基于物聯(lián)網(wǎng)的精準(zhǔn)灌溉裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種基于物聯(lián)網(wǎng)的精準(zhǔn)灌溉裝置，旨在解決當(dāng)前節(jié)水灌溉控制技術(shù)布線繁瑣、土壤濕度檢測誤差大等技術(shù)問題，包括主控模塊、與主控模塊對應(yīng)連接的無線傳輸模塊、對應(yīng)連接于主控模塊的電源模塊；還包括與主控模塊雙向數(shù)據(jù)通信連接的數(shù)據(jù)采集控制模塊；在主控模塊或數(shù)據(jù)采集控制模塊上對應(yīng)連接有至少一個(gè)繼電器，并在繼電器輸出端對應(yīng)連接有電磁閥，該電磁閥對應(yīng)設(shè)置于輸水管道上，在該輸水管道的下水端間隔設(shè)置有至少一個(gè)噴頭；在數(shù)據(jù)采集控制模塊上對應(yīng)連接有至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器；并在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端對應(yīng)連接有數(shù)據(jù)采集器；本實(shí)用新型具有布線簡單、自動化程度高、土壤濕度檢測精確等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】基于物聯(lián)網(wǎng)的精準(zhǔn)灌溉裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種智能灌溉裝置，尤其涉及一種農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的基于物聯(lián)網(wǎng)的精準(zhǔn)灌溉裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，水資源日益緊缺已經(jīng)成為全球性的問題，節(jié)約用水并實(shí)現(xiàn)高效用水是人類生存與發(fā)展的需求，也是全球經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需求。我國作為全球13個(gè)貧水國家之一，水資源的不足已經(jīng)對我國經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，甚至成為經(jīng)濟(jì)與社會繼續(xù)向前發(fā)展的“瓶頸”，我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，同時(shí)也是貧水大國，人均水資源占有量約0.23萬m3，約為世界人均的1/4，在我國用水中，農(nóng)業(yè)用水占總供水的70%左右，其中又以農(nóng)業(yè)灌溉為主。農(nóng)業(yè)灌溉效率低下和用水浪費(fèi)的問題普遍存在。目前全國灌溉水利用率約為43%，單方水糧食生產(chǎn)率只有10公斤左右，大大低于發(fā)達(dá)國家灌溉水利用率70?80%、單方水糧食生產(chǎn)率2.0公斤以上的水平，因此，隨著現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)進(jìn)程的加快和工業(yè)用水的不斷增加，我國農(nóng)業(yè)必須走節(jié)水之路以適應(yīng)資源的合理利用；大力發(fā)展節(jié)約用水不僅是發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)、提高農(nóng)業(yè)用水利用效率是我國節(jié)水戰(zhàn)略中的重要環(huán)節(jié)，也是一項(xiàng)革命措施，更是我國的基本策略之一。
[0003]精準(zhǔn)灌溉自動化裝置采取因地制宜的原則依據(jù)不同地區(qū)、不同作物的不同需求，選擇不同的灌溉設(shè)施，并利用計(jì)算機(jī)、無線數(shù)據(jù)通訊、采集控制器、傳感器等先進(jìn)技術(shù)對農(nóng)田灌溉進(jìn)行監(jiān)控管理，保證適時(shí)適量地滿足作物生長所需要的水分從而達(dá)到節(jié)水灌溉及節(jié)水灌溉自動化的目的。近年來，噴灌、微灌、滲灌等一些灌溉技術(shù)在我國得到較為廣泛應(yīng)用，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，已顯示出強(qiáng)大的生命力。目前節(jié)水灌溉所涉及的方式主要包括灌溉控制技術(shù)、輸水方式和灌溉方式，而目前絕大多數(shù)節(jié)水灌溉裝置的灌溉控制技術(shù)嚴(yán)重滯后。控制方式仍多以手工關(guān)停水源為主，全憑操作者的經(jīng)驗(yàn)，科學(xué)性差、節(jié)水不徹底，同時(shí)導(dǎo)致了節(jié)水灌溉裝置的自動化程度低，大區(qū)域推廣時(shí)管理困難、勞動強(qiáng)度較大，嚴(yán)重阻礙了節(jié)水灌溉的進(jìn)一步推廣。同時(shí)，現(xiàn)代化灌溉裝置的研究應(yīng)用在農(nóng)、林及園藝為數(shù)不多，目前仍基本停留在人工操作上，即使有些地方設(shè)計(jì)并實(shí)施了灌溉工程自動控制裝置，但只是小面積的局部控制，真正具有擴(kuò)展功能大規(guī)模灌溉工程的監(jiān)控裝置在我國也不多見。