专利名称：一种灌溉系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及农业技术领域，尤其涉及一种灌溉系统。
背景技术：
自古以来，我国江南就有“鱼米之乡”的美称，一直到现在，南方地区也仍然是我国 的粮食主要产区之一。相比于北方，南方夏季雨水充沛，且水稻普遍一年两熟，甚至一年三 熟、四熟。南方几省诸如福建、云南等地多属丘陵、山地地貌，水稻种植以梯田形式，多种经 济作物比如茶叶、水果种植也多利用山地，这些很好地利用了地形，扩大了种植面积。但在 一定程度上却十分不便于灌溉，而且南方四季雨水分明，夏季时而暴雨数十日不止，遇到旱 季又常常30天也不见雨水，以致土地龟裂，庄稼晒死。因此，如何获取土壤墒情信息，根据 植物生长需要提供灌溉，实属必要。
实用新型内容本实用新型的目的在于提出一种灌溉系统，能够解决雨量不足或雨量时空分布不 均地区的节水灌溉问题，系统可以根据土壤墒情和作物用水规律实施精确灌溉。为达此目的，本实用新型采用以下技术方案一种灌溉系统，包括传感器、从控制机、无线发射设备、无线接收设备、主控制机、 继电器和灌溉设备，其中，无线发射设备与无线接收设备之间建立无线通信信道进行通信， 传感器、从控制机与无线发射设备依次连接，传感器用于测量土壤的墒情，并发给从控制 机，从控制机用于控制传感器测量土壤墒情，并把土壤墒情通过无线发射设备发送出去，无 线接收设备、主控制机、继电器和灌溉设备依次连接，主控制机用于通过无线接收设备接收 土壤墒情，根据土壤墒情和预设值控制继电器，继电器用于控制灌溉设备。还包括输入装置，输入装置与主控制机连接，用于输入土壤灌溉的预设值。还包括显示装置，显示装置与主控制机连接，用于显示土壤墒情和灌溉提示信息。还包括电源，电源分别与主控制机和从控制机连接，用于提供电源。传感器是土壤湿度传感器或者土壤水分温度传感器。主控制机包括AT89S52控制芯片。输入装置是矩阵键盘。显示装置是12864液晶显示器。采用了本实用新型的技术方案，能够根据土壤墒情和作物用水规律实施精确灌 溉，不但能有效解决农业灌溉用水利用率低的问题，缓解水资源日趋紧张的矛盾，而且还为 作物提供了更好的生长环境，实现了对土壤含水量的监测和对灌溉系统的智能控制功能， 建立起一套现代化的服务于水利信息化建设的土壤水分监测、节水灌溉和自动控制网络， 为开展节水灌溉工作提供信息依据。另外，本系统操作简单，准确可靠，支持对有关参数的 人工修改，适用于多种作物，更能增加农作物的产量，降低农产品的成本，具有很大的推广 价值。
图1是本实用新型具体实施方式
中灌溉系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图并通过具体实施方式
来进一步说明本实用新型的技术方案。本实用新型的主要技术思想是以单片机为控制核心，由主控制机、无线数传和从 控制机三大部分组成，包括土壤墒情信息采集、无线数据传送、控制部分信息综合分析、显 示部分信息输出及灌溉控制等功能模块。主控制机带有输入模块，可根据不同作物，不同 生长期，作物需水量的不同，灵活设定土壤湿度下限及平均间隔灌溉时间；无线数传采用无 线收发模式，节省了大规模铺设线路，管道的费用；从控制机通过多个温湿度传感器，多点 采集土壤墒情信息，对土壤墒情进行实时监测。主控制机对接收到的信息进行分析、整合， 转化成直观的启动浇水灌溉，停止浇水灌溉以及分时分段浇水灌溉等信息后，在液晶显示 屏上显示当前土壤温湿度信息及浇水灌溉提示，自动地实现按时、按量、按需供水，从而有 效地在降雨期减少闷根，烂根以致作物死亡，在干旱期缓解旱情，对人力灌溉作出了科学安 排，最终提高了作物产量。图1是本实用新型具体实施方式
中灌溉系统的结构示意图。如图1所示，该灌溉 系统包括传感器1、从控制机2、无线发射设备3、无线接收设备4、主控制机5、输入装置6、 显示装置7、继电器8、灌溉设备9和电源10。其中，无线发射设备与无线接收设备之间建立无线通信信道进行通信，传感器、从 控制机与无线发射设备依次连接，无线接收设备、主控制机、继电器和灌溉设备依次连接。传感器是土壤湿度传感器或者土壤水分温度传感器，传感器测量土壤的墒情，并 发给从控制机，从控制机控制传感器测量土壤墒情，并把土壤墒情通过无线发射设备发送 出去，主控制机通过无线接收设备接收土壤墒情，根据土壤墒情和预设值控制继电器，继电 器控制灌溉设备进行灌溉。输入装置是矩阵键盘，通过与主控制机连接，输入土壤灌溉的预设值。