一種基于ZigBee技術(shù)的語(yǔ)音智能自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于ZigBee技術(shù)的語(yǔ)音智能自動(dòng)灌溉系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可以根據(jù)當(dāng)前各區(qū)域的土壤水分狀態(tài)，自動(dòng)完成該區(qū)域的灌溉任務(wù)，還可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)各區(qū)域作物對(duì)土壤水分的不同需求，在主控中心靈活設(shè)定該區(qū)域所需的灌溉閾值，從而可提高灌溉效率，能更加滿(mǎn)足實(shí)際灌溉時(shí)的需求。該系統(tǒng)，包括主控系統(tǒng)和不少于一個(gè)的從控系統(tǒng)；主控系統(tǒng)包括主控MCU模塊、LCD顯示模塊、語(yǔ)音報(bào)警模塊、PC機(jī)和主控ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊；從控系統(tǒng)包括從控MCU模塊、從控ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊、溫度傳感器采集模塊、濕度傳感器采集模塊、光報(bào)警模塊、水泵驅(qū)動(dòng)模塊和水泵。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種基于Z i gBee技術(shù)的語(yǔ)音智能自動(dòng)灌溉系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種智能自動(dòng)灌溉裝置，特別涉及一種利用ZigBee技術(shù)將土壤 溫濕度值等值顯示在PC機(jī)界面并可進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，我國(guó)大部分農(nóng)田、農(nóng)作物大棚和小區(qū)綠化采用的都是手動(dòng)灌溉的方式，這種 方式存在著諸多弊端，例如：僅僅是為灌溉而灌溉，浪費(fèi)水資源；灌溉多采用人工方式，增 加了灌溉的勞動(dòng)強(qiáng)度；僅是根據(jù)大致需要，定點(diǎn)或定時(shí)的進(jìn)行灌溉，缺乏科學(xué)性；對(duì)植物或 作物的灌溉方式仍然是粗放式，缺乏針對(duì)性。面對(duì)一個(gè)擁有十幾億人口的農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)灌 溉用水量占全國(guó)總用水量的90 %,而且目前全國(guó)灌溉用水效率普遍較低,70 %的農(nóng)田處于 嚴(yán)重缺水狀態(tài)。因此，高效利用水資源，對(duì)于我國(guó)農(nóng)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展具有極其重要的戰(zhàn) 略意義。另為對(duì)已存在的智能化灌溉方式中，在新形勢(shì)下，黨中央也提出如何充分利用自動(dòng) 化技術(shù)提高節(jié)水灌溉效率，如何在新農(nóng)村建設(shè)中普及自動(dòng)化技術(shù)都成了我們亟需解決的問(wèn) 題。當(dāng)前有部分灌溉方式雖然已采用智能化，但其對(duì)灌溉目標(biāo)僅可實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一灌溉，難以滿(mǎn)足 對(duì)不同種類(lèi)的植物對(duì)水分的不同需求，也難以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同區(qū)域土壤水量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，也難 以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音報(bào)警，所以當(dāng)前的灌溉方式還存在著種種問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，當(dāng)前灌溉方式缺乏針對(duì)性，浪費(fèi)水資源，勞動(dòng) 強(qiáng)度高，缺乏科學(xué)性的問(wèn)題。
[0004] 本實(shí)用新型的目的是提出一種基于ZigBee技術(shù)的語(yǔ)音智能自動(dòng)灌溉裝置。該系 統(tǒng)裝置不僅可以根據(jù)當(dāng)前各區(qū)域的土壤水分狀態(tài)，自動(dòng)完成該區(qū)域的灌溉任務(wù)，還可以實(shí) 現(xiàn)根據(jù)各區(qū)域作物對(duì)土壤水分的不同需求，在主控中心靈活設(shè)定該區(qū)域所需的灌溉閾值， 從而可提高灌溉效率，能更加滿(mǎn)足實(shí)際灌溉時(shí)的需求。
[0005] 本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是：
[0006] -種基于ZigBee技術(shù)的語(yǔ)音智能自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，包括主控系統(tǒng)和不少于一個(gè)的 從控系統(tǒng)；
