CN204968819U - 一种智能农田灌溉装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能农田灌溉装置，包括单片机、人机交互界面，声光报警单元、显示单元、土壤湿度传感器、无线电磁阀、外部数据存储器、气象监测系统和灌溉计时器，外部数据存储器上连接有三态输出锁存器。工作时，土壤湿度传感器通过无线网络将土壤湿度信息传输至与单片机连接的AD转换器，AD转换器将土壤湿度信息转换为数字信号后，分别传输至单片机、外部数据存储器、三态输出锁存器；如果土壤湿度低于通过人机交互界面设定的最低湿度值，则单片机进一步通过气象监测系统判断未来降雨量，通过灌溉计时器控制灌溉时间，最后通过无线网络发送控制信号至无线电磁阀，开启灌溉装置。

Description

一种智能农田灌溉装置

技术领域

本实用新型涉及一种智能农田灌溉装置，属于农业自动控制技术领域。

背景技术

曾有数据统计显示，中国人均年水资源是两千两百立方米，远低于世界人均水平；中国拥有庞大的人口，对水的需求量也是相当大。中国在农业方面的用水量有四千亿立方米，占总用水量约有百分之八十，仅占世界农业总量百分之十七。农田灌溉用水占农业用水总量百分之九十到百分之九十五之间，虽然比例较大，但农业灌溉仍然缺水。虽然有大量的水资源使用在农田上，但由于技术不到位，并严重浪费水资源，导致其利用率只有百分之四十三，远低于发达国家。

2013年10月09日中国专利数据库公开了1件名称为“一种无线灌溉阀门控制器”的实用新型专利，其申请号为：201320121493.5，它包括微处理器，与微处理器相连电源模块、存储模块、信息采集模块、GPRS传输模块、驱动控制模块和状态采集模块；驱动控制模块连接脉冲电磁阀，状态采集模块连接状态反馈开关；信息采集模块包括土壤温湿度传感器和气象站；电源模块还与存储模块、信息采集模块、驱动控制模块和GPRS传输模块相连。微处理器上连接有天线，天线设于地面上。通过无线传感器网络实现对区域内土壤、环境气象参数的采集测量，并传递给远程控制中心，控制中心通过灌溉管理软件自动分析决策，对现场灌溉电磁阀等设备进行远距离的无线控制，同时将所采集的传感器信息和电磁阀的状态信息在监控终端实时地显示出来，科学指导进行适时适量灌溉，从而实现水资源的可持续利用，以及灌溉自动化与智能化。其不足之处在于：不具备报警单元，在系统出现故障时无法输出报警，不利于监督管理；不具备人机交互界面，不能根据不同地区和农作物需要自行设定参数，不易于推广使用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种智能农田灌溉装置，解决现有技术中农田灌溉系统不能进行有效监督，适用范围有限，不便于推广使用的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型所提供的一种智能农田灌溉装置，包括位于监控室内的单片机、与单片机连接的人机交互界面，用于故障报警的声光报警单元、用于数据和故障显示的显示单元、分布于农田内的土壤湿度传感器、与供水系统连通的灌溉装置以及用于控制灌溉装置启闭的无线电磁阀；所述单片机上还连接有外部数据存储器、气象监测系统和灌溉计时器，所述外部数据存储器上连接有三态输出锁存器；

所述土壤湿度传感器通过无线网络将土壤湿度信息传输至与单片机连接的AD转换器，AD转换器将土壤湿度信息转换为数字信号后，分别传输至单片机、外部数据存储器、三态输出锁存器；如果土壤湿度低于通过人机交互界面设定的最低湿度值，则单片机进一步通过气象监测系统判断未来降雨量，通过灌溉计时器控制灌溉时间，最后通过无线网络发送控制信号至无线电磁阀，开启灌溉装置。

所述声光报警器包括扬声器和发光二极管D1，扬声器的一端与单片机的对应引脚连接，另一端与电源VCC连接，电源VCC串联限流电阻R2、发光二极管D1后与单片机连接。

所述单片机通过扩展接口与用于驱动显示单元的驱动电路连接。

所述AD转换器选用ADC0809芯片，ADC0809芯片的CLOCK引脚连接74HC74芯片，作为ADC0809芯片的时钟电路。

与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果是：设置了声光报警单元，若灌溉时间到，土壤湿度仍小于最低湿度值，或者网络信号传输失败或者土壤湿度超过最高湿度值，能够及时输出报警，利于农田监督管理；设置了灌溉计时器，结合未来降雨量设定灌溉时间，控制更加及时、便捷、有效；设置了人机交互界面，可根据不同地区、不同农作物的需要自行设定最低湿度值和最高湿度值，适用范围广，利于推广使用。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理框图。

图2是单片机与各单元的连接关系电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，是智能农田灌溉装置的电路原理框图，包括位于监控室内的单片机、与单片机连接的人机交互界面，用于故障报警的声光报警单元、用于数据和故障显示的显示单元、分布于农田内的土壤湿度传感器、与供水系统连通的灌溉装置以及用于控制灌溉装置启闭的无线电磁阀。单片机上还连接有外部数据存储器、气象监测系统和灌溉计时器，外部数据存储器上连接有三态输出锁存器。

