一種基于單片機(jī)的智能灌溉控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于單片機(jī)的智能灌溉控制系統(tǒng)，涉及灌溉技術(shù)領(lǐng)域。包括若干個(gè)智能灌溉控制器和監(jiān)控計(jì)算機(jī)，若干個(gè)智能灌溉控制器通過以太網(wǎng)與監(jiān)控計(jì)算機(jī)通信連接，智能灌溉控制器的土壤濕度傳感器、空氣濕度傳感器、空氣溫度傳感器、雨量傳感器分別用于實(shí)時(shí)采集土壤水分、空氣的濕度及溫度、降雨量，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后傳送至單片機(jī)進(jìn)行模糊化處理，單片機(jī)根據(jù)模糊規(guī)則庫進(jìn)行模糊處理，將模糊處理后的信號(hào)傳送至電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊，電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)接收的信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)灌溉管道電磁閥的開閉，實(shí)現(xiàn)灌溉智能控制。監(jiān)控計(jì)算機(jī)根據(jù)各個(gè)區(qū)域的灌溉要求制定不同的灌溉方案，監(jiān)控智能控制器進(jìn)行小區(qū)域智能灌溉，從而輕松的實(shí)現(xiàn)大區(qū)域的灌溉自動(dòng)化。
【專利說明】
一種基于單片機(jī)的智能灌溉控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及灌溉技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于單片機(jī)的智能灌溉控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著中國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展和園林綠化的普及，智能灌溉及其設(shè)備的研究開發(fā)逐漸被人們重視起來。噴灌、微灌等一些新型節(jié)能環(huán)保灌溉技術(shù)在我國(guó)的廣泛應(yīng)用，已經(jīng)取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，目前我國(guó)園林自動(dòng)化灌溉基本上是采用時(shí)序控制的開環(huán)控制系統(tǒng)，其根本原因是國(guó)內(nèi)外閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)成本和傳感器價(jià)格過尚O
[0003]對(duì)于不同區(qū)域不同植被需要的灌溉方案不同，同時(shí)不同的地理環(huán)境植被需要的灌溉量也不同，現(xiàn)有的灌溉技術(shù)設(shè)備還未實(shí)現(xiàn)對(duì)多種情況下的進(jìn)行灌溉，只是對(duì)小區(qū)域性、單一性的環(huán)境下進(jìn)行灌溉，而對(duì)與多種地理區(qū)域、復(fù)雜環(huán)境不能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一灌溉，為此，對(duì)于多區(qū)域、多地理環(huán)境、不同植被的灌溉技術(shù)是亟需解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于單片機(jī)的智能灌溉控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)科學(xué)有效的將智能灌溉控制器、監(jiān)控計(jì)算機(jī)連接起來，監(jiān)控計(jì)算機(jī)則根據(jù)各個(gè)區(qū)域的灌溉要求制定不同的灌溉方案，實(shí)時(shí)監(jiān)控智能控制器進(jìn)行小區(qū)域智能灌溉，從而輕松的實(shí)現(xiàn)大區(qū)域的灌溉自動(dòng)化。