本發明屬于農業灌溉技術領域，特別涉及一種多功能灌溉系統，實現農業灌溉的監控。

背景技術：

減少灌概用水消耗量，提升灌概用水利用率水平，是解決灌概缺水的必然選擇。而根據農作物生長環境因素來決定灌溉的時機可以有效提高灌概用水利用率，是設施農業的一大特征。如果通過人員測繪去取得這些信息，就做不到實時監測，而且需要大量人力物力，如果通過布設線纜網絡來采集信息，就需要較高的成本，而且維護、升級不便。因此，設計和實施一個智能農業灌概監控系統十分必要。

技術實現要素：

針對現有技術中的不足，本發明提供一種多功能灌溉系統，實現高效率、處理率高的多功能智能灌溉。

按照本發明所提供的設計方案，一種多功能灌溉系統，包含總處理器模塊，及分別與總處理器模塊相連接的傳感器模塊、電磁閥開關電路模塊、顯示模塊、電源模塊，電磁閥開關電路模塊與灌溉管路相連接，所述總處理器模塊包含閾值設定單元、控制單元、短信通知單元、數據存儲單元及串行接口電路單元，控制單元還連接有水用量計數模塊，其中，用水量計數模塊用于計量灌溉用水量并將結果反饋至控制單元，閾值設定單元用于預先設定溫度門限值和濕度門限值，控制單元用于根據傳感器模塊及閾值設定單元的反饋數據對電磁閥開關電路模塊進行控制，并通過短信通知單元以短信方式通知用戶，數據存儲單元用于存儲控制單元接收到的數據，串行接口電路單元用于連接外圍設備；傳感器模塊包含分別與控制單元相連的土壤溫度傳感器單元和土壤濕度傳感器單元。

上述的，總處理器模塊還包含數據清洗單元，用于以周期為單位對數據存儲單元中存儲數據進行清除。

上述的，所述的電源模塊為太陽能電源板。

優選的，所述的太陽能電源板包含導電玻璃、二氧化鈦薄膜、二氧化錫薄膜。

上述的，所述的土壤溫度傳感器單元包含土壤溫度傳感器、溫度信號放大器、溫度信號模數轉換器，土壤溫度傳感器用于檢測土壤溫度，土壤溫度傳感器輸出端與溫度信號放大器輸入端連接，溫度信號放大器輸出端與溫度信號模數轉換器輸入端連接，溫度信號模數轉換器輸出端與控制單元連接。

上述的，土壤濕度傳感器單元包含土壤濕度傳感器、濕度信號放大器、濕度信號模數轉換器，土壤濕度傳感器用于檢測土壤濕度，土壤濕度傳感器輸出端與濕度信號放大器輸入端連接，濕度信號放大器輸出端與濕度信號模數轉換器輸入端連接，濕度信號模數轉換器輸出端與控制單元連接。

上述的，顯示模塊為與控制單元相連接的LED顯示器。

優選的，所述的LED顯示器實時顯示控制單元接收的數據，及灌溉時間進度，其中，控制單元接收到的數據至少包含土壤溫度數據、土壤濕度數據、預設土壤溫度數據、預設土壤濕度數據、用水量。

優選的，所述的灌溉時間進度為灌溉所用時間。

上述的，外圍設備包含上位機，用于接收并存儲數據存儲單元存儲的數據，該數據至少包含灌溉當前時間、土壤溫度數據、土壤濕度數據、預設土壤溫度數據、預設土壤濕度數據、用水量、灌溉時間進度。

本發明的有益效果：

本發明結構簡單，設計新穎、合理，解決現有技術中農業灌溉成本高、維護不便等問題，通過總處理器模塊的調控，來實現農業灌溉的智能化控制；不需要工作人員親臨現場，即可實時了解農業環境變化，合理安排農業灌溉工作；且無需鋪設過多線纜，成本低，維護升級方便；可以通過上位機來實時監測和控制農業灌溉，自動化程度大幅度提升，具有較好的社會推廣價值和市場前景。

附圖說明：

圖1為本發明的結構示意圖。

具體實施方式：

為了使本發明所要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行詳細的說明。應當說明的是，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明，能實現同樣功能的產品屬于等同替換和改進，均包含在本發明的保護范圍之內。

