基于ZigBee傳輸技術的果園滴灌自動控制設備的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于農(nóng)業(yè)自動灌溉【技術領域】，具體是基于ZigBee傳輸技術的果園自動滴灌自動控制設備，其特征在于灌區(qū)內(nèi)以行、列布局有主干管及支管，一根主干管上設有若干列支管，每一列支管上等間距設有若干孔口或滴頭，并在每一列支管的列頭處設有一個電磁閥，所述每一列支管的側旁還等間距設有一列傳感器，所述電磁閥與傳感器由ZigBee終端節(jié)點裝置控制連接，所述ZigBee終端節(jié)點裝置通過ZigBee通信網(wǎng)絡連接ZigBee協(xié)調(diào)器，所述ZigBee協(xié)調(diào)器通過無線網(wǎng)絡連接監(jiān)控裝置，所述監(jiān)控裝置通過網(wǎng)絡連接天氣信息及專家系統(tǒng)。本實用新型能夠根據(jù)不同的植物種類、實時環(huán)境信息，制定匹配滴灌方案，實現(xiàn)滴灌管理的自動化、精確化，無需復雜布線，組網(wǎng)簡單，功耗低，成本低，安裝維護方便。
【專利說明】基于ZigBee傳輸技術的果園滴灌自動控制設備
[【技術領域】]
[0001]本實用新型屬于農(nóng)業(yè)自動灌溉【技術領域】,涉及一種基于ZigBee傳輸技術的果園自動滴灌自動控制設備。
[【背景技術】]
[0002]我國是一個水資源缺乏的國家，而且我國的水資源的分布很不平衡。我國的農(nóng)業(yè)用水量約占總用水量的75%，主要消耗于灌溉，但是農(nóng)業(yè)灌溉用水的利用率普遍低下。
[0003]自滴灌技術引進國內(nèi)以來，在我國尤其是缺水的西北部地區(qū)得到了重視，獲得了廣泛的應用。然而在使用此類灌溉技術的同時，仍存在一些問題:長期以來，我國的農(nóng)業(yè)滴灌系統(tǒng)大多靠人工經(jīng)驗控制，并沒有進行實時數(shù)據(jù)的采集、分析與決策，灌溉的隨意性較大，節(jié)水率并不是很高。即使有部分滴灌系統(tǒng)采用了自動化或者計算機控制，卻由于現(xiàn)場布線不便，成本較高、耗時較長，拆卸與安裝不便等種種問題難以在實際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到足夠的重視。
[0004]因此，灌溉系統(tǒng)自動化水平較低是制約我國高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要原因，為了提高灌溉效率，縮短勞動時間和節(jié)約水資源，必須發(fā)展節(jié)水灌溉控制技術。
[
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005]本實用新型的目的在于解決現(xiàn)有技術中存在的缺陷，提供一種基于ZigBee傳輸技術的果園滴灌自動控制設備，利用ZigBee傳輸技術實現(xiàn)無線組網(wǎng)功能，省去園間復雜的布線操作；同時在園間使用傳感器來監(jiān)測土壤的墑情和農(nóng)作物的生長，并將信息無線傳給控制中心，從而減少人力，提聞灌概的效率，節(jié)約水資源。
[0006]其中ZigBee傳輸技術，是基于IEEE802.15.4標準的低功耗個域網(wǎng)協(xié)議，根據(jù)這個協(xié)議而制定的一種短距離、低功耗的無線通信技術，其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本，主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，設計一種基于ZigBee傳輸技術的果園滴灌自動控制設備，包括灌區(qū)、主干管、若干支管、ZigBee終端節(jié)點裝置、傳感器、電磁閥、ZigBee協(xié)調(diào)器及監(jiān)控裝置，其特征在于灌區(qū)內(nèi)以行、列布局有主干管及支管，一根主干管上設有若干列支管，每一列支管上等間距設有若干孔口或滴頭，并在每一列支管的列頭處設有一個電磁閥，所述每一列支管的側旁還等間距設有一列傳感器，所述電磁閥與傳感器由ZigBee終端節(jié)點裝置控制連接，所述ZigBee終端節(jié)點裝置通過ZigBee通信網(wǎng)絡連接ZigBee協(xié)調(diào)器，所述ZigBee協(xié)調(diào)器通過無線網(wǎng)絡連接監(jiān)控裝置。
