物联网节点式灌溉控制系统技术方案

本实用新型专利技术物联网节点式灌溉控制系统，包括若干路由节点和监控计算机。各路由节点包括若干土壤水分传感器、若干阀门、中央控制器、太阳能电池板和充电模块。中央控制器包括控制器、RS-485通讯模块、RF射频模块、存储模块、时钟模块、阀门控制器和电源模块。太阳能电池板经充电模块与中央控制器相连。本实用新型专利技术物联网节点式灌溉控制系统的优点是：可以同时测量土壤的温度和多层土壤的水分，达到灌溉水被植物根系有效吸收而不下渗的目的，防止过量灌溉，节水效果明显，有利于推广应用。由太阳能供电，节能低碳，低成本。基于ZigBee的无线网络无需增加网络空间的成本，相比GPRS等无线网络相比有着较大的优势。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及检测和控制系统，特别涉及ー种物联网节点式灌溉控制系统。
技术介绍
当前我国不管是农业灌溉还是城市緑化用水都是采取很粗放的方式，即凭借经验定时人工灌溉。这种原始的灌溉方式既无法保证植物正常生活所需水量，同时又大大浪费了宝贵的水资源。而园林緑化用水当中常用的人工漫灌方法会造成土壤表层水流过快而来不及渗透到植物根系就顺着地形的流动形成水洼或流到马路当中造成浪费。起步晚，投入低，造成了这方面的技术远远的落后于发达国家。发达国家的节水灌溉方式已经深入到植物生理的各个方面，结合植物蒸腾，土壤墒情，温度等因素，配合计算机技术和网络技术的管理，能真正做到依据植物的需水量来供应水量，大大降低水资源的浪费。但是相对来说这些先进的设备投入成本很高，相对不适合目前我国农业大国的基本国情。在各种不同的灌溉系统中，由于土壤表层与其下方的各个深层含水量的不同，实时检测不同深度土壌商情信息，根据作物不同生长时期的需水量来酌量灌溉，目前还是ー个新的课题，有待研究，也存在如何既有利于植物的生长又尽量不浪费水资源的问题。另外，检测和控制系统日渐庞大，采用传统供电方式，电カ消耗较大，节电也是ー个需要解决的问题。传统的网络空间的成本，比如GPRS等无线网络，成本也较高。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种可以同时检测和控制多层土壤的水分，达到灌溉水被植物根系有效吸收，防止过量灌溉，成本低，灌溉和节能效果好的物联网节点式灌溉控制系统。为达到上述目的，本技术物联网节点式灌溉控制系统，包括若干路由节点和监控计算机，各所述路由节点包括若干土壌水分传感器、用于绿地喷灌装置的若干阀门、中央控制器、充电模块和太阳能电池板，其中，所述中央控制器包括控制器和与其分别相连的电源模块、RS-485通讯模块、RF射频模块和阀门控制器，所述太阳能电池板经所述充电模块与所述中央控制器相连，所述土壤水分传感器分别通过所述RS-485通讯模块与所述监控计算机相连，所述阀门与所述阀门控制器对应相连，所述中央控制器通过所述RF射频模块与所述监控计算机无线通讯相连，所述RF射频模块采用ZigBee无线网络。本技术物联网节点式灌溉控制系统，其中每个所述路由节点包括所述土壤水分传感器3个，第一土壤水分传感器与地表的距离为10cm-15cm，第二土壤水分传感器与地表的距离为15cm-20cm,第三土壤水分传感器与地表的距离为20cm_30cm。本技术物联网节点式灌溉控制系统，其中所述控制器设有与其相连的存储模块和时钟模块。本技术物联网节点式灌溉控制系统，其中所述中央控制器还包括功率放大模块，所述RF射频模块通过所述功率放大模块与天线相连。本技术物联网节点式灌溉控制系统，其中所述充电模块包括铅酸电池和与所述铅酸电池相连的太阳能充电控制器，所述电源模块与所述铅酸电池相连，所述太阳能充电控制器与所述太阳能电池板相连。本技术物联网节点式灌溉控制系统的优点是由于土壤水分传感器分层竖直排列，水平埋放，同时检测和控制多层土壤的水分，可以有效检测地表下30cm范围内土壤温度和水分的变化情况，将上层土壤的含水量控制在设定的范围内，保持中层土壤含水量稳定，从而达到灌溉水被植物根系有效吸收而不下渗的目的，防止过量灌溉，节水效果明显。由太阳能供电，节能低碳，低成本。基于ZigBee的无线网络无需增加网络空间的成本，相比GPRS等无线网络相比有着较大的优势。下面将结合实施例參照附图进行详细说明，以对本技术的目的、特征和优点有深入的理解。附图说明图I为本技术物联网节点式灌溉控制系统路由节点的结构方框图；图2为本技术物联网节点式灌溉控制系统的示意图；图3为传感器的安装示意图；图4为控制器的电路图；图5电源模块的电路图；图6为阀门控制器的电路图；图7为充电模块的电路图。