一種基於ZigBee技術的智能灌溉裝置的製作方法

2024-01-23 06:54:15 1

本實用新型尤其涉及一種基於ZigBee技術的智能灌溉裝置。

背景技術：

我國水資源總儲量約2.81萬立方米，居世界第六位，但人均水資源量不足2400立方米，僅為世界人均佔水量的1/4，相當於美國的1/5，前蘇聯的1/7，加拿大的1/48，世界排名110位，被列為全球13個人均水資源貧乏國家之一。而農業灌溉用水量佔各行業總用水的60％以上,是名副其實的用水大戶、主要的水資源消耗源。但目前中國所使用的灌溉方式還是傳統的灌水方法，水是從地表面進入田間並借重力和毛細管作用浸潤土壤，所以也稱為重力灌水法，這種傳統的灌溉模式通常都是根據人工對灌溉程度進行判斷，形式粗放，水資源浪費情況嚴重，因此，推廣實施智能控制灌溉，改變目前普遍存在的粗放灌水方式，提高灌溉水利用率，是有效解決灌溉節水問題的必要措施之一，為了解決上述問題，申請公布號為CN105454002的發明專利公開了一種基於WIFI或ZigBee並由雲伺服器控制的智能灌溉系統，其主要利用WIFI模塊或ZigBee模塊根據指令通過無線網絡對電磁閥進行遠程控制，但其相對存在的缺點是該控制系統僅可實現對電磁閥的控制，而現有為了避免控制電路出現狀況，導致電磁閥無法正常工作的問題，大多數地方仍然使用手動閥，所以，基於上述問題，本申請在該專利的基礎上做了改進，設計了一種基於ZigBee技術的智能灌溉裝置，該智能控制裝置可遠程控制手動閥，同時，該智能控制裝置利用行程開關對控制電機的轉動角度進行限制，避免電機空轉的現象。

技術實現要素：

本實用新型提供了一種基於ZigBee技術的智能灌溉裝置，利用該智能灌溉裝置，可實現手動閥的遠程控制，同時，可避免現有存在電機空轉的問題。

為了解決上述問題，本申請提出了一種基於ZigBee技術的智能灌溉裝置，其包含上位控制單元(1)和下位執行單元(2)，所述上位控制單元(1)包含中央控制器、ZigBee模塊以及PWM模塊，所述ZigBee模塊與所述中央控制器通過無線網絡進行數據傳輸，所述ZigBee模塊接收中央控制器發送的指令信號，並將該指令信號解碼後傳輸至PWM模塊，所述PWM模塊將接收到的指令信號調製為下位執行單元(2)可執行的控制指令；所述下位機執行單元包含至少一組控制電機(3)和對應的手動閥(4)，所述控制電機(3)與手動閥(4)之間通過聯軸器(6)連接；所述控制電機(3)接收所述PWM模塊調製後的控制指令，並根據該控制指令驅動聯軸器(6)轉動；

所述驅動電機上設有行程開關，該行程開關連接在控制電機(3)的控制電路上，且該行程開關與驅動電機之間設有推桿，在所述控制電機(3)根據接收到的控制指令轉動時該推桿可與行程開關碰撞，通過限制驅動電機的轉動角度，進而控制手動閥(4)的開或關；

設有控制面板，該控制面板與中央控制器電連接，所述控制面板上至少設有控制按鍵及顯示屏，通過所述控制按鍵可手動輸入發送至ZigBee模塊的指令信號，通過顯示屏可實時顯示手動閥(4)當前的狀態。