[0008]所述傳感器為溫度和濕度傳感器、土壤水分傳感器和光照傳感器。
[0009]所述傳感器間的間距為60-75m。
[0010]所述ZigBee終端節(jié)點裝置內(nèi)設有中央處理器以及由中央處理器控制連接的無線射頻發(fā)射模塊，每一列的ZigBee終端節(jié)點裝置將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)由無線網(wǎng)絡傳給控制中心的監(jiān)控裝置，即ZigBee終端節(jié)點裝置通過所述中央處理器連接傳感器數(shù)據(jù)串口，獲取傳感器采集數(shù)據(jù)；中央處理器通過所述無線射頻發(fā)射模塊無線連接ZigBee協(xié)調(diào)裝置，并經(jīng)由ZigBee協(xié)調(diào)裝置內(nèi)設的無線射頻發(fā)射模塊無線傳輸采集數(shù)據(jù)至監(jiān)控裝置。
[0011]所述ZigBee終端節(jié)點裝置內(nèi)還設有由中央處理器控制連接的電磁閥執(zhí)行控制裝置和無線射頻接收模塊，所述電磁閥執(zhí)行控制裝置由繼電器控制電路構成，所述繼電器控制電路連接控制電磁閥，監(jiān)控中心接收到采集數(shù)據(jù)后，將每一列接收到的采集數(shù)據(jù)求平均并結合天氣信息和專家系統(tǒng)，作出相應的分析處理后并對灌溉參數(shù)進行設置，并相應的作出控制命令，包括確定每一列是否需要打開電磁閥門進行灌水，以及每次灌水的時間等，并通過無線網(wǎng)絡經(jīng)由ZigBee協(xié)調(diào)裝置無線傳輸控制ZigBee終端節(jié)點裝置內(nèi)的中央處理器，終端節(jié)點的中央處理器會將接收到的控制命令傳輸給電磁閥執(zhí)行控制裝置，繼而通過電磁閥執(zhí)行控制裝置控制電磁閥開或關。控制命令通過無線傳感網(wǎng)絡，傳輸給帶有電池閥門的終端節(jié)點，從而對電磁閥門作出相應的開與關的操作。
[0012]所述ZigBee終端節(jié)點裝置內(nèi)還設有供電模塊，所述供電模塊選用電池供電模塊或太陽能供電模塊，所述供電模塊電力輸出端分別連接中央處理器、傳感器、電磁閥執(zhí)行控制裝置以及無線射頻接收/發(fā)射模塊。
[0013]所述的監(jiān)控裝置選用PC主機。
[0014]所述的無線網(wǎng)絡選用以太網(wǎng)或WIFI或GPRS。
[0015]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型能夠根據(jù)不同的植物種類，實時的環(huán)境信息，制定出與作物生長相匹配的滴灌方案，解決當前一般滴灌系統(tǒng)精確度低，人為失誤，適應性不強等問題，實現(xiàn)滴灌管理的自動化、精確化。同時本系統(tǒng)不需要復雜的布線操作，組網(wǎng)簡單，具有功耗低，成本低，安裝與維護操作方便的特點。
[【專利附圖】

【附圖說明】]
[0016]圖1為本實用新型的整體結構示意圖；
[0017]圖2為實用新型ZigBee終端節(jié)點裝置的結構框圖；
[0018]圖3實用新型果園灌區(qū)的設計圖。
[【具體實施方式】]
[0019]現(xiàn)結合附圖及具體實施例對本實用新型的技術方案作進一步闡述，相信該套自動澆灌設備對本領域技術人員來說是清楚的、可以實現(xiàn)的。
[0020]本實用新型的滴灌自動控制機理如圖1所示，分為三層，安置在控制中心的上位PC監(jiān)控計算機，作為監(jiān)控裝置，以及部署在果園間的遠程控制終端(即ZigBee協(xié)調(diào)器)和廣泛分布的ZigBee終端節(jié)點裝置，它們之間通過通信網(wǎng)絡(包括Internet，WLAN，GPRS等)集中控制，然后通過計算機接口連到控制室，由中央計算機同一管理，室外的溫濕度等傳感器把采集數(shù)據(jù)傳輸入上位PC監(jiān)控計算機，并進行灌溉參數(shù)設置，及對灌溉情況進行統(tǒng)計，并可通過專用管理軟件了解現(xiàn)場各測控終端的狀態(tài)，并在上位PC監(jiān)控計算機上存儲、顯示數(shù)據(jù)和圖標?；蛘咄ㄟ^人工特殊操作。中央監(jiān)控計算機內(nèi)置有專家系統(tǒng)，可對灌溉管理進行指導，同時通過互聯(lián)網(wǎng)獲取天氣信息，有預見性地實施灌溉。其中:
