CN205389815U - 一种基于植物全生育期的智能灌溉控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于植物全生育期的智能灌溉控制器，它包括：智能灌溉控制器主机和智能灌溉控制器外壳；所述的智能灌溉控制器主机包括：ARM数据处理核心单元、电源管理单元、通信单元、灌溉管理单元以及灌溉控制单元。所述的智能灌溉控制器外壳采用不锈钢材料制成。本实用新型设计了连接流量传感器接口和控制电磁阀接口，以使仪器可以根据预设定的植物全生育期内灌溉处方进行灌溉，并根据采集的流量数据来控制电磁阀的开启和停止，达到精量控制农业灌溉的目的。与传统由人工手动启动或关闭阀门的灌溉方式相比，能够提高工作人员的工作效率，大大节省灌溉用水量，并且能适应农业物联网环境下的设施温室智能灌溉控制。

Description

一种基于植物全生育期的智能灌溉控制器

技术领域

本实用新型设计一种应用于设施农业中，能够精量控制种植植物整个生育期内灌水量的设备，更具体的说是一种基于植物全生育期的智能灌溉控制器。

背景技术

21世纪水资源正在变成一种宝贵的稀缺资源，水资源问题已不仅仅是资源问题，更是关系到国家经济、社会可持续发展和长治久安的重大战略问题。资源缺乏，一直是制约我国经济社会发展的重要因素之一。目前，全市设施种植业达60万亩，带动30多万农民就业。人工管理成本高、水肥药等资源利用效率低严重制约设施种植业的可持续发展，采用先进的节水灌溉控制技术应用于农业节水灌溉，不仅可以提高资源利用效率、改善生态环境、降低管理成本、提高经济效益，还可以减少频繁灌溉导致的根层无机氮的大量淋失，减轻不断追肥造成根层氮素失衡的恶性循环，减少频繁灌溉造成的作物养分需求和土壤供应的不同步带来的损失。对天津乃至全国节水灌溉技术的发展具有重要意义。

设施农业是发达地区现代农业的重要标志，是天津沿海都市型农业的支柱产业和农民增收的主要途径，在农业及农村经济发展中的地位和作用越来越重要。随着农业物联网技术的发展，使得设施农业能够实现集中管理，整体监控。在设施农业生产过程中，植物的生长对于水的依赖在其整个生育期内都是毋庸置疑的。传统的大水漫灌或者是不当的灌水制度，将会导致植物发病率大大提高，生长受限，甚至死亡。智能灌溉控制器是现代农业节水灌溉的重要手段，总的来看，基于植物全生育期的智能灌溉控制器通过采用预设植物灌溉处方程序与流量传感器、电磁阀相结合，提高了灌溉精度，降低了人工成本，能够比传统灌水方式节水15%以上。

目前，传统的灌溉方式大多通过农民田间经验，甚至是大水漫灌的方式，耗时费力，针对性差，并且容易导致植物跟层无机氮的淋失，增加作物养分的流失，给植物和土壤都会带来了不可估量的损失；采用传统的灌溉方式也无法适应在农业物联网环境下实现的温室远程灌溉管理等相关工作。

发明内容

本实用新型多要解决的问题是：克服现有技术的不足，提供一种能够按照预设置植物灌溉处方参数，对设施温室内植物进行全生育期自动化智能灌溉的设备，通过采用流量传感器和电磁阀精确控制植物在不同生育期内的灌水量、灌水次数、时间间隔等。同时该设备能够起到农业物联网的中间件设备的作用，完成物联网底层设备感知层和上层应用层之间的互通互联。本实用新型所公开的控制器具有体积小，重量轻，操作简单，安装方便，控制灌水量精确等特点。

为实现上述目的，本实用新型公开了如下的技术方案：

一种基于植物全生育期的智能灌溉控制器，其特征在于该控制器包括智能灌溉控制器主机和智能灌溉控制器主机外壳；

所述的智能灌溉控制器主机包括：ARM数据处理核心单元、通信单元、电源管理单元、灌溉管理单元以及灌溉控制单元，其工作时，通过向触摸屏系统输入与植物全生育期灌溉相关的参数，如各个生育期的起始时间和截止时间、不同阶段所对应的灌溉量、灌溉次数、间隔时间等，之后启动自动灌溉流程，系统能够自动判断作物所处生育周期，根据流量传感器传回的实时数据，并按照设定参数控制电磁阀的启停完成灌溉。同时系统也可以采用临时补灌方案，随时增加灌水量；同时系统还可以通过短距离无线模块接收由下位机传感器传回的环境参数数据，如空气温湿度、土壤温湿度、光照等，也能够为植物全生育期的灌溉提供有力的参考依据；同时系统通过打包环境数据后通过GPRS模块上传至设施农业物联网监控系统中。电源管理单元主要为系统提供合适的电压输出，保证整个设备的正常运行。

