一种智能灌溉施肥控制系统及控制方法与流程

本发明涉及物联网智能农业，结合应用了嵌入式技术、单片机技术以及网络通信技术等，特别是一种智能灌溉施肥控制系统及控制方法。

背景技术：

近年来，随着物联网技术的兴起与发展，兴起了智能家居、智能穿戴、智能农业技术领域的发展。相比于智能家居和智能穿戴的发展，智能农业发展缓慢。目前，市场上，相关的智能灌溉产品也很少。另一方面，我国作为一个农业大国，如果合理的利用我国现有贫乏的资源实现农业灌溉的最佳效果，是当前技术要解决的关键问题。

目前传统的灌溉施肥方法，最经典的就是引水灌溉和人工或者机器定时施肥灌溉，需要耗费较多的人力、物力和时间，灌溉施肥效率不高。虽然现有的技术中有提出一种智能灌溉系统，局限于环境参数的采集和灌溉的控制，并没有加入安防报警的功能，系统操作性也是单一的键盘操作或者远程操作，没有将两者的操作结合互相使用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种智能灌溉施肥控制系统及控制方法，该系统电路结构简单，易于实现，且通过网络实现了远程的智能灌溉施肥以及具体灌溉施肥信息。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种智能灌溉施肥控制系统，包括主控制板及与该主控制板连接的液位传感器、土壤湿度传感器、降雨传感器、多路继电器、红外遥控器、网络服务器和用于为整个装置供电的电源模块，还包括与所述多路继电器连接的电磁阀门、搅拌机，所述液位传感器用于检测灌溉施肥的水桶以及肥料桶内的液位；所述主控制板包括控制器单元及与该控制器单元连接的时钟电路、GPRS模块、红外接收模块、显示模块、继电器驱动电路、人体红外报警模块、声音报警模块；所述GPRS模块用于实现主控制板与网络服务器的通信，所述红外接收模块用于接收红外遥控器的红外控制信号，所述继电器驱动电路与所述多路继电器连接；用户能够通过手机或上网客户端通过网络访问网络服务器获取和管理系统的信息，该信息包括：时间信息、环境信息、设备状态信息和控制信息。

在本发明一实施例中，所述控制器单元包括通过串口进行相互通信的第一、第二微处理器，其中第一微处理器用于实现数据采集和参数设置，第二微处理器用于实现数据处理和传输。

在本发明一实施例中，所述液位传感器安装于水桶或肥料桶内壁侧面。

在本发明一实施例中，所述第一、第二微处理器均采用STC12C5A60S2。

在本发明一实施例中，所述显示屏采用LCD显示屏、TFT液晶显示屏、LED显示屏中的一种。

在本发明一实施例中，所述声音报警模块由蜂鸣器和/或扬声器构成。

在本发明一实施例中，还包括一与所述控制器单元连接且用于调整传感器采集信号的信号调理模块。

在本发明一实施例中，所述GPRS模块采用SIM900。

在本发明一实施例中，所述时钟电路采用DS1302。

本发明还提供了一种基于上述所述智能灌溉施肥控制系统的控制方法，包括如下步骤，

S1：启动系统，用户通过红外遥控器对系统工作模式进行选择，若选择全自动的工作模式，所有参数默认设置，系统全智能工作，否则，用户手动进行参数设置；

S2：各传感器检测传感器信号，并传输主控制器单元，控制器单元处理后，判断水桶、肥料桶的液位、降雨情况、土壤湿度情况，从而控制水桶、肥料桶是否需要加量，以及是否进行灌溉和施肥；同时主控制器单元将传感器检测信号通过GPRS模块传输给网络服务器；

S3：用户通过手机或上网客户端通过网络访问网络服务器即可获取和管理系统的信息。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明实现了用户通过红外遥控器进行远程的智能灌溉施肥的控制，且用户能够获取灌溉施肥各项参数信息，可实现灌溉施肥数据管理及分析。

