一種多用途自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自動(dòng)灌溉控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有多用途并能保證植物在不同生長(zhǎng)周期對(duì)水分需求的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]植物的生長(zhǎng)離不開水，傳統(tǒng)的灌溉方式為人工灌溉。人們通過自己的經(jīng)驗(yàn)對(duì)植物進(jìn)行灌溉，以滿足植物對(duì)于水的需求。傳統(tǒng)的灌溉方式需要大量的人工參與，而且灌溉效率不高，對(duì)水的利用率極低。
[0003]隨著技術(shù)的發(fā)展，特別是無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，灌溉技術(shù)由人工化逐漸向自動(dòng)化轉(zhuǎn)變。相對(duì)于有線網(wǎng)絡(luò)來說，無線傳感網(wǎng)絡(luò)具有組網(wǎng)方便、部署靈活、范圍廣泛等特點(diǎn)；并且能夠?qū)Νh(huán)境溫度、環(huán)境濕度、光照強(qiáng)度、土壤濕度、風(fēng)速、降雨量等多種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，自動(dòng)計(jì)算灌溉所需水量，控制灌溉時(shí)間，有效保障植物的水分供給。使用自動(dòng)化的灌溉系統(tǒng)替代人實(shí)現(xiàn)灌溉，使得灌溉的技術(shù)水平得到了極大的發(fā)展，大大提高了水的利用率，節(jié)約了大量的水資源。
[0004]目前我國常用的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)可分為時(shí)序控制灌溉系統(tǒng)和智能灌溉系統(tǒng)。時(shí)序控制灌溉系統(tǒng)配有控制器、電磁閥、土壤水分傳感器、降雨傳感器等，通過定時(shí)灌溉進(jìn)行控制。智能灌溉系統(tǒng)通過測(cè)量氣象參數(shù)(溫度、濕度、降雨量、風(fēng)速等)，利用參數(shù)閾值控制電磁閥進(jìn)行灌溉。但是，現(xiàn)有的這些灌溉系統(tǒng)，都存在一定的問題:
[0005]1、體積龐大。灌溉系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的體積過大，只能長(zhǎng)期部署在固定的位置；
[0006]2、對(duì)供電電源的要求高。這些灌溉系統(tǒng)通常需要至少24V的直流電壓供電，有些甚至需要220V的交流電壓供電，很難滿足靈活部署的要求；
[0007]3、大多數(shù)系統(tǒng)在灌溉執(zhí)行設(shè)計(jì)時(shí)，采用在自來水管處使用電子閥門進(jìn)行控制的方式，沒有考慮在無壓蓄水情況下的灌溉問題，對(duì)水資源的要求較高；
[0008]4、功能單一，需要過多人為的參與，難以適應(yīng)復(fù)雜的灌溉要求；
[0009]5、智能化程度不高，只能提供一種環(huán)境或者隨機(jī)環(huán)境中的給水控制，不能根據(jù)植物對(duì)水分的不同需求進(jìn)行有針對(duì)性的灌溉，不利于對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境敏感的植物的生長(zhǎng)。
[0010]綜上所述，目前已有的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，仍然難以滿足當(dāng)前農(nóng)業(yè)、園藝等對(duì)灌溉的技術(shù)需求，亟需一種小型化、適用于多種給水條件、并且能夠滿足不同種類植物不同生長(zhǎng)周期對(duì)水分需求的自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)，以提高灌溉系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化水平和應(yīng)用范圍，并將其投入實(shí)際應(yīng)用中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于提供一種能應(yīng)用于不同的場(chǎng)合，為不同種類的植物(特別是對(duì)環(huán)境比較敏感的植物)提供與其生長(zhǎng)周期相適應(yīng)水分的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)。該系統(tǒng)部署和使用方便、監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性高、控制效果好，而且能夠適用于自來水、無壓蓄水兩種不同的水源供給。
