一种温室农业种植灌溉施肥自动控制装置的制作方法

本实用新型涉及一种农业种植控制装置，特别是涉及一种温室农业种植灌溉施肥自动控制装置。

背景技术：

灌溉施肥自动化是发展高效节能农业和园艺的重要手段，近年来，中国的灌溉施肥技术虽有所发展，并从一定程度上改善了传统农业的施肥方式，但从整体来看灌溉效率依然十分低下。为追求农作物产量，很多地区不节制地过量施用化肥农药，不但利用率低，还会对耕地土壤结构造成严重破坏。长此以往，我国将很难实现农业生产的可持续发展。将无线传感器网络技术和PLC技术应用于农业温室大棚的灌溉施肥中，能够实现按需灌溉施肥，提高灌溉施肥效率，维持土壤结构的平衡。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种温室农业种植灌溉施肥自动控制装置，本实用新型旨在提供一种基于无线传感器网络与PLC的温室灌溉施肥自动控制装置，将无线传感器网络技术和PLC技术应用到温室大棚农作物的施肥控制中，能够实现按需灌溉施肥，施肥效率较高。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于无线传感器网络与PLC的温室灌溉施肥自动控制装置，由喷灌区参数采集节点、协调器、监测计算机和PLC控制单元组成。喷灌区参数采集节点通过ZigBee网络与协调器相连，所述协调器通过RS232通信线与监测计算机相连，所述监测计算机通过RS485通信线与PLC控制单元相连。喷灌区参数采集节点有一个长方形外壳，在喷灌区参数采集节点外壳上方装有一个ZigBee天线接线凹槽，在喷灌区参数采集节点外壳的一个侧面上装有土壤湿度传感器接线凹槽、土壤PH值传感器接线凹槽、土壤肥料浓度传感器接线凹槽。在喷灌区参数采集节点外壳内装有一块喷灌区参数采集电路板。该喷灌区参数采集电路板由信号调理电路、主处理器电路、射频驱动电路以及电源电路组成。该喷灌区参数采集电路板上的信号调理电路由阻容器件组成，负责对传感器信号进行调理。该喷灌区参数采集电路板的信号调理电路上设有土壤湿度传感器接线端子、土壤PH值传感器接线端子、土壤肥料浓度传感器接线端子。所述土壤湿度传感器接线端子、土壤PH值传感器接线端子、土壤肥料浓度传感器接线端子分别通过信号线与喷灌区参数采集节点外壳上的土壤湿度传感器接线凹槽、土壤PH值传感器接线凹槽、土壤肥料浓度传感器接线凹槽相连。所述土壤湿度传感器接线凹槽、土壤PH值传感器接线凹槽、土壤肥料浓度传感器接线凹槽分别通过信号线与安装于温室土壤中的土壤湿度传感器、土壤PH值传感器、土壤肥料浓度传感器相连。该喷灌区参数采集电路板上的主处理器电路由处理器芯片MSP430F412及其外围电路组成，负责采集并处理传感器所检测到的温室土壤湿度、土壤PH值和土壤肥料浓度数据。该温室喷灌区参数采集电路板上的射频驱动电路由芯片MC13211以及外围电路组成，负责ZigBee网络数据传输。该喷灌区参数采集电路板上的射频驱动电路上设有1个ZigBee天线接线端子，该ZigBee天线接线端子通过ZigBee高频线与喷灌区参数采集节点外壳上方的ZigBee天线接线凹槽相连，所述喷灌区参数采集节点外壳上方的ZigBee天线接线凹槽与ZigBee天线相连。所述协调器有一个长方形外壳，在协调器外壳上方设有1个协调器ZigBee天线接线凹槽。在协调器外壳的一个侧面上装有RS232通信插口。在协调器外壳内装有一块协调器电路板，该协调器电路板由主处理器电路、ZigBee通信电路、RS232接口电路以及电源电路组成。协调器负责与各个喷灌区参数采集节点进行通信。该协调器电路板上的主处理器电路由处理器芯片MSP430FE425及其外围电路组成，负责ZigBee通信控制和RS232通信控制，能将各个喷灌区参数采集节点的数据进行汇集，通过RS232接口电路将数据发送到监测计算机。该协调器电路板上的ZigBee通信电路由无线传感器网络芯片MC13211及其外围电路组成，负责与各个喷灌区参数采集节点进行通信。该协调器电路板的ZigBee通信电路上设有1个协调器ZigBee天线接线端子，通过ZigBee高频线与协调器外壳上方的ZigBee天线接线凹槽相连，所述协调器外壳上方的ZigBee天线接线凹槽与协调器ZigBee天线通过ZigBee高频线相连。该协调器电路板的RS232接口电路上设有1个RS232接线端子，通过RS232通信线与协调器外壳侧面的RS232通信插口相连，所述RS232通信插口通过RS232通信线与监测计算机相连。所述PLC控制单元由西门子PLC CPU1215C、模拟量输入模块、数字量输出模块组成。PLC CPU1215C通过内部总线分别与模拟量输入模块、数字量输出模块相连。所述模拟量输入模块分别通过信号线与液体肥料储藏罐液位传感器、喷灌主管道压力传感器相连。所述数字量输出模块分别通过信号线与喷灌电机开关控制电路、喷灌主电磁阀控制电路以及各个喷灌电磁阀控制电路相连。

