一种基于ZigBee技术的绿地自动灌溉控制装置的制造方法

xiaoxiao2021-3-13  119

一种基于ZigBee技术的绿地自动灌溉控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及自动灌溉领域,一种基于ZigBee技术的绿地自动灌溉控制装置。
【背景技术】
[0002]我国政府把保护环境、绿化祖国作为一项基本国策,我国主要城市在今后一段时期内,绿化覆盖率将会大幅度提高,城市绿地面积将迅速增加;同时,为使已有绿地尽可能发挥出应有的生态效应,其改造的步伐势必要加快。水是植物生长的最基本条件,加之城市绿地不同于自然状态的特殊环境条件,必须时常灌溉才能保持城市绿地的青绿旺盛,城市绿地灌溉具有以下特点:(1)绿地灌溉的耗水量很大;(2)灌溉要连续稳定;(3)灌溉对喷洒质量较为严格,喷洒不能过多也不能过少。对于新增绿地面积还是改造现有绿地,要使植物具备适宜的生长环境,单纯的人工喷洒已不能满足当前灌溉要求,灌溉系统必不可少,由此可见,绿地灌溉系统的数量也将随之增多,为了减少灌溉管理用工和降低灌溉管理成本,适当节约用水,实现绿地灌溉的自动化已迫于眉睫。
[0003]过去由于经济技术发展不够成熟,绿地灌溉基本上是以人工控制灌溉为主,灌溉方式一般是采用大水漫灌或者人工喷洒模式。这些灌溉方式、方法只能改变土壤湿度,对绿地植物生长的小气候影响很小;随意性大,常常发生该灌水时无人开阀,不该灌水时又无人关阀,出现一边下雨一边喷水,草地变人工湖,马路变排水渠的情况屡见不鲜;由于不能及时灌水、过量灌水或灌水不足,难以控制灌水质量,对绿地植物的正常生长产生了不良影响;在某些需要夜间灌水的情况下,例如白天有比赛活动的高尔夫球场等,夜晚灌溉管理的人力消耗大,工作强度大,管理成本高;灌水定额较大,不便实施适时适量灌溉,水的利用率低,这种方法大概有40% — 50%的水由于深层渗漏及无效蒸发损失掉,这对于我国城市日益短缺的水资源供应无疑是雪上加霜。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足,提供一种基于ZigBee技术的绿地自动灌溉控制装置,使用ZigBee技术,结合温湿度传感器与电磁开关阀,实现无线传输与自动控制。
[0005]为了实现上述目的,本实用新型的技术方案是:一种基于ZigBee技术的绿地自动灌溉控制装置,包括多个无线终端模块、协调器、监控主机、电源模块,其特征在于:多个无线终端模块无线连接协调器,协调器通过串口连接监控主机;所述无线终端模块包括主控芯片、温湿度传感器、电磁开关阀,主控芯片连接有温湿度传感器和电磁开关阀。
[0006]所述电磁开关阀包括继电器驱动器和继电器,继电器驱动器驱动继电器动作。
[0007]所述电源模块通过直流稳压电源电路为无线终端模块供电。
[0008]所述主控芯片为型号为CC2530的单片机,协调器为型号为CC2530的单片机,温湿度传感器的型号为DHTlI。
[0009]所述继电驱动器的型号为ULN2803。
[0010]采用上述结构,本实用新型具有以下优点:
[0011 ] 1、实现绿地灌溉的远程自动控制。
[0012]2、通过实时检测绿地温湿度,然后实施灌溉的开启和关闭,可以节约用水,避免出现过度灌溉,保证绿地处于适宜的温湿度,促进绿地的正常生长。
[0013]3、利用ZigBee网络技术将各个区域的温湿度传感器数据整合至管理中心的一台上位机上,管理人员可以在监控软件中查看每个区域的绿地的温湿度状态,并在分析的基础上,实现区域的定时灌溉。
【附图说明】
[0014]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明:
[0015]图1为本实用新型的结构示意图;
[0016]图2为主控芯片电路图;
[0017]图3为温湿度传感器电路图;
[0018]图4为继电器驱动器电路图;
[0019]图5为继电器电路图;
[0020]图6为串口通信驱动电路图;
[0021 ]图7为标准9针串行接口电路图;
[0022]图8为+5V直流稳压电源电路图;
[0023]图9为+3.3V直流稳压电源电路图;