所述的智能灌溉控制器主机外壳包括：壳体6、外层门1，有机玻璃窗2、外层门手柄锁3、百叶窗散热孔19、高强度铰链5、悬挂安装孔9、内层门14、内层门手柄锁15、触摸屏安装孔16、合页18和触摸屏安装窗17；壳体6通过高强度铰链5与外层门1连接，与传统焊接铰链相比更加美观、强度更高、不会脱焊、断裂；壳体6通过合页18与内层门14连接；壳体6两侧分别有一排百叶窗散热孔19，具有散热和防水功能；壳体6底面连接安装底板7，用于固定安装智能灌溉控制器主电路板；壳体6上方设置有天线安装孔13、下部设有电源线固定孔10、流量传感器引线孔11、电磁阀接线孔12。所述的外层门1上设有有机玻璃窗2，通过密封胶圈4连接，还设有外层门手柄锁3。所述的内层门14上设有触摸屏安装窗17和触摸屏固定孔16，还设有内层门手柄锁15。

本实用新型更加详细的描述如下：

本实用新型所述的智能灌溉控制器主机外壳内设置有ARM数据处理核心单元、通信单元、电源管理单元、灌溉管理单元以及灌溉控制单元；智能灌溉控制器主机电路板通过4个电路板固定孔与安装底板连接。所述智能灌溉控制器主机外壳上设置有外层门、外层门手柄锁、有机玻璃窗、高强度铰链、内层门、内层门手柄锁、触摸屏安装孔、触摸屏嵌入窗、合页、百叶窗式散热孔、电源线固定孔、流量传感器引线孔、电磁阀引线孔、天线引出孔。

本实用新型所述的ARM主控制器采用32位的ARM低功耗微处理器STM32F103RCT6，具有25KbyteFlash、48KbyteRAM，工作频率可达72MHz，能够满足该控制器监测与数据处理的需求。该处理器具有5个异步串行接口，能够同时连接触摸屏单元、GPRS模块、无线传输模块和流量检测模块，还可以扩展TF卡用于存储数据。满足设施温室精量智能灌溉控制器多串口数据采集、处理、存储、显示和传输的需求。

所述的灌溉管理单元包括触摸屏、外部FLASH和SD卡。其中，触摸屏采用8英寸、分辨率为的真彩电阻触摸屏，用于整个灌溉过程中的人机交互；其中外部FLASH采用采用W25Q64芯片，具有64M位存储空间，其擦写周期多达10W次，支持电压为2.7-3.6V，支持标准SPI通信，外部Flash用于存储不同品种植物灌溉处方；SD卡用于进行脱机下载，以提高工作效率。

所述的灌溉管理单元包括流量传感器接口和电磁阀接口。其中，流量传感器接口采用标准的MODBUSDTU协议，通过STM32F103RCT6控制芯片串口4与外部流量计进行连接，用于实时监测灌水量值，保证整个系统灌溉作业的精确程度；其中电磁阀接口通过主控芯片的GPIO引脚与一路5DVC-24DVC高电平触发继电器模块相连接，来实现电磁阀的接通和断开。

所述的通信单元包括无线传输模块和GPRS模块。其中无线传输模块采用433MHz短距离无线通讯芯片，实现该控制器主机与下位机传感器之间的数据传输工作。GPRS模块，采用SIM900A芯片，采用工业标准接口，工作频率为GSM/GPRS850/900/1800/1900MHz，可以低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的传输。

所述的电源管理单元包括符合国际标准的220VAC-12VDC电源适配器给控制器主机供电，控制器内部由XL4005和ASM1117直流降压芯片构成，将12V输入电压转换成5V和3.3V为不同用电设备提供稳定的直流电压。

本实用新型中采用PG7-M12尼龙塑料电缆防水固定头固定传感器线缆和电源线缆。其具有夹紧电缆范围大，带自锁功能，抗拉力特强等特点，可防水、防尘、耐酸碱、油脂及一般溶剂。工作温度为静态-40至100℃，瞬时耐热至120℃，动态-20至60℃，瞬间耐热至100℃。

