一種基于ZigBee技術(shù)的語音智能自動灌溉系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于ZigBee技術(shù)的語音智能自動灌溉系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可以根據(jù)當(dāng)前各區(qū)域的土壤水分狀態(tài)，自動完成該區(qū)域的灌溉任務(wù)，還可以實現(xiàn)根據(jù)各區(qū)域作物對土壤水分的不同需求，在主控中心靈活設(shè)定該區(qū)域所需的灌溉閾值，從而可提高灌溉效率，能更加滿足實際灌溉時的需求。該系統(tǒng)，包括主控系統(tǒng)和不少于一個的從控系統(tǒng)；主控系統(tǒng)包括主控MCU模塊、LCD顯示模塊、語音報警模塊、PC機(jī)和主控ZigBee無線通信模塊；從控系統(tǒng)包括從控MCU模塊、從控ZigBee無線通信模塊、溫度傳感器采集模塊、濕度傳感器采集模塊、光報警模塊、水泵驅(qū)動模塊和水泵。
【專利說明】-種基于Z i gBee技術(shù)的語音智能自動灌溉系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種智能自動灌溉裝置，特別涉及一種利用ZigBee技術(shù)將土壤 溫濕度值等值顯示在PC機(jī)界面并可進(jìn)行語音報警的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，我國大部分農(nóng)田、農(nóng)作物大棚和小區(qū)綠化采用的都是手動灌溉的方式，這種 方式存在著諸多弊端，例如：僅僅是為灌溉而灌溉，浪費(fèi)水資源；灌溉多采用人工方式，增 加了灌溉的勞動強(qiáng)度；僅是根據(jù)大致需要，定點或定時的進(jìn)行灌溉，缺乏科學(xué)性；對植物或 作物的灌溉方式仍然是粗放式，缺乏針對性。面對一個擁有十幾億人口的農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)灌 溉用水量占全國總用水量的90 %,而且目前全國灌溉用水效率普遍較低,70 %的農(nóng)田處于 嚴(yán)重缺水狀態(tài)。因此，高效利用水資源，對于我國農(nóng)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展具有極其重要的戰(zhàn) 略意義。另為對已存在的智能化灌溉方式中，在新形勢下，黨中央也提出如何充分利用自動 化技術(shù)提高節(jié)水灌溉效率，如何在新農(nóng)村建設(shè)中普及自動化技術(shù)都成了我們亟需解決的問 題。當(dāng)前有部分灌溉方式雖然已采用智能化，但其對灌溉目標(biāo)僅可實現(xiàn)統(tǒng)一灌溉，難以滿足 對不同種類的植物對水分的不同需求，也難以實現(xiàn)對不同區(qū)域土壤水量的實時監(jiān)測，也難 以實現(xiàn)語音報警，所以當(dāng)前的灌溉方式還存在著種種問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，當(dāng)前灌溉方式缺乏針對性，浪費(fèi)水資源，勞動 強(qiáng)度高，缺乏科學(xué)性的問題。
[0004] 本實用新型的目的是提出一種基于ZigBee技術(shù)的語音智能自動灌溉裝置。該系 統(tǒng)裝置不僅可以根據(jù)當(dāng)前各區(qū)域的土壤水分狀態(tài)，自動完成該區(qū)域的灌溉任務(wù)，還可以實 現(xiàn)根據(jù)各區(qū)域作物對土壤水分的不同需求，在主控中心靈活設(shè)定該區(qū)域所需的灌溉閾值， 從而可提高灌溉效率，能更加滿足實際灌溉時的需求。
[0005] 本實用新型采取的技術(shù)方案是：
[0006] -種基于ZigBee技術(shù)的語音智能自動灌溉系統(tǒng)，包括主控系統(tǒng)和不少于一個的 從控系統(tǒng)；
[0007] 主控系統(tǒng)包括主控MCU模塊、IXD顯示模塊、語音報警模塊、PC機(jī)和主控ZigBee無 線通信模塊；所述LCD顯示模塊、語音報警模塊、PC機(jī)和主控ZigBee無線通信模塊均分別 與主控MCU模塊相連；
[0008] 從控系統(tǒng)包括從控MCU模塊、從控ZigBee無線通信模塊、溫度傳感器采集模塊、濕 度傳感器采集模塊、光報警模塊、水泵驅(qū)動模塊和水泵；從控ZigBee無線通信模塊、溫度傳 感器采集模塊、濕度傳感器采集模塊、光報警模塊、水泵驅(qū)動模塊均分別與從控MCU模塊相 連；水泵與水泵驅(qū)動模塊相連；
[0009] 從控系統(tǒng)內(nèi)的從控ZigBee無線通信模塊與主控系統(tǒng)內(nèi)的主控ZigBee無線通信模 塊之間通過無線通信相連。