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是:一種基于單片機(jī)的智能灌溉控制系統(tǒng)，包括若干個(gè)智能灌溉控制器和監(jiān)控計(jì)算機(jī)，若干個(gè)智能灌溉控制器通過以太網(wǎng)與監(jiān)控計(jì)算機(jī)通信連接，智能灌溉控制器包括單片機(jī)、土壤濕度傳感器、空氣濕度傳感器、空氣溫度傳感器、雨量傳感器、電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊、人機(jī)交互模塊;所述土壤濕度傳感器、空氣濕度傳感器、空氣溫度傳感器、雨量傳感器分別用于實(shí)時(shí)采集土壤水分、空氣的濕度及溫度、降雨量，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后傳送至單片機(jī)進(jìn)行模糊化處理，單片機(jī)根據(jù)模糊規(guī)則庫進(jìn)行模糊處理，將模糊處理后的信號(hào)傳送至電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊，電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)接收的信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)灌溉管道電磁閥的開閉，實(shí)現(xiàn)灌溉智能控制;所述人機(jī)交互模塊包括功能按鍵、以太網(wǎng)接口和顯示器，分別用于功能參數(shù)設(shè)置、實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控計(jì)算機(jī)串行通信以及顯示系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)。
[0006]進(jìn)一步優(yōu)化的技術(shù)方案為所述電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊包括繼電器和隔離電路，繼電器的輸入端與單片機(jī)的一個(gè)控制輸出端連接，繼電器的輸出端經(jīng)隔離電路與灌溉管道的電磁閥控制連接，驅(qū)動(dòng)電池發(fā)的開閉。
[0007]進(jìn)一步優(yōu)化的技術(shù)方案為所述單片機(jī)采用型號(hào)為MC9S12NE64的單片機(jī)。
[0008]進(jìn)一步優(yōu)化的技術(shù)方案為所述空氣溫度傳感器采用型號(hào)為DS18B20數(shù)字溫度傳感器芯片。
[0009]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:本實(shí)用新型中的單片機(jī)通過土壤濕度傳感器、空氣濕度傳感器、空氣溫度傳感器、雨量傳感器實(shí)時(shí)采集各種環(huán)境數(shù)據(jù)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理，在微處理器中進(jìn)行模糊化處理，然后根據(jù)模糊規(guī)則庫進(jìn)行模糊推理，最后反模糊化得出精確的控制輸出量，控制電磁閥打開灌溉管道進(jìn)行一個(gè)小區(qū)域的精確灌溉、節(jié)約灌溉。因此，在天氣熱、空氣濕度低、土壤濕度低的情況下，灌溉的時(shí)間會(huì)相應(yīng)的增長(zhǎng);而在空氣溫度較、空氣濕度大、土壤濕度大的情況下，灌溉時(shí)間會(huì)相對(duì)的縮短；出現(xiàn)降雨的特殊情況，控制器會(huì)不進(jìn)行灌溉或者縮短灌溉時(shí)間?？茖W(xué)有效的將智能灌溉控制器、監(jiān)控計(jì)算機(jī)連接起來，監(jiān)控計(jì)算機(jī)則根據(jù)各個(gè)區(qū)域的灌溉要求制定不同的灌溉方案，實(shí)時(shí)監(jiān)控智能控制器進(jìn)行小區(qū)域智能灌溉，從而輕松的實(shí)現(xiàn)大區(qū)域的灌溉自動(dòng)化。不同的智能灌溉控制器根據(jù)植被的種類不同對(duì)灌溉需求的不同以及地理環(huán)境的不同，結(jié)合上級(jí)監(jiān)視計(jì)算機(jī)所發(fā)送來的控制指令，調(diào)整模糊規(guī)則庫。從而實(shí)現(xiàn)具有氣候和地形的自適應(yīng)能力的精量灌溉，硬件設(shè)計(jì)基于低成本、快速性和高可靠性的單芯片以太網(wǎng)MCU，同時(shí)還基于TCP/IP協(xié)議以太網(wǎng)接入，可以接入Internet構(gòu)建大型灌溉網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0010]圖1是本實(shí)用新型智能灌溉控制器的原理框圖；
