精准节水灌溉远程无线智能控制系统技术方案

精准节水灌溉远程无线智能控制系统，包括监控中心站与无线控制站、智能控制与通讯模块、传感器节点和终端执行节点，监控中心站包括带有监控程序的PC机和以太网传输设备；中心无线控制站和现地无线控制站分别有智能控制与通信模块进行无线通信，智能控制与通信模块、传感器节点、终端执行节点通过网状网络无线通信相连；智能控制与通讯模块获得的信息通过网络无线通信、中心无线控制站、以太网传送给上位机；传感器节点向智能控制与通讯模块传送土壤墒情信息，现地无线控制站向终端节点发送电磁阀开度信息。本发明专利技术具有布线小，易扩展，低功耗、灌溉模式灵活多样，数据通信稳定可靠，并易于实现精准灌溉控制并有效降低建设和维护成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及农、林业的野外或温室节水灌溉，特别涉及精准节水灌溉远程无线智能控制系统。
技术介绍
据有关数据表明，灌溉用水占我国全部消费用水80%左右，我国灌溉用水的有效利用率非常低，平均为40～50%。节水灌溉是保证粮食、经济、生态综合可持续发展的必由之路。在国家高度重视节能减排的背景下，政府把节约水资源摆在重要的战略位置，鼓励发展节水技术，以构建“资源节约型、环境友好型”的两型社会。把计算机技术、物联网技术和无线通信技术应用到节水灌溉是大势所趋。众所周知，农田、林地等灌溉区域相关信息的采集工作量很大，传统的数据采集及控制方式已无法胜任，需要一种既能实现远距离数据传输，又能实现智能化节水的灌溉技术，且由于灌溉区域面积比较大，利用无线网络传感器网络技术构成的远程无线智能控制成为当前最为有效的方式。中国专利公开号CN 204014671 U“一种基于ZIGBEE的太阳能节水灌溉控制装置” 用于农田水利的节水灌溉，虽然采用了太阳能供电，采用ZigBee技术实现本地自组网无线通讯，并将墒情、管道流量监测、管道压力监测以及阀门控制功能集成，但土壤墒情数据的采集、阀门控制信息都是通过485总线等有线传输，而灌溉区域存在着范围大、土壤墒情检测点多且极分散的特点，再者在多分支多阀门的管网结构中，有线传输存在着野外布线困难，扩展性不强，维护成本也较高的缺点，更没有涉及不同种类植物或同种植物在不同生长期的灌溉控制，也没有涉及光照强度、大气温湿度等的监测，也就无法综合考量蒸腾流速、蒸发量对植物需水量的影响及其植物各生长期的需水量与灌溉量匹配关系，无法实现精准灌溉的目的。专利
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，避免上述技术的不足，解决野外布线难，扩展性不强，维护成本较高的问题，实现不同种类植物或同种植物不同生长期需水量的精准灌溉，提供一种精准节水灌溉的远程无线智能控制系统。实现上述目的的技术方案如下：精准节水灌溉远程无线智能控制系统，包括监控中心站与中心无线控制站、智能控制与通讯模块、传感器节点和终端执行节点，其特征在于：监控中心站包括带有监控程序的PC机和以太网传输设备；中心无线控制站和现地无线控制站分别有智能控制与通信模块进行无线通信，智能控制与通信模块、传感器节点、终端执行节点通过网状网络ZigBee无线通信相连；智能控制与通讯模块获得的管道压力、管道流量、空气温湿度、光照强度等信息，通过网状网络无线通信技术、中心无线控制站、以太网传送给上位机；上位机根据获得的当前灌溉区域的植物生长期、土壤墒情、灌溉量的数据信息，发出当前植物生长所需的土壤含水量的标准值以及与当前植物生长期相适应用的模糊控制规则调整修改指令信息，并传送给现地控制站的智能控制与通讯模块；现地控制站根据所获数据信息及控制策略，通过无线通信向终端执行节点发送电磁阀开度信息，传感器节点通过无线通信向智能控制与通讯模块传送土壤墒情信息，由电池供电；现地无线控制站和终端节点采用太阳能供电。紧邻中心无线控制站的现地无线控制站通过ZigBee直接通信，其他现地无线控制站通过网状网络ZigBee技术的中继路由、中继转发与中心无线控制站进行数据通信。电磁阀选用低功耗阀门，统一安装在主水管一侧的低功率流量传感器、压力传感器之前，电磁阀、流量传感器、压力传感器采用太阳能供电。ZigBee网状网络中的智能控制与通信模块在需要收发收据时才工作，一般处于休眠状态；数据采集部分采用周期性自启动设置，即光照强度传感器、大气温湿度传感器每天在6:00与18:00间每两个小时间隔工作一次，传感器节点和终端执行节点的无线收发模块每天在6:00与18:00分别工作一次，流量传感器、压力传感器只在灌溉进行中才工作，其余时刻各采集部件处于休眠状态。智能控制与通讯模块选用集成32-bit RISC处理器，可充分兼容2.4GHz IEEE802.15.4协议和ZigBee无线通信技术的JN5139无线微处理模块；空气温湿度传感器选用数字温湿度传感器DHT21；光照强度传感器选用感光模块GY-30，土壤水分传感器选用圆柱状的HM1500；传感器节点和终端执行节点的控制芯片选用集成RF收发器、增强型8051 CPU、在线可编程的Flash模块的CC2530单片机，电磁阀选择低功率阀。本专利技术由于采用了上述技术方案，具有布线小，灌溉控制单元易扩展，灌溉模式灵活多样，低功率、上位机使用LabVIEW监控软件可根据作物的水肥情况进行扩展处理，并能有效降低智能灌溉系统的建设成本及维护成本。与现有方法相比，具有以下有益效果：1、采用了无线传感器技术，土壤墒情信息采集和低电磁阀的控制信息均采用ZigBee无线通信，不仅大大降低了布线的工作量，降低了维护成本，而且使得现地控制节点具有易扩展的特点。2、采用了网状拓扑结构，当某节点出现故障时，数据信息可以自动沿着其它的路由传输信息路径进行通讯，即利用ZigBee网状网络具有的自愈能力，使得整个数据通信的稳定性、可靠度大大提高。3、根据操作者需要进行智能灌溉、手动灌溉、时间灌溉三种模式选择切换，使用灵活，切换简单。4、除了基于土壤水分传感器进行灌溉外，增加了空气温湿度传感器、光照强度传感器，压力传感器、流量传感器，并进一步结合苗木的蒸腾流、蒸发量及当前灌溉量等因素，实现精准灌溉；利用上位机LabVIEW技术的易扩展，易升级的特点，可以根据不同种类植物的需水量、同种植物在不同生长期的需水量等多种情况进行扩展。5、采用了低功率软件设计技术，系统中主要耗能为收发数据的通信功能部分，在设计中只在需要收发收据时才正常工作，一般处于低功耗状态。而数据采集部分采用周期性自启动设置，即光照强度传感器、大气温湿度传感器每天6:00与18:00间每两个小时间隔工作一次，传感器节点和终端执行节点的无线收发模块每天6:00与18:00分别工作一次，流量传感器、压力传感器只在灌溉进行中才工作，其余时刻，各采集部件处于休眠状态。附图说明图1是本专利技术系统方框示意图；图2是本专利技术中心无线控制节点与其他节点拓扑结构示意图；图3是本专利技术智能控制与通讯模块结构框图；图4是本专利技术传感器节点结构框图；图5是本专利技术终端执行节点结构框图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明：图1所示为采用无线ZigBee通讯技术的智能控制系统分层分布式结构图，系统分为三层：灌溉监控中心层、灌溉监控控制层和灌溉监控现地层。灌溉监控中心层是指灌溉控制中心站的PC上位机部分，是整个系统的信息数据采集、数据分析、信息管理及远程智能控制，包括信息服务器、工业控制计算机、核心交换机、网络通讯设备及其基于LabVIEW编写的监控软件。管理人员操控LabVIEW监控界面向控制现场发送参数修改指令，特别针对不同种类植物的需水量、同种植物在不同生长期的需水量及其综合考量不同环境中蒸腾流速、蒸发量对植物需水量的影响等多种参量的修改。灌溉监控控制层，包括一个中心无线控制站和多个现地无线控制站（图中只画出一个现地无线控制站示意），各个控制站均有智能控制与通讯模块，中心无线控制站通过以太网与上位机相连，并具有持续接受灌溉监控中心站的控制指令、集中转发各现地无线控制站的数据信息的功能。现地无线控制站实现对灌溉单元区域的多个采集点进行数本文档来自技高网...

