一種智能灌溉施肥控制系統及控制方法與流程

2023-06-09 09:24:06 3

本發明涉及物聯網智能農業，結合應用了嵌入式技術、單片機技術以及網絡通信技術等，特別是一種智能灌溉施肥控制系統及控制方法。

背景技術：

近年來，隨著物聯網技術的興起與發展，興起了智能家居、智能穿戴、智能農業技術領域的發展。相比於智能家居和智能穿戴的發展，智能農業發展緩慢。目前，市場上，相關的智能灌溉產品也很少。另一方面，我國作為一個農業大國，如果合理的利用我國現有貧乏的資源實現農業灌溉的最佳效果，是當前技術要解決的關鍵問題。

目前傳統的灌溉施肥方法，最經典的就是引水灌溉和人工或者機器定時施肥灌溉，需要耗費較多的人力、物力和時間，灌溉施肥效率不高。雖然現有的技術中有提出一種智能灌溉系統，局限於環境參數的採集和灌溉的控制，並沒有加入安防報警的功能，系統操作性也是單一的鍵盤操作或者遠程操作，沒有將兩者的操作結合互相使用。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種智能灌溉施肥控制系統及控制方法，該系統電路結構簡單，易於實現，且通過網絡實現了遠程的智能灌溉施肥以及具體灌溉施肥信息。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種智能灌溉施肥控制系統，包括主控制板及與該主控制板連接的液位傳感器、土壤溼度傳感器、降雨傳感器、多路繼電器、紅外遙控器、網絡伺服器和用於為整個裝置供電的電源模塊，還包括與所述多路繼電器連接的電磁閥門、攪拌機，所述液位傳感器用於檢測灌溉施肥的水桶以及肥料桶內的液位；所述主控制板包括控制器單元及與該控制器單元連接的時鐘電路、GPRS模塊、紅外接收模塊、顯示模塊、繼電器驅動電路、人體紅外報警模塊、聲音報警模塊；所述GPRS模塊用於實現主控制板與網絡伺服器的通信，所述紅外接收模塊用於接收紅外遙控器的紅外控制信號，所述繼電器驅動電路與所述多路繼電器連接；用戶能夠通過手機或上網客戶端通過網絡訪問網絡伺服器獲取和管理系統的信息，該信息包括：時間信息、環境信息、設備狀態信息和控制信息。

在本發明一實施例中，所述控制器單元包括通過串口進行相互通信的第一、第二微處理器，其中第一微處理器用於實現數據採集和參數設置，第二微處理器用於實現數據處理和傳輸。

在本發明一實施例中，所述液位傳感器安裝於水桶或肥料桶內壁側面。

在本發明一實施例中，所述第一、第二微處理器均採用STC12C5A60S2。

在本發明一實施例中，所述顯示屏採用LCD顯示屏、TFT液晶顯示屏、LED顯示屏中的一種。

在本發明一實施例中，所述聲音報警模塊由蜂鳴器和/或揚聲器構成。

在本發明一實施例中，還包括一與所述控制器單元連接且用於調整傳感器採集信號的信號調理模塊。

在本發明一實施例中，所述GPRS模塊採用SIM900。

在本發明一實施例中，所述時鐘電路採用DS1302。

本發明還提供了一種基於上述所述智能灌溉施肥控制系統的控制方法，包括如下步驟，

S1：啟動系統，用戶通過紅外遙控器對系統工作模式進行選擇，若選擇全自動的工作模式，所有參數默認設置，系統全智能工作，否則，用戶手動進行參數設置；

S2：各傳感器檢測傳感器信號，並傳輸主控制器單元，控制器單元處理後，判斷水桶、肥料桶的液位、降雨情況、土壤溼度情況，從而控制水桶、肥料桶是否需要加量，以及是否進行灌溉和施肥；同時主控制器單元將傳感器檢測信號通過GPRS模塊傳輸給網絡伺服器；

S3：用戶通過手機或上網客戶端通過網絡訪問網絡伺服器即可獲取和管理系統的信息。

相較於現有技術，本發明具有以下有益效果：本發明實現了用戶通過紅外遙控器進行遠程的智能灌溉施肥的控制，且用戶能夠獲取灌溉施肥各項參數信息，可實現灌溉施肥數據管理及分析。

附圖說明

圖1為本發明的系統組成框架圖。

圖2為本發明的主控制板組成框圖。

圖3是本發明控制器單元的第一微處理器電路原理圖。

圖4是本發明控制器單元的第二微處理器電路原理圖。

圖5是本發明控制器單元的時鐘電路原理圖。

圖6是本發明控制器單元的顯示模塊電路原理圖。

圖7是本發明控制器單元的GPRS模塊電路原理圖。

圖8是本發明控制器單元的液位傳感器、土壤溼度傳感器、降雨傳感器電路原理圖。

圖9是本發明控制器單元的人體紅外報警模塊電路原理圖。

圖10是本發明控制器單元的紅外接收模塊電路原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明的技術方案進行具體說明。

