CN205249966U - 一种用于不同作物的无线自动滴灌*** - Google Patents

一种用于不同作物的无线自动滴灌*** Download PDF

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Abstract

一种用于不同作物的无线自动滴灌***，包括滴灌总控部分和多个滴灌分控部分，滴灌总控部分包括控制电缆连接的供水单元和总控单元，总控单元包括总处理器和无线模块Ⅰ，滴灌分控部分分别设置在种植不同作物的地块上，包括调节阀、分控单元和滴灌单元，分控单元包括土壤水分采集传感器、分处理器、流量调节阀和无线模块Ⅱ，滴灌单元由连接在流量调节阀上的滴灌管组成，流量调节阀设有控制阀门开启大小的步进电机和步进电机驱动器。本***的滴灌分控部分可以结合作物在不同生长期的需水量对分控单元的分处理器编制相应的程序，由分处理器结合由土壤水分采集传感器采集到的土壤墒情信息，制定滴灌策略，并由滴灌总控部分控制实现分类、精细灌溉。

Description

一种用于不同作物的无线自动滴灌***
技术领域
本实用新型属于温室大棚管理技术领域，尤其涉及一种用于不同作物的无线自动滴灌***。
背景技术
传统的温室大棚在进行作物灌溉时往往依靠农户经验进行手动开关阀门式灌溉及管理，缺点是不但劳动强度较大而且凭肉眼判断作物是否需要灌溉以及灌溉的程度，精确度远远不够管理效率低；旋转式喷灌***虽然可以实现部分自动化，但其喷淋水量不均匀在其不同的喷淋半径上存在梯度差，另外喷灌方式对所有土地喷洒，不能直接作用于植株根系，节水性差；还有些可以实现自动滴灌的控制设备，但其存在***结构复杂，不能对地块根据不同作物选择不同灌溉方案等缺点，另外采用有线电缆连接成本较高，后续维护和可靠性上较差。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种用于不同作物的无线自动滴灌***，可以根据不同作物的需水量和土壤中的墒情制定有针对性的灌溉策略，实现精确灌溉，以提高农业生产中灌溉用水利用率和自动化水平。
为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：
一种用于不同作物的无线自动滴灌***，包括滴灌总控部分和多个滴灌分控部分，滴灌总控部分由供水单元和总控单元组成，供水单元和总控单元通过控制电缆连接，总控单元发出指令打开或关闭供水单元，总控单元包括总处理器和无线模块Ⅰ，滴灌分控部分分别设置在种植不同作物的地块上，由调节阀、分控单元和滴灌单元组成，分控单元包括土壤水分采集传感器、分处理器、流量调节阀和无线模块Ⅱ，滴灌单元由连接在流量调节阀上的滴灌管组成，流量调节阀设有控制阀门开启大小的步进电机和步进电机驱动器，分控单元中的分处理器根据作物需求和土壤水分采集传感器获得的土壤墒情确定灌溉水量后，由无线模块Ⅱ向总控单元发出灌溉请求，总控单元控制打开供水单元，使灌溉水经供水单元流过分控单元的调节阀，同时，分控单元通过步进电机驱动器控制步进电机转动的角度，进而调整流量调节阀的开启程度，在达到所述的灌溉水量后，由总控单元关闭供水单元，并向分控单元发出指令，由分控单元控制步进电机关闭流量调节阀，进而完成一次滴灌过程。
所述的总控单元和分控单元分别设有时钟电路模块，以设定不同作物的灌溉周期和灌溉时间。
所述的供水单元为水泵，并在总控单元内设有控制水泵电源启闭的继电器和继电器驱动电路，继电器驱动电路包括三极管和光耦。
所述的供水单元为电磁阀。
所述的总控单元设有缺水报警装置。
所述的总控单元和分控单元均设有显示装置。
在所述的供水单元和总控单元之间安装有水表。
所述的总处理器和分处理器均为嵌入式处理器STM32L0。
所述主控单元和分控单元中的无线模块Ⅰ和无线模块Ⅱ均采用nRF24L01芯片。
所述的总控单元内设有和继电器驱动电路配合的交流接触器。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
第一，本实用新型自动化程度高，灌溉过程不需要人为参与，提高生产效率，具有很强的实用性、灵活性、扩展性和创新性，不仅提高了工作效率大大减轻了农户的工作负担而且减少了凭经验进行灌溉造成的不必要的浪费，同时本发明性能可靠，价格低廉，使用方便不仅适用于大棚种植而且适用于大田灌溉，有很高的推广价值。
第二，本实用新型通过在不同作物的地块上设置滴灌分控部分，并结合作物在不同生长期的需水量对分控单元的分处理器编制相应的程序，由分处理器结合由土壤水分采集传感器采集到的土壤墒情信息，制定有针对性的滴灌策略，并由滴灌总控部分控制实现分类、精细灌溉。
第三，各分控单元与总控单元是通过无线方式通讯，避免了采用有线电缆连接成本较高，在温室大棚环境下易腐蚀可靠性差，后续检修复杂，对作业人员羁绊等问题。
第四，总控单元与分控单元均配备有时钟电路模块，可以实现滴灌时间和滴灌周期的精确控制（如某生长季一个月份，前每周滴灌2次滴灌时间1小时，后两周滴灌3次每次1.5小时）；另一方面也可以实现各控制单元间的同步操作。
第五，分控单元配有流量调节阀，可以在芯片的控制下实现对滴灌水量的控制，流量调节阀的控制由步进电机完成，步进电机带动减速齿轮，可以提高对流量调节阀控制的精度。
第六，本实用新型还设有缺水报警装置，当灌溉发生缺水时（包括灌溉完成时或灌溉***故障时），缺水报警装置工作发出声光报警。
第七，本实用新型还设有显示装置，可以显示正在滴灌的地块数量及作物缺水状态、土壤墒情、滴灌工作状态是否正常以及无线通讯是否正常，从而便于人员及时进行管理。