作為本申請的優選方案，所述ZigBee模塊為CC503晶片；所述PWM模塊為L298N晶片。

作為本申請的優選方案，所述中央控制器包含存儲模塊，該存儲模塊內設有灌溉操作程序、天氣預報軟體、圖像智能分析程序、植物資料庫及自動化分析控制程序。

作為本申請的優選方案，包含移動終端，所述移動終端內設有ZigBee模塊操作程序，通過該移動終端上的ZigBee模塊操作程序可對ZigBee模塊發出指令信號。

作為本申請的優選方案，設有土壤水分傳感器，以獲取土壤中的水分數據；

和/或設有攝像頭裝置和紅外測測溫儀或植物生長測量儀以分析植物的生長狀況及需水狀況；

所述中央控制器上安裝有可自動連結並獲取用戶端停水信息的程序並可根據該停水信息或人工輸入的停水信息自動更新澆水方案。

採用本申請中的智能灌溉裝置，可遠程控制手動閥4，同時，該智能控制裝置利用行程開關對控制電機3的轉動角度進行限制，一方面避免電機空轉的現象，另一方面可對閥門水流量進行控制。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例一提供的智能灌溉裝置的模塊結構示意圖；

圖2是本實用新型實施例一提供的ZigBee模塊的工作原理圖；

圖3是本實用新型實施例一提供的手動閥的固定結構示意圖。

附圖標記

上位控制單元1，下位執行單元2，控制電機3，手動閥4，固定支架5，聯軸器6，連杆7。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下文中將結合附圖對本實用新型的實施例進行詳細說明。

實施例1：

本實施例提供了一種基於ZigBee技術的智能灌溉裝置，參見圖1，是本實施例提供的該智能灌溉裝置的模塊結構示意圖，該裝置包含上位控制單元1和下位執行單元2，所述上位控制單元1包含中央控制器、ZigBee模塊以及PWM模塊，所述ZigBee模塊與中央控制器通過無線網絡進行數據傳輸，該ZigBee模塊可接收中央控制器發送的指令信號，並將該指令信號通過解碼器解碼後傳輸至PWM模塊，所述PWM模塊將接收到的指令信號調製為下位執行單元2可執行的控制指令，在本實施例中，優選設有控制面板，該控制面板與中央控制器有線或無線電連接，用戶通過該控制面板可以輸入需要的指令信號，該控制面板上設有控制按鍵及顯示屏，通過控制按鍵用戶可手動輸入發送至ZigBee模塊的指令信號，通過顯示屏可實時顯示手動閥4當前的狀態，以便用戶更加直觀的檢測手動閥4的工作狀態。

在本實施例中，所述的中央控制器為雲伺服器。

在本實施例中，所述的ZigBee模塊為CC503晶片，其具有存儲功能、信號收發功能及其時鐘功能，通過該模塊，可對指令信號進行收發及對接收到的指令信號進行處理，本實施例優選該模塊的原因在於它的能耗較低，受幹擾的可能性小，而且它有很好的自組織自修復的功能，而且該模塊使用的網絡拓撲模型是網狀型，這樣就避免出現需要架設線纜或者因為某個主要無線線路的損壞而影響整體智能裝置的運行，同時，具有故障信息快速定位的效果。

所述的PWM模塊為L298N晶片，通過該晶片可對接收到的指令信號進行調製。

所述下位機執行單元包含至少一組控制電機3和對應的手動閥4，所述控制電機3與手動閥4之間通過聯軸器6連接，所述控制電機3接收PWM模塊調製後的控制指令，並根據該控制指令驅動聯軸器6轉動，本實施例中，手動閥4上設有連杆7，聯軸器6與手動閥4上的該連杆7連接，為了避免在轉動時易受閥門晃動的影響，優選所述手動閥4通過固定支架5進行固定，參見圖3。

在本實施例中，所述ZigBee模塊上包含多個節點，每個節點控制一組控制電機3和對應的手動閥4，參見圖2，通過該ZigBee模塊上的節點，可對多組控制電機3和對應的手動閥4進行控制，從而根據需要實現不同位置的灌溉。

