CN203748358U - 基于物联网的精准灌溉装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于物联网的精准灌溉装置，旨在解决当前节水灌溉控制技术布线繁琐、土壤湿度检测误差大等技术问题，包括主控模块、与主控模块对应连接的无线传输模块、对应连接于主控模块的电源模块；还包括与主控模块双向数据通信连接的数据采集控制模块；在主控模块或数据采集控制模块上对应连接有至少一个继电器，并在继电器输出端对应连接有电磁阀，该电磁阀对应设置于输水管道上，在该输水管道的下水端间隔设置有至少一个喷头；在数据采集控制模块上对应连接有至少一个模数转换器；并在模数转换器的输入端对应连接有数据采集器；本实用新型具有布线简单、自动化程度高、土壤湿度检测精确等优点。

Description

基于物联网的精准灌溉装置

技术领域

本实用新型涉及一种智能灌溉装置，尤其涉及一种农业领域的基于物联网的精准灌溉装置。

背景技术

当前，水资源日益紧缺已经成为全球性的问题，节约用水并实现高效用水是人类生存与发展的需求，也是全球经济社会发展的需求。我国作为全球13个贫水国家之一，水资源的不足已经对我国经济和社会的发展构成了严重威胁，甚至成为经济与社会继续向前发展的“瓶颈”， 我国是一个农业大国，同时也是贫水大国，人均水资源占有量约0.23万m³，约为世界人均的1/4，在我国用水中，农业用水占总供水的7O％左右，其中又以农业灌溉为主。农业灌溉效率低下和用水浪费的问题普遍存在。目前全国灌溉水利用率约为43%，单方水粮食生产率只有10公斤左右，大大低于发达国家灌溉水利用率70～80%、单方水粮食生产率2.0公斤以上的水平，因此，随着现代化农业进程的加快和工业用水的不断增加，我国农业必须走节水之路以适应资源的合理利用；大力发展节约用水不仅是发展节水农业、提高农业用水利用效率是我国节水战略中的重要环节，也是一项革命措施，更是我国的基本策略之一。

精准灌溉自动化装置采取因地制宜的原则依据不同地区、不同作物的不同需求，选择不同的灌溉设施，并利用计算机、无线数据通讯、采集控制器、传感器等先进技术对农田灌溉进行监控管理，保证适时适量地满足作物生长所需要的水分从而达到节水灌溉及节水灌溉自动化的目的。近年来，喷灌、微灌、渗灌等一些灌溉技术在我国得到较为广泛应用，并取得了良好的经济效益和社会效益，已显示出强大的生命力。目前节水灌溉所涉及的方式主要包括灌溉控制技术、输水方式和灌溉方式，而目前绝大多数节水灌溉装置的灌溉控制技术严重滞后。控制方式仍多以手工关停水源为主，全凭操作者的经验，科学性差、节水不彻底，同时导致了节水灌溉装置的自动化程度低，大区域推广时管理困难、劳动强度较大，严重阻碍了节水灌溉的进一步推广。同时，现代化灌溉装置的研究应用在农、林及园艺为数不多，目前仍基本停留在人工操作上，即使有些地方设计并实施了灌溉工程自动控制装置，但只是小面积的局部控制，真正具有扩展功能大规模灌溉工程的监控装置在我国也不多见。因此，为了适应农业现代化需求，生产出简单方便、自动化较高、易于推广应用的灌溉控制器是我国节水领域的重要任务之一。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种基于物联网的精准灌溉装置，旨在解决当前节水灌溉控制技术布线繁琐、控制方式原始、自动化程度低、土壤湿度检测误差大、无报警提示功能、大区域推广难度大等技术问题。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型采用的技术方案为：

设计一种基于物联网的精准灌溉装置，包括主控模块、与所述主控模块对应连接的无线传输模块、对应连接于所述主控模块的电源模块；所述无线传输模块为GPRS通信模块、GSM通信模块、3G通信模块、4G通信模块中的至少一种；本装置还包括与所述主控模块双向数据通信连接的数据采集控制模块；在所述主控模块或数据采集控制模块上对应连接有至少一个继电器，并在所述继电器输出端对应连接有电磁阀，该电磁阀对应设置于输水管道上，在该输水管道的下水端间隔设置有一定数量的喷头；在所述数据采集控制模块上对应连接有至少一个模数转换器；并在所述模数转换器的输入端对应连接有数据采集器；所述数据采集器包括土壤湿度传感器；所述土壤湿度传感器包括一个运算放大器、电阻R1、电阻R2；所述电阻R1、电阻R2串联后一端接地，另一端与运算放大器的输出端连接；所述运算放大器的反相输入端接入电阻R1与电阻R2之间，其同相输入端与被检测土壤接触。