[0007] 主控系統(tǒng)包括主控MCU模塊、IXD顯示模塊、語(yǔ)音報(bào)警模塊、PC機(jī)和主控ZigBee無(wú) 線(xiàn)通信模塊；所述LCD顯示模塊、語(yǔ)音報(bào)警模塊、PC機(jī)和主控ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊均分別 與主控MCU模塊相連；
[0008] 從控系統(tǒng)包括從控MCU模塊、從控ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊、溫度傳感器采集模塊、濕 度傳感器采集模塊、光報(bào)警模塊、水泵驅(qū)動(dòng)模塊和水泵；從控ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊、溫度傳 感器采集模塊、濕度傳感器采集模塊、光報(bào)警模塊、水泵驅(qū)動(dòng)模塊均分別與從控MCU模塊相 連；水泵與水泵驅(qū)動(dòng)模塊相連；
[0009] 從控系統(tǒng)內(nèi)的從控ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊與主控系統(tǒng)內(nèi)的主控ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模 塊之間通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信相連。
[0010] 進(jìn)一步優(yōu)選，本實(shí)用新型所述PC機(jī)上設(shè)有水泵手動(dòng)操作按鍵。
[0011] 本實(shí)用新型所述的PC機(jī)的功能包括可以顯示不同灌溉區(qū)域的溫度值和濕度值， 相應(yīng)的報(bào)警區(qū)域及手動(dòng)控制的不同灌溉區(qū)域的水泵手動(dòng)操作按鍵。PC機(jī)上的水泵手動(dòng)操作 按鍵可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)直接操縱MCU ;本實(shí)用新型所述的PC機(jī)為現(xiàn)有技術(shù)中的PC機(jī)，其具體結(jié)構(gòu) 和組成本實(shí)用新型不作詳細(xì)的說(shuō)明。
[0012] 本實(shí)用新型所述溫度傳感器采集模塊將檢測(cè)的數(shù)據(jù)通過(guò)單總線(xiàn)串行傳送給從控 MCU模塊，濕度傳感器采集模塊將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置傳送給從控MCU模塊。
[0013] 本實(shí)用新型的灌溉系統(tǒng)以MCU模塊（單片機(jī)）為核心控制器，采用濕度傳感器 測(cè)量該區(qū)域土壤的相對(duì)濕度，采用溫度傳感器測(cè)量該區(qū)域環(huán)境的溫度?；跓o(wú)線(xiàn)通信的 ZigBee技術(shù)，完成自動(dòng)灌溉任務(wù)。其具體灌溉分為兩個(gè)部分 ：
[0014] 第一部分：通過(guò)在每個(gè)灌溉區(qū)域埋設(shè)土壤濕度傳感器和在該區(qū)域設(shè)置溫度傳感 器，溫度傳感器采集模塊和濕度傳感器采集模塊通過(guò)埋設(shè)在灌溉區(qū)域土壤濕度傳感器和溫 度傳感器將土壤的濕度和環(huán)境溫度信息傳遞給從控MCU模塊，從控MCU模塊以基于無(wú)線(xiàn) 通信的從控ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊繼續(xù)將本區(qū)域的土壤濕度和環(huán)境溫度數(shù)據(jù)傳輸至主控 ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊，從而使得主控系統(tǒng)中的主控MCU模塊接收到該灌溉區(qū)域土壤的溫度 信息和濕度信息。同時(shí)，主控系統(tǒng)上接有的LCD顯示模塊和PC機(jī)會(huì)顯示該灌溉區(qū)域土壤濕 度和環(huán)境溫度的信息。
[0015] 第二部分：主控系統(tǒng)根據(jù)已經(jīng)設(shè)定好的該灌溉區(qū)域的土壤灌溉濕度閾值，進(jìn)而和 該區(qū)域?qū)嶋H的溫濕度信息進(jìn)行比較，來(lái)決定是否對(duì)該區(qū)域?qū)嵤┕喔?。若是，一方面主控?統(tǒng)上的語(yǔ)音報(bào)警模塊會(huì)發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警；另一方面，主控系統(tǒng)上的主控MCU模塊通過(guò)主控 ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊將控制命令通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸至該灌溉區(qū)域上的從控ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模 塊，由該灌溉區(qū)域的從控MCU模塊控制其水泵驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)水泵實(shí)施灌溉，并在該灌溉區(qū) 域的光報(bào)警模塊會(huì)發(fā)出光報(bào)警。若該區(qū)域的濕度沒(méi)有達(dá)到要灌溉的需求，則語(yǔ)音報(bào)警模塊 和光報(bào)警模塊不發(fā)出報(bào)警。另外，PC機(jī)上設(shè)有水泵手動(dòng)操作按鍵可實(shí)現(xiàn)通過(guò)手動(dòng)直接操縱 某一區(qū)域的水泵實(shí)施灌溉。
