專利名稱：一種太陽(yáng)能遠(yuǎn)程自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于農(nóng)業(yè)灌溉領(lǐng)域，涉及一種一種太陽(yáng)能遠(yuǎn)程自動(dòng)灌溉系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
首先，在許多電能無(wú)法到達(dá)的領(lǐng)域，對(duì)農(nóng)業(yè)作物的水資源利用只能靠自然條件的供給，農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境只能聽天由命，這對(duì)作物的生長(zhǎng)自然是不利的。其次，在對(duì)農(nóng)作物的灌溉控制上，大部分只能靠人工經(jīng)驗(yàn)，沒(méi)有具體參數(shù)供參考，因此對(duì)水資源的利用存在很大浪費(fèi)。最后，大面積農(nóng)場(chǎng)作物灌溉，對(duì)農(nóng)田的環(huán)境條件了解需要人工巡查，需要很大的人力。本實(shí)用新型針對(duì)這些問(wèn)題做出了相應(yīng)的解決方案。本專利和02139540. 3專利相比， 不僅的控制電路設(shè)計(jì)上更為簡(jiǎn)單，在人機(jī)接口上亦更為方便，不僅上位機(jī)可實(shí)時(shí)修改自動(dòng)灌溉的條件，每個(gè)下位機(jī)終端亦可實(shí)時(shí)修改自動(dòng)灌溉條件，在供電裝置上更符合大型農(nóng)場(chǎng)灌溉特點(diǎn)，利用太陽(yáng)能即可實(shí)現(xiàn)能源供給。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的就是針對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉的能源獲得、參數(shù)的精確檢測(cè)、大面積灌溉等問(wèn)題，提供一種實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程精確控制的農(nóng)業(yè)自動(dòng)灌溉系統(tǒng)。本實(shí)用新型解決技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案為太陽(yáng)能遠(yuǎn)程自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，包括太陽(yáng)能供電裝置、下位機(jī)、土壤溫濕度傳感器、空氣溫濕度傳感器、液位傳感器、信號(hào)調(diào)理裝置、抽水泵、灌溉控制閥、觸摸屏、下位機(jī)數(shù)傳電臺(tái)、上位機(jī)數(shù)傳電臺(tái)，第一固態(tài)繼電器、第二固態(tài)繼電器、上位機(jī)和蓄水池。土壤溫濕度傳感器埋設(shè)在被測(cè)土壤中，土壤溫濕度傳感器的輸出端與信號(hào)調(diào)理裝置的一個(gè)輸入端連接，空氣溫濕度傳感器的輸出端與信號(hào)調(diào)理裝置的另一個(gè)輸入端連接， 蓄水池中的液位傳感器的輸出端與信號(hào)調(diào)理裝置的再一個(gè)輸入端連接；信號(hào)調(diào)理裝置的輸出端與下位機(jī)的輸入端連接，下位機(jī)數(shù)傳電臺(tái)和觸摸屏分別與下位機(jī)連接。下位機(jī)的輸出端分別與第一固態(tài)繼電器、第二固態(tài)繼電器連接，第一固態(tài)繼電器控制灌溉控制閥的開關(guān)，第二固態(tài)繼電器控制抽水泵的開關(guān)；抽水泵的輸出管路連接至蓄水池入口，蓄水池輸出管路上設(shè)有灌溉控制閥，太陽(yáng)能供電裝置為下位機(jī)供電。上位機(jī)數(shù)傳電臺(tái)與下位機(jī)數(shù)傳電臺(tái)無(wú)線通信，上位機(jī)數(shù)傳電臺(tái)與上位機(jī)連接。