因此，為了適應(yīng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化需求，生產(chǎn)出簡單方便、自動化較高、易于推廣應(yīng)用的灌溉控制器是我國節(jié)水領(lǐng)域的重要任務(wù)之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，適應(yīng)現(xiàn)實(shí)需要，提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)的精準(zhǔn)灌溉裝置，旨在解決當(dāng)前節(jié)水灌溉控制技術(shù)布線繁瑣、控制方式原始、自動化程度低、土壤濕度檢測誤差大、無報(bào)警提示功能、大區(qū)域推廣難度大等技術(shù)問題。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:
[0006]設(shè)計(jì)一種基于物聯(lián)網(wǎng)的精準(zhǔn)灌溉裝置，包括主控模塊、與所述主控模塊對應(yīng)連接的無線傳輸模塊、對應(yīng)連接于所述主控模塊的電源模塊；所述無線傳輸模塊為GPRS通信模塊、GSM通信模塊、3G通信模塊、4G通信模塊中的至少一種；本裝置還包括與所述主控模塊雙向數(shù)據(jù)通信連接的數(shù)據(jù)采集控制模塊；在所述主控模塊或數(shù)據(jù)采集控制模塊上對應(yīng)連接有至少一個(gè)繼電器，并在所述繼電器輸出端對應(yīng)連接有電磁閥，該電磁閥對應(yīng)設(shè)置于輸水管道上，在該輸水管道的下水端間隔設(shè)置有一定數(shù)量的噴頭；在所述數(shù)據(jù)采集控制模塊上對應(yīng)連接有至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器；并在所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端對應(yīng)連接有數(shù)據(jù)采集器；所述數(shù)據(jù)采集器包括土壤濕度傳感器；所述土壤濕度傳感器包括一個(gè)運(yùn)算放大器、電阻R1、電阻R2 ;所述電阻R1、電阻R2串聯(lián)后一端接地，另一端與運(yùn)算放大器的輸出端連接；所述運(yùn)算放大器的反相輸入端接入電阻Rl與電阻R2之間，其同相輸入端與被檢測土壤接觸。
[0007]所述運(yùn)算放大器為LM324四運(yùn)放集成電路運(yùn)算放大器；所述電阻Rl=IKQ、電阻R2=47 KΩ。
[0008]還包括與所述數(shù)據(jù)采集控制模塊或/和主控模塊對連接的報(bào)警模塊；所述報(bào)警模塊包括閃爍燈及蜂鳴器。
[0009]所述數(shù)據(jù)采集器還包括與對應(yīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接的空氣濕度檢測儀、流量監(jiān)測儀；所述空氣濕度檢測儀設(shè)置于離地面高度0.5?1.5M處；所述流量監(jiān)測儀對應(yīng)設(shè)置于輸水管道上。
[0010]在所述數(shù)據(jù)采集控制模塊或/和主控模塊上對應(yīng)連接有網(wǎng)絡(luò)通信接口、打印接口、電源接口。
[0011]在所述數(shù)據(jù)采集控制模塊或/和主控模塊上還對應(yīng)連接有用于輸入相應(yīng)設(shè)置信息或/和命令信息的按鍵、觸摸屏。
[0012]所述電源模塊包括依次對應(yīng)連接的變壓器、穩(wěn)壓器、穩(wěn)流器。
[0013]所述數(shù)據(jù)采集控制模塊、主控模塊均為可編程邏輯控制器。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0015]1.本裝置以收集土壤水分為基礎(chǔ)，采取模塊化數(shù)據(jù)處理及與硬件模塊化結(jié)構(gòu)，可以解決目前節(jié)水灌溉裝置的自動化程度低，大區(qū)域推廣時(shí)管理困難、勞動強(qiáng)度較大導(dǎo)致嚴(yán)重阻礙節(jié)水灌溉技術(shù)進(jìn)一步推廣的技術(shù)問題；
[0016]2.本裝置同時(shí)采用按鍵、觸摸屏的結(jié)合可以根據(jù)實(shí)際情況對本裝置的各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)定及顯示，操作更加的方便。
[0017]3.本裝置同時(shí)采用多種無線模塊傳輸技術(shù)可以在遠(yuǎn)處通過上位機(jī)的對本裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)操作，本裝置采用報(bào)警單元的設(shè)計(jì)在出現(xiàn)故障時(shí)可實(shí)時(shí)發(fā)出報(bào)警信號，便于操作人員做出相應(yīng)的處理。