显示装置是12864液晶显示器，通过与主控制机连接，显示土壤墒情和灌溉提示 fn息o电源分别与主控制机和从控制机连接，能够提供电源。主控制机包括AT89S52控制芯片。农业节水灌溉控制系统主要由墒情信息采集、墒情信息传输和墒情信息处理三部 分组成，来完成对土壤墒情的监测。墒情信息采集部分墒情即是作物根层土壤中含水量多寡的情况，在我国，通常是 指在北方旱作农业区土壤的含水状况。墒情影响田间气候，土壤通气性和养分分解，是土壤 微生物活动和农作物生长发育的重要条件之一。通过在农田中埋设土壤温湿度传感器，从 控制机不断读取传感器采集的数据，经过相应处理后得到土壤墒情信息。在实际应用时，为 了能够得到农田土壤墒情的整体信息，需要在农田中设置多个土壤温湿度传感器，实现数 据的多点采集。墒情信息传输部分墒情信息传输部分由无线发射设备和无线接收设备组成。无线发射设备由从控制机控制，从控制机将传感器传过来的数据处理后通过无线发射设备传 输出去，与之相对应的无线接收设备由主控制机控制，两部分配合协调工作来完成数据的 传输。墒情信息处理部分墒情信息处理部分是由主控制机将无线接收设备接收到的数 据一方面进行液晶显示，另一方面和键盘输入的数据进行比较处理，进而控制继电器的通 断完成实时的灌溉。正是由于主控制机带有输入设备，对于不同的植物，不同的生长期，可以预先设置 不同土壤湿度的下限，来满足植物的对水分不同需求。另外在数据采集的过程中，可以安置 不同的传感器，进而得到土壤中更加详细的信息，通过单片机的相应处理后，更好的满足植 物的需求。下面具体描述该灌溉系统的硬件设备。本农业节水灌溉控制系统的硬件部分主要由墒情采集、墒情传输、墒情显示、主控 制机、矩阵键盘、灌溉控制六部分组成。墒情采集部分水分是决定土壤介电常数的主要因素。测量土壤的介电常数，能 直接稳定地反应各种土壤的真实水分含量。TDR型土壤湿度(水分)传感器可测量土壤水 分的体积百分比，与土壤本身的机理无关，是目前国际上最流行的土壤湿度(水分)测量方 法。TDR-3A型土壤水分温度传感器是将温度和湿度集于一体，具有密封，防水，精度高，灵敏 度高等特点，是测量土壤温度和湿度的理想仪器。墒情传输部分在完成了数据采集之后，系统要对采集的土壤相对湿度和土壤温 度进行传输，在此过程中，为了能够避免有线传输线路铺设给农田耕作带来的麻烦，采用内 置硬件CRC检错的无线传输设备。无线传输设备的工作模式有收发模式、配置模式、空闲模式、关机模式四种。对无 线传输设备的配置工作是通过SPI完成，共有30字节配置字数据宽度声明射频数据包中数据占用的位数。这使得NewMSg_RF24L01能够区分 接收数据包中的数据和CRC校验码；地址宽度声明射频数据包中地址占用的位数。这使得NewMSg_RF24L01能够区分 地址和数据；地址接收数据的地址，有通道0到通道5的地址；CRC 使NewMsg_RF24L01能够生成CRC校验码和解码当使用NewMsg_RF24L01片内 的CRC技术时，要确保在配置字(CONFIG的EN_CRC)中CRC校验被使能，并且发送和接收使 用相同的协议。产品特性为(1) 2. 4Ghz全球开放ISM频段免许可证使用。(2)最高工作速率2Mbps，高效GFSK调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合。(3) 125频道，满足多点通信和跳频通信需要。(4)内置硬件CRC检错和点对多点通信地址控制。(5)低功耗1. 9 3. 6V工作，Power down模式下状态仅为luA。(6)内置2. 4Ghz天线，体积小巧约18*37mm。(7)模块可软件设地址，只有收到本机地址时才会输出数据(提供中断指示)，可直接接各种单片机使用，软件编程非常方便。(8)内置专门稳压电路，使用各种电源包括DC/DC开关电源均有很好的通信效果。(9)标准DIP间距接口，便于嵌入式应用。墒情显示部分本系统的显示装置采用的是12864液晶显示器，它是128X64点阵 型液晶显示模块，可显示各种字符及图形，可与单片机直接相连，具有8位标准数据总线、6 条控制线及电源线。其最大的工作范围的参数如下(1)逻辑工作电压(Vcc) 4. 5 5. 5V(2)电源地(GND) :0V(3) LCD 驱动电压(Vee) 0 -10V(4)输入电压Vee Vdd(5)工作温度(Ta) :0 55°C (常温)/_20 70°C (宽温)(6)保存温度(Tstg) -10 65°C电气特性(测试条件Ta = 25，Vdd = 5. 0+/-0. 