东
王勇志
刘卫平
聂铭君
刘圣波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Forestry University
Original Assignee
Beijing Forestry University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Forestry University filed Critical Beijing Forestry University
Priority to CN2012201384024U priority Critical patent/CN202635265U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN202635265U publication Critical patent/CN202635265U/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/22—Improving land use; Improving water use or availability; Controlling erosion
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/12—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries using renewable energies, e.g. solar water pumping

Landscapes

  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本实用新型物联网节点式灌溉控制系统，包括若干路由节点和监控计算机。各路由节点包括若干土壤水分传感器、若干阀门、中央控制器、太阳能电池板和充电模块。中央控制器包括控制器、RS-485通讯模块、RF射频模块、存储模块、时钟模块、阀门控制器和电源模块。太阳能电池板经充电模块与中央控制器相连。本实用新型物联网节点式灌溉控制系统的优点是：可以同时测量土壤的温度和多层土壤的水分，达到灌溉水被植物根系有效吸收而不下渗的目的，防止过量灌溉，节水效果明显，有利于推广应用。由太阳能供电，节能低碳，低成本。基于ZigBee的无线网络无需增加网络空间的成本，相比GPRS等无线网络相比有着较大的优势。

Description

物联网节点式灌溉控制系统
技术领域
本实用新型涉及检测和控制系统，特别涉及一种物联网节点式灌溉控制系统。
背景技术
当前我国不管是农业灌溉还是城市绿化用水都是采取很粗放的方式，即凭借经验定时人工灌溉。这种原始的灌溉方式既无法保证植物正常生活所需水量，同时又大大浪费了宝贵的水资源。而园林绿化用水当中常用的人工漫灌方法会造成土壤表层水流过快而来不及渗透到植物根系就顺着地形的流动形成水洼或流到马路当中造成浪费。起步晚，投入低，造成了这方面的技术远远的落后于发达国家。发达国家的节水灌溉方式已经深入到植物生理的各个方面，结合植物蒸腾，土壤墒情，温度等因素，配合计算机技术和网络技术的管理，能真正做到依据植物的需水量来供应水量，大大降低水资源的浪费。但是相对来说这些先进的设备投入成本很高，相对不适合目前我国农业大国的基本国情。
在各种不同的灌溉系统中，由于土壤表层与其下方的各个深层含水量的不同，实时检测不同深度土壤商情信息，根据作物不同生长时期的需水量来酌量灌溉，目前还是一个新的课题，有待研究，也存在如何既有利于植物的生长又尽量不浪费水资源的问题。
另外，检测和控制系统日渐厐大，采用传统供电方式，电力消耗较大，节电也是一个需要解决的问题。传统的网络空间的成本，比如GPRS等无线网络，成本也较高。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种可以同时检测和控制多层土壤的水分，达到灌溉水被植物根系有效吸收，防止过量灌溉，成本低，灌溉和节能效果好的物联网节点式灌溉控制系统。
为达到上述目的，本实用新型物联网节点式灌溉控制系统，包括若干路由节点和监控计算机，各所述路由节点包括若干土壤水分传感器、用于绿地喷灌装置的若干阀门、中央控制器、充电模块和太阳能电池板，其中，所述中央控制器包括控制器和与其分别相连的电源模块、RS-485通讯模块、RF射频模块和阀门控制器，所述太阳能电池板经所述充电模块与所述中央控制器相连，所述土壤水分传感器分别通过所述RS-485通讯模块与所述监控计算机相连，所述阀门与所述阀门控制器对应相连，所述中央控制器通过所述RF射频模块与所述监控计算机无线通讯相连，所述RF射频模块采用ZigBee无线网络。
本实用新型物联网节点式灌溉控制系统，其中每个所述路由节点包括所述土壤水分传感器3个，第一土壤水分传感器与地表的距离为10cm-15cm，第二土壤水分传感器与地表的距离为15cm-20cm，第三土壤水分传感器与地表的距离为20cm-30cm。
本实用新型物联网节点式灌溉控制系统，其中所述控制器设有与其相连的存储模块和时钟模块。
本实用新型物联网节点式灌溉控制系统，其中所述中央控制器还包括功率放大模块，所述RF射频模块通过所述功率放大模块与天线相连。
本实用新型物联网节点式灌溉控制系统，其中所述充电模块包括铅酸电池和与所述铅酸电池相连的太阳能充电控制器，所述电源模块与所述铅酸电池相连，所述太阳能充电控制器与所述太阳能电池板相连。
本实用新型物联网节点式灌溉控制系统的优点是：由于土壤水分传感器分层竖直排列，水平埋放，同时检测和控制多层土壤的水分，可以有效检测地表下30cm范围内土壤温度和水分的变化情况，将上层土壤的含水量控制在设定的范围内，保持中层土壤含水量稳定，从而达到灌溉水被植物根系有效吸收而不下渗的目的，防止过量灌溉，节水效果明显。由太阳能供电，节能低碳，低成本。基于ZigBee的无线网络无需增加网络空间的成本，相比GPRS等无线网络相比有着较大的优势。
下面将结合实施例参照附图进行详细说明，以对本实用新型的目的、特征和优点有深入的理解。
附图说明
图1为本实用新型物联网节点式灌溉控制系统路由节点的结构方框图；