第八，可以根据不同作物，调整滴灌管距离根系的位置，对作物根系进行滴灌，与传统灌溉方式比个体植株灌溉水量更加均匀，一致性好，直接作用于植物根系等需水部位减少蒸腾等损耗节水效果明显。
第九，嵌入式处理器STM32L0运行模式功耗87μA/MHz，待机模式时1μA，并且，当各个分控单元均没有灌溉请求时，总控单元关闭供水单元，这样总控单元就可以处于休眠的低功耗状态以节约能源，直至下一个灌溉请求到来。
第十，供水单元采用水泵时，在总控单元内设有控制水泵电源启闭的继电器和继电器驱动电路，这样在不需要灌溉时，就可以避免水泵一直处于工作状态。
附图说明
图1是本实用新型的总体结构示意图。
图2是总控单元的原理框图。
图3是分控单元的原理框图。
图中标记：1、水源，2、供水单元，3、水表，4、总控单元，5、调节阀，6、分控单元，7、滴灌单元，8、总处理器，9、显示装置，10、缺水报警装置，11、时钟电路模块，12、无线模块Ⅰ，13、继电器驱动电路，14、供水单元，15、分处理器，16、土壤水分采集传感器，17、无线模块Ⅱ，18、步进电机，19、流量调节阀。
具体实施方式
下面结合附图，通过具体的实施方式对本实用新型作进一步的说明。
如图所示，一种用于不同作物的无线自动滴灌***，按照灌溉用水流向分为滴灌总控部分和滴灌分控部分，所耕种作物的种类为四种，因此分为A、B、C、D四个地块，每个地块内各设置一套滴灌分控部分。
滴灌总控部分由供水单元2、水表3和总控单元4构成，供水方式可以采用水泵供水或者是自来水管线供水，总控单元4由嵌入式处理器STM32L0、显示装置9、缺水报警装置10、无线模块Ⅰ12以及时钟电路模块11组成，当采用自来水管线供水时，供水单元2为设置在供水管线上的电磁阀，总控单元4通过电缆连接电磁阀，并控制电磁阀的打开或关闭；当采用水泵供水时，供水单元2即水泵，总控单元4还设有继电器以及继电器驱动电路13，通过继电器驱动电路13控制水泵电源的开启或关闭，避免在不需要灌溉时，水泵一直处于工作状态；所述的水表3安装在总控单元4和供水单元2之间的管线上；无线模块Ⅰ12采用nRF24L01芯片，负责接收来自分控单元6的灌溉请求，以及下达控制指令给各个分控单元6。
所述的继电器驱动电路13由三极管和光耦组成，继电器通断电流约1-10A，足够控制电磁阀通断，也适用于小型水泵，例如2.2KW以下220v（单相）的水泵或者3KW以下380V（三相）的水泵，但是，对于更大功率的水泵，则需要在继电器基础上加装交流接触器。
分别位于A、B、C、D四个地块的滴灌分控部分结构相同，现仅以地块A中的滴灌分控部分为例进行详细说明。
滴灌分控部分由调节阀5、分控单元6和滴灌单元7组成，分控单元6包括土壤水分采集传感器16、嵌入式处理器STM32L0、时钟电路模块11、步进电机18、流量调节阀19、显示装置9和无线模块Ⅱ17，土壤水分采集传感器16埋设在土壤中，步进电机18控制流量调节阀19阀门开启的大小，并由步进电机驱动电路控制步进电机18的转动角度，步进电机驱动电路是由un2003组成，通过步进电机18转动角度的变化调整流量调节阀19的开启大小；无线模块Ⅱ17同样采用nRF24L01芯片，当需要灌溉时，分控单元6通过无线信号向总控单元4发出灌溉请求，总控单元4打开供水单元2完成灌溉，另外分控单元6也负责接收来自总控单元4的无线控制指令；滴灌单元7由多根滴灌管组成，并且可以根据作物的不同，调整滴灌管与作物根系之间的距离。
以上总控单元4和分控单元6中的时钟电路模块11采用DS1302为整个***提供精确的时钟，DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。通过SPI总线和处理器连接，具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟电路，显示状态时电流为2μA(典型值)，省电模式时小于1μA。配有3V纽扣电池作为后备电源，在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。采用时钟电路后总控单元4可以根据作物对灌溉时间需求的不同采取灌溉策略，如有的作物适合夜间灌溉，还可以定时启动，节约能源。
以上总控单元4和分控单元6中的显示装置9可以根据实际情况采用不同的显示屏或显示方式，例如：液晶屏、数码管或者led发光二极管等，从而在总控单元4的显示装置9中显示灌溉请求的地块、滴灌地块的缺水状态、无线通信是否正常，在分控单元6的显示装置9中显示土壤是否缺水、滴灌单元工作是否正常、无线通信是否正常等。
进入一个灌溉周期后，当土壤水分采集传感器16采集到的土壤水分信息经分控单元6嵌入式处理器STM32L0分析后达不到作物生长需求时，将土壤缺水信息在显示装置9上予以显示，并且通过无线模块Ⅱ17向总控单元4发送灌溉请求，总控单元4打开供水单元2，使灌溉水经供水单元2流向分控单元6的调节阀5，同时总控单元4的嵌入式处理器STM32L0根据具体作物的需水量按照编程程序结合时钟电路模块来确定滴灌时间和灌溉水量多少，并将该信息传递给分控单元6，由分控单元6通过步进电机驱动电路控制步进电机18转动的角度，以调整流量调节阀19的大小，满足作物对灌溉水的需求，在达到灌溉水量后，由总控单元4关闭供水单元2，并向分控单元6发出指令，由分控单元6控制步进电机18关闭流量调节阀19，进而完成一次滴灌过程。
当A、B、C、D4个地块内的分控单元6均没有灌溉请求时总控单元4关闭供水单元2，总控单元4处于休眠的低功耗状态以节约能源，直至下一个灌溉请求到来。
一个滴灌周期结束后总控单元4的嵌入式处理器STM32L0发出休眠指令，使得灌溉完成地块的分控单元6进入低功耗状态，当下一个灌溉周期到来时再次将分控单元6唤醒，重复上述滴灌过程。

