大区域多田块自动节水灌溉三级控制系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种大区域多田块自动节水灌溉三级控制系统，该三级控制系统包括远程监控平台、至少一个监控站和若干个监控终端；远程监控平台与监控站之间以GPRS方式进行数据通信，监控站与监控终端之间以ZigBee网络进行数据通信。通过监控终端的温湿度传感器采集田块的温湿度数据并与预先存储于监控终端ZigBee模块里的温湿度阈值相比较，当满足条件时向监控站发送灌溉请求，同时管理人员可通过远程监控平台修改温湿度阈值并向监控站下发。本实用新型专利技术三级控制系统能够实现大区域多田块的自动节水灌溉控制，节省人力成本、节约水资源，并能进行人工干预，达到合理的节水灌溉目的。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种大区域多田块自动节水灌溉三级控制系统，属于自动灌溉

技术介绍
淡水资源的日益匮乏与人力成本的逐步增加使得自动节水灌溉技术已经变成现代化农、林、牧、副业用水灌溉发展的重要方向。目前，对于我国农业大面积土地流转、合作经营特别是广袤的东北地区、西北地区等农、林、牧、副业基地，如何实现大区域多田块自动节水灌溉控制已是需要解决的突出问题。近年来，相关性灌溉控制技术和方法的研究取得了一定进展，其中中国专利文献CN102037888A公开了一种“分布式网络自动灌溉控制系统及其灌溉使用方法”，该技术构建了由中央监控计算机与灌溉单元组成的两级分布式控制系统，公开号为CN1951170A的专利专利“基于公共通讯网络的远程自动化灌溉系统及使用方法”构建了以中央控制级与田间控制级组成的两级灌溉自动化系统，但是这些技术方法中的下级控制系统只使用单一处理器(CPU)完成田块所有传感器检测、电磁阀控制、数据通信等任务，存在的问题：(1)分布连线较多而造成布局调整困难；(2)既有控制器硬件资源有限且固定，扩展困难，不太适宜大面积田块使用；(3)作为系统整体缺少重要的灌溉水源供水调节控制环节，无法实现供水管道的恒定压力用水供给。另外，在针对大区域内栽种有不同农作物的多个田块时，现有的灌溉技术无法做到根据不同的农作物来设定不同的灌溉模式，应用较为单一。因此，亟需设计一种针对大区域多田块不同农作物的灌溉系统。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术提供一种大区域多田块自动节水灌溉三级控制系统。本技术的技术方案如下：大区域多田块自动节水灌溉三级控制系统，包括远程监控平台、至少一个监控站和若干个监控终端；远程监控平台与监控站之间以GPRS方式进行数据通信，监控站与监控终端之间以ZigBee网络进行数据通信；所述远程监控平台包括服务器；所述监控站包括单片机、水泵变频控制器、供水压力传感器、GPRS模块和ZigBee模块；单片机通过串行接口分别与水泵变频控制器、GPRS模块和ZigBee模块连接，供水压力传感器与水泵变频控制器电连接；所述监控终端包括ZigBee模块、土壤温湿度传感器、电磁阀驱动电路、电磁阀；ZigBee模块分别与土壤温湿度传感器、电磁阀驱动电路电连接，电磁阀驱动电路与电磁阀电连接。优选的，所述监控站还包括三相电计量芯片和远传计量水表，三相电计量芯片和远传计量水表分别与单片机电连接。此设计的优势在于，通过加装设置的三相电计量芯片和远传计量水表，可以使单片机获得用电量数据及每次灌溉用水量或累计用水量数据，便于调控灌溉过程。优选的，所述监控终端还包括太阳能电池板、充电电池和电池充电管理电路，太阳能电池板通过电池充电管理电路与充电电池连接，充电电池分别与ZigBee模块、土壤温湿度传感器及电磁阀驱动电路电连接。此设计的优势在于，使用太阳能清洁能源为监控终端提供电力资源支持。优选的，所述单片机选用STM32F103芯片。此设计的好处在于，此型号的芯片性价比高，带有多个串行接口，用作灌溉水源供水控制、用电量用水量计量以及数据通信控制等具有较大经济优势。优选的，所述供水压力传感器选用GB-3000FS压力传感器。将该型号的压力传感器安装于供水主管道上测试主管道的供水压力。优选的，所述三相电计量芯片选用RN8302B芯片。此设计的好处在于，单片机通过SPI串口获得监控站的用电量数据。优选的，所述GPRS模块选用M35模块。此设计的优势在于，单片机利用M35模块与远程监控平台进行数据通信，接收远程监控平台发送的灌溉控制参数、人工干预指令，或向监控平台发送计量用水、用电量信息、设备状态信息、土地墒情信息等。优选的，所述监控终端中的ZigBee模块与监控站中的ZigBee模块选用相同型号的ZigBee模块，ZigBee模块选用增强型8051CPU芯片CC2530模块。此设计的好处在于，此型号ZigBee模块集2.4GHzIEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE多种功能于一体，单片机利用此型号ZigBee模块与若干个监控终端上的ZigBee模块组网进行数据通信，接收监控终端的灌溉请求信息、状态信息、土地墒情信息，或向监控终端发送灌溉控制参数、灌溉指令等。优选的，所述电磁阀选用IBV-101G直流电磁阀。利用该型号的直流电磁阀用于田间一路用水支路管道灌溉用水的开通、关闭控制。优选的，所述电磁阀驱动电路选用升压型变换电路。此设计的优势在于，升压型变换电路把充电电池储能转换成电磁阀工作用电，监控终端上的ZigBee模块利用一个输出端以电平方式控制电磁阀驱动电路的输出，如：输出控制端输出高电平时电磁阀驱动电路输出能量，开通电池阀，而输出控制端输出低电平时电磁阀驱动禁止输出能量，关闭电池阀。优选的，所述土壤温湿度传感器选用STH11型温、湿度一体化传感器。此设计的好处在于，将温、湿度一体化传感器安装在对应用水支路灌溉土地的典型采样点上，监控终端中的ZigBee模块通过串口读取温、湿度一体化传感器所感知的土壤温度、湿度信息，以此控制该路电磁阀的开通或关闭，采用一体化土壤温湿度传感器集成度高、成本低、方便施工安装，节省施工时间。优选的，所述太阳能电池板选用多晶硅材料的电池板。此设计的好处是，太阳能电池工作稳定、成本低，太阳能电池板的容量大小取决于电磁阀的工作用电量。优选的，所述充电电池选用锂聚合物电池。此设计的好处在于，锂电池容量高、体积小、重量轻、安全性好。优选的，所述电池充电管理电路选用具有太阳能电池最大功率点跟踪功能的充电管理集成电路。此设计的好处是，能够自动跟踪太阳能电池板的最大功率点，高效地实现太阳能至充电电池的电能转换。进一步优选的，所述电池充电管理电路选用CN3791充电管理集成电路。一种大区域多田块自动节水灌溉三级控制系统的使用方法，包括以下步骤：(1)采样点的土壤温湿度传感器实时采集田块上的温、湿度数据，并将温、湿度数据传输给监控终端的ZigBee模块；(2)监控终端的ZigBee模块接收到温、湿度数据后与存储于监控终端ZigBee模块里的土壤湿度上、下限阈值及土壤温度上限阈值比较，当超过土壤温度上限阈值或低于土壤湿度下限阈值时，监控终端通过ZigBee模块向监控站发送灌溉请求信息；(3)监控站根据监控终端发送的请求信息决策是否启动灌溉供水，若判定为需要进行灌溉时，监控站向监控终端发送灌溉命令并向水泵变频控制器发送启动工作指令，水泵变频控制器驱动水泵电机向供水主管道输送设定压力的灌溉用水，接收到灌溉启动指令且土壤湿度没有达到土壤湿度上限阈值的监控终端都打开用水支路电磁阀进行灌溉操作；(4)当监控终端检测到土壤湿度达到土壤湿度上限阈值时，监控终端则关闭用水支路电磁阀并向监控站发送灌溉结束信息，监控站依据接收到的灌溉结束信息判断是否需要结束灌溉过程，若需要结束灌溉过程监控站则向水泵变频控制器发送结束工作命令停止灌溉供水。优选的，远程监控平台通过GPRS网络通信向监控站下发修改后的土壤湿度上、下限阈值及土壤温度上限阈值，监控站接收到修改后的土壤湿度上、下限阈值及土壤温度上限阈值后存储于ZigBee模块中，同时监控站利用自身的ZigBee模块向监控终端发送修本文档来自技高网...