[0010] 進(jìn)一步優(yōu)選，本實用新型所述PC機(jī)上設(shè)有水泵手動操作按鍵。
[0011] 本實用新型所述的PC機(jī)的功能包括可以顯示不同灌溉區(qū)域的溫度值和濕度值， 相應(yīng)的報警區(qū)域及手動控制的不同灌溉區(qū)域的水泵手動操作按鍵。PC機(jī)上的水泵手動操作 按鍵可實現(xiàn)手動直接操縱MCU ;本實用新型所述的PC機(jī)為現(xiàn)有技術(shù)中的PC機(jī)，其具體結(jié)構(gòu) 和組成本實用新型不作詳細(xì)的說明。
[0012] 本實用新型所述溫度傳感器采集模塊將檢測的數(shù)據(jù)通過單總線串行傳送給從控 MCU模塊，濕度傳感器采集模塊將檢測到的數(shù)據(jù)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置傳送給從控MCU模塊。
[0013] 本實用新型的灌溉系統(tǒng)以MCU模塊（單片機(jī)）為核心控制器，采用濕度傳感器 測量該區(qū)域土壤的相對濕度，采用溫度傳感器測量該區(qū)域環(huán)境的溫度?；跓o線通信的 ZigBee技術(shù)，完成自動灌溉任務(wù)。其具體灌溉分為兩個部分 ：
[0014] 第一部分：通過在每個灌溉區(qū)域埋設(shè)土壤濕度傳感器和在該區(qū)域設(shè)置溫度傳感 器，溫度傳感器采集模塊和濕度傳感器采集模塊通過埋設(shè)在灌溉區(qū)域土壤濕度傳感器和溫 度傳感器將土壤的濕度和環(huán)境溫度信息傳遞給從控MCU模塊，從控MCU模塊以基于無線 通信的從控ZigBee無線通信模塊繼續(xù)將本區(qū)域的土壤濕度和環(huán)境溫度數(shù)據(jù)傳輸至主控 ZigBee無線通信模塊，從而使得主控系統(tǒng)中的主控MCU模塊接收到該灌溉區(qū)域土壤的溫度 信息和濕度信息。同時，主控系統(tǒng)上接有的LCD顯示模塊和PC機(jī)會顯示該灌溉區(qū)域土壤濕 度和環(huán)境溫度的信息。
[0015] 第二部分：主控系統(tǒng)根據(jù)已經(jīng)設(shè)定好的該灌溉區(qū)域的土壤灌溉濕度閾值，進(jìn)而和 該區(qū)域?qū)嶋H的溫濕度信息進(jìn)行比較，來決定是否對該區(qū)域?qū)嵤┕喔?。若是，一方面主控?統(tǒng)上的語音報警模塊會發(fā)出語音報警；另一方面，主控系統(tǒng)上的主控MCU模塊通過主控 ZigBee無線通信模塊將控制命令通過無線傳輸至該灌溉區(qū)域上的從控ZigBee無線通信模 塊，由該灌溉區(qū)域的從控MCU模塊控制其水泵驅(qū)動模塊驅(qū)動水泵實施灌溉，并在該灌溉區(qū) 域的光報警模塊會發(fā)出光報警。若該區(qū)域的濕度沒有達(dá)到要灌溉的需求，則語音報警模塊 和光報警模塊不發(fā)出報警。另外，PC機(jī)上設(shè)有水泵手動操作按鍵可實現(xiàn)通過手動直接操縱 某一區(qū)域的水泵實施灌溉。
[0016] 進(jìn)一步優(yōu)選，本實用新型所述的從控系統(tǒng)的數(shù)量，根據(jù)實際灌溉區(qū)域的大小和數(shù) 量，進(jìn)行設(shè)計。如灌溉區(qū)域大、數(shù)量多，所需要從控系統(tǒng)的數(shù)量多；反之，所需要從控系統(tǒng)的 數(shù)量小。
[0017] 本實用新型所述的IXD顯示模塊，PC機(jī)，語音報警模塊，主控ZigBee無線通信模 塊，從控ZigBee無線通信模塊，溫度傳感器采集模塊，濕度傳感器采集模塊，光報警模塊， 水泵驅(qū)動模塊，主控MCU模塊和從控MCU模塊，均為現(xiàn)有技術(shù)中的模塊，其具體的模塊組成 本實用新型不作詳細(xì)的描述。
[0018] 本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點：1、.根據(jù)當(dāng)前各區(qū)域的土壤水分狀態(tài)，自動 完成該區(qū)域的灌溉任務(wù)；2、用戶可以根據(jù)各區(qū)域作物對土壤水分的不同需求，可在PC機(jī)界 面上靈活設(shè)定該區(qū)域所需的灌溉閾值，同時各個區(qū)域土壤溫濕度的相對值也可以顯示在PC 機(jī)界面上；3、各區(qū)域的灌溉任務(wù)由主控中心控制完成，且各區(qū)域及主控區(qū)域均設(shè)有濕度報 警裝置，一旦某區(qū)域的土壤濕度高于或低于警戒濕度，立即發(fā)出報警；4、在主控中心設(shè)置有 語音報警，可以清晰明了的告訴用戶，讓用戶在第一時間了解哪個區(qū)域報警，使整個裝置使 用更加方便、更加趨于人性化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1是本實用新型的總的系統(tǒng)框圖。
