本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)智能農(nóng)業(yè)，結(jié)合應(yīng)用了嵌入式技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等，特別是一種智能灌溉施肥控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起與發(fā)展，興起了智能家居、智能穿戴、智能農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展。相比于智能家居和智能穿戴的發(fā)展，智能農(nóng)業(yè)發(fā)展緩慢。目前，市場(chǎng)上，相關(guān)的智能灌溉產(chǎn)品也很少。另一方面，我國(guó)作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，如果合理的利用我國(guó)現(xiàn)有貧乏的資源實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉的最佳效果，是當(dāng)前技術(shù)要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

目前傳統(tǒng)的灌溉施肥方法，最經(jīng)典的就是引水灌溉和人工或者機(jī)器定時(shí)施肥灌溉，需要耗費(fèi)較多的人力、物力和時(shí)間，灌溉施肥效率不高。雖然現(xiàn)有的技術(shù)中有提出一種智能灌溉系統(tǒng)，局限于環(huán)境參數(shù)的采集和灌溉的控制，并沒(méi)有加入安防報(bào)警的功能，系統(tǒng)操作性也是單一的鍵盤(pán)操作或者遠(yuǎn)程操作，沒(méi)有將兩者的操作結(jié)合互相使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種智能灌溉施肥控制系統(tǒng)及控制方法，該系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，且通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程的智能灌溉施肥以及具體灌溉施肥信息。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種智能灌溉施肥控制系統(tǒng)，包括主控制板及與該主控制板連接的液位傳感器、土壤濕度傳感器、降雨傳感器、多路繼電器、紅外遙控器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和用于為整個(gè)裝置供電的電源模塊，還包括與所述多路繼電器連接的電磁閥門(mén)、攪拌機(jī)，所述液位傳感器用于檢測(cè)灌溉施肥的水桶以及肥料桶內(nèi)的液位；所述主控制板包括控制器單元及與該控制器單元連接的時(shí)鐘電路、GPRS模塊、紅外接收模塊、顯示模塊、繼電器驅(qū)動(dòng)電路、人體紅外報(bào)警模塊、聲音報(bào)警模塊；所述GPRS模塊用于實(shí)現(xiàn)主控制板與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的通信，所述紅外接收模塊用于接收紅外遙控器的紅外控制信號(hào)，所述繼電器驅(qū)動(dòng)電路與所述多路繼電器連接；用戶能夠通過(guò)手機(jī)或上網(wǎng)客戶端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器獲取和管理系統(tǒng)的信息，該信息包括：時(shí)間信息、環(huán)境信息、設(shè)備狀態(tài)信息和控制信息。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述控制器單元包括通過(guò)串口進(jìn)行相互通信的第一、第二微處理器，其中第一微處理器用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和參數(shù)設(shè)置，第二微處理器用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和傳輸。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述液位傳感器安裝于水桶或肥料桶內(nèi)壁側(cè)面。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述第一、第二微處理器均采用STC12C5A60S2。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述顯示屏采用LCD顯示屏、TFT液晶顯示屏、LED顯示屏中的一種。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述聲音報(bào)警模塊由蜂鳴器和/或揚(yáng)聲器構(gòu)成。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，還包括一與所述控制器單元連接且用于調(diào)整傳感器采集信號(hào)的信號(hào)調(diào)理模塊。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述GPRS模塊采用SIM900。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述時(shí)鐘電路采用DS1302。

本發(fā)明還提供了一種基于上述所述智能灌溉施肥控制系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟，

S1：?jiǎn)?dòng)系統(tǒng)，用戶通過(guò)紅外遙控器對(duì)系統(tǒng)工作模式進(jìn)行選擇，若選擇全自動(dòng)的工作模式，所有參數(shù)默認(rèn)設(shè)置，系統(tǒng)全智能工作，否則，用戶手動(dòng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；

S2：各傳感器檢測(cè)傳感器信號(hào)，并傳輸主控制器單元，控制器單元處理后，判斷水桶、肥料桶的液位、降雨情況、土壤濕度情況，從而控制水桶、肥料桶是否需要加量，以及是否進(jìn)行灌溉和施肥；同時(shí)主控制器單元將傳感器檢測(cè)信號(hào)通過(guò)GPRS模塊傳輸給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器；