本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型设计了连接流量传感器和电磁阀的接口，以供控制器实时采集当前灌溉流量，保证精确的控制电磁阀开启或关闭，达到精量灌溉的目的；同时控制器接口具有扩展功能，可根据实际需要连接其他电磁阀实现温室内灌溉的多路控制。

（2）本实用新型将不同品种植物的全生育期灌溉处方参数保存在非易失存储器内，可以根据种植的具体情况灵活调用预设参数，实现植物在整个生育期内的自动化灌溉，同时其作为设施农业物联网中间件设备，位于物联网底层设备感知层和上层应用层中间，是设施农业物联网的核心。除下达灌溉控制决策外，还兼具数据采集、提取及有效验证，以及预处理数据，统一协议，发送、传输数据等工作。

（3）本实用新型由于选用了功能、价格比较高的芯片，具备了价格低廉的优点；同时该设计整个设备具有体积小，重量轻，操作简单，节省人工，安装简便，控制精确等特点。

附图说明

图1是基于植物全生育期的智能灌溉控制器主机的外层门结构示意图；

图2是基于植物全生育期的智能灌溉控制器主机的壳体结构示意图；

图3是基于植物全生育期的智能灌溉控制器主机的内层门结构示意图；

图4是基于植物全生育期的智能灌溉控制器主机的壳体右视图；

图5是基于植物全生育期的智能灌溉控制器主机的壳体左视图；

图6是基于植物全生育期的智能灌溉控制器系统组成结构示意图；

图7为基于植物全生育期的智能灌溉控制器结构示意图；

其中：

1：外层门2：有机玻璃窗3：外层门手柄锁

4：密封胶圈5：高强度铰链6：壳体

7：安装底板8：电路板固定孔9：悬挂安装孔

10：电源线固定孔11：流量传感器引线孔12：电磁阀引线孔

13：天线引线孔14：内层门15：内层门手柄锁

16：触摸屏安装孔17：触摸屏嵌入窗18：合页

19：百叶窗式散热孔20：ARM数据处理核心单元21：通信单元

22：电源管理单元23：灌溉管理单元24：灌溉控制单元。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述。需要强调的是，本实用新型的实施例是说明性的，而不是限定性的，不能以本实施例作为本实用新型的限定。

实施例1

参考图1-6，基于植物全生育期的智能灌溉控制器，它包括：智能灌溉控制器主机和智能灌溉控制器外壳；

所述的智能灌溉控制器主机包括：ARM数据处理核心单元20、通信单元21、电源管理单元22、灌溉管理单元23以及灌溉控制单元24。其工作时，通过向触摸屏系统输入与植物全生育期灌溉相关的处方参数，如各个生育期的起始时间和截止时间、不同阶段所对应的灌溉量、灌溉次数、间隔时间等，之后启动自动灌溉流程，系统能够自动判断作物所处生育周期，跟据流量传感器传回的实时数据，并按照设定参数控制电磁阀的启停完成灌溉。同时系统也可以采用临时补灌方案，随时增加灌水量；同时，系统还可以通过短距离无线模块接收下位机传感器传回的环境参数数据，如空气温湿度、土壤温湿度、光照等，也能够为植物全生育期的灌溉提供有力的参考依据；同时系统通过打包环境数据后通过GPRS模块上传至设施农业物联网监控系统中。电源管理单元主要为系统提供合适的电压输出，保证整个设备的正常运行。

所述的智能灌溉控制器主机外壳包括：壳体6、外层门1，有机玻璃窗2、外层门手柄锁3、百叶窗散热孔19、高强度铰链5、悬挂安装孔9、内层门14、内层门手柄锁15、触摸屏安装孔16、合页18和触摸屏安装窗17；壳体6通过高强度铰链5与外层门1连接，与传统焊接铰链相比更加美观、强度更高、不会脱焊、断裂；壳体6通过合页18与内层门14连接；壳体6两侧分别有一排百叶窗散热孔19，具有散热和防水功能；壳体6底面连接安装底板7，用于固定安装智能灌溉控制器主电路板；壳体6上方设置有天线安装孔13、下部设有电源线固定孔10、流量传感器引线孔11、电磁阀接线孔12。所述的外层门1上设有有机玻璃窗2，通过密封胶圈4连接，还设有外层门手柄锁3。所述的内层门14上设有触摸屏安装窗17和触摸屏固定孔16，还设有内层门手柄锁15。