附图说明

图1为本发明的系统组成框架图。

图2为本发明的主控制板组成框图。

图3是本发明控制器单元的第一微处理器电路原理图。

图4是本发明控制器单元的第二微处理器电路原理图。

图5是本发明控制器单元的时钟电路原理图。

图6是本发明控制器单元的显示模块电路原理图。

图7是本发明控制器单元的GPRS模块电路原理图。

图8是本发明控制器单元的液位传感器、土壤湿度传感器、降雨传感器电路原理图。

图9是本发明控制器单元的人体红外报警模块电路原理图。

图10是本发明控制器单元的红外接收模块电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

如图1-10所示，本发明的一种智能灌溉施肥控制系统，包括主控制板及与该主控制板连接的液位传感器、土壤湿度传感器、降雨传感器、多路继电器、红外遥控器、网络服务器和用于为整个装置供电的电源模块，还包括与所述多路继电器连接的电磁阀门、搅拌机，所述液位传感器用于检测灌溉施肥的水桶以及肥料桶内的液位；所述主控制板包括控制器单元及与该控制器单元连接的时钟电路、GPRS模块、红外接收模块、显示模块、继电器驱动电路、人体红外报警模块、声音报警模块；所述GPRS模块用于实现主控制板与网络服务器的通信，所述红外接收模块用于接收红外遥控器的红外控制信号，所述继电器驱动电路与所述多路继电器连接；用户能够通过手机或上网客户端通过网络访问网络服务器获取和管理系统的信息，该信息包括：时间信息、环境信息、设备状态信息和控制信息。

如图3、4所示，所述控制器单元包括通过串口进行相互通信的第一、第二微处理器（第一、第二微处理器电路各自连接有晶振电路和复位电路），其中第一微处理器用于实现数据采集和参数设置（即用于液位传感器、雨滴传感器、土壤湿度传感器和GPRS模块的数据采集、通信，如图8所示为GPRS模块、液位传感器、土壤湿度传感器、降雨传感器电路原理图），第二微处理器用于实现数据处理和传输（即用于驱动显示模块，控制时钟电路、继电器驱动电路、声音报警模块、人体红外报警模块（如图9所示））。所述第一、第二微处理器均采用51单片机STC12C5A60S2，LQFP-44封装。还包括一与所述控制器单元连接且用于调整传感器采集信号的信号调理模块，该信号调理模块主要用于液位信号的调理，即在液位信号的检测前级加入一个比较强LM339将信号与阈值电压比较，输出判别信号给第一微处理器。

所述液位传感器安装于水桶或肥料桶内壁侧面。所述显示屏采用LCD显示屏、TFT液晶显示屏、LED显示屏中的一种（如图6所示，显示模块在本实例中采用LCD1602）。所述声音报警模块由蜂鸣器和/或扬声器构成。所述GPRS模块采用SIM900（如图7所示）。所述时钟电路采用DS1302（如图5所示）。

所述的电源供电模块为内置的开关电源电路，采用标准的AC电源接口，交流220V输入，在断电的情况下，备用蓄电池电源给系统供电。

上述电路工作原理如下：

控制器单元采用STC单片机模块，包括时钟电路、复位电路，设计过程中用到2片的STC单片机，其中图3中MCU1单片机作为主控制器，用以通信液位传感器、雨滴传感器以及土壤湿度传感器和GPRS模块，之后通过串口将相关的信息传给图4中MCU2单片机，MCU2单片机驱动显示屏，将操作信息、环境参数信息显示出来，另外，MCU2单片机还控制时钟电路（DS1302）、红外报警模块（HC-SR501）、蜂鸣器和继电器。电源输入采用12V的选电池供电，通过降压电路TPS63002将电压稳到5V供后级使用。其中液位信号的检测调理需要在前级加入一个比较强LM339将信号与阈值电压比较，输出判别信号给MCU1。

本发明系统的工作原理如下：

系统开机后，通过红外遥控器对系统工作的模式进行选择，若选择全自动的工作模式，所有参数默认设置，系统全智能工作。检测各个传感器的状态信息，从而进行控制水桶、肥料桶是否需要加量，是否进行灌溉和施肥。接口控制和传感器信息采集由第一微控制器完成。之后第一微控制器将采集的信息内容通过串口发送给第二微控制器，第二微控制器负责屏幕显示、红外检测、安防检测、时钟设置，GPRS模块通信等工作。GPRS模块通过串口与第二级控制器进行连接，从而实现将系统联网的目的。实际应用中，肥料桶有2个，水桶有3个，每个肥料桶和水桶不同位置安装有3个液位传感器，对应不懂液位的标识。

本发明还提供了一种基于上述所述智能灌溉施肥控制系统的控制方法，包括如下步骤，

S1：启动系统，用户通过红外遥控器对系统工作模式进行选择，若选择全自动的工作模式，所有参数默认设置，系统全智能工作，否则，用户手动进行参数设置；

S2：各传感器检测传感器信号，并传输主控制器单元，控制器单元处理后，判断水桶、肥料桶的液位、降雨情况、土壤湿度情况，从而控制水桶、肥料桶是否需要加量，以及是否进行灌溉和施肥；同时主控制器单元将传感器检测信号通过GPRS模块传输给网络服务器；

S3：用户通过手机或上网客户端通过网络访问网络服务器即可获取和管理系统的信息。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。