于浩　孟龍起　韓宇航　辛妍貝

摘 要

智能灌溉裝置包括蓄水箱、控制箱和均勻分布在待灌溉區(qū)域的多組噴水裝置，噴水裝置包括噴頭組件、微控制器以及與微控制器電性連接的土壤濕度傳感器和水泵。這款新型智能灌溉裝置，能夠根據(jù)土壤濕度情況進(jìn)行自動(dòng)化灌溉，實(shí)現(xiàn)智能控制，節(jié)省人力與水資源，提高灌溉效率。

關(guān)鍵詞

智能灌溉;STM32單片機(jī);LoRa通信模塊;GPS定位模塊

中圖分類號(hào)： S277.9 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.11.038

1 智能灌溉系統(tǒng)技術(shù)介紹

1.1 技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種智能灌溉裝置。

1.2 背景技術(shù)

在農(nóng)業(yè)作物種植過(guò)程中，灌溉是一項(xiàng)不可缺少的步驟，天氣熱的時(shí)候幾乎每天需要灌溉，且每種農(nóng)作物的灌溉時(shí)間也是不一樣的，灌溉多少水分也不一樣，大大增加勞動(dòng)力與成本。

隨著中國(guó)工業(yè)水平的發(fā)展，農(nóng)業(yè)灌溉對(duì)自動(dòng)化機(jī)器灌溉的需求越來(lái)越大，但是現(xiàn)有的自動(dòng)化灌溉裝置仍存在很多的不足：無(wú)法對(duì)供水裝置進(jìn)行智能控制，灌溉水量過(guò)大且容易損傷農(nóng)作物，并在一定程度上浪費(fèi)了水資源，灌溉水量過(guò)少且無(wú)法實(shí)現(xiàn)良好的澆灌效果，灌溉效率較低，浪費(fèi)大量的人力物力。

2 智能灌溉系統(tǒng)特征

智能灌溉裝置特征在于，蓄水箱、控制箱和均勻分布在待灌溉區(qū)域的多組噴水裝置，控制箱固定連接在蓄水箱上，控制箱內(nèi)設(shè)置有中央處理器以及與中央處理器電性連接的顯示屏;噴水裝置包括噴頭組件、微控制器以及與微控制器電性連接的土壤濕度傳感器和第一水泵，噴頭組件通過(guò)輸水管與第一水泵連通，土壤濕度傳感器用于采集土壤濕度;微控制器與中央處理器通信連接，微控制器將土壤濕度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給中央處理器，并通過(guò)顯示屏顯示;土壤濕度傳感器為RS485濕度傳感器。微控制器為STM32ZET6單片機(jī)。下面對(duì)幾個(gè)重要的部分進(jìn)行特征解析：

2.1 噴水裝置特征及構(gòu)造

噴頭組件包括豎直管道、三通管和兩個(gè)霧化噴頭，三通管包括豎直管口和兩個(gè)水平管口，三通管的豎直管口與豎直管道可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，水平管口與霧化噴頭連接，豎直管道與輸水管道相連通，霧化噴頭朝向向上，并與水平管口的水平延伸方向呈設(shè)定角度，霧化噴頭噴水時(shí)，霧化噴頭和三通管在水流離心力和反作用力的推動(dòng)作用下旋轉(zhuǎn)。噴水裝置還包括GPS定位模塊，GPS定位模塊與微控制器電性連接。

2.2 蓄水裝置特征及構(gòu)造

蓄水箱上連接有進(jìn)水管道，進(jìn)水管道通過(guò)第二水泵與水井或水塔連通，第二水泵與中央處理器電性連接。蓄水箱內(nèi)設(shè)置有液位傳感器，液位傳感器與中央處理器電性連接。蓄水箱上連接有出水管道，出水管道與第一水泵相連通。

2.3 控制系統(tǒng)特征及構(gòu)造

控制箱內(nèi)設(shè)置有LoRa通信模塊，LoRa通信模塊與中央處理器電性連接，中央處理器通過(guò)LoRa通信模塊與用戶終端通信連接。土壤濕度傳感器將土壤濕度數(shù)據(jù)傳輸給微控制器，若數(shù)據(jù)低于微控制器設(shè)定濕度閾值，微控制器控制第一水泵開(kāi)啟。土壤濕度傳感器為RS485濕度傳感器。微控制器為STM32ZET6單片機(jī)。