[0020] 圖2是本實用新型的主控MCU模塊的電路圖。
[0021] 圖3是本實用新型的從控MCU模塊的電路圖。
[0022] 圖4是本實用新型的IXD顯示模塊的電路圖。
[0023] 圖5是本實用新型的主控ZigBee無線通信模塊的電路圖。
[0024] 圖6是本實用新型的語音報警模塊的電路圖。
[0025] 圖7是本實用新型的溫濕度傳感器采集模塊的電路圖。
[0026] 圖8是本實用新型的光報警模塊的電路圖。
[0027] 圖9是本實用新型的水泵驅(qū)動模塊的電路圖。
[0028] 其中，1、LCD顯示模塊，2、PC機(jī)，3、語音報警模塊，4、主控ZigBee無線通信模塊，5、 從控ZigBee無線通信模塊，6、溫度傳感器采集模塊，7、濕度傳感器采集模塊，8、光報警模 塊，9、水泵驅(qū)動模塊，10、水泵，13、主控MCU模塊，14、從控MCU模塊。

【具體實施方式】
[0029] 為使本實用新型的內(nèi)容更加明顯易懂，以下結(jié)合附圖1-圖9和【具體實施方式】做進(jìn) 一步的描述。
[0030] 為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施 例，對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本 實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0031] 圖1是本實用新型基于ZigBee技術(shù)的語音智能自動灌溉系統(tǒng)總的系統(tǒng)框圖，如圖 1所示，本實用新型的基于ZigBee技術(shù)的語音智能自動灌溉系統(tǒng)，包括：主控系統(tǒng)和從控系 統(tǒng)；
[0032] 主控系統(tǒng)包括主控MCU模塊13、IXD顯示模塊1、語音報警模塊3、PC機(jī)2和主控 ZigBee無線通信模塊4。
[0033] 從控系統(tǒng)包括從控MCU模塊14、從控ZigBee無線通信模塊5、溫度傳感器采集模 塊6、濕度傳感器采集模塊7、光報警模塊8、水泵驅(qū)動模塊9和水泵10。
[0034] 主控系統(tǒng)所述IXD顯示模塊1、語音報警模塊3、PC機(jī)2和主控ZigBee無線通信 模塊4均分別與主控MCU模塊13相連。
[0035] 從控系統(tǒng)所述從控ZigBee無線通信模塊5、溫度傳感器采集模塊6、濕度傳感器采 集模塊7、光報警模塊8、水泵驅(qū)動模塊9均分別與從控MCU模塊14相連；所述水泵10與水 泵驅(qū)動模塊9相連。
[0036] 從控系統(tǒng)內(nèi)的從控ZigBee無線通信模塊5與主控系統(tǒng)內(nèi)的主控ZigBee無線通信 模塊4之間通過無線通信相連。
[0037] 本實用新型系統(tǒng)給出了兩個從控系統(tǒng)，在實際應(yīng)用中，根據(jù)需要可增加多個從控 系統(tǒng)。
[0038] 如圖2和圖3所示，本實用新型所述的主控MCU模塊13和從控MCU模塊14,均是 以單片機(jī)AT89S52為核心，與復(fù)位電路和晶振電路組成，該模塊接收各個模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)， 經(jīng)過運(yùn)算和控制做出相應(yīng)的處理，將處理的結(jié)果以電平的形式輸送到單片機(jī)的各個I/O ; 使的各個模塊有機(jī)的結(jié)合在一起，形成一個系統(tǒng)。
[0039] 如圖4所示，本實用新型所述的IXD顯示模塊1用于顯示灌溉區(qū)域土壤的溫度和 濕度的信息。本實用新型所述的IXD顯示模塊1是由1602IXD液晶和鎖存器組成；1602IXD 是指顯示的內(nèi)容為16X2,即屏幕可以出現(xiàn)2行，每行16個字符，顯示數(shù)字、符號或字母；其 特點：微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧。將透射光和入射光的當(dāng)前光強(qiáng)值實時顯示 到液晶屏幕上。鎖存器是將單片機(jī)發(fā)送的脈沖進(jìn)行保存，以便液晶的顯示。
[0040] 如圖6所示，本實用新型所述的語音報警模塊3用于給用戶提示需要灌溉的區(qū)域。 本實用新型所述的語音報警模塊3該模塊上的芯片可實現(xiàn)用戶根據(jù)自己的需要錄制不同 的語音，當(dāng)滿足條件后，利用單片機(jī)編寫軟件調(diào)用錄制語音地址，播放錄下的語音；從而使 用戶可以第一時間了解哪個區(qū)域報警。