图2为本实用新型物联网节点式灌溉控制系统的示意图；
图3为传感器的安装示意图；
图4为控制器的电路图；
图5电源模块的电路图；
图6为阀门控制器的电路图；
图7为充电模块的电路图。
具体实施方式
下面以实施例对技术方案做详细说明。
参照图1和图2，本实用新型物联网节点式灌溉控制系统，包括若干路由节点8和监控计算机1。各路由节点8包括若干土壤水分传感器4、用于绿地喷灌装置的若干阀门6、中央控制器2、太阳能电池板5和充电模块3。中央控制器2包括控制器20和与其分别相连的RS-485通讯模块25、RF射频模块21、存储模块24、时钟模块23、阀门控制器27和电源模块26。RF射频模块21连接有功率放大模块22和天线7。太阳能电池板5经充电模块3与中央控制器2相连。充电模块3包括铅酸电池31和与铅酸电池31相连的太阳能充电控制器30。
其中，土壤水分传感器4分别通过RS-485通讯模块25经RS-485总线与监控计算机1相连，阀门6与阀门控制器27对应相连，中央控制器2通过RF射频模块21经路由节点8与监控计算机1无线通讯相连。RF射频模块21通过功率放大模块22与天线7相连。电源模块3与铅酸电池31相连，太阳能充电控制器30与太阳能电池板5相连。
路由节点8采用ZigBee无线网络。与其它无线通信网络相比，ZigBee无线网络复杂性低、对资源要求少，低功耗，由于工作周期短、收发信息功耗较低、以及采用了休眠机制，ZigBee终端仅需要两节普通的五号干电池就可以工作六个月到两年。低成本，网络简单且所需的存储空间小，这极大降低了ZigBee的成本。
在本实用新型物联网节点式灌溉控制系统的实施例中，参照图3，每个路由节点8包括土壤水分传感器4共3个，第一土壤水分传感器41与地表的距离h1为10cm-15cm，第二土壤水分传感器42与地表的距离h1+h2为15cm-20cm，第三土壤水分传感器43与地表的距离h1+h2+h3为20cm-30cm。土壤水分传感器4分三层竖直排列，水平埋放。地表以下10cm内上层土壤的含水量是系统的控制对象，在10cm处安装土壤水分传感器监测其水分变化。在15cm和25cm处安装的传感器用于监测地表以下15cm至20cm的中层和距地表20cm以下的下层土壤的水分变化情况，以监测灌溉水的下渗和地下水的向上补给情况。
下面说明本实用新型物联网节点式灌溉控制系统的测量过程。
参照图1，监控计算机1首先向中央控制器2发送数据采集间隔命令及灌溉阈值命令，中央控制器2解析命令并将将采集间隔和灌溉阈值保存在FLASH里。控制器20实时采集时钟时间，如果采集间隔到达，则中央控制器2通过RS-485通讯模块25向相应的土壤水分传感器4发送土壤含水量数据采集指令；土壤水分传感器4根据采集指令测量土壤含水量并将数据返回给控制器20。控制器20首先将数据保存在存储模块24内，然后再把数据返回给监控计算机1；中央控制器2将土壤含水量数据与事先设定的阈值进行比较，并根据比较结果打开或关闭阀门6；最后将阀门6的开关状态发送给监控计算机1并保存在数据库中，以便管理员查看。周而复始，构成一个闭环控制的自动灌溉系统。
下面说明本实用新型物联网节点式灌溉控制系统的电路原理。
使用本系统的前提是喷管系统已经安装完毕。参照图1，结合图4至图7，监控计算机1与中央控制器2之间采用无线通讯方式，中央控制器2与土壤水分传感器4之间采用RS-485总线连接。监控计算机1设置有每个节点的土壤水分上、下限，作为灌溉决策阈值；建立节点与相应区域中阀门控制器的对应关系，用于控制喷灌系统的电磁阀；设置实时采集土壤含水量数据的时间步长，以及适宜的灌溉时间段。使用时按照喷灌装置的分区将绿地划分为若干区域，每一区域设置灌溉控制的路由节点8，参照图2和图3，每个节点安装多个土壤水分传感器4，竖直排列，水平安装，均连接至RS-485总线；将阀门控制器27的输入端连到控制器20，输出端安装在区域内喷灌系统的电磁阀上(正负极对应相接)。上述电路为技术，故不作详细说明。
在本实用新型物联网节点式灌溉控制系统的实施例中，系统采用模糊控制及开关量控制相结合的双位控制算法，能将上层土壤的含水量控制在设定的范围内，保持中层土壤含水量稳定，从而使灌溉水能被植物根系吸收而不会出现过量灌溉导致水分下渗的情况，也不会出现地下水向上补给导致地下水长期亏损的情况，以此达到节约灌溉水和保护地下水资源的目的。
下面以本实用新型物联网节点式灌溉控制系统的实施例说明使用的方法。
假设某绿地按照喷灌系统的控制分区的土壤含水量上限为30％，下限为27％，系统每过半小时采集一次土壤信息(即实时采集的时间步长为0.5h)。系统启动后开始计时，半小时后进行一次数据采集，然后将得到的土壤含水量信息做处理，得到一个土壤含水量数据，将此数据与该控制分区的土壤含水量上下限作比较，如果处于上下限中间则不作进一步处理，如果高于上限且该控制分区中电磁阀已打开，则向该控制分区的阀门控制器发送阀门关闭命令，若低于下限则判断系统当前时间是否处于适宜灌溉时间段，是则向该控制分区的阀门控制器发送阀门打开命令，若不是则不做进一步处理。至此，完成一个监控周期，系统等待下次采集时间的到来。
本实用新型都物联网节点式灌溉控制系统的特点是：
1.土壤水分传感器分三层竖直排列，水平埋放，可以有效检测地表下30cm范围内土壤温度和水分的变化情况，结合控制算法，使系统可以将上层土壤的含水量控制在设定的范围内，保持中层土壤含水量稳定，从而达到灌溉水被植物根系有效吸收而不下渗的目的。使用时根据实际情况设置合理的土壤水分上下限，可以防止过量灌溉，达到节水目的。
2.获得了更充分的灌溉决策依据，并且对灌溉效果的评估更准确，便于修正灌溉策略达到最优控制。
3.节能，低碳。采用太阳能供电，不需要复杂的交流电连接，这样既不破坏植被的美观又能节约能源。
4.低成本。基于ZigBee的无线网络无需增加网络空间的成本，相比GPRS等无线网络相比有着较大的优势。
上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定。在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域普通人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (5)

