CN209882741U

CN209882741U - 智能农业灌溉系统

Info

Publication number: CN209882741U
Application number: CN201920503710.4U
Authority: CN
Inventors: 段明哲; 肖航; 张家亮; 赵利国; 范玉媛
Original assignee: Xinjiang University
Current assignee: Xinjiang University
Priority date: 2019-04-15
Filing date: 2019-04-15
Publication date: 2020-01-03
Anticipated expiration: 2029-04-15

Abstract

本实用新型公开了智能农业灌溉系统，涉及农业灌溉领域。包括田间控制端，智能农业灌溉系统还包括服务端和客户端，田间控制端包括控制系统、供电单元、故障检测单元、流量计单元、阀门控制单元和无线通信单元，服务端包括前台网站、前端操作层、数据库、数据存储层、网络通信子系统、网络通信层，服务端与田间控制端通过GSM网络、TCP/IP协议连接，服务端与客户端通过网络连接。本实用新型的有益效果在于：在现有技术的基础上，通过网络将农田的水流状态、水量、阀门状态等信息传送到监控服务器，用户可通过客户端实时了解农田的灌溉状况，并且可以通过发送控制指令，控制农田灌溉阀门的开合、设置用水量等。

Description

智能农业灌溉系统

技术领域

本实用新型主要涉及农业灌溉领域，具体是智能农业灌溉系统。

背景技术

当今农业正在向“远程监控”、“自动农业”的方向快速发展。然而，我国大部分农田灌溉是采用手动开关阀门的方式来控制灌溉，这种方式既不利于大规模的灌溉，又耗费人力、浪费水资源。另外，现今我国大部分农田由于包产到户，规模较小，而当今流行的智能农业系统又普遍存在安装成本高、功能复杂多余、操作难度大、功耗高等弊端，并不适合我国当今农业的运行模式。

在对相关主题的检索中，专利CN 108323357 A公开了一种通过无线通讯的智能大棚系统的供电及控制系统，包括发电系统；智能灌溉系统的控制系统；自动卷帘系统的控制系统；控制终端，发电系统包括：水流发电机，水流发电机设置在所述智能灌溉系统的控制系统的水流通路中并给其他系统供电。通过无线通讯智能控制电磁阀的开启和关闭，但是这种装置需要在水塔一体式大棚中使用，使用范围狭窄，难以在我国广大农村农田中推广应用。

实用新型内容

为解决现有技术的不足，本实用新型提供了智能农业灌溉系统，它在现有技术的基础上，通过网络将农田的水流状态、水量、阀门状态等信息传送到监控服务器，用户可通过客户端实时了解农田的灌溉状况，并且可以通过发送控制指令，控制农田灌溉阀门的开合、设置用水量等。

本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

智能农业灌溉系统，包括田间控制端，所述智能农业灌溉系统还包括服务端和客户端，所述田间控制端包括控制系统、供电单元、故障检测单元、流量计单元、阀门控制单元和无线通信单元，所述供电单元、故障检测单元、流量计单元、阀门控制单元和无线通信单元均与控制系统相连接，所述服务端包括前台网站、前端操作层、数据库、数据存储层、网络通信子系统、网络通信层，所述前台网站与前端操作层之间电连接、数据库与数据存储层之间电连接、网络通信子系统与网络通信层之间电连接，所述服务端与田间控制端通过GSM网络、TCP/IP协议连接，所述服务端与客户端通过网络连接。

所述阀门控制单元与控制系统之间设置光耦隔离电路。

所述控制系统为单片机控制系统。

所述客户端包括安卓客户端和PC客户端，所述安卓客户端与服务端之间通过GSM网络连接，所述PC客户端与服务端之间通过Internet网络连接。

所述供电单元为太阳能供电单元。

对比现有技术，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型在现有技术的基础上，通过网络将农田的水流状态、水量、阀门状态等信息传送到监控服务器，用户可通过客户端实时了解农田的灌溉状况，并且可以通过发送控制指令，控制农田灌溉阀门的开合、设置用水量等，适用于我国广大农村农业用地的灌溉，成本低，节省人力物力，并有效减少了水资源的浪费，提高了水资源的利用率。