土壤湿度传感器通过无线网络将土壤湿度信息传输至与单片机连接的AD转换器，AD转换器将土壤湿度信息转换为数字信号后，分别传输至单片机、外部数据存储器、三态输出锁存器。如果土壤湿度低于通过人机交互界面设定的最低湿度值，则单片机进一步通过气象监测系统判断未来降雨量，通过灌溉计时器控制灌溉时间，最后通过无线网络发送控制信号至无线电磁阀，开启灌溉装置。

如图2所示，单片机选用AT89C51单片机，因AT89C51单片机内部储存较小，故在此设计中选择6116外部数据存储器来完成对单片机的扩展。P2.3作为片选信号，A10、A9、A8是P2端口寻址选择的数据单元。AT89C51单片机由于受引脚数的局限，P0端口不仅可以用作数据线使用，也可以作为低八位地址线使用，为了将二者很好的区分，需要在单片机的外部添加三态输出锁存器，选用74LS373芯片，它是一种带有三态门的锁存器。当ALE输出下降沿时，74LS373的LE引脚接收到下降沿，数据存储到三态输出锁存器中，之后P0口作为数据总线使用。

声光报警器包括扬声器和发光二极管D1，扬声器的一端与单片机的对应引脚连接，另一端与电源VCC连接，电源VCC串联限流电阻R2、发光二极管D1后与单片机连接。单片机通过扩展接口与用于驱动显示单元的驱动电路连接。AD转换器选用ADC0809芯片，ADC0809芯片的分辨率为8位，采用单一+5V供电，不需要进行零点和满度的调整。AD转换器需要在外部控制启动转换信号才可以进行转换数据，ADC0809芯片使用脉冲进行启动模数转换，想要启动模数转换器的控制转换，只需要在START输入引脚载入一个正弦脉冲信号，当为上升沿的时候，对芯片进行复位操作，当为下降沿时，AD转换器就开始进行模数转换同时EOC信号输出端处在低电平；当模数转换结束后，EOC变为高电平，就可以向单片机发送信号，告知单片机可以读取转换结果的数字量。ADC0809芯片的CLOCK引脚连接74HC74芯片，作为ADC0809芯片的时钟电路。

本实用新型的控制方法，具体包括如下步骤：

步骤一：初始化：通过人机交互界面设定最低湿度值、声光报警单元的报警时间及气象监测系统的气象监测周期；

步骤二：数据采集：土壤湿度传感器采集农田内的土壤湿度，通过无线网络传输至与单片机连接的AD转换器，AD转换器将土壤湿度信息转换为数字信号传输至单片机进行决策分析，同时传输至外部数据存储器和三态输出锁存器，用于当前数据锁存；

步骤三：决策分析与执行：单片机将土壤湿度的数字信号与设定的最低湿度值相比较，若小于最低湿度值，则单片机进一步从气象监测系统调取未来降雨量，通过灌溉计时器设定灌溉时间，最后通过无线网络发送控制信号至无线电磁阀，开启灌溉装置；显示单元实时显示农田当前土壤湿度值；

步骤四：故障报警：若灌溉时间到，土壤湿度仍小于最低湿度值，或者网络信号传输失败，声光报警单元输出报警。

本实用新型根据当前土壤湿度结合未来降雨量，通过设定灌溉时间，实现农田灌溉适时适量，具有较高的自动化和智能化水平；具备故障报警功能，便于农田的监督管理。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种智能农田灌溉装置，其特征在于，包括位于监控室内的单片机、与单片机连接的人机交互界面，用于故障报警的声光报警单元、用于数据和故障显示的显示单元、分布于农田内的土壤湿度传感器、与供水系统连通的灌溉装置以及用于控制灌溉装置启闭的无线电磁阀；所述单片机上还连接有外部数据存储器、气象监测系统和灌溉计时器，所述外部数据存储器上连接有三态输出锁存器；

所述土壤湿度传感器通过无线网络将土壤湿度信息传输至与单片机连接的AD转换器，AD转换器将土壤湿度信息转换为数字信号后，分别传输至单片机、外部数据存储器、三态输出锁存器；如果土壤湿度低于通过人机交互界面设定的最低湿度值，则单片机进一步通过气象监测系统判断未来降雨量，通过灌溉计时器控制灌溉时间，最后通过无线网络发送控制信号至无线电磁阀，开启灌溉装置。

2.根据权利要求1所述的智能农田灌溉装置，其特征在于，所述声光报警器包括扬声器和发光二极管D1，扬声器的一端与单片机的对应引脚连接，另一端与电源VCC连接，电源VCC串联限流电阻R2、发光二极管D1后与单片机连接。

3.根据权利要求1所述的智能农田灌溉装置，其特征在于，所述单片机通过扩展接口与用于驱动显示单元的驱动电路连接。

4.根据权利要求1所述的智能农田灌溉装置，其特征在于，所述AD转换器选用ADC0809芯片，ADC0809芯片的CLOCK引脚连接74HC74芯片，作为ADC0809芯片的时钟电路。