具体实施方式下面以实施例对技术方案做详细说明。參照图I和图2，本技术物联网节点式灌溉控制系统，包括若干路由节点8和监控计算机I。各路由节点8包括若干土壌水分传感器4、用于绿地喷灌装置的若干阀门6、中央控制器2、太阳能电池板5和充电模块3。中央控制器2包括控制器20和与其分别相连的RS-485通讯模块25、RF射频模块21、存储模块24、时钟模块23、阀门控制器27和电源模块26。RF射频模块21连接有功率放大模块22和天线7。太阳能电池板5经充电模块3与中央控制器2相连。充电模块3包括铅酸电池31和与铅酸电池31相连的太阳能充电控制器30。其中，土壌水分传感器4分别通过RS-485通讯模块25经RS-485总线与监控计算机I相连，阀门6与阀门控制器27对应相连，中央控制器2通过RF射频模块21经路由节点8与监控计算机I无线通讯相连。RF射频模块21通过功率放大模块22与天线7相连。电源模块3与铅酸电池31相连，太阳能充电控制器30与太阳能电池板5相连。路由节点8采用ZigBee无线网络。与其它无线通信网络相比，ZigBee无线网络复杂性低、对资源要求少，低功耗，由于工作周期短、收发信息功耗较低、以及采用了休眠机制，ZigBee终端仅需要两节普通的五号干电池就可以工作六个月到两年。低成本，网络简单且所需的存储空间小，这极大降低了 ZigBee的成本。在本技术物联网节点式灌溉控制系统的实施例中，參照图3，每个路由节点8包括土壤水分传感器4共3个，第一土壤水分传感器41与地表的距离hi为10cm-15cm，第ニ土壤水分传感器42与地表的距离hl+h2为15cm-20cm，第三土壤水分传感器43与地表的距离hl+h2+h3为20cm-30cm。土壤水分传感器4分三层竖直排列，水平埋放。地表以下IOcm内上层土壤的含水量是系统的控制对象，在IOcm处安装土壌水分传感器监测其水分变化。在15cm和25cm处安装的传感器用于监测地表以下15cm至20cm的中层和距地表20cm以下的下层土壤的水分变化情況，以监测灌溉水的下渗和地下水的向上补给情況。下面说明本技术物联网节点式灌溉控制系统的测量过程。參照图I，监控计算机I首先向中央控制器2发送数据采集间隔命令及灌溉阈值命令，中央控制器2解析命令并将将采集间隔和灌溉阈值保存在FLASH里。控制器20实时采集时钟时间，如果采集间隔到达，则中央控制器2通过RS-485通讯模块25向相应的土壤水分传感器4发送土壌含水量数据采集指令；土壌水分传感器4根据采集指令測量土壌含水量并将数据返回给控制器20。控制器20首先将数据保存在存储模块24内，然后再把数据 返回给监控计算机I ;中央控制器2将土壤含水量数据与事先设定的阈值进行比较，井根据比较结果打开或关闭阀门6 ;最后将阀门6的开关状态发送给监控计算机I并保存在数据库中，以便管理员查看。周而复始，构成ー个闭环控制的自动灌溉系统。下面说明本技术物联网节点式灌溉控制系统的电路原理。使用本系统的前提是喷管系统已经安装完毕。參照图1，结合图4至图7，监控计算机I与中央控制器2之间采用无线通讯方式，中央控制器2与土壌水分传感器4之间采用RS-485总线连接。监控计算机I设置有每个节点的土壌水分上、下限，作为灌溉决策阈值；建立节点与相应区域中阀门控制器的对应关系，用于控制喷灌系统的电磁阀；设置实时采集土壌本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种物联网节点式灌溉控制系统，其特征在于：包括若干路由节点(8)和监控计算机(1)，各所述路由节点(8)包括若干土壤水分传感器(4)、用于绿地喷灌装置的若干阀门(6)、中央控制器(2)、充电模块(3)和太阳能电池板(5)，其中，所述中央控制器(2)包括控制器(20)和与其分别相连的电源模块(26)、RS？485通讯模块(25)、RF射频模块(21)和阀门控制器(27)，所述太阳能电池板(5)经所述充电模块(3)与所述中央控制器(2)相连，所述土壤水分传感器(4)分别通过所述RS？485通讯模块(25)与所述监控计算机(1)相连，所述阀门(6)与所述阀门控制器(27)对应相连，所述中央控制器(2)通过所述RF射频模块(21)与所述监控计算机(1)无线通讯相连，所述路由节点(8)采用ZigBee无线网络。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵燕东，王勇志，刘卫平，聂铭君，刘圣波，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：实用新型
国别省市：