【技术保护点】
精准节水灌溉远程无线智能控制系统，包括监控中心站与中心无线控制站、智能控制与通讯模块、传感器节点和终端执行节点，其特征在于：监控中心站包括带有监控程序的PC机和以太网传输设备；中心无线控制站和现地无线控制站分别有智能控制与通信模块进行无线通信，智能控制与通信模块、传感器节点、终端执行节点通过网状网络ZigBee无线通信相连；智能控制与通讯模块获得的管道压力、管道流量、空气温湿度、光照强度等信息，通过网状网络无线通信技术、中心无线控制站、以太网传送给上位机；上位机根据获得的当前灌溉区域的植物生长期、土壤墒情、灌溉量的数据信息，发出当前植物生长所需的土壤含水量的标准值以及与当前植物生长期相适应用的模糊控制规则调整修改指令信息，并传送给现地控制站的智能控制与通讯模块；现地控制站根据所获数据信息及控制策略，通过无线通信向终端执行节点发送电磁阀开度信息，传感器节点通过无线通信向智能控制与通讯模块传送土壤墒情信息，由电池供电；现地无线控制站和终端节点采用太阳能供电。

【技术特征摘要】
1.精准节水灌溉远程无线智能控制系统，包括监控中心站与中心无线控制站、智能控制与通讯模块、传感器节点和终端执行节点，其特征在于：监控中心站包括带有监控程序的PC机和以太网传输设备；中心无线控制站和现地无线控制站分别有智能控制与通信模块进行无线通信，智能控制与通信模块、传感器节点、终端执行节点通过网状网络ZigBee无线通信相连；智能控制与通讯模块获得的管道压力、管道流量、空气温湿度、光照强度等信息，通过网状网络无线通信技术、中心无线控制站、以太网传送给上位机；上位机根据获得的当前灌溉区域的植物生长期、土壤墒情、灌溉量的数据信息，发出当前植物生长所需的土壤含水量的标准值以及与当前植物生长期相适应用的模糊控制规则调整修改指令信息，并传送给现地控制站的智能控制与通讯模块；现地控制站根据所获数据信息及控制策略，通过无线通信向终端执行节点发送电磁阀开度信息，传感器节点通过无线通信向智能控制与通讯模块传送土壤墒情信息，由电池供电；现地无线控制站和终端节点采用太阳能供电。2.根据权利要求1所述的精准节水灌溉远程无线智能控制系统，其特征是，紧邻中心无线控制站的现地无线控制站通过ZigBee直接通信，其他现地无线控制站通过网状网络ZigBee技术的中继路由、中继转发与中心无线控制站进行数据通信。3.根据权利要求1或...

【专利技术属性】
技术研发人员：李辉，邱雄迩，唐杰，林立，刘新波，
申请(专利权)人：邵阳学院，
类型：发明
国别省市：湖南;43