[0021]a.上位PC監(jiān)控計算機，作為監(jiān)控裝置主要負責將傳感器傳來的測量數(shù)據(jù)進行存儲，并且與天氣信息和專家系統(tǒng)進行分析處理，并傳達相應的控制操作信息，它通過現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(如Internet，WLAN, GPRS等)與布置在園間的遠程控制終端連接；
[0022]b.ZigBee協(xié)調(diào)器，作為遠程控制終端，主要任務有兩個:①負責組織ZigBee無線網(wǎng)絡，即自動搜尋網(wǎng)絡中的終端節(jié)點，及ZigBee網(wǎng)絡的建立與維護；②從終端機節(jié)點取得PC主機需要的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)終端節(jié)點與上位PC監(jiān)控計算機之間的通信；③遠程控制終端負責將控制命令轉發(fā)都園間滴灌控制網(wǎng)絡中，同時將反饋數(shù)據(jù)發(fā)送至控制中心。
[0023]c.分布在園間的多個嵌入式ZigBee終端節(jié)點裝置組成,每個ZigBee終端節(jié)點裝置管理一片區(qū)域，每個ZigBee終端節(jié)點裝置都具備ZigBee通信功能，開機后自動加入網(wǎng)絡，園間終端節(jié)點裝置直接與電磁閥門和傳感器連接，并根據(jù)控制中心的指令操作電磁閥和傳感器，實現(xiàn)了電磁閥開關控制、電磁閥狀態(tài)判斷和系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)上報等功能。當終端節(jié)點直接與電磁閥門和傳感器連接時，用于檢測環(huán)境信息，同時可以控制滴灌管道的開與關，也可以顯示電池閥門的狀態(tài)；當終端節(jié)點裝置只與傳感器連接，用來獲取相關的環(huán)境傳感信息。
[0024]將ZigBee傳輸技術應用到果園的滴灌自動控制設備，如圖3所示，首先，在灌區(qū)內(nèi)以行、列布局有主干管及支管，一根主干管上設有若干列支管，每一列支管上等間距設有若干孔口或滴頭，并在每一列支管的列頭處設有一個電磁閥，所述每一列支管的側旁每隔60-75m設有一列傳感器，所述電磁閥與傳感器由ZigBee終端節(jié)點裝置控制連接，所述ZigBee終端節(jié)點裝置通過ZigBee通信網(wǎng)絡連接ZigBee協(xié)調(diào)器，所述ZigBee協(xié)調(diào)器通過無線網(wǎng)絡連接監(jiān)控裝置，所述監(jiān)控裝置通過網(wǎng)絡連接天氣信息及專家系統(tǒng)。由于灌溉現(xiàn)場的環(huán)境信息變化比較緩慢，因此傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)采集采用定時休眠發(fā)送數(shù)據(jù)的方式，這樣只有在一定周期時間后才會進行數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送，其他的時間都處于休眠狀態(tài)。
[0025]所選用的傳感器為溫度和濕度傳感器、土壤水分傳感器和光照傳感器三種，可分別得到室外的溫濕度等采集結果，每一列的各個ZigBee終端節(jié)點裝置將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)由無線網(wǎng)絡傳給監(jiān)控裝置，監(jiān)控裝置會將每一列接收到的數(shù)據(jù)求平均，然后再結合天氣信息和專家系統(tǒng)，作出相應的分析處理，從而確定每一列是否需要打開電磁閥門進行灌水，以及每次灌水的時間。
[0026]本ZigBee終端節(jié)點裝置內(nèi)，如圖2所示，設有中央處理器以及由中央處理器控制連接的無線射頻發(fā)射模塊，電磁閥執(zhí)行控制裝置、無線射頻接收模塊以及供電模塊，其中
[0027]a.ZigBee終端節(jié)點裝置通過所述中央處理器連接傳感器數(shù)據(jù)串口，獲取傳感器采集數(shù)據(jù)；中央處理器通過所述無線射頻發(fā)射模塊無線連接ZigBee協(xié)調(diào)裝置，并經(jīng)由ZigBee協(xié)調(diào)裝置內(nèi)設的無線射頻發(fā)射模塊無線傳輸采集數(shù)據(jù)至監(jiān)控裝置。
