CN204244847U - 一种智能灌溉系统 - Google Patents

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王晓兰
蒋中
徐艳
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Abstract

本实用新型提供的一种智能灌溉系统,包括传感单元、按键单元、时钟单元、显示单元、电机驱动单元、蜂鸣提示单元以及控制单元。其中,传感单元可感知环境信息并传输给控制单元;按键单元可以对灌溉时长及条件进行设置,并将设置信息传给控制单元;时钟单元可产生高度精确的时间信息供控制单元使用;显示单元可显示时间信息及环境信息;电机驱动单元可在收到控制信号后启动电机,驱动灌溉设备工作,并由蜂鸣提示单元进行提示;控制单元接收并处理环境信息、时间信息、设置信息,并控制电机驱动单元、显示单元及蜂鸣提示单元工作。本实用新型的智能灌溉系统可以采集环境信息并自动控制灌溉设备工作,系统结构简单,使用方便。

Description

一种智能灌溉系统
技术领域
本实用新型涉及自动化系统领域,具体涉及一种智能灌溉系统。
背景技术
目前我国乃至全世界水资源都严重短缺,水资源的缺乏一定程度上制约了农业生产,而我国是一个农业大国,在农业用水方面需求很大。但没有足够的灌溉用水,将导致粮食产量下降。现有的灌溉大多属于粗放型灌溉,将地下水或者河水直接通过水泵或水渠引入缺水地块,造成很大程度上的浪费,且不具备实时性,往往在人们发现干旱后才进行操作,但这种时候已经对作物的正常生长造成一定的影响。因此,如何更有效地充分利用有限的水资源,及时有效地进行农业灌溉,提高粮食产量成为当前亟待解决的问题。  
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种智能灌溉系统,以解决智能地自动进行农田灌溉的问题。
本实用新型提供的一种智能灌溉系统,包括:
传感单元,用于采集环境信息,并输出所述环境信息;
按键单元,用于设置灌溉定时时间和灌溉时长;
时钟单元,用于输出时间信息;
显示单元,用于显示时间信息及环境信息;
电机驱动单元,用于启动电机,驱动灌溉设备;
蜂鸣提示单元,用于灌溉时进行相应提示;
控制单元,用于接收所述传感单元输出的环境信息、所述按键单元输出的定时时间和灌溉时长以及时钟单元输出的时间信息,并控制所述显示单元进行时间信息及环境信息的显示以及控制电机驱动单元驱动灌溉设备工作。
较佳地,所述传感单元包括一温湿度传感器,所述温湿度传感器用于感知环境的湿度及温度,并将环境的湿度及温度信息转换成数字信号输出。
较佳地,所述按键单元包括第一按键、第二按键、第三按键、第四按键以及第五按键,第一按键、第二按键、第三按键、第四按键以及第五按键的按键信号分别输入控制单元,其中,第一按键用于数值加操作;第二按键用于数值减操作;第三按键用于时钟模式下的日期、时间的设定及调整;第四按键用于温湿度模式下调节湿度百分比;第五按键用于时钟模式与温湿度模式间的切换。
较佳地,所述时钟单元包括一时钟电路芯片,时钟电路芯片的两个晶振管脚分别与一晶振两端相连;该时钟电路芯片与控制单元同步通信,将时间数据传输给控制单元使用。
较佳地,所述显示单元包括一LCD液晶显示芯片以及该LCD液晶显示芯片的外围电路,所述LCD液晶显示芯片由一控制芯片控制温度及湿度的数据显示。
较佳地,所述电机驱动单元包括一继电器开关,继电器开关的控制回路由所述控制单元控制,继电器开关的常开状态端与一电动机相连;当继电器的控制回路收到控制单元的控制信号时,继电器开关闭合至常开状态端,接通电机工作电路,使电机驱动灌溉设备工作。
较佳地,所述蜂鸣提示单元包括一蜂鸣器及外围电路,所述蜂鸣器的输入端与控制单元的输出端相连,灌溉时由控制单元控制进行蜂鸣提示。
较佳地,所述控制单元包括一单片机芯片,所述单片机芯片的数据输入端分别接收按键单元的数据输入,传感单元的数据输入及时钟单元的时间信号输入;并输出控制信号控制电机驱动单元驱动电机工作以及输出信号使蜂鸣提示单元工作。
较佳地,系统工作电源为+5V直流电源,电机工作电源为220V交流市电。
本实用新型提供的一种智能灌溉系统,通过传感单元实时地监测环境信息,并传输给控制单元,由控制单元根据预先设置的灌溉时长及条件判断是否进行灌溉,并发送控制信号给电机驱动单元驱动电机带动灌溉设备工作。设置的时钟单元产生高度精确的时间信息供控制单元使用,显示单元显示时间信息及环境信息,蜂鸣提示单元进行灌溉操作的提示。该智能灌溉系统可以感知环境信息并自动进行信息处理及控制灌溉设备工作,系统功能完备,可视化较好,使用者只需事先根据不同作物的要求设定好启动自动灌溉的条件及灌溉时长即可,且系统也可以将监测信息给予显示,并在执行灌溉时进行蜂鸣提示。
本实用新型实现了农业灌溉的自动化的同时,保证了灌溉的准确性和及时性,解决了传统灌溉方式中灌溉无法自动进行,需人为操作控制灌溉设备的问题,达到了自动根据农田的实际情况及时地启动灌溉工作的效果,避免了人为疏忽耽误作物生长,也有效地节省了人力的消耗。该系统充分利用单片机在自动控制方面的优势,辅以其他电子器件进行自动灌溉控制工作,结构简单,成本较低,且安装及使用方便。
附图说明
图1为本实用新型的智能灌溉系统电路设计框图;
图2A为本实用新型实施例的智能灌溉系统传感单元的优选结构图;
图2B为本实用新型实施例的智能灌溉系统传感单元的优选实施例图;
图3为本实用新型实施例的智能灌溉系统按键单元的一种优选结构图;
图4为本实用新型实施例的智能灌溉系统时钟单元的一种优选结构图;
图5为本实用新型实施例的智能灌溉系统显示单元的一种优选结构图;
图6为本实用新型实施例的智能灌溉系统电机驱动单元的一种优选结构图;
图7为本实用新型实施例的智能灌溉系统蜂鸣提示单元的一种优选结构图;
图8为本实用新型实施例的智能灌溉系统控制单元的一种优选结构图。
标号说明:1-传感单元,2-按键单元,3-时钟单元,4-显示单元,5-电机驱动单元,6-蜂鸣提示单元,7-控制单元,8-灌溉设备。
具体实施方式
为更好地说明本实用新型,兹以一优选实施例,并配合附图对本实用新型作详细说明,具体如下:
如图1所示,本实用新型提供的智能灌溉系统包括传感单元1,用于采集环境信息,并输出所述环境信息;按键单元2,用于设置灌溉定时时间和灌溉时长;时钟单元3,用于输出时间信息;显示单元4,用于显示时间信息及环境信息;电机驱动单元5,用于启动电机,驱动灌溉设备8;蜂鸣提示单元6,用于灌溉时进行相应提示;控制单元7,用于接收传感单元1输出的环境信息、按键单元2输出的定时时间和灌溉时长以及时钟单元3输出的时间信息,并控制所述显示单元4进行时间信息及环境信息的显示以及控制电机驱动单元5驱动灌溉设备工作。其中,电机驱动单元5的电机直接与灌溉设备8相连。
在上述实施方式中,该智能灌溉系统通过利用传感单元1实时监测环境信息,由控制单元7进行环境信息数据的处理判断并控制电机驱动单元5工作,从而驱动相应的灌溉设备工作。控制单元7内灌溉条件及时长由按键单元2进行设置,可由使用者根据不同季节不同作物的情况具体设置,同时使用者可由通过显示单元4观察到当前的环境状态以供参考。在系统自动执行灌溉的时候,还可以由蜂鸣提示单元6来提示使用者当前已执行自动灌溉工作。该系统解决了传统灌溉方式中无法自动进行,需认为监测控制灌溉设备的问题,可根据农田的实际情况及时地自动启动灌溉工作,避免人为疏忽耽误作物生长,同时有效地节省了人力的消耗。
如图2A所示,传感单元1包括一温湿度传感器11,温湿度传感器11包括一感湿元件、一测温元件及一8位数据处理芯片,可以感知环境的湿度及温度,并将湿度及温度的模拟信号转换成数字信号。温湿度传感器11布设于需要执行自动灌溉的农田区域中,对环境信息进行采集监测,并将所测得的环境信息处理输出给控制单元7。优选地,温湿度传感器采用型号为DHT11的芯片,并由DATA引脚输出环境信息数据,如图2B所示。
如图3所示,按键单元2包括第一按键K1、第二按键K2、第三按键K3、第四按键K4以及第五按键K5,第一按键K1、第二按键K2、第三按键K3、第四按键K4以及第五按键K5均有一端接地,另一端的按键信号分别输入控制单元7,其中,第一按键K1用于数值加操作;第二按键K2用于数值减操作;第三按键K3用于时钟模式下的日期、时间的设定及调整;第四按键K4用于温湿度模式下调节湿度百分比;第五按键K5用于时钟模式与温湿度模式间的切换。
如图4所示,时钟单元3包括一时钟电路芯片,时钟电路芯片的两个晶振管脚分别与一晶振两端相连;该时钟电路芯片与控制单元同步通信,将时间数据传输给控制单元使用。优选地,时钟电路芯片的型号为DS1302,采用SPI三线接口与控制单元进行同步通信,时钟电路芯片的I/O、SCLK、引脚作为三线接口输出引脚,将时间数据传输给控制单元7。时钟电路芯片通过处理晶振的晶振信号,将其转换成高度精确的时间,为控制单元及整个系统提供标准的时间信号。
