CN204317012U - 肥水一体化自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种肥水一体化灌溉系统的自动控制器,由STM32F103R6T6单片机及其最小系统电路、电源电路、存储电路、数据采集电路、继电器输出控制电路、光电耦合隔离电路、zigbee无线模块电路组成。其特征在于STM32F103R6T6单片机自身带有A/D转换器，无需外接A/D转换器，继电器输出控制电路控制电磁阀的开关，数据采集电路采集传感器的数据，zigbee无线模块电路实现了无线通信。本实用新型是一种能根据传感器的数据实现自动控制灌溉施肥，并且实现无线通信，提高灌溉效率和肥料的利用率的自动控制器。

Description

肥水一体化自动控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种肥水一体化自动控制系统,尤其是使用单片机和zigbee无线传输的自动控制系统。

背景技术

当前占世界人口总量的40%的80个国家缺水，而我国每年的缺水量近400亿立方米，其中农业缺水约300亿立方米，而农业用水的90%是灌溉用水，因此节水首先要在农业节水上下功夫。目前我国的灌水利用率只有40%左右，而发达国家的利用率可以高达80%—90%，因此提高灌水利用率成为节水的关键。另外随着工业化、城市化进程的加快，有害垃圾和危险废料不断向地表堆放和倾倒，有害废水不断向土壤渗透，与空气污染有关的毒尘埃不断随雨水降到土壤中，对土壤造成了污染。且对于农田土壤而言，长期忽视有机肥的施用且过量施用化肥，尤其是连续施用化肥，将会引起土壤的酸化，导致有害物质的释放，有毒物质毒性增强。对生物体产生极其不良的影响。因此合理施肥，科学施肥成为避免对土壤造成污染的关键。

目前我国的节水灌溉施肥自动化还处于起步阶段。自动化的程度低，大部分开发的自动灌溉施肥控制系统还处于研制、试用阶段。且在大部分没有考虑通过灌溉系统施肥。即使在最适宜用灌溉施肥技术的设施栽培中，灌溉施肥面积也仅占20%左右。目前在开发的产品中有代表性的如中国农业机械化研究院联合多家单位研制的2000型温室自动灌溉施肥系统，具有手动控制、程序控制和自动控制等多种灌溉系统模式，可按需要灵活运用，但其应用成本较高，适用于温室作物。由中国灌排技术开发公司开发的集中或分散式微灌自动监控系统，根据灌溉计划能自动对微灌工程进行监视，控制和事故处理，其核心控制部件为8098单片机。北京农业工程大学研制的自动化灌溉控制系统是以8031单片机为核心，可对多通道土壤水分进行检测，实现对多路通道进行自动灌溉控制功能。但以上两种系统选用的芯片功能较少，由于电路的扩展而使系统复杂化，而且系统运行不稳定。北京奥特思达科技有限公司研制的WT-02型微喷灌定时自动控制器，是一种供农业、草坪、果园、温室等一般场合给水的电子灌溉自动化控制系统。但是他只能对作物实现定时定量周期性的灌溉不能按照作物所需水分进行适时、适量的灌溉。维护的费用也相对较高。还有一些自动控制灌溉施肥控制器只能单一的进行控制，而且需要接大量的电线，这样就大大地增加了成本和劳动量。所以适用化的程度也不高。

发明内容

为解决上述的自动灌溉施肥系统控制系统的缺陷，本实用新型提供一种自动控制系统，该系统结构简单，所用的单片机集成化程度高，成本低，且系统运行稳定。使用无线模块进行通讯，降低了功耗，且降低了成本和劳动量。

本实用新型解决其技术问题的技术方案是：自动控制系统的是以STM32F103R6T6(1)单片机为控制核心，单片机得最小系统电路加上一些外围的数据采集电路，存储电路24C02（2），掉电存储电路（3）,2701光电耦合器（9）隔离电路，JZC-32F-012-HS继电器（8）输出控制电路，电源电路由三端稳压器LM317（5）、三端稳压器LM117（4）和三端稳压器7805组成（6），zigbee无线传输模块CC2530（10）。模块化的设计，每一个模块完成一个确定的任务，实现具体的某个功能，这些模块再组织起来可以完成一个特定的功能，满足系统的要求。这样实际上容易实现、方便理解，还能提高软件的可修改性及软件开发工作的组织管理。

每个控制系统通过信号线分别与传感器或者控制电磁阀连接。这样控制器就可以将传感器采集上来的信息通过zigbee模块传递给中心计算机进行处理，也可以根据存储在单片机中的程序对各个电磁阀进行控制。

基于单片机的智能控制系统，通过配备各种传感器，控制器可以对土壤温湿度、大气温度、风速、风向、压力、管道流量等进行检测，并通过继电器的开关信号实现控制输出的功能。并将这些信息通过zigbee模块传递给显示屏，这样就能实时显示采集的传感器数据及电磁阀的开关状态。