所述的信號(hào)調(diào)理裝置內(nèi)部有多路結(jié)構(gòu)相同的信號(hào)調(diào)理電路，每路信號(hào)調(diào)理電路包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第四電阻 R4、第五電阻R5、運(yùn)算放大器和二極管D1。每個(gè)傳感器信號(hào)輸出端與第一電阻Rl的一端、第二電阻R2的一端、第三電阻R3 的一端及第一電容Cl的一端相連，第一電阻Rl的另一端、第二電阻R2的另一端、第一電容 Cl的另一端并連接地；第二電容C2的一端與第三電阻R3的另一端與運(yùn)算放大器正向輸入端相連，第二電容C2的另一端接地；第三電容C3的一端、第四電阻R4 —端與運(yùn)算放大器負(fù)向輸入端相連，運(yùn)算放大器輸出端與第五電阻R5的一端連接，第五電阻R5的另一端、第三電容C3的另一端、第四電阻R4的另一端、二極管Dl負(fù)極作為信號(hào)調(diào)理電路的輸出端，二極管Dl正極接地。第一固態(tài)繼電器和第二固態(tài)繼電器的驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)相同，每個(gè)驅(qū)動(dòng)電路包括第六電阻R6，第七電阻R7和三極管Ql ；第六電阻R6的一端與下位機(jī)的輸出端連接，第六電阻R6 的另一端與三極管Ql的基極連接，三極管Ql的發(fā)射極接地，三極管Ql的集電極與第七電阻R7的一端、固態(tài)繼電器的輸入控制端正極連接，固態(tài)繼電器的輸入控制端負(fù)極接地，第七電阻R7的另一端接+12V電源。本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果實(shí)現(xiàn)了大面積農(nóng)田參數(shù)的采集、傳輸與控制，中央控制室能夠?qū)崟r(shí)掌握農(nóng)田的環(huán)境情況并作出相應(yīng)處理；系統(tǒng)可根據(jù)具體作物情況設(shè)置不同的灌溉模式作自動(dòng)灌溉處理， 對(duì)水資源利用更加充分，避免不必要的浪費(fèi)；系統(tǒng)可根據(jù)環(huán)境條件和時(shí)間條件對(duì)農(nóng)田進(jìn)行自動(dòng)灌溉控制，也可以根據(jù)用戶需要手動(dòng)灌溉，節(jié)省了人力資源。

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為信號(hào)調(diào)理裝置中信號(hào)調(diào)理電路圖；圖3為固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)電路圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，太陽(yáng)能遠(yuǎn)程自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，包括太陽(yáng)能供電裝置14、下位機(jī)7、土壤溫濕度傳感器2、空氣溫濕度傳感器4、液位傳感器13、信號(hào)調(diào)理裝置3、抽水泵11、灌溉控制閥9、觸摸屏6、下位機(jī)數(shù)傳電臺(tái)16、上位機(jī)數(shù)傳電臺(tái)5，第一固態(tài)繼電器8、第二固態(tài)繼電器 10、上位機(jī)15和蓄水池12。土壤溫濕度傳感器2 (共3路)埋設(shè)在被測(cè)土壤的不同點(diǎn)上，每個(gè)土壤溫濕度傳感器的有兩路輸出信號(hào)，即溫度與濕度信號(hào)，分別與信號(hào)調(diào)理裝置的兩路輸入端連接；空氣溫濕度傳感器的兩路輸出信號(hào)與信號(hào)調(diào)理裝置的另兩路輸入端連接，蓄水池中的液位傳感器的ι路輸出信號(hào)與信號(hào)調(diào)理裝置的再1路輸入端連接；信號(hào)調(diào)理裝置的輸出端共9路與下位機(jī)的9路輸入端連接，下位機(jī)數(shù)傳電臺(tái)和觸摸屏分別通過(guò)串口與下位機(jī)兩路串口連接。