所述运算放大器为LM324四运放集成电路运算放大器；所述电阻R1=1KΩ、电阻R2=47 KΩ。

还包括与所述数据采集控制模块或/和主控模块对连接的报警模块；所述报警模块包括闪烁灯及蜂鸣器。

所述数据采集器还包括与对应模数转换器连接的空气湿度检测仪、流量监测仪；所述空气湿度检测仪设置于离地面高度0.5～1.5M处；所述流量监测仪对应设置于输水管道上。

在所述数据采集控制模块或/和主控模块上对应连接有网络通信接口、打印接口、电源接口。

在所述数据采集控制模块或/和主控模块上还对应连接有用于输入相应设置信息或/和命令信息的按键、触摸屏。

所述电源模块包括依次对应连接的变压器、稳压器、稳流器。

所述数据采集控制模块、主控模块均为可编程逻辑控制器。

本实用新型的有益效果在于：

1.本装置以收集土壤水分为基础，采取模块化数据处理及与硬件模块化结构，可以解决目前节水灌溉装置的自动化程度低，大区域推广时管理困难、劳动强度较大导致严重阻碍节水灌溉技术进一步推广的技术问题；

2.本装置同时采用按键、触摸屏的结合可以根据实际情况对本装置的各种参数进行设定及显示，操作更加的方便。

3.本装置同时采用多种无线模块传输技术可以在远处通过上位机的对本装置进行实时操作，本装置采用报警单元的设计在出现故障时可实时发出报警信号，便于操作人员做出相应的处理。

4.本实用新型中所采用的土壤湿度检测电路，可检测相对湿度0～100%RH值，并输出0～100mv信号进而输入至对应的模数转换器中，使得本装置检测的相对湿度范围更加准确，对农作物所需水分判断更加准确，进而对农作物的生长及节水具有重要意义。

5.本装置可以满足不同地区不同环境的需求，且价格低廉，性能可靠。

附图说明

图1为本实用新型主要结构示意图；

图2为本实用新型中土壤湿度传感器检测电路原理示意图；

图中：1为土壤。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：

实施例1：一种基于物联网的精准灌溉装置，参见图1，图2包括主控模块(MCS-51系列单片机)、与主控模块对应连接的且由GPRS通信模块（DATA-6121）、GSM通信模块(900MHZ)、3G通信模块（CDMA2000系列）、4G通信模块（ucos2.86a）组成的无线传输模块，用于与远端上位机或中继点建立网络连接；对应连接于该主控模块的由变压器、稳压器、稳流器依次对应连接的电源模块；以及与所述主控模块(MCS-51系列单片机)双向数据通信连接的数据采集控制模块(MCS-51系列单片机)；在所述主控模块上对应连接有一个继电器，并在该继电器的输出端对应连接有电磁阀，该电磁阀对应设置于输水管道上，在该输水管道的下水端间隔设置有至少一个喷头；该输水管道的上水端与水源（水源压力罐）连接；在所述数据采集控制模块(MCS-51系列单片机)上对应连接有一个模数转换器（14位）；并在模数转换器（14位）的输入端对应连接有数据采集器；该数据采集器包括土壤湿度传感器、空气湿度检测仪、流量监测仪；所述空气湿度检测仪设置于离地面高度1.5M处；所述流量监测仪对应设置于输水管道上；所述的土壤湿度传感器对应设置于土壤深度30cm处。本实用新型中的土壤湿度传感器包括一个运算放大器、电阻R1、电阻R2；所述电阻R1、电阻R2串联后一端接地，另一端与运算放大器的输出端连接；所述运算放大器的反相输入端接入电阻R1与电阻R2之间，其同相输入端与被检测土壤1接触；其中所述运算放大器为LM324四运放集成电路运算放大器；所述电阻R1=1KΩ、电阻R2=47 KΩ。以上该土壤湿度检测电路，可检测相对湿度0～100%RH值，并输出0-100mv输入至对应的模数转换器（14位）中，使得本装置检测的相对湿度范围更加准确，对农作物所需水分判断更加准确，进而对农作物的生长及节水具有重要意义。

