CN210352517U - 一种基于LoRa的智能灌溉系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于LoRa的智能灌溉系统，包括灌溉水管、供电系统、前端采集子系统、无线网络传输子系统和灌区平台远程控制中心；供电系统包括蓄电池、充电控制器和太阳能板；前端采集子系统包括智能取水控制器、控制阀门、流量计和LoRa传感器节点，控制阀门和流量计均设置在灌溉水管上，充电控制器连接智能取水控制器，智能取水控制器设置有刷卡显示器；无线网络传输子系统包括LoRa网关和Mesh路由器；LoRa传感器节点、LoRa网关、Mesh路由器和灌区平台远程控制中心依次连接，其中LoRa传感器节点与LoRa网关通信连接，LoRa网关与Mesh路由器通信连接，Mesh路由器与灌区平台远程控制中心通信连接，远距离传输、功耗低、成本低、抗干扰能力强和高灵敏度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种灌溉系统，特别是一种基于LoRa的智能灌溉系统。
背景技术
我国是一个农业大国，但水资源分布不均匀，水资源供需矛盾日益突出，因此，需要合理利用水资源灌溉。
为了合理利用水资源，现主要采用两种智能节水灌溉方式：一种是利用土壤水分传感器、空气湿度传感器和光照传感器等传感器采集信息，建立灌溉决策模型来决定灌水时间，并统计灌水量，实现精确按需灌溉；第二种是采用周期性灌溉的方案，定时灌溉，以上两种方式存在以下缺点：采用第一种方式时，农户可以随意使用大量的水灌溉，导致水资源利用不合理；采用第二种方式时，不能精确按需灌溉，智能化灌溉程度较低。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种远距离灌溉、低功耗和低造价的基于LoRa的智能灌溉系统。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于LoRa的智能灌溉系统，包括灌溉水管、供电系统、前端采集子系统、无线网络传输子系统和灌区平台远程控制中心；所述供电系统包括蓄电池、充电控制器和太阳能板，所述蓄电池和太阳能板均连接所述充电控制器；所述前端采集子系统包括智能取水控制器、控制阀门、流量计和LoRa传感器节点，所述控制阀门和流量计均设置在所述灌溉水管上，所述充电控制器连接所述智能取水控制器，所述智能取水控制器设置有刷卡显示器，所述LoRa传感器节点包括主控芯片、LoRa射频模块、运放和模数转换器，所述LoRa射频模块连接所述主控芯片，所述运放的输出端通过所述模数转换器连接所述主控芯片，所述运放的输入端连接所述流量计；所述无线网络传输子系统包括LoRa网关和Mesh路由器；所述流量计通过单片机连接所述智能取水控制器，所述单片机设置有模数转换模块；所述LoRa传感器节点、LoRa网关、Mesh路由器和灌区平台远程控制中心依次连接，其中所述LoRa传感器节点通过所述LoRa射频模块与所述LoRa网关通信连接，所述LoRa网关与所述Mesh路由器通信连接，所述Mesh路由器与所述灌区平台远程控制中心通信连接。
所述LoRa传感器节点还包括温度传感器和湿度传感器，所述主控芯片通过12C总线连接所述温度传感器，所述主控芯片通过TTL串口连接所述湿度传感器，所述运放和模数转换器至少有两个。
所述LoRa网关包括树莓派、POE电源管理模块、以太网口、WIFI模块、LoRa无线通信模块，所述树莓派和以太网口均连接所述POE电源管理模块，所述WIFI模块连接所述树莓派，所述LoRa无线通信模块通过SPI总线连接所述树莓派。
所述流量计为管段式超声波流量计，所述管段式超声波流量计包括主机和管段传感器。
所述控制阀门为手自一体阀。
所述灌区平台远程控制中心设置有LoRa服务器。
所述灌区平台远程控制中心还设置有B/S系统和C/S系统，所述B/S系统设置有自动监控系统，所述C/S系统设置有综合管理平台。
所述LoRa射频模块的型号为SX1276。
本实用新型的有益效果是：本实用新型的灌溉水管向灌区供水，供电系统为整个灌溉系统供电，在使用时，通过刷卡显示器刷IC卡，智能取水控制器读取IC卡的信息，打开或者关闭控制阀门，流量计统计水流量，输出一个模拟信号并传输给单片机和LoRa传感器节点，单片机通过模数转换模块把该模拟信号转换为数字信号，单片机根据该数字信号计算用水量，用水量传输给智能取水控制器，同时，运放放大该模拟信号，再通过模数转换器转换为数字信号，该数字信号传输给主控芯片，主控芯片根据该该数字信号计算用水量并统计用水情况，主控芯片通过LoRa射频模块把用水情况传输给LoRa网关，LoRa网关把用水情况传输给Mesh路由器，Mesh路由器把用水情况传输给灌区平台远程控制中心，灌区平台远程控制中心制定灌溉策略，本实用新型配合农业水价改革政策，采用刷卡的方式，控制每次灌溉的水量，达到节水灌溉的效果，同时，对灌区实时监控，统一管理，精准灌溉，提高智能化程度和自动化程度，其中单片机、LoRa射频模块和LoRa网关功耗低，成本低，从而降级灌溉系统的功耗和成本，整个灌溉系统具有远距离传输、功耗低、成本低、抗干扰能力强和高灵敏度等优点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的系统框图；