下位機(jī)的輸出端通過(guò)I/O 口分別與第一固態(tài)繼電器、第二固態(tài)繼電器連接，第一固態(tài)繼電器控制灌溉控制閥的開關(guān)，第二固態(tài)繼電器控制抽水泵的開關(guān)；抽水泵的輸出管路連接至蓄水池入口，蓄水池輸出管路上設(shè)有灌溉控制閥，太陽(yáng)能供電裝置為下位機(jī)供電。上位機(jī)數(shù)傳電臺(tái)與下位機(jī)數(shù)傳電臺(tái)無(wú)線通信，傳輸距離可達(dá)2km以上，上位機(jī)數(shù)傳電臺(tái)與上位機(jī)連接。如圖2所示，信號(hào)調(diào)理裝置內(nèi)部有多路結(jié)構(gòu)相同的信號(hào)調(diào)理電路，每路信號(hào)調(diào)理電路包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第四電阻R4、第五電阻R5、運(yùn)算放大器和二極管Dl。每個(gè)傳感器信號(hào)輸出端與第一電阻Rl的一端、第二電阻R2的一端、第三電阻R3 的一端及第一電容Cl的一端相連，第一電阻Rl的另一端、第二電阻R2的另一端、第一電容 Cl的另一端并連接地；第二電容C2的一端與第三電阻R3的另一端與運(yùn)算放大器正向輸入端相連，第二電容C2的另一端接地；第三電容C3的一端、第四電阻R4 —端與運(yùn)算放大器負(fù)向輸入端相連，運(yùn)算放大器輸出端與第五電阻R5的一端連接，第五電阻R5的另一端、第三電容C3的另一端、第四電阻R4的另一端、二極管Dl負(fù)極作為信號(hào)調(diào)理電路的輸出端，二極管Dl正極接地。如圖3所示，第一固態(tài)繼電器和第二固態(tài)繼電器的驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)相同，每個(gè)驅(qū)動(dòng)電路包括第六電阻R6，第七電阻R7和三極管Ql ；第六電阻R6的一端與下位機(jī)的輸出端連接，第六電阻R6的另一端與三極管Ql的基極連接，三極管Ql的發(fā)射極接地，三極管Ql的集電極與第七電阻R7的一端、固態(tài)繼電器的輸入控制端正極連接，固態(tài)繼電器的輸入控制端負(fù)極接地，第七電阻R7的另一端接+12V電源。下位機(jī)7選用飛思卡爾單片機(jī)系統(tǒng)(型號(hào)為MC9S12xsl28)，土壤溫濕度傳感器 (1>2,3)選用TDR-3A型土壤水分溫度(一體)傳感器，空氣溫濕度傳感器7選用AW3020， 一個(gè)液位傳感器5選用WMY-SF型液位變送器，觸摸屏選用LEVI777T-V，數(shù)傳電臺(tái)用日精 ND258A數(shù)傳模塊，固態(tài)繼電器選用MGR-1，抽水泵選用ZQB3X4-12，電磁閥選用DN-25，信號(hào)調(diào)理電路中的采樣電阻采用精度為％0. 1的250 Ω，功率1/ ，抽水泵采用ZF-LI2500。太陽(yáng)能供電裝置為自己研發(fā)的，能夠輸出MV、12V、5V直流電，其中24V功率最大。整個(gè)系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單可靠，擴(kuò)展性好，具有很高的性價(jià)比。本系統(tǒng)的工作過(guò)程如下本系統(tǒng)可實(shí)時(shí)顯示多路傳感器的實(shí)時(shí)值，并可以根據(jù)顯示值做相應(yīng)控制。1、工作模式顯示部分主要顯示9路傳感器信號(hào)對(duì)應(yīng)值，包括3個(gè)土壤濕度值和3個(gè)土壤溫度值，空氣濕度和蓄水池的液位深度?？刂撇糠职ㄊ謩?dòng)控制模式和自動(dòng)控制模式。在手動(dòng)控制模式下，抽水泵和電磁閥均可以的手動(dòng)控制開關(guān)。在自動(dòng)控制模式下，需要設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)值。本系統(tǒng)的自動(dòng)控制功能有三種根據(jù)環(huán)境條件自動(dòng)灌溉、根據(jù)時(shí)間條件自動(dòng)灌溉、液位自動(dòng)控制。