作为本实用新型的进一步改进，还包括与所述主控模块（或数据采集控制模块）对连接的报警模块；所述报警模块包括闪烁灯及蜂鸣器；并在所述主控模块（或数据采集控制模块）上对应连接有网络通信接口、打印接口及电源接口。在所述数据采集控制模块（或主控模块）上还对应连接有用于输入相应设置信息或/和命令信息的按键、触摸屏。

本实用新型可通过相应的设置按键可设置所需灌水的时间、灌水时间长短等信息，当土壤湿度传感器、空气湿度检测仪、流量监测仪将检测到的数据信息经对应的模数转换器输入至数据采集控制模块和主控模块中时，数据采集控制模块和主控模块根据所设定的信息判；断是否需要打开相应的继电器，进而由继电器打开相应的电磁阀开关实现灌水；做为本实用新型的进一步改进，可将所检测到的数据信息、工作状态、灌水时间等信息显示在触摸屏上以利于操作人员的实时操作；做为本实用新型的再一步改进，本实用新型可通过对应的口与上位机（电脑）进行数据连接；可通过上位机的实时控制实现对本装置的操作。本实用新型可通过GPRS通信模块、GSM通信模块、3G通信模块、4G通信模块中的一种或多种无线传输将检测到的信息无线传输至远程的上位机上进行显示，并通过远程的上位机进行实时的控制，方便的操作人员的操作。

本实用新型的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本实用新型的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本实用新型的精神，都在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于物联网的精准灌溉装置，包括主控模块、与所述主控模块对应连接的无线传输模块、对应连接于所述主控模块的电源模块；其特征是：还包括与所述主控模块双向数据通信连接的数据采集控制模块；在所述主控模块或数据采集控制模块上对应连接有至少一个继电器，并在所述继电器输出端对应连接有电磁阀，该电磁阀对应设置于输水管道上，在该输水管道的下水端间隔设置有一定数量的喷头；在所述数据采集控制模块上对应连接有至少一个模数转换器；并在模数转换器的输入端对应连接有数据采集器；所述数据采集器包括土壤湿度传感器，该土壤湿度传感器包括一个运算放大器、电阻R1、电阻R2，所述电阻R1、电阻R2串联后一端接地，另一端与运算放大器的输出端连接，所述运算放大器的反相输入端接入电阻R1与电阻R2之间，其同相输入端与被检测土壤接触。

2.如权利要求1所述的基于物联网的精准灌溉装置，其特征是：所述无线传输模块为GPRS通信模块、GSM通信模块、3G通信模块、4G通信模块中的至少一种。

3.如权利要求1所述的基于物联网的精准灌溉装置，其特征是：所述运算放大器为LM324四运放集成电路运算放大器；所述电阻R1=1KΩ、电阻R2=47KΩ。

4.如权利要求1所述的基于物联网的精准灌溉装置，其特征是：还包括与所述数据采集控制模块或/和主控模块对连接的报警模块，该报警模块包括闪烁灯及蜂鸣器。

5.如权利要求1所述的基于物联网的精准灌溉装置，其特征是：所述数据采集器还包括与对应模数转换器连接的空气湿度检测仪、流量监测仪；所述空气湿度检测仪设置于离地面高度0.5～1.5M处；所述流量监测仪对应设置于输水管道上。

6.如权利要求1所述的基于物联网的精准灌溉装置，其特征是：在所述数据采集控制模块或/和主控模块上对应连接有网络通信接口、打印接口、电源接口。

7.如权利要求1所述的基于物联网的精准灌溉装置，其特征是：在所述数据采集控制模块或/和主控模块上还对应连接有用于输入相应设置信息或/和命令信息的按键、触摸屏。

8.如权利要求1所述的基于物联网的精准灌溉装置，其特征是：所述电源模块包括依次对应连接的变压器、稳压器、稳流器。

9.如权利要求1所述的基于物联网的精准灌溉装置，其特征是：所述数据采集控制模块、主控模块均为可编程逻辑控制器。