擇主要由耗能較高的供水支路電磁閥9的功率和一次灌溉最大用時決定。本實施例中，供水支路電磁閥9選用口徑80mm的直流電磁閥IBV-101G，其工作參數(shù)為:額定電壓DC24V、瞬間激活電流370ma、吸持電流190ma，若每次最大灌溉用時不超過2小時，則每次灌溉操作供水支路電磁閥9的工作用電量不超過9200ma.V.h;考慮到ZigBee模塊8與土壤溫濕度一體化傳感器7等部分用電以及用電變換效率的因素，充電電池3選用額定電壓3.7V、容量2ah的充電電池組，足以滿足終端節(jié)點完成一次灌溉的用電要求。
[0031]供水支路電磁閥用電變換電路6采用高效DC-DC轉(zhuǎn)換芯片MAX629，完成充電電池3至供水支路電磁閥9的升壓用電轉(zhuǎn)換，同時，ZigBee模塊8通過對MAX629使能弓丨腳/SHDN的電平控制，實現(xiàn)供水支路電磁閥用電變換電路6的電能輸出控制，即只有進(jìn)行灌溉時才讓供水支路電磁閥用電變換電路6有能量輸出，以驅(qū)動打開供水支路電磁閥9。
[0032]太陽能電池板I是無線網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點的能量來源，通過充電電池3的儲能滿足終端節(jié)點的工作供電要求。選用太陽能電池板I考慮因素較多，但是主要考慮高功耗部件供水支路電磁閥9的用電量與用電時間以及必要的充電時間。以每天灌溉一次的超常規(guī)灌溉模式進(jìn)行選擇:在標(biāo)準(zhǔn)光照條件下選用輸出額定電壓5V、額定電流840ma的太陽能電池組，標(biāo)準(zhǔn)光照4小時即可最多獲得能量16800ma.v.h，完全可以滿足本實施例選用的供水支路電磁閥9的無線網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點工作用電要求。
[0033]充電電池充電管理電路2采用具有太陽能電池最大功率點跟蹤功能的充電電池充電管理集成電路CN3791，當(dāng)太陽能電池板I的電流輸出能力降低時，CN3791內(nèi)部電路能夠自動跟蹤太陽能電池板I的最大功率點，最大限度地利用太陽能電池板I的輸出功率，高效地實現(xiàn)太陽能至充電電池3的電能轉(zhuǎn)換。
[0034]土壤溫濕度一體化傳感器用電變換電路4與ZigBee模塊用電變換電路5均選用低壓差DC-DC轉(zhuǎn)換芯片ADP3330進(jìn)行供電轉(zhuǎn)換;所不同的是:ZigBee模塊用電變換電路5采用始終供電的工作方式，而土壤溫濕度一體化傳感器用電變換電路4的芯片ADP3330使能端由ZigBee模塊8控制，只有采集土壤溫、濕度數(shù)據(jù)時才控制土壤溫濕度一體化傳感器用電變換電路4輸出供電。
[0035]實施例2:
[0036]—種自動節(jié)水灌溉系統(tǒng)，包括實施例1所述的自動節(jié)水灌溉的無線網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點，以及主控設(shè)備，實現(xiàn)無人值守的自動節(jié)水灌溉的方法如下:
[0037](I)根據(jù)作物的不同生長階段，主控設(shè)備利用其中的ZigBee模塊向自動節(jié)水灌溉的無線網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點發(fā)送土壤濕度監(jiān)控的下限與上限參數(shù)以及溫度監(jiān)控的上限參數(shù)，無線網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點接收并中轉(zhuǎn)相關(guān)工作參數(shù)；
[0038](2)無線網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點周期性地利用土壤溫濕度一體化傳感器7檢測土壤的溫、濕度實時數(shù)據(jù)；
[0039](3)當(dāng)檢測到土壤濕度達(dá)到下限參數(shù)或者土壤溫度高于上限參數(shù)時，無線網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點向主控設(shè)備發(fā)送灌溉請求信息；主控設(shè)備根據(jù)接收的請求信息判斷土壤整體墑情，若符合噴灌條件則輸送灌溉用水并向無線網(wǎng)絡(luò)終端發(fā)送灌溉命令;所有未達(dá)到土壤濕度上限參數(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點均開通相應(yīng)的供水支路電磁閥用電變換電路6的供電輸出；噴灌期間若無線網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點檢測的土壤濕度高于上限參數(shù)時則控制關(guān)閉供水支路電磁閥用電變換電路6并向主控設(shè)備發(fā)送灌溉結(jié)束信息；當(dāng)所有無線網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點灌溉結(jié)束，主控設(shè)備則關(guān)閉灌溉供水，結(jié)束一次灌溉過程。
[0040]無線網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點若出現(xiàn)設(shè)備異常如:土壤溫濕度一體化傳感器7、供水支路電磁閥9或者充電電池充電管理電路2出現(xiàn)故障則向主控設(shè)備發(fā)送工作狀態(tài)信息。
