择主要由耗能较高的供水支路电磁阀9的功率和一次灌溉最大用时决定。本实施例中，供水支路电磁阀9选用口径80mm的直流电磁阀IBV-101G，其工作参数为:额定电压DC24V、瞬间激活电流370ma、吸持电流190ma，若每次最大灌溉用时不超过2小时，则每次灌溉操作供水支路电磁阀9的工作用电量不超过9200ma.V.h;考虑到ZigBee模块8与土壤温湿度一体化传感器7等部分用电以及用电变换效率的因素，充电电池3选用额定电压3.7V、容量2ah的充电电池组，足以满足终端节点完成一次灌溉的用电要求。
[0031]供水支路电磁阀用电变换电路6采用高效DC-DC转换芯片MAX629，完成充电电池3至供水支路电磁阀9的升压用电转换，同时，ZigBee模块8通过对MAX629使能弓丨脚/SHDN的电平控制，实现供水支路电磁阀用电变换电路6的电能输出控制，即只有进行灌溉时才让供水支路电磁阀用电变换电路6有能量输出，以驱动打开供水支路电磁阀9。
[0032]太阳能电池板I是无线网络终端节点的能量来源，通过充电电池3的储能满足终端节点的工作供电要求。选用太阳能电池板I考虑因素较多，但是主要考虑高功耗部件供水支路电磁阀9的用电量与用电时间以及必要的充电时间。以每天灌溉一次的超常规灌溉模式进行选择:在标准光照条件下选用输出额定电压5V、额定电流840ma的太阳能电池组，标准光照4小时即可最多获得能量16800ma.v.h，完全可以满足本实施例选用的供水支路电磁阀9的无线网络终端节点工作用电要求。
[0033]充电电池充电管理电路2采用具有太阳能电池最大功率点跟踪功能的充电电池充电管理集成电路CN3791，当太阳能电池板I的电流输出能力降低时，CN3791内部电路能够自动跟踪太阳能电池板I的最大功率点，最大限度地利用太阳能电池板I的输出功率，高效地实现太阳能至充电电池3的电能转换。
[0034]土壤温湿度一体化传感器用电变换电路4与ZigBee模块用电变换电路5均选用低压差DC-DC转换芯片ADP3330进行供电转换;所不同的是:ZigBee模块用电变换电路5采用始终供电的工作方式，而土壤温湿度一体化传感器用电变换电路4的芯片ADP3330使能端由ZigBee模块8控制，只有采集土壤温、湿度数据时才控制土壤温湿度一体化传感器用电变换电路4输出供电。
[0035]实施例2:
[0036]—种自动节水灌溉系统，包括实施例1所述的自动节水灌溉的无线网络终端节点，以及主控设备，实现无人值守的自动节水灌溉的方法如下:
[0037](I)根据作物的不同生长阶段，主控设备利用其中的ZigBee模块向自动节水灌溉的无线网络终端节点发送土壤湿度监控的下限与上限参数以及温度监控的上限参数，无线网络终端节点接收并中转相关工作参数；
[0038](2)无线网络终端节点周期性地利用土壤温湿度一体化传感器7检测土壤的温、湿度实时数据；
[0039](3)当检测到土壤湿度达到下限参数或者土壤温度高于上限参数时，无线网络终端节点向主控设备发送灌溉请求信息；主控设备根据接收的请求信息判断土壤整体墒情，若符合喷灌条件则输送灌溉用水并向无线网络终端发送灌溉命令;所有未达到土壤湿度上限参数的无线网络终端节点均开通相应的供水支路电磁阀用电变换电路6的供电输出；喷灌期间若无线网络终端节点检测的土壤湿度高于上限参数时则控制关闭供水支路电磁阀用电变换电路6并向主控设备发送灌溉结束信息；当所有无线网络终端节点灌溉结束，主控设备则关闭灌溉供水，结束一次灌溉过程。
[0040]无线网络终端节点若出现设备异常如:土壤温湿度一体化传感器7、供水支路电磁阀9或者充电电池充电管理电路2出现故障则向主控设备发送工作状态信息。
【主权项】
1.一种自动节水灌溉的无线网络终端节点，其特征在于，包括ZigBee模块、温湿度传感器、供水支路电磁阀；其特征在于，还包括太阳能电池板和充电电池，太阳能电池板与充电电池电连接，充电电池分别与ZigBee模块、温湿度传感器、供水支路电磁阀电连接，ZigBee模块还分别与温湿度传感器、供水支路电磁阀电连接。2.如权利要求1所述的无线网络终端节点，其特征在于，所述充电电池选用锂聚合物电池。3.如权利要求1所述的无线网络终端节点，其特征在于，所述温湿度传感器选用土壤温湿度一体化传感器。4.如权利要求1所述的无线网络终端节点，其特征在于，所述供水支路电磁阀为直流电池阀 IBV-1 OlG。5.如权利要求1所述的无线网络终端节点，其特征在于，所述太阳能电池板通过充电电池充电管理电路与充电电池电连接。6.如权利要求1所述的无线网络终端节点，其特征在于，所述充电电池通过ZigBee模块用电变换电路与ZigBee模块电连接。7.如权利要求1所述的无线网络终端节点，其特征在于，所述充电电池通过温湿度传感器用电变换电路与温湿度传感器电连接。8.如权利要求7所述的无线网络终端节点，其特征在于，所述充电电池通过供水支路电磁阀用电变换电路与供水支路电磁阀电连接。9.如权利要求8所述的无线网络终端节点，其特征在于，所述ZigBee模块还分别通过温湿度传感器用电变换电路、供水支路电磁阀用电变换电路与温湿度传感器、供水支路电磁阀电连接。10.—种如权利要求1-9任一项所述的自动节水灌溉的无线网络终端节点的使用方法，包括以下步骤， 由主控设备根据作物的不同生长阶段向终端节点无线发送土壤湿度上、下限监控参数及土壤温度上限监控参数;终端节点利用温湿度传感器周期性地采集土壤温湿度信息，并与存储的土壤湿度上、下限监控参数及土壤温度上限监控参数比较，当温度超过上限监控参数或者湿度低于下限监控参数时，向主控设备发送灌溉请求信息；主控设备根据终端节点发送的请求信息决策是否灌溉供水，若主控设备供给灌溉用水则向终端节点发送灌溉命令，所有土壤湿度没有达到湿度控制上限的终端节点都打开供水支路电磁阀进行灌溉操作，当土壤湿度达到上限监控参数时，终端节点关闭供水支路电磁阀并向主控设备发送该终端节点灌溉结束信息，当所有终端节点结束灌溉操作时，主控设备结束灌溉供水。
【专利摘要】本发明涉及一种自动节水灌溉的无线网络终端节点及其应用，包括ZigBee模块、温湿度传感器、供水支路电磁阀，还包括太阳能电池板和充电电池，太阳能电池板与充电电池电连接，充电电池分别与ZigBee模块、温湿度传感器、供水支路电磁阀电连接，ZigBee模块还分别与温湿度传感器、供水支路电磁阀电连接。无线网络终端节点完成土壤温湿度检测及相应供水支路电磁阀控制，与主控设备组成灌溉控制系统，实现适合作物不同生长阶段的无人值守自动节水灌溉控制，具有系统布局柔性高、便于操作管理、成本较低等特点，特别适用大面积田块的自动节水灌溉控制。
【IPC分类】H04W84/18, A01G25/16
【公开号】CN105519408
【申请号】CN201511026446
【发明人】霍孟友, 顾雯雯
【申请人】山东大学
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2015年12月30日