图1示出了本实用新型智能灌溉控制器主机的外层门设计情况。由图可见，所述的外层门1设有外层门手柄锁3、有机玻璃窗2、密封胶圈4、高强度铰链5。

图2示出了本实用新型智能灌溉控制器主机的壳体设计情况。由图可见，所述的壳体6设有安装底板7、电路板固定孔8、悬挂安装孔9，电源引线通过电源固定孔10与智能灌溉控制器主机相连，流量传感器引线通过流量传感器引线孔11与智能灌溉控制器主机相连，电磁阀引线通过电磁阀引线孔12与智能灌溉控制器主机相连，智能灌溉控制器上的无线传输模块和GPRS模块天线从天线引出孔13引出。

图3示出了本实用新型智能灌溉控制器主机的内层门设计情况。由图可见，内层门14设有内层门手柄锁15、合页18，触摸屏嵌入到触摸屏嵌入窗17内，并用螺钉与触摸屏安装孔16固定。

图4示出了本实用新型智能灌溉控制器主机的壳体右侧设计情况。由图可见，壳体6右侧设有百叶窗式散热孔19。

图5示出了本实用新型智能灌溉控制器主机的壳体左侧设计情况。由图可见，壳体6左侧设有百叶窗式散热孔19。

系统使用市电进行供电，将市电通过电源线固定孔10引入智能灌溉控制器主机当中，并与主电路板连接。

实施例2

设计了基于植物全生育期的智能灌溉控制器，通过将专家长期积累得到（春茬黄瓜）的植物全生育期内灌溉处方参数嵌入到该控制器中，精确控制灌溉量以确保植物在不同生长阶段的水分供应，同时大大较少水资源的浪费。采用所述的基于植物全生育期的智能灌溉控制器对春茬黄瓜在整个生育期内进行精确灌溉，将智能灌溉控制器通过悬挂安装孔，安放于日光温室耳房墙壁上，将棚内的电磁阀和流量计引线通过线路保护管引入安装于耳房内，分别引入控制器的流量传感器引线孔和电磁阀引线孔内与智能灌溉控制器主机电路板想连接，市电线路通过电源固定孔引入并连接至主机电路板。安装完毕，启动控制器，等待控制器初始化后，选择灌溉方式和要灌溉的品种，系统自动调用对应处方参数，点击屏幕上的“启动灌溉”按钮，系统自动进入准备灌溉状态，最终完成选定品种在整个生育期内的灌溉任务。实验结果显示：采用该智能灌溉控制器能够比传统灌水方式节水15%以上，同时收割的春茬黄瓜品质与传统方式种植得到的春茬黄瓜品质相同。

Claims (4)

1.一种基于植物全生育期的智能灌溉控制器，其特征在于该控制器包括：智能灌溉控制器主机和智能灌溉控制器主机外壳；

所述的智能灌溉控制器主机包括：ARM数据处理核心单元（20）、通信单元（21）、电源管理单元（22）、灌溉管理单元（23）以及灌溉控制单元（24）；智能灌溉控制器主机的电路板通过4个电路板固定孔（8）与安装底板（7）连接；

所述的智能灌溉控制器主机外壳包括：壳体（6）、外层门（1），有机玻璃窗（2）、外层门手柄锁（3）、百叶窗散热孔（19）、高强度铰链（5）、悬挂安装孔（9）、内层门（14）、内层门手柄锁（15）、触摸屏安装孔（16）、合页（18）和触摸屏安装窗（17）；壳体（6）通过高强度铰链（5）与外层门（1）连接，壳体（6）通过合页（18）与内层门（14）连接；壳体（6）两侧分别有一排百叶窗散热孔（19），壳体（6）底面连接安装底板（7），壳体（6）上方设置有天线安装孔（13）、下部设有电源线固定孔（10）、流量传感器引线孔（11）、电磁阀接线孔（12）；

所述的外层门（1）上设有有机玻璃窗（2），通过密封胶圈（4）连接，还设有外层门手柄锁（3）；所述的内层门（14）上设有触摸屏安装窗（17）和触摸屏安装孔（16），还设有内层门手柄锁（15）。

2.根据权利要求1所述的一种基于植物全生育期的智能灌溉控制器，其特征在于所述ARM数据处理核心单元（20）由STM32F103RCT6控制芯片及其外围电路构成。

3.根据权利要求1所述的一种基于植物全生育期的智能灌溉控制器，其特征在于所述的触摸屏采用8英寸、分辨率为的真彩电阻触摸屏。

4.根据权利要求1所述的一种基于植物全生育期的智能灌溉控制器，其特征在于所述的通信单元（21）包括无线传输模块和GPRS模块；灌溉管理单元（23）包括触摸屏模块、外部Flash和SD卡；灌溉控制单元（24）包括流量检测模块和电磁阀控制单元。