【主權(quán)項】
1.一種自動節(jié)水灌溉的無線網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點，其特征在于，包括ZigBee模塊、溫濕度傳感器、供水支路電磁閥；其特征在于，還包括太陽能電池板和充電電池，太陽能電池板與充電電池電連接，充電電池分別與ZigBee模塊、溫濕度傳感器、供水支路電磁閥電連接，ZigBee模塊還分別與溫濕度傳感器、供水支路電磁閥電連接。2.如權(quán)利要求1所述的無線網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點，其特征在于，所述充電電池選用鋰聚合物電池。3.如權(quán)利要求1所述的無線網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點，其特征在于，所述溫濕度傳感器選用土壤溫濕度一體化傳感器。4.如權(quán)利要求1所述的無線網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點，其特征在于，所述供水支路電磁閥為直流電池閥 IBV-1 OlG。5.如權(quán)利要求1所述的無線網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點，其特征在于，所述太陽能電池板通過充電電池充電管理電路與充電電池電連接。6.如權(quán)利要求1所述的無線網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點，其特征在于，所述充電電池通過ZigBee模塊用電變換電路與ZigBee模塊電連接。7.如權(quán)利要求1所述的無線網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點，其特征在于，所述充電電池通過溫濕度傳感器用電變換電路與溫濕度傳感器電連接。8.如權(quán)利要求7所述的無線網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點，其特征在于，所述充電電池通過供水支路電磁閥用電變換電路與供水支路電磁閥電連接。9.如權(quán)利要求8所述的無線網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點，其特征在于，所述ZigBee模塊還分別通過溫濕度傳感器用電變換電路、供水支路電磁閥用電變換電路與溫濕度傳感器、供水支路電磁閥電連接。10.—種如權(quán)利要求1-9任一項所述的自動節(jié)水灌溉的無線網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點的使用方法，包括以下步驟， 由主控設(shè)備根據(jù)作物的不同生長階段向終端節(jié)點無線發(fā)送土壤濕度上、下限監(jiān)控參數(shù)及土壤溫度上限監(jiān)控參數(shù);終端節(jié)點利用溫濕度傳感器周期性地采集土壤溫濕度信息，并與存儲的土壤濕度上、下限監(jiān)控參數(shù)及土壤溫度上限監(jiān)控參數(shù)比較，當(dāng)溫度超過上限監(jiān)控參數(shù)或者濕度低于下限監(jiān)控參數(shù)時，向主控設(shè)備發(fā)送灌溉請求信息；主控設(shè)備根據(jù)終端節(jié)點發(fā)送的請求信息決策是否灌溉供水，若主控設(shè)備供給灌溉用水則向終端節(jié)點發(fā)送灌溉命令，所有土壤濕度沒有達(dá)到濕度控制上限的終端節(jié)點都打開供水支路電磁閥進(jìn)行灌溉操作，當(dāng)土壤濕度達(dá)到上限監(jiān)控參數(shù)時，終端節(jié)點關(guān)閉供水支路電磁閥并向主控設(shè)備發(fā)送該終端節(jié)點灌溉結(jié)束信息，當(dāng)所有終端節(jié)點結(jié)束灌溉操作時，主控設(shè)備結(jié)束灌溉供水。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種自動節(jié)水灌溉的無線網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點及其應(yīng)用，包括ZigBee模塊、溫濕度傳感器、供水支路電磁閥，還包括太陽能電池板和充電電池，太陽能電池板與充電電池電連接，充電電池分別與ZigBee模塊、溫濕度傳感器、供水支路電磁閥電連接，ZigBee模塊還分別與溫濕度傳感器、供水支路電磁閥電連接。無線網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點完成土壤溫濕度檢測及相應(yīng)供水支路電磁閥控制，與主控設(shè)備組成灌溉控制系統(tǒng)，實現(xiàn)適合作物不同生長階段的無人值守自動節(jié)水灌溉控制，具有系統(tǒng)布局柔性高、便于操作管理、成本較低等特點，特別適用大面積田塊的自動節(jié)水灌溉控制。
【IPC分類】H04W84/18, A01G25/16
【公開號】CN105519408
【申請?zhí)枴緾N201511026446
【發(fā)明人】霍孟友, 顧雯雯
【申請人】山東大學(xué)
【公開日】2016年4月27日
【申請日】2015年12月30日