CN207720873U - 一种用于山地果树的自动灌溉系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于山地果树的自动灌溉系统，包括M个灌溉节点、网关、服务器；其中每个灌溉节点均包括第一处理器，还包括分别与第一处理器连接的环境检测单元、第一通信单元、电磁阀控制单元、第一定位单元；所述网关包括第二处理器，还包括分别与第二处理器连接的第二通信单元、第二定位单元、水泵；灌溉节点与网关通过第一通信单元、第二通信单元进行通讯，网关与服务器通过第二通信单元进行通讯；其中M≥1。本实用新型根据果园环境参数、果树生长需求参数、天气变化情况，进行模糊控制分析，对灌溉动作进行决策。
Description
技术领域
本实用新型涉及果树灌溉领域，特别涉及一种用于山地果树的自动灌溉系统。
背景技术
山地果园的传统灌溉以人力为主，一般是采用地表大面积漫灌的方式，水资源的有效利用率较低，且耗费较大的劳动力和时间。灌溉周期和灌溉水量一般根据果农个人经验来控制，未必是果树生长周期需要的最佳条件。同时，若忽略了天气的变化趋势，可能会导致灌溉过量和不足的失衡。因此，设计一种能够自动适应果树生长周期需水量和能预知天气变化的山地柑橘自动灌溉系统非常有必要。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种用于山地果树的自动灌溉系统，各节点可以测量果园的光照度情况、空气温湿度、土壤水分含量情况等，并把相关参数通过WSN传送到网关，网关的第二处理器根据果园环境参数、果树生长需求参数、第二通信单元的GPRS单元获取到的天气预报情况等，进行模糊控制分析，对灌溉动作进行决策。
本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：
一种用于山地果树的自动灌溉系统，包括M个灌溉节点、网关、服务器；其中每个灌溉节点均包括第一处理器，还包括分别与第一处理器连接的环境检测单元、第一通信单元、电磁阀控制单元、第一定位单元；所述网关包括第二处理器，还包括分别与第二处理器连接的第二通信单元、第二定位单元、水泵；灌溉节点与网关通过第一通信单元、第二通信单元进行通讯，网关与服务器通过第二通信单元进行通讯；其中M≥1。
所述第一定位单元、第二定位单元均为GPS定位单元、北斗定位单元中的一种；所述GPS定位单元为NEO-M8N-0-01模块。
所述第一通信单元为ZigBee通信单元；第二通信单元包括与第一通信单元进行通讯的ZigBee通信单元、与服务器进行通讯并获取天气预报的GPRS单元；所述ZigBee通信模块的型号为CC2630；所述GPRS单元的型号为SIM900A。
所述环境检测单元包括温湿度传感器、土壤水分传感器、光照传感器；其中空气温湿度传感器的型号为SHT11。
所述第一处理器、第二处理器均采用型号为STM32F103ZET6的单片机。
所述一种用于山地果树的自动灌溉系统，还包括为灌溉节点供电的第一电源、为网关供电的第二电源；其中第一电源、第二电源接入市电或太阳能充电模块。采用太阳能板供电方式，为各个灌溉节点持续供电，具有节能环保和持续工作的特点。
所述第一电源还包括3.3V稳压电路、5V稳压电路、9V稳压电路；所述第二电源还包括3.3V稳压电路、12V稳压电路。
所述3.3V稳压电路包括稳压芯片U7、二极管D4、电感L1、电容C16、电容C17、电容C18、电容C19；电容C18的正极接入稳压芯片U7的输入端；电容C18的负极与稳压芯片U7的地端引脚相连；电感L1的一端与稳压芯片U7的输出端相连，另一端分别与电容C16、电容C17、电容C19的正极相连；电容C16、电容C17、电容C19的负极连接地端；二极管D4的一端接稳压芯片U7的输出端，另一端接地端；电容C16、电容C17、电容C19的正极端输出电压为3.3V电压；
5V稳压电路包括稳压芯片U2、自锁开关、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7；电容C4、电容C5并联相接后，正端接稳压芯片U2的输入端，负端接稳压芯片U2的地端；电容C6、电容C7并联相接后，正端与稳压芯片U2的输出端相接，负端与稳压芯片U2的地端相接；稳压芯片U2的输出端为5V电压；自锁开关的2端与电源正电压端连接，自锁开关的3端和电容C4、电容C5正极相连后，接入稳压芯片U2的输入端。
所述3.3V稳压电路的稳压芯片U7的型号为LM2596SX-3.3；5V稳压电路的稳压芯片U2为L7805CV。
所述太阳能充电模块包括太阳能板和SL-01防雨型太阳能充电控制器。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本实用新型各灌溉节点传感器采用ZigBee自组网方式组成WSN，具有低功耗、传输较稳定等优点。需要说明的是WSN组网技术以及模糊控制，本实用新型所采用的都是现有技术，WSN组网技术以及模糊控制并不是本实用新型的创新点。