如图5所示,显示单元4包括一LCD液晶显示芯片LCD1以及显示芯片LCD1的外围电路,显示芯片LCD1内部由一控制芯片控制温度及湿度的数据显示。优选地,显示芯片采用型号为LCD1602的液晶显示芯片,可显示两行信息,每行16个字符,配有简单的外围电路,如直流电源及接地端。其RS、RW及E管脚由控制单元7控制,进行寄存器选择、读写控制及使能端控制。D0~D7引脚为数据线引脚,供控制单元7读写数据使用。其中,U1为控制单元的单片机,RP1为一组上拉电阻。
如图6所示,电机驱动单元5包括一继电器开关RL1,继电器开关RL1的控制回路包括一三极管Q2,三极管的基极通过一限流电阻R5与控制单元7相连,继电器开关RL1的常开状态端与电动机电气连接,继电器开关RL1的常闭状态为使电动机工作电路断开的状态,即继电器开关RL1的常闭状态为本系统中的开关断开状态。继电器开关RL1由与一PNP型三极管集电极相连的电感线圈控制。当继电器收到控制单元7的控制信号时,三极管导通进而继电器开关RL1所在的控制回路导通,电感线圈有电流通过产生磁场使继电器开关由常闭状态端转至常开状态端,接通电机工作电路,使电机驱动灌溉设备工作。工作时,该电机驱动电源5主要起到通过控制单元控制继电器,使其接通电机所在电路而开始灌溉工作的作用。优选地,三极管发射极电压为+5V直流电源,电机工作电源为220V交流市电提供,R5阻值为470Ω。
如图7所示,蜂鸣提示单元6包括一蜂鸣器BUZ1及外围电路,所述蜂鸣器BUZ1的电压输入端与一PNP型三极管的集电极相连,该三极管的基极通过一限流电阻R1和控制单元7相连,灌溉时由控制单元7控制进行蜂鸣提示。具体为控制单元7的Buzzer端输出高电平经电阻R1加载在三极管的集电极上使三极管导通,BUZ1有电流通过产生蜂鸣。优选地,该三极管的发射极加载有+5V直流电源,R1阻值为470Ω。
控制单元7包括一单片机芯片作为控制核心,单片机的数据输入端分别接收按键单元2的数据输入,传感单元1的数据输入,时钟单元3的数据输入;单片机将需显示数据发送给显示单元4,也负责输出控制信号控制电机驱动单元5驱动电机工作以及输出信号使蜂鸣提示单元工作。
优选地,控制单元的单片机由 AT89C52单片机作为控制核心,并辅以相应的外围电路。具体来说,如图8所示一种控制单元的优选方案,其工作原理如下:
图8中,U1为单片机,负责接收按键单元2和传感单元1的数据输入。优选地,按键单元2的第一按键K1、第二按键K2、第三按键K3、第四按键K4以及第五按键K5的按键信号分别输入U1的P1.7、P1.6、P1.5、P1.4及P1.3引脚,单片机通过这五个引脚将设置的灌溉条件及时长数据接收。传感单元1的数据由U1的P3.3/ 引脚输入单片机,并由P3.2/ 为传感单元1的传感器芯片提供电源。时钟单元3的三线接口分别接入P3.5/T1、P3.6/ 及P3.7/ 引脚。蜂鸣提示单元的时间信号经过P2.4/A12管脚输入。U1将时间信息和环境信息数据经P0.0/AD0、P0.1/AD1、P0.2/AD2、P0.3/AD3、 P0.4/AD4、P0.5/AD5、P0.6/AD6及P0.7/AD7共8个引脚输出给LCD液晶显示芯片进行显示。当U1接收到的环境信息数据满足灌溉条件时,U1的P2.3/A11输出高电平加载在电机驱动单元5的R5上,三极管Q2导通,电机驱动单元5工作,电机启动并为灌溉设备提供动力进行灌溉;U1的P2.4/A12输出高电平加载在蜂鸣提示单元6的R1上,三极管Q1导通,蜂鸣器工作。
本实施例中,系统各部分的工作电源均为+5V直流电源,优选地,采用三节干电池即可为系统提供持续的工作电源。电机工作电源为220V交流市电。
当然,本实用新型不以该实施例为限,实际应用中,传感单元可以设置多组传感器设备,如在需进行自动灌溉的区域设置多个温湿度采集点,并在各温湿度采集点处配备相应的电机驱动单元与各个位置的喷灌设备相连,由控制单元统一进行监测和自动灌溉控制。也可以在一个区域中设置一到两个电机驱动单元,每个电机驱动单元与多组喷灌设备相连,继电器接通电机工作电路时可以同时启动多组喷灌设备工作。
以上的描述中,可以看出,本实用新型的智能灌溉系统通过利用温湿度传感器实时采集环境信息,并将采集到的环境参数发送给控制单元进行分析,控制单元设置有使用者根据不同的季节、时间和作物的不同等因素预先输入的灌溉条件及灌溉时长,当满足灌溉条件时,控制单元即可对环境信息处理判断并控制电机驱动单元工作,从而驱动相应的灌溉设备工作。本实用新型实现了农业灌溉的自动化的同时,保证了灌溉的准确性和及时性,解决了传统灌溉方式中灌溉无法自动进行,需人为操作控制灌溉设备的问题,达到了自动根据农田的实际情况及时地启动灌溉工作的效果,避免了人为疏忽耽误作物生长,也有效地节省了人力的消耗。此外,本实用新型智能灌溉系统,采用单片机控制相应的其他电路模块,结构简单,成本低廉,方便使用,非常适合在农田灌溉中大面积推广。