[0011 ]圖2是本實(shí)用新型智能灌溉控制器流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0013]本實(shí)用新型公開了一種基于單片機(jī)的智能灌溉控制系統(tǒng)，包括若干個(gè)智能灌溉控制器和監(jiān)控計(jì)算機(jī)，若干個(gè)智能灌溉控制器通過以太網(wǎng)與監(jiān)控計(jì)算機(jī)通信連接，如圖1所示，智能灌溉控制器包括單片機(jī)、土壤濕度傳感器、空氣濕度傳感器、空氣溫度傳感器、雨量傳感器、電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊、人機(jī)交互模塊;所述土壤濕度傳感器、空氣濕度傳感器、空氣溫度傳感器、雨量傳感器分別用于實(shí)時(shí)采集土壤水分、空氣的濕度及溫度、降雨量，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后傳送至單片機(jī)進(jìn)行模糊化處理，單片機(jī)根據(jù)模糊規(guī)則庫進(jìn)行模糊處理，將模糊處理后的信號(hào)傳送至電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊，電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)接收的信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)灌溉管道電磁閥的開閉，實(shí)現(xiàn)灌溉智能控制;所述人機(jī)交互模塊包括功能按鍵、以太網(wǎng)接口和顯示器，分別用于功能參數(shù)設(shè)置、實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控計(jì)算機(jī)串行通信以及顯示系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)。智能灌溉控制器通過RJ-45以太網(wǎng)接口跟上層監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行以太網(wǎng)連接，通過以太網(wǎng)把實(shí)時(shí)的環(huán)境數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)視計(jì)算機(jī)，監(jiān)視計(jì)算機(jī)可以通過分析各個(gè)控制器傳送來的數(shù)據(jù)，監(jiān)視各個(gè)控制器的工作過程。同時(shí)，控制器還可以實(shí)行手動(dòng)操作。人機(jī)交互模塊的功能按鍵和顯示器，可以顯示時(shí)間和實(shí)時(shí)的空氣溫度、濕度以及土壤濕度，方便人工調(diào)試和日常檢修維護(hù)。
[0014]進(jìn)一步優(yōu)化的實(shí)施例為所述電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊包括繼電器和隔離電路，繼電器的輸入端與單片機(jī)的一個(gè)控制輸出端連接，繼電器的輸出端經(jīng)隔離電路與灌溉管道的電磁閥控制連接，驅(qū)動(dòng)電池發(fā)的開閉。
[0015]進(jìn)一步優(yōu)化的實(shí)施例為所述單片機(jī)采用型號(hào)為MC9S12NE64的單片機(jī)。采用Motorola的MC9S12NE64單片機(jī)作為控制器是非常理想的，它擁有專門的模糊控制指令，大大簡(jiǎn)化了模糊控制的程序，提高了程序的執(zhí)行速度；同時(shí)它具有標(biāo)準(zhǔn)化的以太網(wǎng)接口模塊，輕而易舉的實(shí)現(xiàn)和監(jiān)控計(jì)算機(jī)/上位機(jī)(總控制室)的網(wǎng)絡(luò)連接。
[0016]進(jìn)一步優(yōu)化的實(shí)施例為所述空氣溫度傳感器采用型號(hào)為DS18B20數(shù)字溫度傳感器芯片。DS18B20是新型單總線數(shù)字溫度傳感器，主要特點(diǎn)為:直接將數(shù)字信號(hào)傳給單片機(jī)，無需A/D轉(zhuǎn)換電路;溫度檢測(cè)范圍為-55?125°C，精度為±0.5°C，分辨力為9?12位;采用單線接口方式與單片機(jī)連接，即可實(shí)現(xiàn)同DS18B20的雙向通信；片內(nèi)自帶ROM和RAM，可方便地通過ROM和RAM操作指令實(shí)現(xiàn)對(duì)DSl 8B20的讀寫。
[0017]土壤濕度傳感器一般是采集土壤的水吸力大小信號(hào)，也叫土壤水分傳感器。通過土壤濕度傳感器來測(cè)量土壤的濕度，我們可以知道真正的灌溉需求和土壤的保水能力。本系統(tǒng)選用Progres公司的專業(yè)土壤濕度傳感器，它把土壤水吸力的大小轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA電流信號(hào)。