實施例一，參見圖1所示，一種多功能灌溉系統，包含總處理器模塊，及分別與總處理器模塊相連接的傳感器模塊、電磁閥開關電路模塊、顯示模塊、電源模塊，電磁閥開關電路模塊與灌溉管路相連接，所述總處理器模塊包含閾值設定單元、控制單元、短信通知單元、數據存儲單元及串行接口電路單元，控制單元還連接有水用量計數模塊，其中，用水量計數模塊用于計量灌溉用水量并將結果反饋至控制單元，閾值設定單元用于預先設定溫度門限值和濕度門限值，控制單元用于根據傳感器模塊及閾值設定單元的反饋數據對電磁閥開關電路模塊進行控制，并通過短信通知單元以短信方式通知用戶，數據存儲單元用于存儲控制單元接收到的數據，串行接口電路單元用于連接外圍設備；傳感器模塊包含分別與控制單元相連的土壤溫度傳感器單元和土壤濕度傳感器單元。

本發明通過傳感器模塊采集田中的土壤溫濕度等信息，并通過總處理器將信息匯聚處理；并通過短信通知單元將信息傳輸至用戶，實現農業灌溉的智能化調控，不需要工作人員親臨現場，即可實時了解農業環境變化，合理安排農業灌溉工作；且無需鋪設過多線纜，成本低，維護升級方便。

實施例二，一種多功能灌溉系統，包含總處理器模塊，及分別與總處理器模塊相連接的傳感器模塊、電磁閥開關電路模塊、顯示模塊、電源模塊，電磁閥開關電路模塊與灌溉管路相連接，所述總處理器模塊包含閾值設定單元、控制單元、短信通知單元、數據存儲單元及串行接口電路單元，控制單元還連接有水用量計數模塊，其中，用水量計數模塊用于計量灌溉用水量并將結果反饋至控制單元，閾值設定單元用于預先設定溫度門限值和濕度門限值，控制單元用于根據傳感器模塊及閾值設定單元的反饋數據對電磁閥開關電路模塊進行控制，并通過短信通知單元以短信方式通知用戶，數據存儲單元用于存儲控制單元接收到的數據，串行接口電路單元用于連接外圍設備；傳感器模塊包含分別與控制單元相連的土壤溫度傳感器單元和土壤濕度傳感器單元。

上述的，總處理器模塊還包含數據清洗單元，用于以周期為單位對數據存儲單元中存儲數據進行清除。

上述的，所述的電源模塊為太陽能電源板，使用太陽能電源板來采集光源作為供電電源，節能環保，有效降低人工和作業維護成本。

優選的，所述的太陽能電源板包含導電玻璃、二氧化鈦薄膜、二氧化錫薄膜。

上述的，所述的土壤溫度傳感器單元包含土壤溫度傳感器、溫度信號放大器、溫度信號模數轉換器，土壤溫度傳感器用于檢測土壤溫度，土壤溫度傳感器輸出端與溫度信號放大器輸入端連接，溫度信號放大器輸出端與溫度信號模數轉換器輸入端連接，溫度信號模數轉換器輸出端與控制單元連接。

上述的，土壤濕度傳感器單元包含土壤濕度傳感器、濕度信號放大器、濕度信號模數轉換器，土壤濕度傳感器用于檢測土壤濕度，土壤濕度傳感器輸出端與濕度信號放大器輸入端連接，濕度信號放大器輸出端與濕度信號模數轉換器輸入端連接，濕度信號模數轉換器輸出端與控制單元連接。

上述的，顯示模塊為與控制單元相連接的LED顯示器。

優選的，所述的LED顯示器實時顯示控制單元接收的數據，及灌溉時間進度，其中，控制單元接收到的數據至少包含土壤溫度數據、土壤濕度數據、預設土壤溫度數據、預設土壤濕度數據、用水量。

優選的，所述的灌溉時間進度為灌溉所用時間。

上述的，外圍設備包含上位機，用于接收并存儲數據存儲單元存儲的數據，該數據至少包含灌溉當前時間、土壤溫度數據、土壤濕度數據、預設土壤溫度數據、預設土壤濕度數據、用水量、灌溉時間進度。

控制單元采用CC2530核心芯片，型號為CC2530－F256；工作頻率為2.4GHz，功能完善，可作為協調器、路由器或終端設備，適用場景廣泛；作為系統集成芯片，單個設備就集成了射頻前端、存儲器、微控制器及外圍電路，因此芯片體積小、成本低；并且還提供了開發板和開放的協議棧，開發成本低，因而被廣泛應用在汽車、航空、環境監測等無線傳輸活動中，改變了傳統數據傳輸線路繁多、系統復雜、功耗大、成本高等缺點。

核心芯片集成了標準的增強型8051內核的微控制單元和無線射頻模塊，此單片機性能是標準型的8倍，并具備可編程內存，開發者可以基于具體需要選擇對應方案開發。核心芯片總共包含40個引腳，其中21個為輸入輸出IO引腳，分別為P0、P1、P2組。核心芯片引腳可以連接兩個外部晶振，分為32.726Khz和32Mhz，系統時鐘可根據寄存器來選擇使用哪一個晶振，RF工作時只能選擇32Mhz。AVDD模擬電源可用于將供電電源轉化為內部模塊供電。