25V)(1)输入高电平(Vih) 3. 5Vmin(2)输入低电平(Vil) 0. 55Vmax(3)输出高电平(Voh) 3. 75Vmin(4)输出低电平(Vol) :1. OVmax(5)工作电流2. OmAmax主控制机部分主控制机的控制芯片采用AT89S52，它是一种低功耗、高性能 CM0S8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器，使用Atmel公司高密度非易失性存 储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系 统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使 得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供灵活高效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O 口线，看门狗 定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行 口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择 节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉 电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬 件复位为止。矩阵键盘由于不同植物，在不同时期对于温湿度的要求不同，所以系统通过键盘 输入温湿度的下限值，从而更加科学的实时的对植物进行合理的灌溉。为了减少1/0 口的 占用，将按键排列成矩阵形式构成矩阵式键盘，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通， 而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口(如P0 口)就可以构成4*4 = 16个按键。灌溉控制部分主控制机通过对收集到的数据和键盘的输入值的比较结果，从而 控制继电器的通断，进而控制相应的灌溉设备，对植物实时定量的灌溉。下面具体描述该灌溉系统的软件设计。根据整个系统功能的要求和对硬件的基本情况的考虑，在软件设计的过程中同样 采取了模块化设计思想。整个系统的软件设计分三个单元完成墒情采集单元，无线传输单
6元，墒情处理单元。墒情采集单元在采集数据的过程中，用户单片机发送一次开始信号，TDR-3A从 低功耗模式转换到高速模式，等待主机开始信号结束后，TDR-3A发送响应信号，送出40bit 的数据，并触发一次信号采集，采集数据后转换到低速模式。总线空闲状态为高电平，主机 把总线拉低等待TDR-3A响应，主机把总线拉低必须大于18毫秒，保证TDR-3A能检测到起 始信号。TDR-3A接收到主机的开始信号后，等待主机开始信号结束，然后发送80us低电平 响应信号.主机发送开始信号结束后，延时等待20-40US后，读取TDR-3A的响应信号，主机 发送开始信号后，总线由上拉电阻拉高。总线为低电平，TDR-3A发送响应信号，TDR-3A发送响应信号后，再把总线拉高 80us，准备发送数据，每一 bit数据都以50us低电平时隙开始，高电平的长短定了数据位是 0还是1。当最后lbit数据传送完毕后，TDR-3A拉低总线50us，随后总线由上拉电阻拉高 进入空闲状态。无线传输单元在无线收发模块发射的流程中第一，把接收机的地址和要发送 的数据按时序送入无线收发模块，配置CONFIG寄存器，使之进入发送模式；第二，微控制器 把CE置高(至少10us)，激发无线模块发射；第三，进行数据发射，给射频前端供电，并将射 频数据打包(加字头、CRC校验码)，发射完成后，进入空闲状态。在接收的流程中第一，配置本机地址和要接收的数据包大小，配置CONFIG寄存 器，使之进入接收模式，把CE置高；第二，130us后，无线收发模块进入监视状态，等待数据 包的到来；第三，当接收到正确的数据包(正确的地址和CRC校验码)，无线收发模块自动 把字头、地址和CRC校验位移去；第四，无线收发模块通过STATUS寄存器的RX-DR置位并通 知单片机，单片机把数据从无线收发模块读出；第五，所有数据读取完毕后清除STATUS寄 存器。墒情处理单元主控制机每隔一段时间采集一次土壤温湿信息，并在液晶显示屏 上进行显示，同时主控制机分析数据，根据预先设置的湿度下限和分析结果判断是否需要 对土壤进行浇灌，当湿度低于下限时，继电器闭合，启动浇灌设备，过一段时间后继电器自 动断开，从而达到自动控制节水灌溉的目的。对于本具体实施方式