[0028]b.所述電磁閥執(zhí)行控制裝置由繼電器控制電路構成，所述繼電器控制電路連接控制電磁閥，監(jiān)控裝置通過無線網(wǎng)絡經(jīng)由ZigBee協(xié)調(diào)裝置無線控制ZigBee終端節(jié)點裝置內(nèi)的中央處理器，中央處理器繼而通過電磁閥執(zhí)行控制裝置控制電磁閥開或關。
[0029]c.供電模塊選用電池供電模塊，所述供電模塊電力輸出端分別連接中央處理器、傳感器、電磁閥執(zhí)行控制裝置以及無線射頻接收/發(fā)射模塊。由于傳感器數(shù)目非常龐大，通常不能采用可重復利用的電池提供能量；能量一旦耗盡，那么該節(jié)點就不能進行數(shù)據(jù)采集和路由的功能，直接影響整個傳感器網(wǎng)絡的健壯性和生命周期，因此這里還可以采用太陽能供電系統(tǒng)，保證能量的充足。
【權利要求】
1.一種基于ZigBee傳輸技術的果園滴灌自動控制設備，包括灌區(qū)、主干管、若干支管、ZigBee終端節(jié)點裝置、傳感器、電磁閥、ZigBee協(xié)調(diào)器及監(jiān)控裝置，其特征在于灌區(qū)內(nèi)以行、列布局有主干管及支管，一根主干管上設有若干列支管，每一列支管上等間距設有若干孔口或滴頭，并在每一列支管的列頭處設有一個電磁閥，所述每一列支管的側旁還等間距設有一列傳感器，所述電磁閥與傳感器由ZigBee終端節(jié)點裝置控制連接，所述ZigBee終端節(jié)點裝置通過ZigBee通信網(wǎng)絡連接ZigBee協(xié)調(diào)器，所述ZigBee協(xié)調(diào)器通過無線網(wǎng)絡連接監(jiān)控裝置。
2.如權利要求1所述的一種基于ZigBee傳輸技術的果園滴灌自動控制設備，其特征在于所述傳感器為溫度和濕度傳感器、土壤水分傳感器和光照傳感器。
3.如權利要求1所述的一種基于ZigBee傳輸技術的果園滴灌自動控制設備，其特征在于所述傳感器間的間距為60-75m。
4.如權利要求1所述的一種基于ZigBee傳輸技術的果園滴灌自動控制設備，其特征在于所述ZigBee終端節(jié)點裝置內(nèi)設有中央處理器以及由中央處理器控制連接的無線射頻發(fā)射模塊，ZigBee終端節(jié)點裝置通過所述中央處理器連接傳感器數(shù)據(jù)串口，獲取傳感器采集數(shù)據(jù)；中央處理器通過所述無線射頻發(fā)射模塊無線連接ZigBee協(xié)調(diào)裝置，并經(jīng)由ZigBee協(xié)調(diào)裝置內(nèi)設的無線射頻發(fā)射模塊無線傳輸采集數(shù)據(jù)至監(jiān)控裝置。
5.如權利要求4所述的一種基于ZigBee傳輸技術的果園滴灌自動控制設備，其特征在于所述ZigBee終端節(jié)點裝置內(nèi)還設有由中央處理器控制連接的電磁閥執(zhí)行控制裝置和無線射頻接收模塊，所述電磁閥執(zhí)行控制裝置由繼電器控制電路構成，所述繼電器控制電路連接控制電磁閥，監(jiān)控裝置通過無線網(wǎng)絡經(jīng)由ZigBee協(xié)調(diào)裝置無線控制ZigBee終端節(jié)點裝置內(nèi)的中央處理器，中央處理器繼而通過電磁閥執(zhí)行控制裝置控制電磁閥開或關。
6.如權利要求4或5所述的一種基于ZigBee傳輸技術的果園滴灌自動控制設備，其特征在于所述ZigBee終端節(jié)點裝置內(nèi)還設有供電模塊，所述供電模塊選用電池供電模塊或太陽能供電模塊，所述供電模塊電力輸出端分別連接中央處理器、傳感器、電磁閥執(zhí)行控制裝置以及無線射頻接收/發(fā)射模塊。
7.如權利要求1或4所述的一種基于ZigBee傳輸技術的果園滴灌自動控制設備，其特征在于所述的監(jiān)控裝置選用PC監(jiān)控計算機。
8.如權利要求1或4或5所述的一種基于ZigBee傳輸技術的果園滴灌自動控制設備，其特征在于所述的無線網(wǎng)絡選用以太網(wǎng)或WIFI或GPRS。
【文檔編號】G08C17/02GK203416688SQ201320361608
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年6月21日 優(yōu)先權日:2013年6月21日
【發(fā)明者】徐曉青 申請人:上海眾順農(nóng)業(yè)技術有限公司