[0012]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明是由一個(gè)主控制器、多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)和多個(gè)執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)組成的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點(diǎn)分布式部署在環(huán)境中的不同位置(如圖1所示)，負(fù)責(zé)采集不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度、濕度、光照和土壤濕度信息，并通過無線傳輸方式發(fā)送給主控制器。主控制器部署在環(huán)境中合適的位置；通過時(shí)鐘模塊確定整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)間信息，根據(jù)預(yù)設(shè)的植物種類信息，自動(dòng)判斷植物處于何種生長(zhǎng)周期；利用傳感器節(jié)點(diǎn)采集到的環(huán)境信息，生成合理的控制策略，并將控制信號(hào)通過無線方式發(fā)送給執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)。執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)通過無線方式接收主控制器傳送的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)5V電壓的直流外接口，為外接電磁閥或小型水泵提供驅(qū)動(dòng)能力，使得整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到智能控制效果。
[0013]本發(fā)明根據(jù)系統(tǒng)時(shí)間信息和預(yù)設(shè)的植物種類，確定植物的生長(zhǎng)周期，并依據(jù)感知的環(huán)境參數(shù)，針對(duì)植物的不同生長(zhǎng)周期生成灌溉策略來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉。與現(xiàn)有的自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)相比，本發(fā)明不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同種類植物的自適應(yīng)灌溉，還提供了對(duì)自來水、無壓蓄水等不同給水系統(tǒng)的適應(yīng)能力，克服了現(xiàn)有系統(tǒng)功能單一、使用范圍小、灌溉控制不合理的缺點(diǎn)。
【附圖說明】
[0014]圖1多用途自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與部署示意圖
[0015]圖2傳感器節(jié)點(diǎn)電路框圖
[0016]圖3主控制器電路框圖
[0017]圖4執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)電路框圖
[0018]圖5傳感器節(jié)點(diǎn)、執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)與主控制器間的數(shù)據(jù)傳遞圖
[0019]圖6主控制器工作流程圖
[0020]圖7傳感器節(jié)點(diǎn)工作流程圖
[0021]圖8執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)工作流程圖
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0023]如圖1所示，系統(tǒng)由一個(gè)主控制器、多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)和多個(gè)執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)組成。主控制器部署在合適的區(qū)域，作為數(shù)據(jù)處理和命令發(fā)送中心。傳感器節(jié)點(diǎn)分布式部署在需要進(jìn)行灌溉的區(qū)域，監(jiān)測(cè)環(huán)境的溫度、濕度、光照強(qiáng)度和土壤濕度信息。執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)分布式部署，一般部署在每個(gè)灌溉區(qū)的中心，與傳感器節(jié)點(diǎn)組成灌溉區(qū)分組，進(jìn)行小區(qū)域的灌溉控制。傳感器節(jié)點(diǎn)、執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)和主控制器之間通過ZigBee無線通信協(xié)議傳遞數(shù)據(jù)與控制信息(如圖5所示)。
[0024]傳感器節(jié)點(diǎn)的電路框圖如圖2所示，包括傳感器模塊、處理器模塊、無線傳輸模塊和電源模塊。傳感器模塊包括環(huán)境溫/濕度傳感器、光照傳感器和土壤濕度傳感器，能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、光照強(qiáng)度、土壤濕度的采集。處理器模塊包括處理器和存儲(chǔ)器，處理器能夠?qū)鞲衅鞴?jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)和命令進(jìn)行處理，存儲(chǔ)器能夠儲(chǔ)存采集到的數(shù)據(jù)。無線傳輸模塊提供ZigBee無線通信方式，負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)的發(fā)送和采集命令的接收。電源模塊負(fù)責(zé)傳感器節(jié)點(diǎn)的能量供應(yīng)，采用干電池直接供電或太陽能電池板和充電電池結(jié)合供電。
[0025]主控制器的電路框圖如圖3所示，包括時(shí)鐘模塊、存儲(chǔ)模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、MSP430處理器、無線傳輸模塊和電源模塊。時(shí)鐘模塊為整個(gè)系統(tǒng)提供時(shí)間信息，讀取時(shí)