3 智能灌溉系統(tǒng)實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提供一種智能灌溉裝置，能夠根據(jù)土壤濕度情況進(jìn)行自動(dòng)化灌溉，實(shí)現(xiàn)了智能控制，節(jié)省人力與水資源，提高了灌溉效率。

3.1 實(shí)用新型方案

智能灌溉裝置以傳感器和微控制器相結(jié)合的方式，通過(guò)土壤濕度傳感器實(shí)時(shí)采集土壤濕度信息，在土壤濕度低于設(shè)定閾值時(shí)，微控制器控制水泵工作，及時(shí)為農(nóng)作物供水;噴水裝置均勻分布在待灌溉區(qū)域不同位置，實(shí)現(xiàn)不同位置的供水控制，只有濕度低于設(shè)定閾值的區(qū)域才會(huì)供水，有針對(duì)性地進(jìn)行灌溉，確保農(nóng)作物獲得正常生長(zhǎng)所需水分;噴頭組件設(shè)置有兩個(gè)噴頭，噴頭以設(shè)定傾角設(shè)置在水平管口一端，這種角度設(shè)置使得噴頭和三通閥能夠在水流的離心力和反作用力的推動(dòng)作用下，實(shí)現(xiàn)快速旋轉(zhuǎn)，提高灌溉效率;微控制器可以將實(shí)時(shí)的土壤濕度數(shù)據(jù)傳輸給中央處理器，工作人員可以通過(guò)顯示屏直觀了解灌溉區(qū)域的土壤濕度情況，更加方便灌溉工作管理。

4 具體實(shí)施方式

如圖1-圖2所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的智能灌溉裝置，包括：蓄水箱控制箱2和均勻分布在待灌溉區(qū)域的多組噴水裝置，控制箱2固定連接在蓄水箱1上，控制箱2內(nèi)設(shè)置有中央處理器以及與中央處理器電性連接的顯示屏;噴水裝置包括噴頭組件5、微控制器4以及與微控制器4電性連接的土壤濕度傳感器7和第一水泵3，噴頭組件5通過(guò)輸水管與第一水泵3連通，土壤濕度傳感器7用于采集土壤濕度，設(shè)置在噴水裝置附近的地下;微控制器4與中央處理器通信連接，微控制器4將土壤濕度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給中央處理器，并通過(guò)顯示屏顯示;其中，微控制器4通過(guò)有線或無(wú)線的通信方式與中央處理器通信連接，采用現(xiàn)有的通信技術(shù)即可，例如wifi、ZigBee、LoRa等無(wú)線通信模塊。

蓄水箱1上連接有進(jìn)水管道，進(jìn)水管道通過(guò)第二水泵8與水井或水塔連通，第二水泵8與中央處理器電性連接，蓄水箱1內(nèi)設(shè)置有液位傳感器，液位傳感器與中央處理器電性連接，如果液位傳感器采集到的數(shù)值低于中央處理器設(shè)定的數(shù)值，中央處理器控制第二水泵8工作，從水井或水塔為蓄水箱1供水;蓄水箱1的作用在于儲(chǔ)備水資源，如果水井或水塔或第二水泵損壞，還能夠?yàn)閲娝b置提供備用水源。

噴水裝置還包括GPS定位模塊6，GPS定位模塊6與微控制器4電性連接，其定位信息可以通過(guò)微控制器4傳輸給中央處理器。微控制器為STM32單片機(jī)。

控制箱內(nèi)還設(shè)置有LoRa通信模塊，中央處理器通過(guò)LoRa通信模塊與用戶終端通信連接。用戶終端為工作人員使用的計(jì)算機(jī)服務(wù)器。利用LoRa無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，具有通信距離長(zhǎng)、通信效率高、運(yùn)行安全可靠、低成本、低功耗的特點(diǎn)。

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