用戶選擇根據(jù)環(huán)件自動(dòng)灌溉時(shí)，需要設(shè)置自動(dòng)灌溉的初始值和終止值，包括土壤溫度均值、土壤濕度均值、空氣溫度均值、空氣濕度均值。用戶選擇按時(shí)間自動(dòng)灌溉時(shí)，需選擇開始灌溉和終止灌溉的時(shí)間。液位自動(dòng)控制需要用戶設(shè)置初始液位和終止液位。2、AD 轉(zhuǎn)換傳感器信號(hào)均為4 20mA電流信號(hào)，因此需經(jīng)過(guò)采樣電阻變換為電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)低通濾波和電壓跟隨器的阻抗變換，及穩(wěn)壓二極管的過(guò)壓保護(hù)后，輸入嵌入式控制器的AD 輸入端。3、參數(shù)計(jì)算1)、土壤溫度計(jì)算土壤溫度傳感器輸出為4 20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，需將其轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)送入單片
機(jī)的AD轉(zhuǎn)換器。在計(jì)算中需將電流值轉(zhuǎn)換為信號(hào)采樣值，轉(zhuǎn)換公式如式 kxV,
T=_r^ + h*RlxR2 (1)
102 J χ-
m+R2式中，T為溫度，k、b為傳感器系數(shù)，K^為AD轉(zhuǎn)換參考電壓，Rl、R2為采樣電阻。[0040]2)、土壤濕度計(jì)算土壤濕度信號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)的壙20mA電流信號(hào)，其轉(zhuǎn)換公式如下H = ax(ml-i'f +bx(ml-i)2 +cx(ml-i) +d(2)其中a、b、c、d、m、l為傳感器系數(shù)，I為傳感器電流，H為濕度值。類似溫度，在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，系數(shù)m也需要做式1的系數(shù)變換。3)空氣溫濕度及液位深度?？諝鉁貪穸燃耙何簧疃容敵鼍鶠闃?biāo)準(zhǔn)的壙20mA電流信號(hào)，其輸出值和電流呈線性關(guān)系，和式1類似，參數(shù)有所不同，因此不一一列舉。4、數(shù)字濾波在實(shí)際數(shù)據(jù)采樣過(guò)程中，為消除誤差，采用數(shù)字濾波方法以減小誤差。具體的濾波方法如下對(duì)η個(gè)數(shù)值從小到大排序，S1,民…&，去掉最大的w個(gè)和最小的ν個(gè)數(shù)值，對(duì)剩余的n-w-v個(gè)數(shù)值求平均值得到有效的溫濕度電壓信號(hào)幅值。計(jì)算公式為
權(quán)利要求1.一種太陽(yáng)能遠(yuǎn)程自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，包括太陽(yáng)能供電裝置、下位機(jī)、土壤溫濕度傳感器、 空氣溫濕度傳感器、液位傳感器、信號(hào)調(diào)理裝置、抽水泵、灌溉控制閥、觸摸屏、下位機(jī)數(shù)傳電臺(tái)、上位機(jī)數(shù)傳電臺(tái)，第一固態(tài)繼電器、第二固態(tài)繼電器、上位機(jī)和蓄水池；土壤溫濕度傳感器埋設(shè)在被測(cè)土壤中，土壤溫濕度傳感器的輸出端與信號(hào)調(diào)理裝置的一個(gè)輸入端連接，空氣溫濕度傳感器的輸出端與信號(hào)調(diào)理裝置的另一個(gè)輸入端連接，蓄水池中的液位傳感器的輸出端與信號(hào)調(diào)理裝置的再一個(gè)輸入端連接；信號(hào)調(diào)理裝置的輸出端與下位機(jī)的輸入端連接，下位機(jī)數(shù)傳電臺(tái)和觸摸屏分別與下位機(jī)連接；下位機(jī)的輸出端分別與第一固態(tài)繼電器、第二固態(tài)繼電器連接，第一固態(tài)繼電器控制灌溉控制閥的開關(guān)，第二固態(tài)繼電器控制抽水泵的開關(guān)；抽水泵的輸出管路連接至蓄水池入口，蓄水池輸出管路上設(shè)有灌溉控制閥，太陽(yáng)能供電裝置為下位機(jī)供電；上位機(jī)數(shù)傳電臺(tái)與下位機(jī)數(shù)傳電臺(tái)無(wú)線通信，上位機(jī)數(shù)傳電臺(tái)與上位機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能遠(yuǎn)程自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，其特征在于所述的信號(hào)調(diào)理裝置內(nèi)部有多路結(jié)構(gòu)相同的信號(hào)調(diào)理電路，每路信號(hào)調(diào)理電路包括第一電阻R1、第二電阻 R2、第三電阻R3第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第四電阻R4、第五電阻R5、運(yùn)算放大器和二極管Dl ；每個(gè)傳感器信號(hào)輸出端與第一電阻Rl的一端、第二電阻R2的一端、第三電阻R3的一端及第一電容Cl的一端相連，第一電阻Rl的另一端、第二電阻R2的另一端、第一電容Cl 的另一端并連接地；第二電容C2的一端與第三電阻R3的另一端與運(yùn)算放大器正向輸入端相連，第二電容C2的另一端接地；第三電容C3的一端、第四電阻R4 —端與運(yùn)算放大器負(fù)向輸入端相連，運(yùn)算放大器輸出端與第五電阻R5的一端連接，第五電阻R5的另一端、第三電容C3的另一端、第四電阻R4的另一端、二極管Dl負(fù)極作為信號(hào)調(diào)理電路的輸出端，二極管 Dl正極接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能遠(yuǎn)程自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，其特征在于第一固態(tài)繼電器和第二固態(tài)繼電器的驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)相同，每個(gè)驅(qū)動(dòng)電路包括第六電阻R6，第七電阻R7和三極管Ql ；第六電阻R6的一端與下位機(jī)的輸出端連接，第六電阻R6的另一端與三極管Ql的基極連接，三極管Ql的發(fā)射極接地，三極管Ql的集電極與第七電阻R7的一端、固態(tài)繼電器的輸入控制端正極連接，固態(tài)繼電器的輸入控制端負(fù)極接地，第七電阻R7的另一端接+12V電源。
專利摘要本實(shí)用新型涉及太陽(yáng)能遠(yuǎn)程自動(dòng)灌溉系統(tǒng)?，F(xiàn)有的設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，依賴于人工。本實(shí)用新型中土壤溫濕度傳感器埋設(shè)在被測(cè)土壤中，土壤溫濕度傳感器的輸出端、空氣溫濕度傳感器的輸出端、液位傳感器的輸出端分別與信號(hào)調(diào)理裝置的輸入端連接；信號(hào)調(diào)理裝置的輸出端與下位機(jī)的輸入端連接，下位機(jī)數(shù)傳電臺(tái)和觸摸屏分別與下位機(jī)連接。下位機(jī)的輸出端分別與第一固態(tài)繼電器、第二固態(tài)繼電器連接，第一固態(tài)繼電器控制灌溉控制閥的開關(guān)，第二固態(tài)繼電器控制抽水泵的開關(guān)；抽水泵的輸出管路連接至蓄水池入口，蓄水池輸出管路上設(shè)有灌溉控制閥。本實(shí)用新型可根據(jù)具體作物情況設(shè)置不同的灌溉模式作自動(dòng)灌溉處理，對(duì)水資源利用更加充分，避免不必要的浪費(fèi)。
文檔編號(hào)H02J7/00GK202222227SQ201120370309
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者吳開華, 趙偉杰, 顧波飛 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)