图2是LoRa传感器节点的系统框图；
图3是LoRa网关的系统框图。
具体实施方式
参照图1至图3，一种基于LoRa的智能灌溉系统，包括灌溉水管、供电系统、前端采集子系统、无线网络传输子系统和灌区平台远程控制中心；所述供电系统包括蓄电池、充电控制器和太阳能板，所述蓄电池和太阳能板均连接所述充电控制器；所述前端采集子系统包括智能取水控制器、控制阀门、流量计和LoRa传感器节点，所述控制阀门和流量计均设置在所述灌溉水管上，所述充电控制器连接所述智能取水控制器，所述智能取水控制器设置有刷卡显示器，所述LoRa传感器节点包括主控芯片、LoRa射频模块、运放和模数转换器，所述LoRa射频模块连接所述主控芯片，所述运放的输出端通过所述模数转换器连接所述主控芯片，所述运放的输入端连接所述流量计；所述无线网络传输子系统包括LoRa网关和Mesh路由器；所述流量计通过单片机连接所述智能取水控制器，所述单片机设置有模数转换模块；所述LoRa传感器节点、LoRa网关、Mesh路由器和灌区平台远程控制中心依次连接，其中所述LoRa传感器节点通过所述LoRa射频模块与所述LoRa网关通信连接，所述LoRa网关与所述Mesh路由器通信连接，所述Mesh路由器与所述灌区平台远程控制中心通信连接，灌溉水管向灌区供水，供电系统为整个灌溉系统供电，在使用时，通过刷卡显示器刷IC卡，智能取水控制器读取IC卡的信息，打开或者关闭控制阀门，流量计统计水流量，输出一个模拟信号并传输给单片机和LoRa传感器节点，单片机通过模数转换模块把该模拟信号转换为数字信号，单片机根据该数字信号计算用水量，用水量传输给智能取水控制器，同时，运放放大该模拟信号，再通过模数转换器转换为数字信号，该数字信号传输给主控芯片，主控芯片根据该该数字信号计算用水量并统计用水情况，主控芯片通过LoRa射频模块把用水情况传输给LoRa网关，LoRa网关把用水情况传输给Mesh路由器，Mesh路由器把用水情况传输给灌区平台远程控制中心，灌区平台远程控制中心制定灌溉策略，本实用新型配合农业水价改革政策，采用刷卡的方式，控制每次灌溉的水量，达到节水灌溉的效果，同时，对灌区实时监控，统一管理，精准灌溉，提高智能化程度和自动化程度，其中单片机、LoRa射频模块和LoRa网关功耗低，成本低，从而降级灌溉系统的功耗和成本，整个灌溉系统具有远距离传输、功耗低、成本低、抗干扰能力强和高灵敏度等优点，在本实施例中，所述主控芯片的型号为STM32F103，所述模数转换器为12位模数转换器，精度高，在白天时太阳能板产生电能通过充电控制器为蓄电池充电，在夜晚时，充电控制器为整个系统供电。
所述LoRa传感器节点还包括温度传感器和湿度传感器，所述主控芯片通过12C总线连接所述温度传感器，所述主控芯片通过TTL串口连接所述湿度传感器，所述运放和模数转换器至少有两个，在本实施例中，所述湿度传感器的型号为MAX485,所述温度传感器检测水的温度并通过无线网络传输子系统传输给灌区平台远程控制中心，灌区平台远程控制中心判断水的温度是否适合灌溉，湿度传感器检测灌区的湿度并通过无线网络传输子系统传输给灌区平台远程控制中心，灌区平台远程控制中心判断目前是否需要灌溉，智能化灌溉。
所述LoRa网关包括树莓派、POE电源管理模块、以太网口、WIFI模块、LoRa无线通信模块，所述树莓派和以太网口均连接所述POE电源管理模块，所述WIFI模块连接所述树莓派，所述LoRa无线通信模块通过SPI总线连接所述树莓派，所述LoRa无线通信模块包括基带芯片、第一射频前端芯片、第二射频前端芯片、RF射频模块、天线，所述RF射频模块通过所述第一射频前端芯片连接所述基带芯片，所述天线通过所述第二射频前端芯片连接所述基带芯片，在使用时，LoRa网关接收来自LoRa传感器节点的无线射频信号，LoRa无线通信模块把该无线射频信号转换为IP网络信号，LoRa网关再通过Mesh路由器把该IP网络信号发送给LoRa服务器，在本实施例中，所述基带芯片的型号为SX1301，所述第一射频前端芯片的型号和第二射频前端芯片的型号均为SX1255，所述天线的收发频段为470Mhz，所述树莓派的型号为P13。