【技术保护点】
大区域多田块自动节水灌溉三级控制系统，其特征在于，包括远程监控平台、至少一个监控站和若干个监控终端；远程监控平台与监控站之间以GPRS方式进行数据通信，监控站与监控终端之间以ZigBee网络进行数据通信；所述远程监控平台包括服务器；所述监控站包括单片机、水泵变频控制器、供水压力传感器、GPRS模块和ZigBee模块；单片机通过串行接口分别与水泵变频控制器、GPRS模块和ZigBee模块连接，供水压力传感器与水泵变频控制器电连接；所述监控终端包括ZigBee模块、土壤温湿度传感器、电磁阀驱动电路、电磁阀；ZigBee模块分别与土壤温湿度传感器、电磁阀驱动电路电连接，电磁阀驱动电路与电磁阀电连接。

【技术特征摘要】
1.大区域多田块自动节水灌溉三级控制系统，其特征在于，包括远程监控平台、至少一个监控站和若干个监控终端；远程监控平台与监控站之间以GPRS方式进行数据通信，监控站与监控终端之间以ZigBee网络进行数据通信；所述远程监控平台包括服务器；所述监控站包括单片机、水泵变频控制器、供水压力传感器、GPRS模块和ZigBee模块；单片机通过串行接口分别与水泵变频控制器、GPRS模块和ZigBee模块连接，供水压力传感器与水泵变频控制器电连接；所述监控终端包括ZigBee模块、土壤温湿度传感器、电磁阀驱动电路、电磁阀；ZigBee模块分别与土壤温湿度传感器、电磁阀驱动电路电连接，电磁阀驱动电路与电磁阀电连接。2.如权利要求1所述的大区域多田块自动节水灌溉三级控制系统，其特征在于，所述监控站还包括三相电计量芯片和远传计量水表，三相电计量芯片和远传计量水表分别与单片机电连接。3.如权利要求1所述的大区域多田块自动节水灌溉三级控制系统，其特征在于，所述监控终端还包括太阳能电池板、充电电池和电池充电管理电路，太阳能电池板通过电池充电管理电路与充电电池连接，充电电池分别与ZigBee模块、土壤温湿度传感器及电磁阀驱动电路电连接。4.如权利要求2所述的大区域多田...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍孟友，顾雯雯，罗彦铭，郑亚鹏，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：新型
国别省市：山东;37