2、为了防止电磁阀在执行开关动作时瞬间电流对主控板以及通信单元的影响，采用光耦隔离电路将动作执行机构和主控单元进行分离，能够防止电磁阀在执行开关动作时瞬间电流对主控板以及通信单元的影响，增强系统运行的稳定性。

3、控制系统采用单片机控制系统，电压低，性能高，灵活性高且价廉，稳定性极高，适用于本装置中作为控制系统接收流量计单元的信号，并对阀门控制单元进行控制。

4、客户端包括安卓客户端和PC客户端，PC机客户端基于.Net平台进行开发。由于安卓手机用户量很大，因此设计开发基于安卓的客户端，能够提高本系统的使用范围和便捷程度。

5、供电单元采用太阳能供电单元，能够充分利用太阳能，免去一般电源充电以及安装的麻烦，有效节约能源。

附图说明

附图1是本实用新型工作原理图；

附图2是本实用新型光耦隔离电路原理图。

具体实施方式

结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。需要说明的是，本申请文件中，控制系统根据故障检测单元和流量计单元检测到的信号对执行元件进行控制，属于已知控制系统程序的常规的、适应性的应用，发出信号控制执行元件，也只涉及到对参数的调整来控制执行元件，信号的网络和无线传输，均属于现有的传输方式，不涉及到程序的改进，属于本领域技术人员的常规技术手段。

智能农业灌溉系统，包括田间控制端，所述智能农业灌溉系统还包括服务端和客户端，田间控制端的软件设计是在KEIL5集成开发环境进行的，所设计的程序能稳定地利用GSM/CDMA网络模块进行串口通信收发指令，准确地判断指令并对左右两个电磁阀和流量计进行控制，完成故障自检并在检查出相关故障后完成自我修复，并能正确通知用户当前系统所处于的状态。所述田间控制端包括控制系统、供电单元、故障检测单元、流量计单元、阀门控制单元和无线通信单元，对于常年工作在户外田地中的田间控制端来说，系统在恶劣天气条件下的适应能力与长时间运行的稳定性都至关重要。完善的故障检测单元可以大大提高其稳定性，本系统的故障检测单元分为系统自动检测和系统实时监测单元两部分，自动检测内容包括检测电磁阀状态是否错误，流量计水流状态是否错误、电池电量是否不足，若是出现上述问题，则分别进行重启后调整电磁阀并更新服务器端状态、向服务器端发送错误报告、向服务器端发送低电量警告的操作，故障检测单元还能够监控电池电量是否不足。综上所述，故障检测电路每天利用空闲时间进行一次系统自动检测，检测内容包括电池电量、电磁阀状态、流量计水流状态。此外，故障检测单元还能对通信单元进行实时故障检测，在收发指令时进行故障监控，监控内容包括网络接入状态、指令识别状态。如果在自动检测或故障监测时发现异常，系统程序会根据所产生的异常进行处理，并使系统迅速恢复原有状态，同时向服务器和用户反馈错误状态信息。所述供电单元、故障检测单元、流量计单元、阀门控制单元和无线通信单元均与控制系统相连接，所述服务端包括前台网站、前端操作层、数据库、数据存储层、网络通信子系统、网络通信层，在本系统中，服务器是连接数据采集终端与客户端的枢纽。服务器不仅用来存储田间控制器的使用记录和状态信息，还要对不同地区的田间控制器进行编号整理，负责与田间控制器进行网络通信。该服务器采用B/S结构，分为三个部分，且是层层递进的关系，分别是网络通信层，即网络通信子系统，数据存储层，即数据库，顶层为前台操作层，所述前台网站与前端操作层之间电连接数据库与数据存储层之间电连接、网络通信子系统与网络通信层之间电连接，所述服务端与田间控制端通过GSM网络、TCP/IP协议连接，由于田间控制端需要将采集的实时数据上传到服务器，同时要接收服务器端发来的指令，并且田间控制端工作于野外环境，因此，采用无线移动网络通信成为最佳选择。为了增加系统应用的普适性，系统设计了GSM和CDMA双网模块，用户可以根据实际需求进行网络选择。田间控制端与服务器端在利用移动网络进行TCP/IP连接时，服务器端需要预先知道田间控制端的IP地址，然而为田间控制段设置固定的IP地址必然会增加设计成本。因此，本系统在通信设计中充分利用了移动网络的特点：因为田间控制端的IP地址是动态的，但SIM卡号码是唯一的，服务器端向田间控制端通过短信方式发送指令；然而，服务器端的IP地址已经固定，田间控制端向服务器端通过TIP/IP方式进行通信，使得通信系统设计成本更加低廉。所述服务端与客户端通过网络连接。本实用新型在现有技术的基础上，通过网络将农田的水流状态、水量、阀门状态等信息传送到监控服务器，用户可通过客户端实时了解农田的灌溉状况，并且可以通过发送控制指令，控制农田灌溉阀门的开合、设置用水量等，适用于我国广大农村农业用地的灌溉，成本低，节省人力物力，并有效减少了水资源的浪费，提高了水资源的利用率。