[0024]图10为无线检测温湿度读数流程图;
[0025]图中:无线终端模块1、主控芯片101、温湿度传感器102、电磁开关阀103、协调器2、监控主机3、电源模块4。
【具体实施方式】
[0026]如图1所示,一种基于ZigBee技术的绿地自动灌溉控制装置,包括多个无线终端模块1、协调器2、监控主机3、电源模块4,其特征在于:多个无线终端模块I无线连接协调器2,协调器2通过串口连接监控主机3 ;所述无线终端模块I包括主控芯片101、温湿度传感器102、电磁开关阀103,主控芯片101连接有温湿度传感器102和电磁开关阀103。
[0027]所述电磁开关阀103包括继电器驱动器和继电器,继电器驱动器驱动继电器动作。
[0028]所述电源模块4通过直流稳压电源电路为无线终端模块I供电。
[0029]所述主控芯片101为型号为CC2530的单片机,协调器2为型号为CC2530的单片机,温湿度传感器102的型号为DHT11。
[0030]所述继电驱动器的型号为ULN2803。
[0031 ] 如图2所示,为主控芯片电路图,CC2530芯片的集成度很高,外围电路只要连接少量的电阻、电容和电感等元件及晶振就可以正常工作。温湿度传感器的输出经过一个电阻直接与CC2530的端口 P0.7相连,端口 P1_0和P2_0分别连接指示灯LED1、LED2,用于指示系统的工作状态。CC2530的下载调试接口由四线构成,包括DD、DC、RESET_N和GND信号,分别与芯片的端口 P2_1、P2_2、RESET_N*GND相连。Pl为天线接口,连接鞭状天线。CC2530的端口 RF_N*RF_P提供差分的射频信号,在该信号输送到天线之前,需要在天线和芯片间增加一个用来实现平衡信号到非平衡信号的转换变换网络(平衡一非平衡变压器),该网络把无线电RF的差分信号的阻抗转换为单端50欧姆。
[0032]如图3所示,为温湿度传感器电路图,采用DHTll数字温湿度传感器,它是一款含有已校准数 字信号输出的温湿度复合传感器,传感器的DATA 口经一个电阻后与主控芯片CC2530连接,实现二者之间的通讯和同步,传输采用单总线数据格式,一次通讯时间4ms左右,用户MCU发送一次开始信号后,DHTll从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后,DHTll发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集,用户可选择读取部分数据。从模式下,DHTll接收到开始信号触发一次温湿度采集,如果没有接收到主机发送开始信号,DHTll不会主动进行温湿度采集。采集数据后转换到低速模式。
[0033]如图4所示,为继电器驱动器电路图,电路由继电器驱动器ULN2803组成。ULN2803是八路NPN达林顿连接晶体管阵,适用于低逻辑点平数字电路和较高的电流、电压要求之间的接口。这里用其驱动5V继电器,ULN2803输出端直接接继电器线圈一端,继电器线圈的另一端接+5V电源,ULN2803的输入端直接和无线控制I/O 口相连,无线控制口输出高电平就驱动继电器动作。
[0034]如图5所示,为继电器电路图,继电器的I端为衔铁外接阀门的输入端,2、3端为继电器两触头,3端与电源输入连接,4、5端为电磁线圈,线圈4端接+5V电源,5端接继电器驱动器。当5端输入高电平,线圈中无电流流通,则1、2闭合,所以继电器关闭;当5端输入低电平,线圈中有电流流通,由于电磁感应,将使1、3闭合,继电器开通。
[0035]如图6所示,为串口通信驱动电路图,本系统协调器节点通过串口与上位机进行异步串行通信,选用CC2530的USARTO接口使其工作在UART异步通信模式。CC2450的I/O引脚和外围设备的对应关系为在UART模式下,USARTO的TXD对应端口 P0_3,RXD对应端口P0_2o PC机的串口工作是12V的TTL信号,电路板上电源信号和TTL电平是5V的(CC2450低功耗电路中是3.3V的),为了转化为可用信号,需要进行串口的电平转换。MAXIM公司的MAX232/MAX233芯片,就是实现5V电路中与PC机实现串口电平转换的芯片,本系统电路中采用MAX232实现电平转换。