[0016] 進(jìn)一步優(yōu)選，本實(shí)用新型所述的從控系統(tǒng)的數(shù)量，根據(jù)實(shí)際灌溉區(qū)域的大小和數(shù) 量，進(jìn)行設(shè)計(jì)。如灌溉區(qū)域大、數(shù)量多，所需要從控系統(tǒng)的數(shù)量多；反之，所需要從控系統(tǒng)的 數(shù)量小。
[0017] 本實(shí)用新型所述的IXD顯示模塊，PC機(jī)，語(yǔ)音報(bào)警模塊，主控ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模 塊，從控ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊，溫度傳感器采集模塊，濕度傳感器采集模塊，光報(bào)警模塊， 水泵驅(qū)動(dòng)模塊，主控MCU模塊和從控MCU模塊，均為現(xiàn)有技術(shù)中的模塊，其具體的模塊組成 本實(shí)用新型不作詳細(xì)的描述。
[0018] 本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)：1、.根據(jù)當(dāng)前各區(qū)域的土壤水分狀態(tài)，自動(dòng) 完成該區(qū)域的灌溉任務(wù)；2、用戶(hù)可以根據(jù)各區(qū)域作物對(duì)土壤水分的不同需求，可在PC機(jī)界 面上靈活設(shè)定該區(qū)域所需的灌溉閾值，同時(shí)各個(gè)區(qū)域土壤溫濕度的相對(duì)值也可以顯示在PC 機(jī)界面上；3、各區(qū)域的灌溉任務(wù)由主控中心控制完成，且各區(qū)域及主控區(qū)域均設(shè)有濕度報(bào) 警裝置，一旦某區(qū)域的土壤濕度高于或低于警戒濕度，立即發(fā)出報(bào)警；4、在主控中心設(shè)置有 語(yǔ)音報(bào)警，可以清晰明了的告訴用戶(hù)，讓用戶(hù)在第一時(shí)間了解哪個(gè)區(qū)域報(bào)警，使整個(gè)裝置使 用更加方便、更加趨于人性化。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1是本實(shí)用新型的總的系統(tǒng)框圖。
[0020] 圖2是本實(shí)用新型的主控MCU模塊的電路圖。
[0021] 圖3是本實(shí)用新型的從控MCU模塊的電路圖。
[0022] 圖4是本實(shí)用新型的IXD顯示模塊的電路圖。
[0023] 圖5是本實(shí)用新型的主控ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊的電路圖。
[0024] 圖6是本實(shí)用新型的語(yǔ)音報(bào)警模塊的電路圖。
[0025] 圖7是本實(shí)用新型的溫濕度傳感器采集模塊的電路圖。
[0026] 圖8是本實(shí)用新型的光報(bào)警模塊的電路圖。
[0027] 圖9是本實(shí)用新型的水泵驅(qū)動(dòng)模塊的電路圖。
[0028] 其中，1、LCD顯示模塊，2、PC機(jī)，3、語(yǔ)音報(bào)警模塊，4、主控ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊，5、 從控ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊，6、溫度傳感器采集模塊，7、濕度傳感器采集模塊，8、光報(bào)警模 塊，9、水泵驅(qū)動(dòng)模塊，10、水泵，13、主控MCU模塊，14、從控MCU模塊。

【具體實(shí)施方式】
[0029] 為使本實(shí)用新型的內(nèi)容更加明顯易懂，以下結(jié)合附圖1-圖9和【具體實(shí)施方式】做進(jìn) 一步的描述。
[0030] 為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施 例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本 實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0031] 圖1是本實(shí)用新型基于ZigBee技術(shù)的語(yǔ)音智能自動(dòng)灌溉系統(tǒng)總的系統(tǒng)框圖，如圖 1所示，本實(shí)用新型的基于ZigBee技術(shù)的語(yǔ)音智能自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，包括：主控系統(tǒng)和從控系 統(tǒng)；
[0032] 主控系統(tǒng)包括主控MCU模塊13、IXD顯示模塊1、語(yǔ)音報(bào)警模塊3、PC機(jī)2和主控 ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊4。