[0018]4.本實(shí)用新型中所采用的土壤濕度檢測電路,可檢測相對濕度O?100%RH值，并輸出O?IOOmv信號進(jìn)而輸入至對應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，使得本裝置檢測的相對濕度范圍更加準(zhǔn)確，對農(nóng)作物所需水分判斷更加準(zhǔn)確，進(jìn)而對農(nóng)作物的生長及節(jié)水具有重要意義。
[0019]5.本裝置可以滿足不同地區(qū)不同環(huán)境的需求，且價(jià)格低廉，性能可靠。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型主要結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本實(shí)用新型中土壤濕度傳感器檢測電路原理示意圖；[0022]圖中:1為土壤。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明:
[0024]實(shí)施例1: 一種基于物聯(lián)網(wǎng)的精準(zhǔn)灌溉裝置，參見圖1，圖2包括主控模塊(MCS-51系列單片機(jī))、與主控模塊對應(yīng)連接的且由GPRS通信模塊(DATA-6121)、GSM通信模塊(900MHZ)、3G通信模塊(CDMA2000系列)、4G通信模塊(ucos2.86a)組成的無線傳輸模塊，用于與遠(yuǎn)端上位機(jī)或中繼點(diǎn)建立網(wǎng)絡(luò)連接；對應(yīng)連接于該主控模塊的由變壓器、穩(wěn)壓器、穩(wěn)流器依次對應(yīng)連接的電源模塊；以及與所述主控模塊(MCS-51系列單片機(jī))雙向數(shù)據(jù)通信連接的數(shù)據(jù)采集控制模塊(MCS-51系列單片機(jī))；在所述主控模塊上對應(yīng)連接有一個(gè)繼電器，并在該繼電器的輸出端對應(yīng)連接有電磁閥，該電磁閥對應(yīng)設(shè)置于輸水管道上，在該輸水管道的下水端間隔設(shè)置有至少一個(gè)噴頭；該輸水管道的上水端與水源(水源壓力罐)連接；在所述數(shù)據(jù)采集控制模塊(MCS-51系列單片機(jī))上對應(yīng)連接有一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(14位);并在模數(shù)轉(zhuǎn)換器(14位)的輸入端對應(yīng)連接有數(shù)據(jù)采集器；該數(shù)據(jù)采集器包括土壤濕度傳感器、空氣濕度檢測儀、流量監(jiān)測儀；所述空氣濕度檢測儀設(shè)置于離地面高度1.5M處；所述流量監(jiān)測儀對應(yīng)設(shè)置于輸水管道上；所述的土壤濕度傳感器對應(yīng)設(shè)置于土壤深度30cm處。本實(shí)用新型中的土壤濕度傳感器包括一個(gè)運(yùn)算放大器、電阻R1、電阻R2 ;所述電阻R1、電阻R2串聯(lián)后一端接地，另一端與運(yùn)算放大器的輸出端連接；所述運(yùn)算放大器的反相輸入端接入電阻Ri與電阻R2之間，其同相輸入端與被檢測土壤I接觸；其中所述運(yùn)算放大器為LM324四運(yùn)放集成電路運(yùn)算放大器；所述電阻R1=1KQ、電阻R2=47 ΚΩ。以上該土壤濕度檢測電路，可檢測相對濕度O?100%RH值，并輸出O-1OOmv輸入至對應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(14位)中，使得本裝置檢測的相對濕度范圍更加準(zhǔn)確，對農(nóng)作物所需水分判斷更加準(zhǔn)確，進(jìn)而對農(nóng)作物的生長及節(jié)水具有重要意義。
[0025]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，還包括與所述主控模塊(或數(shù)據(jù)采集控制模塊)對連接的報(bào)警模塊；所述報(bào)警模塊包括閃爍燈及蜂鳴器；并在所述主控模塊(或數(shù)據(jù)采集控制模塊)上對應(yīng)連接有網(wǎng)絡(luò)通信接口、打印接口及電源接口。在所述數(shù)據(jù)采集控制模塊(或主控模塊)上還對應(yīng)連接有用于輸入相應(yīng)設(shè)置信息或/和命令信息的按鍵、觸摸屏。
[0026]本實(shí)用新型可通過相應(yīng)的設(shè)置按鍵可設(shè)置所需灌水的時(shí)間、灌水時(shí)間長短等信息，當(dāng)土壤濕度傳感器、空氣濕度檢測儀、流量監(jiān)測儀將檢測到的數(shù)據(jù)信息經(jīng)對應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入至數(shù)據(jù)采集控制模塊和主控模塊中時(shí)，數(shù)據(jù)采集控制模塊和主控模塊根據(jù)所設(shè)定的信息判；斷是否需要打開相應(yīng)的繼電器，進(jìn)而由繼電器打開相應(yīng)的電磁閥開關(guān)實(shí)現(xiàn)灌水；做為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，可將所檢測到的數(shù)據(jù)信息、工作狀態(tài)、灌水時(shí)間等信息顯示在觸摸屏上以利于操作人員的實(shí)時(shí)操作；做為本實(shí)用新型的再一步改進(jìn)，本實(shí)用新型可通過對應(yīng)的口與上位機(jī)(電腦)進(jìn)行數(shù)據(jù)連接；可通過上位機(jī)的實(shí)時(shí)控制實(shí)現(xiàn)對本裝置的操作。本實(shí)用新型可通過GPRS通信模塊、GSM通信模塊、3G通信模塊、4G通信模塊中的一種或多種無線傳輸將檢測到的信息無線傳輸至遠(yuǎn)程的上位機(jī)上進(jìn)行顯示，并通過遠(yuǎn)程的上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，方便的操作人員的操作。