中的灌溉系统，从需求上来看我国是一个发展中的农业大 国，人多地少水少、降水时空分布不均、水土资源不匹配，特殊的自然和社会经济条件，决定 粮食生产必须依赖于灌溉。按正常需要和不超采地下水，我国农田灌溉缺水约200亿立方 米。随着经济社会的发展，农业用水将面临着更加严峻的挑战。为此，要保持在灌溉用水量 不增加的情况下，保障农业的可持续发展，必须内部挖潜，大力发展节水农业，在全国范围 内推广普及节水灌溉。理论上本系统既能节电，还能节劳，有效缓解了经济社会发展用水短 缺的矛盾，保障了农业生产特别是粮食生产用水，促进了现代农业发展和农民增收。从实用上看本产品外部设有输入设备，液晶显示屏，继电器；内部设有使用免许 可证的全球开放ISM频段(2. 4Ghz)的无线数据传输线路。针对不同的植物，不同的生长期， 可以通过输入设备预先设置不同土壤湿度的下限，进而通过继电器的通断自动对植物进行 实时的灌溉，来满足植物对水分的不同需求。从技术和成本上看，由于本产品的核心部分采用单片机控制，成本较低，而且具有 良好的性能，适合于广大消费者的消费水平。
7[0076]从适用区域来看本产品在雨量不足或雨量时空不均勻的地区普遍适用，尤其适 用于南方多山地、丘陵的地形，对山地种植的茶树，果树等经济作物能提供较好的灌溉控制 自动化控制；主要应用领域节水灌溉控制；土壤墒情采集；农田信息采集；温室环境监控；水 文水质监测；动植物生理生态监测；厂房设备及环境监控等。与传统的灌溉系统相比，无论从需求上看，还是从其实用性以及功能上来讲，都具 有一定的优势，容易被广大农民消费者所接受和使用，市场应用前景广泛。以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不 局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或 替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要 求的保护范围为准。
权利要求一种灌溉系统，其特征在于，包括传感器、从控制机、无线发射设备、无线接收设备、主控制机、继电器和灌溉设备，其中，无线发射设备与无线接收设备之间建立无线通信信道进行通信，传感器、从控制机与无线发射设备依次连接，传感器用于测量土壤的墒情，并发给从控制机，从控制机用于控制传感器测量土壤墒情，并把土壤墒情通过无线发射设备发送出去，无线接收设备、主控制机、继电器和灌溉设备依次连接，主控制机用于通过无线接收设备接收土壤墒情，根据土壤墒情和预设值控制继电器，继电器用于控制灌溉设备。
2.根据权利要求1所述的一种灌溉系统，其特征在于，还包括输入装置，输入装置与主 控制机连接，用于输入土壤灌溉的预设值。
3.根据权利要求1所述的一种灌溉系统，其特征在于，还包括显示装置，显示装置与主 控制机连接，用于显示土壤墒情和灌溉提示信息。
4.根据权利要求1所述的一种灌溉系统，其特征在于，还包括电源，电源分别与主控制 机和从控制机连接，用于提供电源。
5.根据权利要求1所述的一种灌溉系统，其特征在于，传感器是土壤湿度传感器或者 土壤水分温度传感器。
6.根据权利要求1所述的一种灌溉系统，其特征在于，主控制机包括AT89S52控制芯片。
7.根据权利要求2所述的一种灌溉系统，其特征在于，输入装置是矩阵键盘。
8.根据权利要求3所述的一种灌溉系统，其特征在于，显示装置是12864液晶显示器。
专利摘要本实用新型公开了一种灌溉系统，无线发射设备与无线接收设备之间建立无线通信信道进行通信，传感器、从控制机与无线发射设备依次连接，传感器用于测量土壤的墒情，并发给从控制机，从控制机用于控制传感器测量土壤墒情，并把土壤墒情通过无线发射设备发送出去，无线接收设备、主控制机、继电器和灌溉设备依次连接，主控制机用于通过无线接收设备接收土壤墒情，根据土壤墒情和预设值控制继电器，继电器用于控制灌溉设备。采用了本实用新型的技术方案，能够解决雨量不足或雨量时空分布不均地区的节水灌溉问题，系统可以根据土壤墒情和作物用水规律实施精确灌溉。
文档编号H04W84/18GK201640121SQ20102011681
公开日2010年11月24日 申请日期2010年2月23日 优先权日2010年2月23日
发明者林可 申请人:林可