[0018]如圖2所示，主程序首先完成初始化，設(shè)置了單片機(jī)的各種工作方式，設(shè)置顯示緩存和數(shù)據(jù)緩存地址，對(duì)REM和ROM寫入各種數(shù)據(jù)，方便程序的調(diào)用，比如向ROM寫入模糊規(guī)則的控制字符串等;按鍵檢測(cè)把被按的按鍵讀入單片機(jī)，經(jīng)按鍵設(shè)定，判斷出按鍵的功能;傳感器參數(shù)檢測(cè)模塊利用定時(shí)中斷的運(yùn)行方式完成對(duì)各個(gè)傳感器的參數(shù)的檢測(cè)，并進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，將參數(shù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在單片機(jī)中；控制算法和控制輸出模塊首先通過對(duì)空氣溫濕度傳感器、土壤濕度傳感器以及雨量傳感器所檢測(cè)到的參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊化處理，把精確數(shù)據(jù)變成模糊輸入量，再經(jīng)模糊推理，把把各個(gè)模糊輸入量通過實(shí)現(xiàn)規(guī)則庫確定灌溉的模糊輸出量，最后通過反模糊化，把模糊輸出量變換成精確的灌溉時(shí)間，實(shí)施智能灌溉；以太網(wǎng)通訊模塊主要完成與上位監(jiān)視計(jì)算機(jī)的通訊，接收監(jiān)視計(jì)算機(jī)發(fā)送來的控制指令并把實(shí)時(shí)的植被的成長(zhǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)和相應(yīng)的灌溉信息發(fā)送到監(jiān)視計(jì)算機(jī)。實(shí)現(xiàn)了控制器對(duì)空氣溫濕度、土壤濕度的檢測(cè)和按鍵輸入，以及相應(yīng)的顯示功能;在控制算法方面，重點(diǎn)使用了模糊控制方法，提高了控制器的控制效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于單片機(jī)的智能灌溉控制系統(tǒng)，其特征在于:包括若干個(gè)智能灌溉控制器和監(jiān)控計(jì)算機(jī)，若干個(gè)智能灌溉控制器通過以太網(wǎng)與監(jiān)控計(jì)算機(jī)通信連接，智能灌溉控制器包括單片機(jī)、土壤濕度傳感器、空氣濕度傳感器、空氣溫度傳感器、雨量傳感器、電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊、人機(jī)交互模塊;所述土壤濕度傳感器、空氣濕度傳感器、空氣溫度傳感器、雨量傳感器分別用于實(shí)時(shí)采集土壤水分、空氣的濕度及溫度、降雨量，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后傳送至單片機(jī)進(jìn)行模糊化處理，單片機(jī)根據(jù)模糊規(guī)則庫進(jìn)行模糊處理，將模糊處理后的信號(hào)傳送至電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊，電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)接收的信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)灌溉管道電磁閥的開閉，實(shí)現(xiàn)灌溉智能控制;所述人機(jī)交互模塊包括功能按鍵、以太網(wǎng)接口和顯示器，分別用于功能參數(shù)設(shè)置、實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控計(jì)算機(jī)串行通信以及顯示系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機(jī)的智能灌溉控制系統(tǒng)，其特征在于:所述電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊包括繼電器和隔離電路，繼電器的輸入端與單片機(jī)的一個(gè)控制輸出端連接，繼電器的輸出端經(jīng)隔離電路與灌溉管道的電磁閥控制連接，驅(qū)動(dòng)電池發(fā)的開閉。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機(jī)的智能灌溉控制系統(tǒng)，其特征在于:所述單片機(jī)采用型號(hào)為MC9S12NE64的單片機(jī)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機(jī)的智能灌溉控制系統(tǒng)，其特征在于:所述空氣溫度傳感器采用型號(hào)為DS18B20數(shù)字溫度傳感器芯片。
【文檔編號(hào)】A01G25/16GK205511341SQ201620140324
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年2月24日
【發(fā)明人】張君, 吳德鉅
【申請(qǐng)人】張君