[0033] 從控系統(tǒng)包括從控MCU模塊14、從控ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊5、溫度傳感器采集模 塊6、濕度傳感器采集模塊7、光報(bào)警模塊8、水泵驅(qū)動(dòng)模塊9和水泵10。
[0034] 主控系統(tǒng)所述IXD顯示模塊1、語(yǔ)音報(bào)警模塊3、PC機(jī)2和主控ZigBee無(wú)線(xiàn)通信 模塊4均分別與主控MCU模塊13相連。
[0035] 從控系統(tǒng)所述從控ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊5、溫度傳感器采集模塊6、濕度傳感器采 集模塊7、光報(bào)警模塊8、水泵驅(qū)動(dòng)模塊9均分別與從控MCU模塊14相連；所述水泵10與水 泵驅(qū)動(dòng)模塊9相連。
[0036] 從控系統(tǒng)內(nèi)的從控ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊5與主控系統(tǒng)內(nèi)的主控ZigBee無(wú)線(xiàn)通信 模塊4之間通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信相連。
[0037] 本實(shí)用新型系統(tǒng)給出了兩個(gè)從控系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)需要可增加多個(gè)從控 系統(tǒng)。
[0038] 如圖2和圖3所示，本實(shí)用新型所述的主控MCU模塊13和從控MCU模塊14,均是 以單片機(jī)AT89S52為核心，與復(fù)位電路和晶振電路組成，該模塊接收各個(gè)模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)， 經(jīng)過(guò)運(yùn)算和控制做出相應(yīng)的處理，將處理的結(jié)果以電平的形式輸送到單片機(jī)的各個(gè)I/O ; 使的各個(gè)模塊有機(jī)的結(jié)合在一起，形成一個(gè)系統(tǒng)。
[0039] 如圖4所示，本實(shí)用新型所述的IXD顯示模塊1用于顯示灌溉區(qū)域土壤的溫度和 濕度的信息。本實(shí)用新型所述的IXD顯示模塊1是由1602IXD液晶和鎖存器組成；1602IXD 是指顯示的內(nèi)容為16X2,即屏幕可以出現(xiàn)2行，每行16個(gè)字符，顯示數(shù)字、符號(hào)或字母；其 特點(diǎn)：微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧。將透射光和入射光的當(dāng)前光強(qiáng)值實(shí)時(shí)顯示 到液晶屏幕上。鎖存器是將單片機(jī)發(fā)送的脈沖進(jìn)行保存，以便液晶的顯示。
[0040] 如圖6所示，本實(shí)用新型所述的語(yǔ)音報(bào)警模塊3用于給用戶(hù)提示需要灌溉的區(qū)域。 本實(shí)用新型所述的語(yǔ)音報(bào)警模塊3該模塊上的芯片可實(shí)現(xiàn)用戶(hù)根據(jù)自己的需要錄制不同 的語(yǔ)音，當(dāng)滿(mǎn)足條件后，利用單片機(jī)編寫(xiě)軟件調(diào)用錄制語(yǔ)音地址，播放錄下的語(yǔ)音；從而使 用戶(hù)可以第一時(shí)間了解哪個(gè)區(qū)域報(bào)警。
[0041] 本實(shí)用新型所述的PC機(jī)2是利用VB編寫(xiě)的PC機(jī)，可以顯示不同區(qū)域的溫濕度值， 以及相應(yīng)的報(bào)警區(qū)域；同時(shí)，顯示有手動(dòng)控制的不同區(qū)域的水泵手動(dòng)操作按鍵，可以實(shí)現(xiàn)手 動(dòng)控制實(shí)施灌溉，操作簡(jiǎn)單實(shí)用。
[0042] 如圖5所示，本實(shí)用新型所述的主控ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊4和從控ZigBee無(wú)線(xiàn) 通信模塊5是本實(shí)用新型搭建主從接收裝置，主控ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊4可以接收任一 個(gè)從從控ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊5發(fā)送的數(shù)據(jù)，從控ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊5只能接收主控 ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊4發(fā)送的數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型主控MCU模塊13和從控MCU模塊14內(nèi)的 單片機(jī)上的MAX232芯片是起電平轉(zhuǎn)換作用，單片機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)將轉(zhuǎn)換出的相應(yīng)的電平信 號(hào)通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口線(xiàn)傳輸?shù)絑igBee無(wú)線(xiàn)模塊上，通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊的協(xié)議傳送到另一個(gè)ZigBee 模塊上。