本實施例中，所述驅動電機上設有行程開關，該行程開關連接在控制電機3的控制電路上，且該行程開關與驅動電機之間設有推桿，在控制電機3轉動時所述推桿可與行程開關碰撞，以限制驅動電機的轉動角度，進而控制手動閥4的水流量，具體可以為，控制電機3根據ZigBee模塊發送到控制指令轉動至一定角度時，行程開關受到碰觸使得控制電機3斷電停止工作，此時，手動閥4的閥門打開，該打開的程度可以是閥門最大水流量程度，也可是將水流量控制在一定量的程度，具體根據實際需要和行程開關的具體結構而定，當控制電機3再次受到控制指令的驅動後，控制電機3反向轉動，與此同時帶動聯軸器6反向轉動進而驅動手動閥4的閥門關閉，也即，利用該行程開關，可將控制電機3的轉動限制在一定範圍呢，避免現有存在電機空轉的現象。

當然，合理的條件下也可為如下的控制方式：控制電機3根據ZigBee模塊發送到控制指令轉動至一定角度時，行程開關受到碰觸使得控制電機3斷電停止工作，此時，手動閥4打開或關閉一定角度，當控制電機3再次受到控制指令的驅動後，控制電機3旋轉的角度增加，此時手動閥4打開或關閉的角度也相應增加，循環上述過程直至行程開關開到極限導致行程開關轉換，控制指令下一次到達就會使控制電機3反向轉動，從而實現手動閥4的反向控制，進而控制手動閥4的反向轉動，因此，利用本實施中的行程開關，一方面可控制手動閥4的開或關，另一方面也可將閥門的水流量控制在了一定範圍內。

本實施例所述的智能灌溉裝置的澆水方式為噴淋、噴灌、微噴灌或滴灌中的至少一種。

進一步地，在本實施例中，還設有移動終端，所述移動終端內設有ZigBee模塊操作程序，通過該移動終端上的ZigBee模塊操作程序可對ZigBee模塊發出指令信號。

進一步地，在本實施例中，設有土壤水分傳感器；設有攝像頭裝置和紅外測測溫儀或植物生長測量儀；通過土壤水分傳感器以獲取土壤中的水分數據，並將該水分數據傳輸至ZigBee模塊；通過攝像頭裝置和紅外測測溫儀或植物生長測量儀以分析植物的生長狀況及需水狀況信息，並將該植物的生長狀況及需水狀況信息發送至ZigBee模塊，ZigBee模塊將接收到的水分數據和/或植物的生長狀況及需水狀況信息發送至中央控制器，中央控制器又根據接收到的上述信息下發對應的指令信息至ZigBee模塊以實現對下位執行單元2的控制。

採用本實施例中的智能灌溉裝置，實現了手動閥4的遠程控制，同時，通過在控制電機3上設置行程開關，不僅可對手動閥4開或關進行控制，而且使得在執行端能夠更好的對用出水量進行限制。

實施例2：

與實施例1相比，本實施例的區別在於，所述中央控制器包含存儲模塊，該存儲模塊內設有灌溉操作程序、天氣預報軟體、圖像智能分析程序、植物資料庫及自動化分析控制程序；通過灌溉操作程序可根據需要啟動不同的ZigBee節點，以實現對不同手動閥4的控制；通過天氣預報軟體可根據每天的天氣情況人為的調整灌溉水量的多少；通過圖像智能分析程序，可對採集到的圖像數據進行比對分析，得出植物當前的生長狀態信息；利用植物資料庫及自動化分析控制程序，當用戶輸入植物名稱後，所述的自動化分析控制程序能自動從所述的智能植物資料庫資料獲取對應植物的現在階段的生長狀況，常見病以及現在階段需水量數據並自動提供澆水方案給用戶用來作為參考。

進一步地，在本實施例中，為了更好的了解所需灌溉地區，所述中央控制器上還安裝有可自動連結並獲取用戶端停水信息的程序並可根據該信息或人工輸入的停水信息自動更新澆水方案。

本實施例通過和天氣狀況有機聯繫、智能植物資料庫資料有機聯繫、圖像智能分析程序等方法，進一步做成高度節水、高度智能化、高度實用性的灌溉系統，從而有效解決目前常見的智能灌溉裝置所存在的系統構造極為複雜、造價昂貴、智能化不足、實用性不強、難以遠距離操作、難於實際高效節水等眾多問題。

以上內容是結合具體的實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限於這些說明。對於本實用新型所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本實用新型的保護範圍。