基于无线传感网络的节水灌溉系统的制作方法

本实用新型涉及无线传感网络技术领域，尤其涉及一种基于无线传感网络控制的节水灌溉系统。

背景技术：

近年来，随着电子技术、信息技术的蓬勃发展与广泛应用，农业灌溉已进入了自动化、智能化时代。目前实际生产中已经实现了人工远程控制设备进行灌溉，这种方式较传统的灌溉方式节省了大量的人力、物力，但其自动化、智能化的程度并不是很高。另外，传统的环境监控系统是将各采集点采用电缆连接，由于采集点繁多、线路错综复杂等情况，各体系之间只能做到一些必要的联动，都是通过一对一的配线，集中到控制中心来实现集中控制，系统的布设维护等都不方便，而且对于远距离传输来说存在电缆铺设成本较高的问题。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种无线化、实时在线监测以有效控制灌溉时机的节水灌溉系统。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：一种基于无线传感网络的节水灌溉系统，包括：无线采集单元，用于采集农作物土壤环境的状态信息、农作物生长及灌溉情况的视频信息；网关节点，通过Zigbee无线网络，汇聚各采集节点上传的数据；控制单元，与网关节点通过基于TCP/IP协议的网络建立通信连接，用于汇总由网关节点上传的数据、对数据进行存储、分析和处理，以及通过网络向对灌溉装置发出控制指令；灌溉单元，包括有给水给肥装置，完成灌溉任务；无线采集单元采集的信息通过网关节点汇集后再通过网络传送给控制单元，控制单元根据采集信息控制灌溉单元动作。

较佳地，所述无线采集单元包括无线土壤湿度传感器、无线土壤盐分传感器、无线土壤酸碱度传感器以及无线视频监控探头。

较佳地，所述网关节点通过Zigbee无线网络与无线采集单元建立通信，所述网关节点通过基于TCP/IP协议的虚拟专用网络与所述控制单元通信。

较佳地，所述控制单元包括微处理器、显示模块、输入模块、报警模块以及TCP/IP接口模块。

较佳地，所述显示模块显示当前土壤的湿度、盐分含量和PH酸碱度，所述输入模块可手动设定土壤的湿度、盐分含量和PH酸碱度阈值，所述报警模块根据设定的阈值与实际测量值对比后可发出报警信号。

较佳地，所述报警模块包括LED指示灯、蜂鸣器，并通过无线网络将报警信号发送到用户端，用户可以利用计算机或者手机通过无线网络访问控制单元的数据信息。

较佳地，所述灌溉单元包括控制器和给水给肥装置，给水给肥装置直接与水源端、肥料端连接，可控制灌溉和施肥；所述控制单元发出的指令通过无线网络控制控制器动作，可通过控制器的动作来控制给水给肥装置的开启或关闭。

本实用新型的有益效果有：采用无线传感网络技术，将分布在远距离不同位置上传感器和通信设备连在一起，解决了复杂的有线布网和人工测量等问题，此外，无线网络的优点还包括抗干扰能力强、传输带宽高。对土壤的湿度、酸碱度等环境因子实施设控，由远程控制单元对采集数据进行分析和处理，并形成控制决策，不仅实现了对作物土壤环境的实时监测，还能对灌溉的时机进行及时有效的控制。

附图说明

图1 为本实用新型的整体结构示意图

图2 为本实用新型的控制单元装置面板示意图

图中标记说明

1—无线采集单元，2—Zigbee无线网络，3—网关节点，4—基于TCP/IP协议的无线网络，5—控制单元，6—用户端，7—灌溉单元，11—无线土壤湿度传感器，12—无线土壤盐分传感器，13—无线土壤酸碱度传感器，14—无线视频监控探头，51—微处理器，52—显示模块，53—输入模块，54—报警模块，55—TCP/IP接口模块，71—控制器，72—给水给肥装置；

501—LCD显示屏，502—LED指示灯，503—功能按键。

具体实施方式

为更好地理解本实用新型，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步的说明，参见图1至图2：

图1为本实用新型的整体结构示意图，如图1所示，系统以控制单元5为核心，对土壤的湿度、酸碱度等环境因子实施设控，组成一个独立运行控制系统。系统分的功能模块分为：无线采集单元1、网关节点3、控制单元5、用户端设备6和灌溉单元7。系统用到的传感器件主要由无线土壤湿度传感器11，无线土壤盐分传感器12，无线土壤酸碱度传感器13以及用于采集视频信息的无线视频监控探头14，它们分别采集各自的信号，并通过Zigbee无线网络2汇集到网关节点3，网关节点3通过基于TCP/IP协议的无线网络4与控制单元5建立通信，通过无线网络实时监控农作物的生长、土壤环境及灌溉情况，并将视频影像储存于硬盘中，便于用户调取任意时间段的视频记录。控制单元5通过微处理器51对采集数据进行统计、分析以及处理，并形成具体控制决策，通过无线网络4向灌溉单元7发出控制指令，同时，用户端6通过无线网络4访问控制单元的数据信息，对采集数据、控制指令和报警信息进行查询、遥控等操作。

如图1所示，控制单元5包括显示模块52、输入模块53、报警模块54以及TCP/IP接口模块55。显示模块52将当前土壤的湿度、盐分含量和PH酸碱度以及报警动作情况显示在LCD显示屏上；输入模块53可通过显示屏对相应内容进行设置和操作，如手动设定土壤的湿度、盐分含量和PH酸碱度阈值；报警模块54可在实际状态值超过（低于）设定的阈值时，发出报警信号，报警信号以三种形式发出，一是通过LED指示灯由绿变红，二是通过蜂鸣器发出持续报警音响，三是通过无线网络发送到用户端，用户可以利用计算机或者手机通过无线网络访问控制单元的数据信息；TCP/IP接口模块55用于控制单元5与上述网关节点3、灌溉单元7建立TCP/IP协议的网络通信。

如图1所示，灌溉单元7包括控制器71和给水给肥装置72，给水给肥装置72直接与水源端、肥料端连接，可控制灌溉和施肥。所述控制单元发出的指令通过无线网络作用于控制器，通过控制器来控制给水给肥装置的开启或关闭。

图2为本实用新型控制单元装置面板示意图，如图2所示，LCD显示屏501显示当前土壤的湿度、盐分含量和PH酸碱度以及报警动作报文、控制记录等。LED指示灯502包括运行灯，在装置正常运行时亮黄灯；湿度越限、盐度越限、PH值越限灯分别在土壤温度、盐分、酸碱度超过或低于设置的阈值时，由灭灯变亮红灯；装置故障、通信故障灯分别在装置内部故障或者通信链路中断的情况下，由灭灯变亮红灯，所有故障信号都伴随有音响信号，同时通过无线网络发送到用户端。功能按键503包括4个方向键、确认键和取消/返回键能够满足对显示屏501的基本操作，复归键用于在报警发出后对信号进行复归和消音，只有在报警或故障消除后可复归成功。

以上显示和描述了本实用新型的整体结构和主要特征。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。