附图说明

说明书附图表示了本实用新型的工作原理图。

图1是单片机的最小系统和电源电路图。

图2是输出控制和光电耦合隔离电路。

图3是zigbee模块的最小电路

图中：(1)主芯片STM32F103R6T6，（2）存储芯片24C02，（3）掉电存储电路，（4）三端可调稳压器LM117，（5）三端可调稳压器LM317，（6）三端稳压器7805，（7）复位电路，（8）JZC-32F-012-HS继电器，（9）2701光电耦合器。（10）zigbee模块的芯片CC2530。

具体实施方式

下面结合说明书附图进一步说明本实用新型的工作原理和工作过程。

本系统是由STM32F103R6T6单片机(1)和zigbee无线通信模块(10)为核心的智能控制系统。能够实现自动灌溉施肥，具备警示，数据上传和双向通信等功能。该控制器具有成本低、体积小、安装方便、抗干扰性强、运行可靠等优点，便于推广应用。

该电路的单片机采用意法半导体推出的STM32系列，主要是它以Cortex-M3内核为基础增加了高性能的外围设备。与普通的单片机相比，在性价比、价格、开发难易程度等方面优势明显。单片机主机控制电路系统主要包括晶体振荡电路、复位电路(7)和掉电存储电路(3)。由于STM32F103R6T6单片机自带A/D转换器，所以数据的采集电路中就不再需要专门的A/D转换器，这样就使得电路更加简单。

该电路的数据传输电路主要是针对STM32F103R6T6单片机和zigbee之间的通信，它们之间只需要简单的串口通信就可以了，技术成熟，故障率低，系统运行稳定可靠。

该电路的输出控制电路采用了JZC-32F-012-HS继电器(8)控制各个电磁阀的开关,当传感器的采集的湿度值与设定值比较后，若在设定值范围内则单片机引脚输出高电平三极管均截止，继电器断开。若小于设定的最小值单片机引脚输出低电平，三极管导通，继电器吸合，电磁阀打开，开始对农田灌水。

Zigbee无线通信模块(10)主要是进行无线通信将所有的信息发送到中央控制器，这样就能够实现远程控制。并且让控制中心控制多个区域。

本控制系统应用中要采集大量的数据并实时存储从而用到更多的存储空间，所以要在片外扩展。本系统采用芯片24C02(2)为采集的大量数据提供存储平台。

本实用新型采用STM32F103R6T6单片机和zigbee无线通信，整个电路设计简单，能够完成各种参数的采集和电磁阀的开关控制，具有实用性和良好的展示性，系统硬件具备良好的稳定性且成本低。该控制器扩容性，灵活性强，可进行分区域、多路的集中或分散智能控制。即适用于小面积，简单的灌溉控制，也适用于大面积，复杂的灌溉施肥网络的控制。该系统根据土壤湿度传感器测量的土壤水分，进行自动灌溉，无需维护，大大节省了人力及维护费用。Zigbee无线模块实现了“无距离限制”的一级无线网络覆盖，技术成熟，故障率低。系统运行稳定可靠。田间自控设备最少，无需使用电缆，施工最简便，维护工作量最少。

Claims (2)

1.一种肥水一体化自动控制系统，由stm32系列单片机、继电器的输出控制电路、光电耦合的隔离电路、数据采集电路、存储电路、zigbee无线通讯模块组成，其主要的特征是STM32F103R6T6单片机通过PB0和PB1端口与24C02芯片相连,这样就可以存储大量的数据了;端口5和6组成了外部振荡电路,端口3和4组成内部振荡电路,端口7是复位电路,端口1接的是掉电存储电路,这些组成了单片机的最小系统电路;电源电路是通过了一个变压器然后经过整流桥,电容的滤波,再经过LM317的稳压得到了直流24V的电压，再经过电阻的分压和7805得到了直流5V的电压，再经过LM117得到了直流3.3V的电压；继电器的输出控制电路是由STM32F103R6T6单片机的PB8-PB15这8个I/O端口和继电器的线圈的一端相连，继电器线圈的另一端接地；光电耦合的隔离电路是由STM32F103R6T6单片机的PC5-PC12这8个I/O端口和2701光电耦合器的输出端的一端相连，2701光电耦合器的输出端的另一端接地；STM32F103R6T6单片机的PC2-PC4作为传感器的采集信号的I/O端口和传感器的输出端口相连；STM32F103R6T6单片机的PA2和PA3作为串口通信的端口和zigbee模块的芯片CC2530的TX和RX端口相连，并进行通信。

2.根据权利要求1所述的肥水一体化自动控制系统，其特征是以STM32F103R6T6单片机和zigbee无线通讯的控制器能够实现自动灌溉和施肥，基于多路I/O的控制器采用的都是标准的5.08mm插拔端子。