核心芯片功能豐富，外設齊全，結構緊密，大致可以分為三大類:

1)CPU和內存相關的模塊

核心芯片采用進化版8051兼容內核，運算速度等性能比普通內核均有很大提高。它的內存訪問總線分為特殊功能寄存器，數據和外部數據代碼三種。此內核還集成了閃存存儲器,用于存儲正在處理的數據，還包含中斷單元、仲裁器等控制模塊。仲裁器承擔了判斷決定物理存儲器執行順序。控制器的職責是控制所有通用輸入輸出引腳，此芯片共有40個引腳，其中21個為數字型輸入輸出引腳。此芯片可實現直接內存讀取，方便上位機對協調器節點的數據讀取和訪問。

2)無線電相關的模塊

無線模塊內置在芯片內部，其核心為射頻收發器。低中頻接收是核心芯片的特性之一，會將接收到的射頻經由信號放大器放大信號，然后將同相信號及異相信號通過解調器降低頻率，轉換成為中頻信號，最后經由數模轉換器實現模電數字化、自動信號增益控制。無線模塊的發送通過直接轉換實現。

3)時鐘、電源管理模塊及外設

核心芯片內部系統時鐘的振蕩源來自振蕩器或者晶體振蕩器，基于時鐘模式的選擇通過特殊功能寄存器來控制，實現不同的計時器功能。該時鐘不僅作為系統內部時鐘使用，外圍相關器件也可調用此系統時鐘。核心芯片中電源管理功能可以管理太陽能電源板由一個低差穩壓器實現，可以采用不同的供電模式來降低系統功耗、延長電池使用壽命。穩壓器可以作為備用電池，為外圍電路提供電源。

本發明多功能灌溉系統包括太陽能電源板、土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器、總處理器、短信通知單元、電磁閥開關電路、水用量計數器、LED顯示器與PC端上位機，實現農業灌溉智能化管理控制。

其中，太陽能電源板包含導電玻璃、二氧化鈦薄膜、電解質和二氧化錫薄膜；通過太陽光對所述導電玻璃的直接照射,使得部分光子傳達到所述導電玻璃的陰極，所述導電玻璃的陰極為二氧化鈦層，所述二氧化鈦層的分子用于吸收了光子的能量，從而激發出電子，所述電子負載著電荷，由所述二氧化鈦薄膜傳輸到所述二氧化錫薄膜，通過所述二氧化錫薄膜中的電解質實現所述電子與所述電荷的分離，并使所述電荷形成電流從所述太陽能電源板傳導出去，用于為所述總處理器供電。土壤溫度傳感器包含溫度檢測的傳感器、溫度檢測的放大器、溫度檢測的模擬數字轉換器，收到探測命令后，所述溫度檢測的傳感器隨著溫度的變化而產生溫度的電流，經由所述溫度檢測的放大器轉換成溫度的電壓信號，并由所述溫度檢測的模擬數字轉換器將所述溫度的電壓信號轉換成溫度的數字信號，傳輸給所述總處理器。土壤濕度傳感器包含濕度監測的傳感器、濕度檢測的放大器、濕度檢測的模擬數字轉換器，收到探測命令后，所述濕度檢測的傳感器隨著濕度的變化而產生濕度的電流，經由所述濕度檢測的放大器轉換成濕度的電壓信號，并由所述濕度檢測的模擬數字轉換器將所述濕度的電壓信號轉換成濕度的數字信號，傳輸給所述總處理器。

總處理器包含微型處理器、高速存儲器、串行接口電路，所述微型處理器采用多核處理器，能夠并行地處理及計算多個進程，多個所述進程的輸入為所述多功能灌溉系統需要使用的所有數據，多個所述進程的輸出為經過所述進程處理并計算后的數據，并且將其存儲于所述高速存儲器，所述串行接口電路用于與所述多功能灌溉系統的其他部分連接以傳輸多個所述進程的輸入與輸出，所述微型處理器內含閃存內存，所述閃存內存用于存放多個所述進程正在處理的數據；當所述總處理器將所述溫度的數字信號與所述濕度的數字信號轉換成溫度數據值與濕度數據值，設立溫度閾值與濕度閾值，當所述溫度數據值、所述濕度數據值分別高于所述溫度閾值與所述濕度閾值時，所述電磁閥開關電路打開水閥門，進行灌溉，并且所述短信通知單元將灌溉的消息以短信的方式發送給用戶，根據所述溫度數據值、所述濕度數據值調節灌溉的水大小、水流速及灌溉的時間，同時，所述水用量計數器記錄用于灌溉的水用量，結束灌溉后，將所述灌溉的水用量傳輸給所述總處理器，存儲于其中所述高速存儲器；當所述總處理器正在工作時，所述LED顯示器實時地顯示所述總處理器正在處理的進度，以1個月為單位，所述總處理器將其中存儲的數據傳輸給所述PC端，并將其中存儲的數據清除。