[0036]如图7所示,为标准9针串行接口电路图,最简单的串口通信使用3根线完成:(I)接收,(2)发送,(3)地线,分别对应串口(DB9)的第2,3,5引脚。其他线用于握手,但不是必须的。本系统电路中仅使用了三根线用于串口通信。
[0037]如图8所示,为+5V直流稳压电源电路图。系统中需要稳压电源供电的主要有无线模块、温湿度常感器、继电器,驱动芯片。其中,驱动芯片、温湿度传感器、继电器需要5V的直流电源供电。系统采用稳压芯片LM2575-5.0,输入为+12V的直流电压,得到5V电源。电路中VIN为系统通过开关电源把220V交流转换成稳定+12V直流输入。
[0038]如图9所示,为+3.3V直流稳压电源电路图。由于CC2530需要3.3V的稳压电源供电,系统采用可调节稳压芯片LM2596-ADJ得到3.3V电源,来给ZigBee模块提供稳定的电源。
[0039]如图10所示,为无线检测温湿度读数流程图。系统在上电后,首先由无线测温模块写入配置数据,使能无线收发功能,然后不断检测串口是否接受到一帧完整数据,因为一帧完整的数据才包含完整的温湿度信息。如果数据完整,解析收到的数据,否则继续接受直到一帧数据完整。解析完数据后判断是否需要更改无线测温湿度模块的配置,如果需要更改,通过无线测温湿度模块收发指令完成;若无需更改,发出无线接收完成信号量。
[0040]监控主机3根据利用无线ZigBee技术从温湿度传感器传来的数据,分析处理。当温度高于设定阈值,湿度低于设定阈值时,上位机发出控制指令,利用无线ZigBee技术启动绿地喷头控制终端,终端通电通过控制继电器打开电磁阀,进而打开喷头,实现对绿地的灌溉。灌溉一定时间后,利用无线ZigBee技术从温湿度传感器传来的数据,分析处理。当温度处于设定阈值,湿度处于设定阈值时,上位机发出控制指令,利用无线ZigBee技术启动绿地喷头控制终端,终端通电通过控制继电器关闭电磁阀,进而关闭喷头。
【主权项】
1.一种基于ZigBee技术的绿地自动灌溉控制装置,包括多个无线终端模块(I )、协调器(2)、监控主机(3)、电源模块(4),其特征在于:多个无线终端模块(I)无线连接协调器(2),协调器(2)通过串口连接监控主机(3); 所述无线终端模块(I)包括主控芯片(101 )、温湿度传感器(102)、电磁开关阀(103),主控芯片(101)连接有温湿度传感器(102)和电磁开关阀(103)。2.根据权利要求1所述一种基于ZigBee技术的绿地自动灌溉控制装置,其特征在于:所述电磁开关阀(103 )包括继电器驱动器和继电器,继电器驱动器驱动继电器动作。3.根据权利要求1所述一种基于ZigBee技术的绿地自动灌溉控制装置,其特征在于:所述电源模块(4)通过直流稳压电源电路为无线终端模块(I)供电。4.根据权利要求1所述一种基于ZigBee技术的绿地自动灌溉控制装置,其特征在于:所述主控芯片(101)为型号为CC2530的单片机,协调器(2)为型号为CC2530的单片机,温湿度传感器(102)的型号为DHTlI。5.根据权利要求2所述一种基于ZigBee技术的绿地自动灌溉控制装置,其特征在于:所述继电驱动器的型号为ULN2803。
【专利摘要】一种基于ZigBee技术的绿地自动灌溉控制装置,包括多个无线终端模块、协调器、监控主机、电源模块,其特征在于:多个无线终端模块无线连接协调器,协调器通过串口连接监控主机;所述无线终端模块包括主控芯片、温湿度传感器、电磁开关阀,主控芯片连接有温湿度传感器和电磁开关阀。本实用新型提供一种基于ZigBee技术的绿地自动灌溉控制装置,使用ZigBee技术,结合温湿度传感器与电磁开关阀,实现无线传输与自动控制。
【IPC分类】G05B19/042
【公开号】CN204650221
【申请号】CN201520395129
【发明人】胡婕, 黎安铭, 宋文宇, 肖洒, 刘云舒
【申请人】三峡大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月10日

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