如圖1-10所示，本發明的一種智能灌溉施肥控制系統，包括主控制板及與該主控制板連接的液位傳感器、土壤溼度傳感器、降雨傳感器、多路繼電器、紅外遙控器、網絡伺服器和用於為整個裝置供電的電源模塊，還包括與所述多路繼電器連接的電磁閥門、攪拌機，所述液位傳感器用於檢測灌溉施肥的水桶以及肥料桶內的液位；所述主控制板包括控制器單元及與該控制器單元連接的時鐘電路、GPRS模塊、紅外接收模塊、顯示模塊、繼電器驅動電路、人體紅外報警模塊、聲音報警模塊；所述GPRS模塊用於實現主控制板與網絡伺服器的通信，所述紅外接收模塊用於接收紅外遙控器的紅外控制信號，所述繼電器驅動電路與所述多路繼電器連接；用戶能夠通過手機或上網客戶端通過網絡訪問網絡伺服器獲取和管理系統的信息，該信息包括：時間信息、環境信息、設備狀態信息和控制信息。

如圖3、4所示，所述控制器單元包括通過串口進行相互通信的第一、第二微處理器（第一、第二微處理器電路各自連接有晶振電路和復位電路），其中第一微處理器用於實現數據採集和參數設置（即用於液位傳感器、雨滴傳感器、土壤溼度傳感器和GPRS模塊的數據採集、通信，如圖8所示為GPRS模塊、液位傳感器、土壤溼度傳感器、降雨傳感器電路原理圖），第二微處理器用於實現數據處理和傳輸（即用於驅動顯示模塊，控制時鐘電路、繼電器驅動電路、聲音報警模塊、人體紅外報警模塊（如圖9所示））。所述第一、第二微處理器均採用51單片機STC12C5A60S2，LQFP-44封裝。還包括一與所述控制器單元連接且用於調整傳感器採集信號的信號調理模塊，該信號調理模塊主要用於液位信號的調理，即在液位信號的檢測前級加入一個比較強LM339將信號與閾值電壓比較，輸出判別信號給第一微處理器。

所述液位傳感器安裝於水桶或肥料桶內壁側面。所述顯示屏採用LCD顯示屏、TFT液晶顯示屏、LED顯示屏中的一種（如圖6所示，顯示模塊在本實例中採用LCD1602）。所述聲音報警模塊由蜂鳴器和/或揚聲器構成。所述GPRS模塊採用SIM900（如圖7所示）。所述時鐘電路採用DS1302（如圖5所示）。

所述的電源供電模塊為內置的開關電源電路，採用標準的AC電源接口，交流220V輸入，在斷電的情況下，備用蓄電池電源給系統供電。

上述電路工作原理如下：

控制器單元採用STC單片機模塊，包括時鐘電路、復位電路，設計過程中用到2片的STC單片機，其中圖3中MCU1單片機作為主控制器，用以通信液位傳感器、雨滴傳感器以及土壤溼度傳感器和GPRS模塊，之後通過串口將相關的信息傳給圖4中MCU2單片機，MCU2單片機驅動顯示屏，將操作信息、環境參數信息顯示出來，另外，MCU2單片機還控制時鐘電路（DS1302）、紅外報警模塊（HC-SR501）、蜂鳴器和繼電器。電源輸入採用12V的選電池供電，通過降壓電路TPS63002將電壓穩到5V供後級使用。其中液位信號的檢測調理需要在前級加入一個比較強LM339將信號與閾值電壓比較，輸出判別信號給MCU1。

本發明系統的工作原理如下：

系統開機後，通過紅外遙控器對系統工作的模式進行選擇，若選擇全自動的工作模式，所有參數默認設置，系統全智能工作。檢測各個傳感器的狀態信息，從而進行控制水桶、肥料桶是否需要加量，是否進行灌溉和施肥。接口控制和傳感器信息採集由第一微控制器完成。之後第一微控制器將採集的信息內容通過串口發送給第二微控制器，第二微控制器負責屏幕顯示、紅外檢測、安防檢測、時鐘設置，GPRS模塊通信等工作。GPRS模塊通過串口與第二級控制器進行連接，從而實現將系統聯網的目的。實際應用中，肥料桶有2個，水桶有3個，每個肥料桶和水桶不同位置安裝有3個液位傳感器，對應不懂液位的標識。

本發明還提供了一種基於上述所述智能灌溉施肥控制系統的控制方法，包括如下步驟，

S1：啟動系統，用戶通過紅外遙控器對系統工作模式進行選擇，若選擇全自動的工作模式，所有參數默認設置，系統全智能工作，否則，用戶手動進行參數設置；

S2：各傳感器檢測傳感器信號，並傳輸主控制器單元，控制器單元處理後，判斷水桶、肥料桶的液位、降雨情況、土壤溼度情況，從而控制水桶、肥料桶是否需要加量，以及是否進行灌溉和施肥；同時主控制器單元將傳感器檢測信號通過GPRS模塊傳輸給網絡伺服器；

S3：用戶通過手機或上網客戶端通過網絡訪問網絡伺服器即可獲取和管理系統的信息。

以上是本發明的較佳實施例，凡依本發明技術方案所作的改變，所產生的功能作用未超出本發明技術方案的範圍時，均屬於本發明的保護範圍。