土壤溫度傳感器及土壤濕度傳感器的作用機制類似，水分是作物生長的必要物質，作物會根據自身情況來吸收水分，水分主要來自于作物根系所處的土壤。土壤水分含量需要科學的判斷。同樣，作物灌概不是越頻繁越好，而作物產量是需要根據作物的生長時節、土壤溫濕度、作物蒸騰量，光照條件等多種因素綜合決定。土壤溫度傳感器及土壤濕度傳感器都選用瑞典盛世瑞恩公司研制的芯片，它是同時包含溫度和濕度檢測的傳感器芯片，并且可將模擬信號轉換為數字數據輸出。其工作原理為當設備收到探測命令后，溫度探測器、濕度探測器的電阻、電容會隨溫濕度變化而變化，經放大器轉換為電壓信號后，由模擬數字轉換器轉換為溫濕度數字信號，進而存儲或由外部設備讀取。外圍系統使用兩線制的串行接口和外部芯片交流通信。可用電壓為2.4到5V，并且可設置休眠，能耗低。因此，該產品具有性能好、反應快、成本低、低功耗及性價比高的優點，在空調、汽車、消費電子等領域有及其廣闊的應用。土壤溫度傳感器，應該具備很多條件，如精度高、測溫范圍寬、可靠性和穩定性高等特點，但能同時滿足所有條件的溫度傳感器實際上是不存在的。溫度傳感器種類很多，應根據不同用途，測溫范圍與測溫對象選用最合適的傳感器，才能保證測量的穩定性與準確性，同時即可以達到降低開發成本又可以實現增加使用壽命的目的。不僅滿足測控范圍的要求，而且此外自帶轉換功能，減少了硬件設計的工作量。芯片有特殊的單線接口，需要一個端口即可通信；器件中存在唯一的位序列號，可以進行多點分布式測溫應用；可以通過數據線供電，省去了外部電源的設計，不需要額外的器件即可測量；溫度分辨率可選擇為位；使用者還可以自定義非易失行的溫度報警設置；測量速度快，可以在內將溫度轉換為位數字。

由于濕度的測量與溫度密切相關。在傳感器的選取上也應選濕度傳感器用去測量濕度。目前用于測量濕度的傳感器種類并不像其他傳感器那樣種類繁多，專業的土壤水分傳感器都已形成產品，且價格昂貴，一些相對便宜的土壤水分傳感器又因其資料不齊全，給開發帶來一定的麻煩。另一些因不能滿足需求分析中對于溫度測量范圍的要求，不能選取。經過多方面因素考慮，最終選定土壤型傳感器作為系統的元器件。

本專利選用的是一款高集成的濕度傳感器芯片，片內集成有一個電容性聚合體的土壤濕度傳感器，包含敏感元件、一個溫度敏感元件和一個串行接口電路。內部還配有一個轉換器與溫度、濕度敏感元件相連，用于省去了轉換的步驟，給開發帶來了方便。芯片具有體積小、功耗低、響應速度快、抗干擾能力強、性價比高等特點，目前已在汽車、自動控制、醫療儀器等領域廣泛應用。

溫度傳感器與濕度傳感器中濕度監測的傳感器與溫度監測的傳感器可以采集溫度與濕度。傳感器中包含采集電路，負責溫度采集及濕度的采集。根據系統的需要，需要添加晶振電路、復位電路。晶振電路結合傳感器內部的晶振產生了時鐘頻率，時鐘頻率是單片機一切指令的運行的基礎，時鐘頻率越高，運行速度就越快；復位電路為單片機系統添加了復位功能，即可以讓單片機從內存的地址開始執行。對于溫度傳感器在實際使用時需連接一個上拉電路，一般為左右。這樣做的原因是是單總線結構，數據線是漏極開路，如果沒接電源，則需要給數據線強拉，給供電；如接有電源，通過上拉電阻起到穩定電路的作用。

上述實施例對本發明進行詳細的說明。應當說明的是，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明，能實現同樣功能的產品屬于等同替換和改進，均包含在本發明的保護范圍之內。

本發明并不局限于上述具體實施方式，本領域技術人員還可據此做出多種變化，但任何與本發明等同或者類似的變化都應涵蓋在本發明權利要求的范圍內。