2、本实用新型的灌溉机制是，STM32F103ZET6单片机利用模糊控制算法，综合考虑果园环境信息、果树不同阶段生长需求和SIM900A模块获取的天气变化情况等，来进行动态决策，既能便利地为果树提供最适宜的水量，又能解决由于自然环境条件如降雨等造成的灌溉不平衡的问题。
3、本实用新型的技术方案中，果农可登录服务器或浏览网页方便地对整个果园进行环境查询，并针对恶劣的环境及时地对果树进行相应的保护措施，尽量减少损失。
附图说明
图1为本实用新型所述一种用于山地果树的自动灌溉系统的结构框图。
图2为第一处理器的电路图；第二处理器的电路结构类似。
图3为3.3V稳压电路的电路图。
图4为5V稳压电路的电路图；9V稳压电路、12V稳压电路的电路结构与5V稳压电路类似。
图5为电磁阀控制单元的电路图。
图6为型号为SIM900A的GPRS单元与型号为STM32F103ZET6单片机的第二处理器连接的电路图。
图7为本实用新型所述一种用于山地果树的自动灌溉系统的工作过程示意图。
图8为柑橘不同时期需水量示意图。
图9为模糊控制决策机制示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
如图1所示，一种用于山地果树的自动灌溉系统，包括M个灌溉节点、网关、服务器；其中每个灌溉节点均包括第一处理器，还包括分别与第一处理器连接的环境检测单元、第一通信单元、电磁阀控制单元、第一定位单元；所述网关包括第二处理器，还包括分别与第二处理器连接的第二通信单元、第二定位单元、水泵；灌溉节点与网关通过第一通信单元、第二通信单元进行通讯，网关与服务器通过第二通信单元进行通讯。
如图2所示，第一处理器主要由STM32F103ZET6单片机、复位电路、晶振电路等外围电路组成，主要负责节点区域的数据的收集、整理、传送和相关控制指令的转发等。
如图3所示，电源输出需要经过转压再为各模块提供电能。本实用新型采用LM2596SX-3.3作为3.3V的稳压芯片。稳压芯片U7和二极管D4、电感L1、电容C16、电容C17、电容C18、电容C19等组成稳压电路。锂电池(电源模块)和电容C18正极相连接入稳压芯片LM2596SX-3.3的输入端。电容C18负极与LM2596SX-3.3的地端引脚相连。电感L1一端与LM2596SX-3.3的输出端相连，另一端分别与电容C16、电容C17、电容C19的正极相连。电容C16、电容C17、电容C19的负极连接地端。二极管D4一端接LM2596SX-3.3的输出端，另一端接地端。电容C16、电容C17、电容C19的正极端输出电压则为3.3V电压。
如图4所示，本实用新型采用L7805CV作为5V的稳压芯片。稳压芯片U2和自锁开关、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7等组成稳压电路。锂电池(电源模块)正电压端和自锁开关2端相连，自锁开关3端和电容C4、电容C5正极相连后，接入稳压芯片U2的输入端。电容C6、电容C7并联后正极与稳压芯片U2输出端相连。电容C4、电容C5、电容C6、电容C7负极与稳压芯片U2地端、锂电池(电源模块)地端相连。稳压芯片U2的输出端输出电压为5V。
第一电源包括3.3V稳压电路、5V稳压电路、9V稳压电路，其中3.3V稳压电路与第一处理器(STM32F103ZET6单片机)、ZigBee通信模块(CC2630)连接；5V稳压电路与环境检测单元连接；9V稳压电路与电磁阀控制单元控制的电磁阀相连；9V稳压电路的电路结构与5V稳压电路类似。
第二电源包括3.3V稳压电路、12V稳压电路；其中3.3V稳压电路与第二处理器(STM32F103ZET6单片机)、GPRS单元(SIM900A)连接；12V稳压电路与水泵连接。12V稳压电路的电路结构与5V稳压电路类似。
如图5所示为电磁阀控制电路图。L9110是电磁阀的主要控制和驱动器件。OA端和OB端通过跳线帽相连，PWR端和9V电源相连，IA和IB端分别和STM32F103ZET6单片机的PB6、PB7相连，GND端和STM32F103ZET6单片机的GND端相连。
如图6所示为本实用新型SIM900A模块与STM32F103ZET6单片机连接原理图。SIM900A模块的USART_TX、USART_RX分别与STM32F103ZET6单片机的USART_RX、USART_TX端相连，VCC端与3.3V端相连，GND与STM32F103ZET6单片机的GND端相连。
如图7所示为本实用新型灌溉节点软件流程图。节点收到网关传送的信息然后判断信息是数据定时采集信息或是实时采集信息或是电磁阀控制信息，然后作出相应的操作。
如图8所示为本实用新型柑橘不同时期的需水量。需水量和实际土壤情况进行比较，比较结果作为模糊控制决策的输入值之一。
如图9所示为本实用新型灌溉决策机制示意图。网关的STM32F103ZET6单片机通过控制SIM900A模块取当地天气预报情况，结合通过传感器得到的果树当前生长期最适宜土壤湿度与实际湿度差值，进行综合分析，得到最终的灌溉决策。若实际土壤湿度小于当前生长期最适宜土壤湿度，并且未来几天没有明显降雨量则根据不同情况作出不同程度的灌溉操作。若未来几天都有较大降雨量，则暂不处理。