S3：用戶通過(guò)手機(jī)或上網(wǎng)客戶端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器即可獲取和管理系統(tǒng)的信息。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了用戶通過(guò)紅外遙控器進(jìn)行遠(yuǎn)程的智能灌溉施肥的控制，且用戶能夠獲取灌溉施肥各項(xiàng)參數(shù)信息，可實(shí)現(xiàn)灌溉施肥數(shù)據(jù)管理及分析。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)組成框架圖。

圖2為本發(fā)明的主控制板組成框圖。

圖3是本發(fā)明控制器單元的第一微處理器電路原理圖。

圖4是本發(fā)明控制器單元的第二微處理器電路原理圖。

圖5是本發(fā)明控制器單元的時(shí)鐘電路原理圖。

圖6是本發(fā)明控制器單元的顯示模塊電路原理圖。

圖7是本發(fā)明控制器單元的GPRS模塊電路原理圖。

圖8是本發(fā)明控制器單元的液位傳感器、土壤濕度傳感器、降雨傳感器電路原理圖。

圖9是本發(fā)明控制器單元的人體紅外報(bào)警模塊電路原理圖。

圖10是本發(fā)明控制器單元的紅外接收模塊電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體說(shuō)明。

如圖1-10所示，本發(fā)明的一種智能灌溉施肥控制系統(tǒng)，包括主控制板及與該主控制板連接的液位傳感器、土壤濕度傳感器、降雨傳感器、多路繼電器、紅外遙控器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和用于為整個(gè)裝置供電的電源模塊，還包括與所述多路繼電器連接的電磁閥門(mén)、攪拌機(jī)，所述液位傳感器用于檢測(cè)灌溉施肥的水桶以及肥料桶內(nèi)的液位；所述主控制板包括控制器單元及與該控制器單元連接的時(shí)鐘電路、GPRS模塊、紅外接收模塊、顯示模塊、繼電器驅(qū)動(dòng)電路、人體紅外報(bào)警模塊、聲音報(bào)警模塊；所述GPRS模塊用于實(shí)現(xiàn)主控制板與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的通信，所述紅外接收模塊用于接收紅外遙控器的紅外控制信號(hào)，所述繼電器驅(qū)動(dòng)電路與所述多路繼電器連接；用戶能夠通過(guò)手機(jī)或上網(wǎng)客戶端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器獲取和管理系統(tǒng)的信息，該信息包括：時(shí)間信息、環(huán)境信息、設(shè)備狀態(tài)信息和控制信息。

如圖3、4所示，所述控制器單元包括通過(guò)串口進(jìn)行相互通信的第一、第二微處理器（第一、第二微處理器電路各自連接有晶振電路和復(fù)位電路），其中第一微處理器用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和參數(shù)設(shè)置（即用于液位傳感器、雨滴傳感器、土壤濕度傳感器和GPRS模塊的數(shù)據(jù)采集、通信，如圖8所示為GPRS模塊、液位傳感器、土壤濕度傳感器、降雨傳感器電路原理圖），第二微處理器用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和傳輸（即用于驅(qū)動(dòng)顯示模塊，控制時(shí)鐘電路、繼電器驅(qū)動(dòng)電路、聲音報(bào)警模塊、人體紅外報(bào)警模塊（如圖9所示））。所述第一、第二微處理器均采用51單片機(jī)STC12C5A60S2，LQFP-44封裝。還包括一與所述控制器單元連接且用于調(diào)整傳感器采集信號(hào)的信號(hào)調(diào)理模塊，該信號(hào)調(diào)理模塊主要用于液位信號(hào)的調(diào)理，即在液位信號(hào)的檢測(cè)前級(jí)加入一個(gè)比較強(qiáng)LM339將信號(hào)與閾值電壓比較，輸出判別信號(hào)給第一微處理器。