以上所述,仅为本实用新型的具体实施方式,但本实用新型的保护范围并不局限于此,任何本领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内,对本实用新型所做的变形或替换,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此,本实用新型的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种智能灌溉系统,其特征在于,包括:
传感单元,用于采集环境信息,并输出所述环境信息;
按键单元,用于设置灌溉定时时间和灌溉时长;
时钟单元,用于输出时间信息;
显示单元,用于显示时间信息及环境信息;
电机驱动单元,用于启动电机,驱动灌溉设备;
蜂鸣提示单元,用于灌溉时进行相应提示;
控制单元,用于接收所述传感单元输出的环境信息、所述按键单元输出的定时时间和灌溉时长以及时钟单元输出的时间信息,并控制所述显示单元进行时间信息及环境信息的显示以及控制电机驱动单元驱动灌溉设备工作。
2.根据权利要求1所述的智能灌溉系统,其特征在于,所述传感单元包括一温湿度传感器,所述温湿度传感器用于感知环境的湿度及温度,并将环境的湿度及温度信息转换成数字信号输出。
3.根据权利要求1所述的智能灌溉系统,其特征在于,所述按键单元包括第一按键、第二按键、第三按键、第四按键以及第五按键,第一按键、第二按键、第三按键、第四按键以及第五按键的按键信号分别输入控制单元,其中,第一按键用于数值加操作;第二按键用于数值减操作;第三按键用于时钟模式下的日期、时间的设定及调整;第四按键用于温湿度模式下调节湿度百分比;第五按键用于时钟模式与温湿度模式间的切换。
4.根据权利要求1所述的智能灌溉系统,其特征在于,所述时钟单元包括一时钟电路芯片,时钟电路芯片的两个晶振管脚分别与一晶振两端相连;该时钟电路芯片与控制单元同步通信,将时间数据传输给控制单元使用。
5.根据权利要求1所述的智能灌溉系统,其特征在于,所述显示单元包括一LCD液晶显示芯片以及该LCD液晶显示芯片的外围电路,所述LCD液晶显示芯片由一控制芯片控制温度及湿度的数据显示。
6.根据权利要求1所述的智能灌溉系统,其特征在于,所述电机驱动单元包括一继电器开关,继电器开关的控制回路由所述控制单元控制,继电器开关的常开状态端与一电动机相连;
当继电器的控制回路收到控制单元的控制信号时,继电器开关闭合至常开状态端,接通电机工作电路,使电机驱动灌溉设备工作。
7.根据权利要求1所述的智能灌溉系统,其特征在于,所述蜂鸣提示单元包括一蜂鸣器及外围电路,所述蜂鸣器的输入端与控制单元的输出端相连,灌溉时由控制单元控制进行蜂鸣提示。
8.根据权利要求1所述的智能灌溉系统,其特征在于,所述控制单元包括一单片机芯片,所述单片机芯片的数据输入端分别接收按键单元的数据输入,传感单元的数据输入及时钟单元的时间信号输入;并输出控制信号控制电机驱动单元驱动电机工作以及输出信号使蜂鸣提示单元工作。
9.根据权利要求1所述的智能灌溉系统,其特征在于,系统工作电源为+5V直流电源,电机工作电源为220V交流市电。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104082107A (zh) * 2014-07-16 2014-10-08 苏州经贸职业技术学院 一种智能灌溉系统
CN104855247A (zh) * 2015-04-27 2015-08-26 山东棉花研究中心 一种棉花节水灌溉管理咨询决策系统
CN106982717A (zh) * 2017-05-09 2017-07-28 江南大学 基于单片机控制的自动灌溉系统

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CN104855247A (zh) * 2015-04-27 2015-08-26 山东棉花研究中心 一种棉花节水灌溉管理咨询决策系统
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