[0041] 本實用新型所述的PC機(jī)2是利用VB編寫的PC機(jī)，可以顯示不同區(qū)域的溫濕度值， 以及相應(yīng)的報警區(qū)域；同時，顯示有手動控制的不同區(qū)域的水泵手動操作按鍵，可以實現(xiàn)手 動控制實施灌溉，操作簡單實用。
[0042] 如圖5所示，本實用新型所述的主控ZigBee無線通信模塊4和從控ZigBee無線 通信模塊5是本實用新型搭建主從接收裝置，主控ZigBee無線通信模塊4可以接收任一 個從從控ZigBee無線通信模塊5發(fā)送的數(shù)據(jù)，從控ZigBee無線通信模塊5只能接收主控 ZigBee無線通信模塊4發(fā)送的數(shù)據(jù)。本實用新型主控MCU模塊13和從控MCU模塊14內(nèi)的 單片機(jī)上的MAX232芯片是起電平轉(zhuǎn)換作用，單片機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)將轉(zhuǎn)換出的相應(yīng)的電平信 號通過USB轉(zhuǎn)串口線傳輸?shù)絑igBee無線模塊上，通過無線模塊的協(xié)議傳送到另一個ZigBee 模塊上。本實用新型系統(tǒng)是通過ZigBee模塊組網(wǎng)特點搭建主從接收裝置，主機(jī)可以接收任 一個從模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，從模塊只能接收主模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)。
[0043] 如圖7所示，本實用新型所述的溫度傳感器采集模塊6和濕度傳感器采集模塊7， 采用的現(xiàn)有技術(shù)中的溫度傳感器采集模塊和濕度傳感器采集模塊，是將采集的溫濕度模擬 數(shù)據(jù)經(jīng)A/D裝換過的溫濕度的電平，可以直接與單片機(jī)相連。
[0044] 如圖8所示，本實用新型所述的光報警模塊8是由上拉電阻和發(fā)光二極管組成；單 片機(jī)通過高低電平控制發(fā)光二極管的開和滅，主要指示當(dāng)前溫濕度的值是否超出閾值。
[0045] 如圖9所示，本實用新型所述的水泵驅(qū)動模塊9是由上拉電阻、PNP三極管、水泵 和繼電器組成；通過單片機(jī)其中一個I/O 口發(fā)送的高低電平控制三極管的飽和和截止，進(jìn) 一步控制繼電器的導(dǎo)通和截止，來實現(xiàn)水泵的開和閉。
[0046] 本實用新型未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
[0047] 本實用新型中所述具體實施案例僅為本實用新型的較佳實施案例而已，并非用來 限定本實用新型的實施范圍。即凡依本實用新型申請專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修 飾，都應(yīng)作為本實用新型的技術(shù)范疇。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于ZigBee技術(shù)的語音智能自動灌溉系統(tǒng)，其特征在于，包括主控系統(tǒng)和不少 于一個的從控系統(tǒng)； 主控系統(tǒng)包括主控MCU模塊（13)、LCD顯示模塊（1)、語音報警模塊（3)、PC機(jī)（2)和 主控ZigBee無線通信模塊（4);所述IXD顯示模塊（1)、語音報警模塊（3)、PC機(jī)（2)和主 控ZigBee無線通信模塊（4)均分別與主控MCU模塊（13)相連； 從控系統(tǒng)包括從控MCU模塊（14)、從控ZigBee無線通信模塊（5)、溫度傳感器采集模 塊（6)、濕度傳感器采集模塊（7)、光報警模塊（8)、水泵驅(qū)動模塊（9)和水泵（10);所述從 控ZigBee無線通信模塊（5)、溫度傳感器采集模塊（6)、濕度傳感器采集模塊（7)、光報警模 塊（8)、水泵驅(qū)動模塊（9)均分別與從控MCU模塊（14)相連；所述水泵（10)與水泵驅(qū)動模 塊（9)相連； 所述從控系統(tǒng)內(nèi)的從控ZigBee無線通信模塊（5)與主控系統(tǒng)內(nèi)的主控ZigBee無線通 信模塊（4)之間通過無線通信相連。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于ZigBee技術(shù)的語音智能自動灌溉系統(tǒng)，其特征在于，所述 PC機(jī)（2)上設(shè)有水泵（10)手動操作按鍵。
【文檔編號】A01G25/16GK203872715SQ201420209656
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】趙藝, 李國利, 胡光東, 馮娟娟, 張璐璐 申請人:金陵科技學(xué)院