1.一种物联网节点式灌溉控制系统，其特征在于：包括若干路由节点(8)和监控计算机(1)，各所述路由节点(8)包括若干土壤水分传感器(4)、用于绿地喷灌装置的若干阀门(6)、中央控制器(2)、充电模块(3)和太阳能电池板(5)，其中，所述中央控制器(2)包括控制器(20)和与其分别相连的电源模块(26)、RS-485通讯模块(25)、RF射频模块(21)和阀门控制器(27)，所述太阳能电池板(5)经所述充电模块(3)与所述中央控制器(2)相连，所述土壤水分传感器(4)分别通过所述RS-485通讯模块(25)与所述监控计算机(1)相连，所述阀门(6)与所述阀门控制器(27)对应相连，所述中央控制器(2)通过所述RF射频模块(21)与所述监控计算机(1)无线通讯相连，所述路由节点(8)采用ZigBee无线网络。
2.根据权利要求1所述的物联网节点式灌溉控制系统，其特征在于：其中每个所述路由节点(8)包括所述土壤水分传感器(4)3个，第一土壤水分传感器(41)与地表的距离(h1)为10cm-15cm，第二土壤水分传感器(42)与地表的距离(h1+h2)为15cm-20cm，第三土壤水分传感器(43)与地表的距离(h1+h2+h3)为20cm-30cm。
3.根据权利要求1或2所述的物联网节点式灌溉控制系统，其特征在于：其中所述控制器(20)设有与其相连的存储模块(24)和时钟模块(23)。
4.根据权利要求3所述物联网节点式灌溉控制系统，其特征在于：其中所述中央控制器(2)还包括功率放大模块(22)，所述RF射频模块(21)通过所述功率放大模块(22)与天线(7)相连。
5.根据权利要求4所述物联网节点式灌溉控制系统，其特征在于：其中所述充电模块(3)包括铅酸电池(31)和与所述铅酸电池(31)相连的太阳能充电控制器(30)，所述电源模块(26)与所述铅酸电池(31)相连，所述太阳能充电控制器(30)与所述太阳能电池板(5)相连。
CN2012201384024U 2012-04-01 2012-04-01 物联网节点式灌溉控制系统 Expired - Fee Related CN202635265U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012201384024U CN202635265U (zh) 2012-04-01 2012-04-01 物联网节点式灌溉控制系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012201384024U CN202635265U (zh) 2012-04-01 2012-04-01 物联网节点式灌溉控制系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN202635265U true CN202635265U (zh) 2013-01-02