所述流量计为管段式超声波流量计，所述管段式超声波流量计包括主机和管段传感器，采用速度差法原理测量灌溉水管内的水流量，准确率高，所述流量计先检测灌溉水管内的水流量，输出一个模拟信号，该模拟信号传给给单片机，单片机通过模数转换模块把该模拟信号转换为数字信号，单片机根据该数字信号计算用水量，用水量传输给智能取水控制器，从而完成刷卡灌溉，同时，运放放大该模拟信号，再通过模数转换器转换为数字信号，该数字信号传输给主控芯片，主控芯片根据该数字信号计算用水量并统计用水情况，主控芯片通过LoRa射频模块把用水情况传输给LoRa网关，LoRa网关把用水情况传输给Mesh路由器，Mesh路由器把用水情况传输给灌区平台远程控制中心。
所述控制阀门为手自一体阀，在通电时可通过刷卡开启，再次刷卡关闭，断电时通过手动开启和关闭，解决断电无法灌溉的问题。
所述灌区平台远程控制中心设置有LoRa服务器，用于处理整个灌溉系统运行过程中所产生的数据，比如记录并统计用水情况、灌溉时间、水温、灌区的湿度等。
所述灌区平台远程控制中心还设置有B/S系统和C/S系统，所述B/S系统设置有自动监控系统，所述C/S系统设置有综合管理平台，所述自动监控系统包括基础信息管理系统、计量监测与控制管理系统、水量调试管理系统、工程维护管理系统、水费征收系统、信息统计及发布系统，所述综合管理平台包括数据采集模块、远程控制模块、用户开卡充值模块、报警模块、数据处理模块，用户开卡充值模块所产生的数据存入综合数据库，从而便于统一管理。
所述LoRa射频模块的型号为SX1276，SX1276是一款高集成度、低功耗和超高灵敏度的无线射频模块，具有传输距离远、穿透能力和防干扰能力强等特点。
以上的实施方式不能限定本发明创造的保护范围，专业技术领域的人员在不脱离本发明创造整体构思的情况下，所做的均等修饰与变化，均仍属于本发明创造涵盖的范围之内。
Claims (8)
1.一种基于LoRa的智能灌溉系统，其特征在于包括灌溉水管、供电系统、前端采集子系统、无线网络传输子系统和灌区平台远程控制中心；
所述供电系统包括蓄电池、充电控制器和太阳能板，所述蓄电池和太阳能板均连接所述充电控制器；
所述前端采集子系统包括智能取水控制器、控制阀门、流量计和LoRa传感器节点，所述控制阀门和流量计均设置在所述灌溉水管上，所述充电控制器连接所述智能取水控制器，所述智能取水控制器设置有刷卡显示器，所述LoRa传感器节点包括主控芯片、LoRa射频模块、运放和模数转换器，所述LoRa射频模块连接所述主控芯片，所述运放的输出端通过所述模数转换器连接所述主控芯片，所述运放的输入端连接所述流量计；
所述无线网络传输子系统包括LoRa网关和Mesh路由器；
所述流量计通过单片机连接所述智能取水控制器，所述单片机设置有模数转换模块；
所述LoRa传感器节点、LoRa网关、Mesh路由器和灌区平台远程控制中心依次连接，其中所述LoRa传感器节点通过所述LoRa射频模块与所述LoRa网关通信连接，所述LoRa网关与所述Mesh路由器通信连接，所述Mesh路由器与所述灌区平台远程控制中心通信连接。
2.根据权利要求1所述的基于LoRa的智能灌溉系统，其特征在于所述LoRa传感器节点还包括温度传感器和湿度传感器，所述主控芯片通过12C总线连接所述温度传感器，所述主控芯片通过TTL串口连接所述湿度传感器，所述运放和模数转换器至少有两个。
3.根据权利要求2所述的基于LoRa的智能灌溉系统，其特征在于所述LoRa网关包括树莓派、POE电源管理模块、以太网口、WIFI模块、LoRa无线通信模块，所述树莓派和以太网口均连接所述POE电源管理模块，所述WIFI模块连接所述树莓派，所述LoRa无线通信模块通过SPI总线连接所述树莓派。
4.根据权利要求3所述的基于LoRa的智能灌溉系统，其特征在于所述流量计为管段式超声波流量计，所述管段式超声波流量计包括主机和管段传感器。
5.根据权利要求4所述的基于LoRa的智能灌溉系统，其特征在于所述控制阀门为手自一体阀。
6.根据权利要求5所述的基于LoRa的智能灌溉系统，其特征在于所述灌区平台远程控制中心设置有LoRa服务器。
7.根据权利要求6所述的基于LoRa的智能灌溉系统，其特征在于所述灌区平台远程控制中心还设置有Ｂ/Ｓ系统和Ｃ/Ｓ系统，所述Ｂ/Ｓ系统设置有自动监控系统，所述Ｃ/Ｓ系统设置有综合管理平台。
8.根据权利要求7所述的基于LoRa的智能灌溉系统，其特征在于所述LoRa射频模块的型号为SX1276。
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