[0027]本實(shí)用新型的實(shí)施例公布的是較佳的實(shí)施例，但并不局限于此，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，極易根據(jù)上述實(shí)施例，領(lǐng)會本實(shí)用新型的精神，并做出不同的引申和變化，但只要不脫離本實(shí)用新型的精神，都在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于物聯(lián)網(wǎng)的精準(zhǔn)灌溉裝置，包括主控模塊、與所述主控模塊對應(yīng)連接的無線傳輸模塊、對應(yīng)連接于所述主控模塊的電源模塊；其特征是:還包括與所述主控模塊雙向數(shù)據(jù)通信連接的數(shù)據(jù)采集控制模塊；在所述主控模塊或數(shù)據(jù)采集控制模塊上對應(yīng)連接有至少一個(gè)繼電器，并在所述繼電器輸出端對應(yīng)連接有電磁閥，該電磁閥對應(yīng)設(shè)置于輸水管道上，在該輸水管道的下水端間隔設(shè)置有一定數(shù)量的噴頭；在所述數(shù)據(jù)采集控制模塊上對應(yīng)連接有至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器；并在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端對應(yīng)連接有數(shù)據(jù)采集器；所述數(shù)據(jù)采集器包括土壤濕度傳感器，該土壤濕度傳感器包括一個(gè)運(yùn)算放大器、電阻R1、電阻R2，所述電阻R1、電阻R2串聯(lián)后一端接地，另一端與運(yùn)算放大器的輸出端連接，所述運(yùn)算放大器的反相輸入端接入電阻Rl與電阻R2之間，其同相輸入端與被檢測土壤接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的精準(zhǔn)灌溉裝置，其特征是:所述無線傳輸模塊為GPRS通信模塊、GSM通信模塊、3G通信模塊、4G通信模塊中的至少一種。
3.如權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的精準(zhǔn)灌溉裝置，其特征是:所述運(yùn)算放大器為LM324四運(yùn)放集成電路運(yùn)算放大器；所述電阻Rl=IK Ω、電阻R2=47KQ。
4.如權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的精準(zhǔn)灌溉裝置，其特征是:還包括與所述數(shù)據(jù)采集控制模塊或/和主控模塊對連接的報(bào)警模塊，該報(bào)警模塊包括閃爍燈及蜂鳴器。
5.如權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的精準(zhǔn)灌溉裝置，其特征是:所述數(shù)據(jù)采集器還包括與對應(yīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接的空氣濕度檢測儀、流量監(jiān)測儀；所述空氣濕度檢測儀設(shè)置于離地面高度0.5?1.5M處；所述流量監(jiān)測儀對應(yīng)設(shè)置于輸水管道上。
6.如權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的精準(zhǔn)灌溉裝置，其特征是:在所述數(shù)據(jù)采集控制模塊或/和主控模塊上對應(yīng)連接有網(wǎng)絡(luò)通信接口、打印接口、電源接口。
7.如權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的精準(zhǔn)灌溉裝置，其特征是:在所述數(shù)據(jù)采集控制模塊或/和主控模塊上還對應(yīng)連接有用于輸入相應(yīng)設(shè)置信息或/和命令信息的按鍵、觸摸屏。
8.如權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的精準(zhǔn)灌溉裝置，其特征是:所述電源模塊包括依次對應(yīng)連接的變壓器、穩(wěn)壓器、穩(wěn)流器。
9.如權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的精準(zhǔn)灌溉裝置，其特征是:所述數(shù)據(jù)采集控制模塊、主控模塊均為可編程邏輯控制器。
【文檔編號】A01G25/16GK203748358SQ201420132128
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】楊先明, 王振營, 魏義長, 王新民, 岳潤清, 胡華鋒, 侯占領(lǐng), 汪強(qiáng), 劉紅恩 申請人:河南邦友科技有限公司