Family

ID=47404474

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012201384024U Expired - Fee Related CN202635265U (zh) 2012-04-01 2012-04-01 物联网节点式灌溉控制系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN202635265U (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104285763A (zh) * 2014-10-17 2015-01-21 常熟市董浜镇节水灌溉协会 基于物联网的太阳能精准灌溉系统
CN105672218A (zh) * 2016-01-25 2016-06-15 华北水利水电大学 一种灌区节水生态闸
CN105746309A (zh) * 2016-02-23 2016-07-13 沈阳远大智能农业有限公司 滴渗控制方法和滴渗控制系统
CN106359022A (zh) * 2016-08-30 2017-02-01 山东胜伟园林科技有限公司 一种自发电物联网喷灌应急自控系统
CN107950330A (zh) * 2017-11-13 2018-04-24 中国农业大学 一种寒区马铃薯滴灌节水高效栽培方法
CN110679452A (zh) * 2019-11-13 2020-01-14 福建天成保德环保科技有限公司 基于射频组网技术的低功耗智能灌溉系统
CN111492957A (zh) * 2020-04-14 2020-08-07 广州海睿信息科技有限公司 太阳能无线灌溉控制器

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104285763A (zh) * 2014-10-17 2015-01-21 常熟市董浜镇节水灌溉协会 基于物联网的太阳能精准灌溉系统
CN105672218A (zh) * 2016-01-25 2016-06-15 华北水利水电大学 一种灌区节水生态闸
CN105746309A (zh) * 2016-02-23 2016-07-13 沈阳远大智能农业有限公司 滴渗控制方法和滴渗控制系统
CN105746309B (zh) * 2016-02-23 2019-02-05 沈阳远大智能农业有限公司 滴渗控制方法和滴渗控制系统
CN106359022A (zh) * 2016-08-30 2017-02-01 山东胜伟园林科技有限公司 一种自发电物联网喷灌应急自控系统
CN107950330A (zh) * 2017-11-13 2018-04-24 中国农业大学 一种寒区马铃薯滴灌节水高效栽培方法
CN110679452A (zh) * 2019-11-13 2020-01-14 福建天成保德环保科技有限公司 基于射频组网技术的低功耗智能灌溉系统
CN110679452B (zh) * 2019-11-13 2024-05-28 福建天成宝得智能科技有限公司 基于射频组网技术的低功耗智能灌溉系统
CN111492957A (zh) * 2020-04-14 2020-08-07 广州海睿信息科技有限公司 太阳能无线灌溉控制器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN202635265U (zh) 物联网节点式灌溉控制系统
CN105580716A (zh) 大区域多田块自动节水灌溉三级控制系统及其使用方法
CN102291872A (zh) 基于ZigBee无线网络的太阳能路灯联网监控系统
CN206078414U (zh) 用于苗木灌溉的太阳能智能节水控制系统
CN103210819A (zh) 一种基于物联网的农业灌溉监控系统
CN201905101U (zh) 基于ZigBee和GPRS的远程果园智能灌溉系统
Xiang Design of fuzzy drip irrigation control system based on zigbee wireless sensor network
CN202112121U (zh) 一种太阳能节水精准滴灌系统
CN104750077A (zh) 基于ZigBee和GPRS技术深水网箱水质监控系统
CN105284553A (zh) 立体绿化智能节水灌溉系统
CN105519408A (zh) 一种自动节水灌溉的无线网络终端节点及其应用
CN205176549U (zh) 节能型农业大棚无线检测系统
CN205491997U (zh) 大区域多田块自动节水灌溉三级控制系统
CN205431349U (zh) 一种可控制灌溉区域形状的新能源智能喷灌装置
Gao et al. A wireless greenhouse monitoring system based on solar energy
CN201997415U (zh) 基于动态组合太阳能供电的智能喷淋控制装置
CN205830636U (zh) 太阳能光伏发电滴灌系统
CN201562352U (zh) 一种可深入水下的环境监测用无线数据采集及传输装置
CN102342235A (zh) 基于wsn的蔬菜大棚自动灌溉系统
CN204350315U (zh) 一种水库水质监测系统
CN204598885U (zh) 一种分层提水蓄能的分布式自压灌溉光伏系统
CN205266529U (zh) 一种自动节水灌溉的无线网络终端节点
CN113455358A (zh) 一种稻田自动化智能排灌控制闸门及使用方法
CN201532258U (zh) 一种日光室低温预警装置
CN206178384U (zh) 基于北斗通信的提水控制系统

Legal Events

Date Code Title Description
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130102

Termination date: 20130401