一种用于山地果树的自动灌溉系统，其工作步骤如下：
a、网关发送环境采集信息到各个节点。
b、各灌溉节点收到来自网关的消息并作出判断。若是环境采集信息，则根据信息要求，通过环境检测模块采集相关的数据，并传送到网关，若是电磁阀控制信息则作出相应的处理。若为其他无效信息，节点进入睡眠状态。
c、网关把节点传来的环境参数上传到服务器端。同时，网关的STM32F103ZET6单片机对实际土壤湿度和果树当前生长期最适宜湿度作出比较，并参考通过SIM900A模块获得的天气变化趋势，经过模糊推理，作出灌溉决策。
d、由c作出的灌溉决策若为灌溉，网关的STM32F103ZET6单片机启动水泵，并且把灌溉指令发送到需要灌溉的节点。
e、节点收到灌溉指令后开启电磁阀，根据指令要求进行灌溉，并把当前电磁阀状态(开/关)传到网关。当灌溉适量后，网关关闭水泵，并发送电磁阀关闭指令到节点。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于山地果树的自动灌溉系统，其特征在于：包括M个灌溉节点、网关、服务器；其中每个灌溉节点均包括第一处理器，还包括分别与第一处理器连接的环境检测单元、第一通信单元、电磁阀控制单元、第一定位单元；所述网关包括第二处理器，还包括分别与第二处理器连接的第二通信单元、第二定位单元、水泵；灌溉节点与网关通过第一通信单元、第二通信单元进行通讯，网关与服务器通过第二通信单元进行通讯；其中M≥1。
2.根据权利要求1所述一种用于山地果树的自动灌溉系统，其特征在于：所述第一定位单元、第二定位单元均为GPS定位单元、北斗定位单元中的一种；所述GPS定位单元为NEO-M8N-0-01模块。
3.根据权利要求1所述一种用于山地果树的自动灌溉系统，其特征在于：所述第一通信单元为ZigBee通信单元；第二通信单元包括与第一通信单元进行通讯的ZigBee通信单元、与服务器进行通讯并获取天气预报的GPRS单元；所述ZigBee通信模块的型号为CC2630；所述GPRS单元的型号为SIM900A。
4.根据权利要求1所述一种用于山地果树的自动灌溉系统，其特征在于：所述环境检测单元包括温湿度传感器、土壤水分传感器、光照传感器；其中空气温湿度传感器的型号为SHT11。
5.根据权利要求1所述一种用于山地果树的自动灌溉系统，其特征在于：所述第一处理器、第二处理器均采用型号为STM32F103ZET6的单片机。
6.根据权利要求1所述一种用于山地果树的自动灌溉系统，其特征在于：还包括为灌溉节点供电的第一电源、为网关供电的第二电源；其中第一电源、第二电源接入市电或太阳能充电模块。
7.根据权利要求6所述一种用于山地果树的自动灌溉系统，其特征在于：所述第一电源还包括3.3V稳压电路、5V稳压电路、9V稳压电路；所述第二电源还包括3.3V稳压电路、12V稳压电路。
8.根据权利要求7所述一种用于山地果树的自动灌溉系统，其特征在于：所述3.3V稳压电路包括稳压芯片U7、二极管D4、电感L1、电容C16、电容C17、电容C18、电容C19；电容C18的正极接入稳压芯片U7的输入端；电容C18的负极与稳压芯片U7的地端引脚相连；电感L1的一端与稳压芯片U7的输出端相连，另一端分别与电容C16、电容C17、电容C19的正极相连；电容C16、电容C17、电容C19的负极连接地端；二极管D4的一端接稳压芯片U7的输出端，另一端接地端；电容C16、电容C17、电容C19的正极端输出电压为3.3V电压；
所述5V稳压电路包括稳压芯片U2、自锁开关、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7；电容C4、电容C5并联相接后，正端接稳压芯片U2的输入端，负端接稳压芯片U2的地端；电容C6、电容C7并联相接后，正端与稳压芯片U2的输出端相接，负端与稳压芯片U2的地端相接；稳压芯片U2的输出端为5V电压；自锁开关的2端与电源正电压端连接，自锁开关的3端和电容C4、电容C5正极相连后，接入稳压芯片U2的输入端。
9.根据权利要求8所述一种用于山地果树的自动灌溉系统，其特征在于：所述3.3V稳压电路的稳压芯片U7的型号为LM2596SX-3.3；5V稳压电路的稳压芯片U2为L7805CV。
10.根据权利要求6所述一种用于山地果树的自动灌溉系统，其特征在于：所述太阳能充电模块包括太阳能板和SL-01防雨型太阳能充电控制器。
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| CN109379961A (zh) * | 2018-10-09 | 2019-02-26 | 上海艾美克电子有限公司 | 一种太阳能无线自动灌溉系统及其方法 |
| CN111418477A (zh) * | 2020-05-09 | 2020-07-17 | 华南农业大学 | 一种柑橘育苗潮汐灌溉系统 |
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