本實(shí)用新型系統(tǒng)是通過(guò)ZigBee模塊組網(wǎng)特點(diǎn)搭建主從接收裝置，主機(jī)可以接收任 一個(gè)從模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，從模塊只能接收主模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)。
[0043] 如圖7所示，本實(shí)用新型所述的溫度傳感器采集模塊6和濕度傳感器采集模塊7， 采用的現(xiàn)有技術(shù)中的溫度傳感器采集模塊和濕度傳感器采集模塊，是將采集的溫濕度模擬 數(shù)據(jù)經(jīng)A/D裝換過(guò)的溫濕度的電平，可以直接與單片機(jī)相連。
[0044] 如圖8所示，本實(shí)用新型所述的光報(bào)警模塊8是由上拉電阻和發(fā)光二極管組成；單 片機(jī)通過(guò)高低電平控制發(fā)光二極管的開(kāi)和滅，主要指示當(dāng)前溫濕度的值是否超出閾值。
[0045] 如圖9所示，本實(shí)用新型所述的水泵驅(qū)動(dòng)模塊9是由上拉電阻、PNP三極管、水泵 和繼電器組成；通過(guò)單片機(jī)其中一個(gè)I/O 口發(fā)送的高低電平控制三極管的飽和和截止，進(jìn) 一步控制繼電器的導(dǎo)通和截止，來(lái)實(shí)現(xiàn)水泵的開(kāi)和閉。
[0046] 本實(shí)用新型未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
[0047] 本實(shí)用新型中所述具體實(shí)施案例僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施案例而已，并非用來(lái) 限定本實(shí)用新型的實(shí)施范圍。即凡依本實(shí)用新型申請(qǐng)專(zhuān)利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修 飾，都應(yīng)作為本實(shí)用新型的技術(shù)范疇。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于ZigBee技術(shù)的語(yǔ)音智能自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，其特征在于，包括主控系統(tǒng)和不少 于一個(gè)的從控系統(tǒng)； 主控系統(tǒng)包括主控MCU模塊（13)、LCD顯示模塊（1)、語(yǔ)音報(bào)警模塊（3)、PC機(jī)（2)和 主控ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊（4);所述IXD顯示模塊（1)、語(yǔ)音報(bào)警模塊（3)、PC機(jī)（2)和主 控ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊（4)均分別與主控MCU模塊（13)相連； 從控系統(tǒng)包括從控MCU模塊（14)、從控ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊（5)、溫度傳感器采集模 塊（6)、濕度傳感器采集模塊（7)、光報(bào)警模塊（8)、水泵驅(qū)動(dòng)模塊（9)和水泵（10);所述從 控ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊（5)、溫度傳感器采集模塊（6)、濕度傳感器采集模塊（7)、光報(bào)警模 塊（8)、水泵驅(qū)動(dòng)模塊（9)均分別與從控MCU模塊（14)相連；所述水泵（10)與水泵驅(qū)動(dòng)模 塊（9)相連； 所述從控系統(tǒng)內(nèi)的從控ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊（5)與主控系統(tǒng)內(nèi)的主控ZigBee無(wú)線(xiàn)通 信模塊（4)之間通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信相連。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于ZigBee技術(shù)的語(yǔ)音智能自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，其特征在于，所述 PC機(jī)（2)上設(shè)有水泵（10)手動(dòng)操作按鍵。
【文檔編號(hào)】A01G25/16GK203872715SQ201420209656
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】趙藝, 李國(guó)利, 胡光東, 馮娟娟, 張璐璐 申請(qǐng)人:金陵科技學(xué)院