所述液位傳感器安裝于水桶或肥料桶內(nèi)壁側(cè)面。所述顯示屏采用LCD顯示屏、TFT液晶顯示屏、LED顯示屏中的一種（如圖6所示，顯示模塊在本實(shí)例中采用LCD1602）。所述聲音報(bào)警模塊由蜂鳴器和/或揚(yáng)聲器構(gòu)成。所述GPRS模塊采用SIM900（如圖7所示）。所述時(shí)鐘電路采用DS1302（如圖5所示）。

所述的電源供電模塊為內(nèi)置的開(kāi)關(guān)電源電路，采用標(biāo)準(zhǔn)的AC電源接口，交流220V輸入，在斷電的情況下，備用蓄電池電源給系統(tǒng)供電。

上述電路工作原理如下：

控制器單元采用STC單片機(jī)模塊，包括時(shí)鐘電路、復(fù)位電路，設(shè)計(jì)過(guò)程中用到2片的STC單片機(jī)，其中圖3中MCU1單片機(jī)作為主控制器，用以通信液位傳感器、雨滴傳感器以及土壤濕度傳感器和GPRS模塊，之后通過(guò)串口將相關(guān)的信息傳給圖4中MCU2單片機(jī)，MCU2單片機(jī)驅(qū)動(dòng)顯示屏，將操作信息、環(huán)境參數(shù)信息顯示出來(lái)，另外，MCU2單片機(jī)還控制時(shí)鐘電路（DS1302）、紅外報(bào)警模塊（HC-SR501）、蜂鳴器和繼電器。電源輸入采用12V的選電池供電，通過(guò)降壓電路TPS63002將電壓穩(wěn)到5V供后級(jí)使用。其中液位信號(hào)的檢測(cè)調(diào)理需要在前級(jí)加入一個(gè)比較強(qiáng)LM339將信號(hào)與閾值電壓比較，輸出判別信號(hào)給MCU1。

本發(fā)明系統(tǒng)的工作原理如下：

系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后，通過(guò)紅外遙控器對(duì)系統(tǒng)工作的模式進(jìn)行選擇，若選擇全自動(dòng)的工作模式，所有參數(shù)默認(rèn)設(shè)置，系統(tǒng)全智能工作。檢測(cè)各個(gè)傳感器的狀態(tài)信息，從而進(jìn)行控制水桶、肥料桶是否需要加量，是否進(jìn)行灌溉和施肥。接口控制和傳感器信息采集由第一微控制器完成。之后第一微控制器將采集的信息內(nèi)容通過(guò)串口發(fā)送給第二微控制器，第二微控制器負(fù)責(zé)屏幕顯示、紅外檢測(cè)、安防檢測(cè)、時(shí)鐘設(shè)置，GPRS模塊通信等工作。GPRS模塊通過(guò)串口與第二級(jí)控制器進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)將系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的目的。實(shí)際應(yīng)用中，肥料桶有2個(gè)，水桶有3個(gè)，每個(gè)肥料桶和水桶不同位置安裝有3個(gè)液位傳感器，對(duì)應(yīng)不懂液位的標(biāo)識(shí)。

本發(fā)明還提供了一種基于上述所述智能灌溉施肥控制系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟，

S1：?jiǎn)?dòng)系統(tǒng)，用戶通過(guò)紅外遙控器對(duì)系統(tǒng)工作模式進(jìn)行選擇，若選擇全自動(dòng)的工作模式，所有參數(shù)默認(rèn)設(shè)置，系統(tǒng)全智能工作，否則，用戶手動(dòng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；

S2：各傳感器檢測(cè)傳感器信號(hào)，并傳輸主控制器單元，控制器單元處理后，判斷水桶、肥料桶的液位、降雨情況、土壤濕度情況，從而控制水桶、肥料桶是否需要加量，以及是否進(jìn)行灌溉和施肥；同時(shí)主控制器單元將傳感器檢測(cè)信號(hào)通過(guò)GPRS模塊傳輸給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器；

S3：用戶通過(guò)手機(jī)或上網(wǎng)客戶端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器即可獲取和管理系統(tǒng)的信息。

以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時(shí)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。