Claims (10)

1.一种用于不同作物的无线自动滴灌***，其特征在于：包括滴灌总控部分和多个滴灌分控部分，滴灌总控部分由供水单元（2）和总控单元（4）组成，供水单元（2）和总控单元（4）通过控制电缆连接，总控单元（4）发出指令打开或关闭供水单元（2），总控单元（4）包括总处理器（8）和无线模块Ⅰ（12），滴灌分控部分分别设置在种植不同作物的地块上，由调节阀（5）、分控单元（6）和滴灌单元（7）组成，分控单元（6）包括土壤水分采集传感器（16）、分处理器（15）、流量调节阀（19）和无线模块Ⅱ（17），滴灌单元（7）由连接在流量调节阀（19）上的滴灌管组成，流量调节阀（19）设有控制阀门开启大小的步进电机（18）和步进电机驱动器，分控单元（6）中的分处理器（15）根据作物需求和土壤水分采集传感器（16）获得的土壤墒情确定灌溉水量后，由无线模块Ⅱ（17）向总控单元（4）发出灌溉请求，总控单元（4）控制打开供水单元（2），使灌溉水经供水单元（2）流过分控单元（6）的调节阀（5），同时，分控单元（6）通过步进电机驱动器控制步进电机（18）转动的角度，进而调整流量调节阀（19）的开启程度，在达到所述的灌溉水量后，由总控单元（4）关闭供水单元（2），并向分控单元（6）发出指令，由分控单元（6）控制步进电机（18）关闭流量调节阀（19），进而完成一次滴灌过程。
2.根据权利要求1所述的一种用于不同作物的无线自动滴灌***，其特征在于：所述的总控单元（4）和分控单元（6）分别设有时钟电路模块（11），以设定不同作物的灌溉周期和灌溉时间。
3.根据权利要求1所述的一种用于不同作物的无线自动滴灌***，其特征在于：所述的供水单元（2）为水泵，并在总控单元（4）内设有控制水泵电源启闭的继电器和继电器驱动电路（13），继电器驱动电路（13）包括三极管和光耦。
4.根据权利要求1所述的一种用于不同作物的无线自动滴灌***，其特征在于：所述的供水单元（2）为电磁阀。
5.根据权利要求1所述的一种用于不同作物的无线自动滴灌***，其特征在于：所述的总控单元（4）设有缺水报警装置（10）。
6.根据权利要求1所述的一种用于不同作物的无线自动滴灌***，其特征在于：所述的总控单元（4）和分控单元（6）均设有显示装置（9）。
7.根据权利要求1所述的一种用于不同作物的无线自动滴灌***，其特征在于：在所述的供水单元（2）和总控单元（4）之间安装有水表（3）。
8.根据权利要求1所述的一种用于不同作物的无线自动滴灌***，其特征在于：所述的总处理器（8）和分处理器（15）均为嵌入式处理器STM32L0。
9.根据权利要求1所述的一种用于不同作物的无线自动滴灌***，其特征在于：所述无线模块Ⅰ（12）和无线模块Ⅱ（17）均采用nRF24L01芯片。
10.根据权利要求3所述的一种用于不同作物的无线自动滴灌***，其特征在于：所述的总控单元（4）内设有和继电器驱动电路（13）配合的交流接触器。
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