为了能够防止电磁阀在执行开关动作时瞬间电流对主控板以及通信单元的影响，所述阀门控制单元与控制系统之间设置光耦隔离电路。为了防止电磁阀在执行开关动作时瞬间电流对主控板以及通信单元的影响，采用光耦隔离电路将动作执行机构和主控单元进行分离，能够防止电磁阀在执行开关动作时瞬间电流对主控板以及通信单元的影响，增强系统运行的稳定性。

进一步地，所述控制系统为单片机控制系统。控制系统采用单片机控制系统，电压低，性能高，灵活性高且价廉，稳定性极高，适用于本装置中作为控制系统接收流量计单元的信号，并对阀门控制单元进行控制。作为优化，本系统选用价格低廉、性能稳定的STC89C51单片作为主控芯片。STC89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案，其内置的EEPROM功能支持断电后的数据保存，复位后也能快速的恢复到应有状态，稳定性极高。

作为优化，所述客户端包括安卓客户端和PC客户端，所述安卓客户端与服务端之间通过GSM网络连接，所述PC客户端与服务端之间通过Internet网络连接。客户端包括安卓客户端和PC客户端，PC机客户端基于.Net平台进行开发。由于安卓手机用户量很大，因此设计开发基于安卓的客户端，能够提高本系统的使用范围和便捷程度。

作为优化，所述供电单元为太阳能供电单元。供电单元采用太阳能供电单元，能够充分利用太阳能，免去一般电源充电以及安装的麻烦，有效节约能源。

Claims

1.智能农业灌溉系统，包括田间控制端，其特征在于：所述智能农业灌溉系统还包括服务端和客户端，所述田间控制端包括控制系统、供电单元、故障检测单元、流量计单元、阀门控制单元和无线通信单元，所述供电单元、故障检测单元、流量计单元、阀门控制单元和无线通信单元均与控制系统相连接，所述服务端包括前台网站、前端操作层、数据库、数据存储层、网络通信子系统、网络通信层，所述前台网站与前端操作层之间电连接、数据库与数据存储层之间电连接、网络通信子系统与网络通信层之间电连接，所述服务端与田间控制端通过GSM网络、TCP/IP协议连接，所述服务端与客户端通过网络连接。

2.根据权利要求1所述的智能农业灌溉系统，其特征在于：所述阀门控制单元与控制系统之间设置光耦隔离电路。

3.根据权利要求1或2所述的智能农业灌溉系统，其特征在于：所述控制系统为单片机控制系统。

4.根据权利要求1或2所述的智能农业灌溉系统，其特征在于：所述客户端包括安卓客户端和PC客户端，所述安卓客户端与服务端之间通过GSM网络连接，所述PC客户端与服务端之间通过Internet网络连接。

5.根据权利要求1或2所述的智能农业灌溉系统，其特征在于：所述供电单元为太阳能供电单元。