本实用新型的工作原理如下：

每个喷灌区参数采集节点通过其所连接的土壤湿度传感器、土壤PH值传感器、土壤肥料浓度传感器，分别将所采集的土壤湿度信号、土壤PH值信号、土壤肥料浓度信号经信号调理电路的处理后，送入主处理器MSP430F412。主处理器MSP430F412对采集的数据作线性化、温度补偿、数据打包、存储等处理后送射频驱动电路，所述射频驱动电路将数据按照节点间数据通信协议传输给协调器。所述协调器将各个喷灌区参数采集节点的数据进行汇集，通过RS232通信线将数据发送到监测计算机。同时也可通过协调器对监测网络发送命令，控制单个或所有监测节点进行采样，重组网和查找历史数据等操作。监测计算机对所接收到的数据通过计算、分析后，通过RS485通信线输出控制信号至PLC控制单元。PLC控制单元接收监测计算机发送来的控制信号，PLC控制单元还通过模拟量输入模块接收液体肥料储藏罐液位信号、喷灌主管道压力信号。PLC控制单元对所接收到的信号进行处理、分析后，通过数字量输出模块分别对喷灌电机开关、喷灌主电磁阀开关以及各个喷灌电磁阀开关进行控制。

本实用新型的优点与效果是：

由于本实用新型采用MSP430F412处理器芯片作为温室喷灌区参数采集节点的主处理器芯片，采用MSP430FE425处理器芯片作为协调器的主处理器芯片，射频驱动电路采用MC13211芯片；而且，采用PLC CPU1215C作为PLC控制单元的核心部件，来控制喷灌电机开关、喷灌主电磁阀开关以及各个喷灌电磁阀开关。所以，本装置工作稳定，抗干扰能力强，能够提高灌溉施肥效率。

附图说明

图1 为本实用新型装置整体结构示意图；

图2为本实用新型喷灌区参数采集节点外部结构示意图；

图3为本实用新型协调器外部结构示意图；

图4为本实用新型喷灌区设备连接示意图；

图5为本实用新型喷灌区参数采集节点电路结构示意图；

图6为本实用新型协调器电路结构示意图；

图7为本实用新型PLC控制单元电路结构示意图。

图2中标号说明：1、喷灌区参数采集节点外壳，2、喷灌区参数采集节点ZigBee天线，3、喷灌区参数采集节点ZigBee天线接线凹槽，4、土壤湿度传感器接线凹槽，5、土壤PH值传感器接线凹槽，6、土壤肥料浓度传感器接线凹槽。

图3中标号说明：7、协调器外壳，8、协调器ZigBee天线，9、协调器ZigBee天线接线凹槽，10、RS232通信插口。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本实用新型作进一步详细说明。

见图1，本实用新型包括：喷灌区参数采集节点、协调器、监测计算机和PLC控制单元。

见图2，本实用新型喷灌区参数采集节点外部结构包括：喷灌区参数采集节点外壳1、喷灌区参数采集节点ZigBee天线2、喷灌区参数采集节点ZigBee天线接线凹槽3、土壤湿度传感器接线凹槽4、土壤PH值传感器接线凹槽5、土壤肥料浓度传感器接线凹槽6。

见图3，本实用新型协调器外部结构包括：协调器外壳7、协调器ZigBee天线8、协调器ZigBee天线接线凹槽9、RS232通信插口10。

见图5，本实用新型喷灌区参数采集节点电路包括：信号调理电路、主处理器电路MSP430F412、射频驱动电路MC13211以及电源电路。

见图6，本实用新型协调器电路包括：RS232接口电路、主处理器电路MSP430FE425、射频驱动电路MC13211以及电源电路组成。

见图7，PLC控制单元由西门子PLC CPU1215C、模拟量输入模块、数字量输出模块组成。

喷灌区参数采集节点有一个长方形外壳1，在喷灌区参数采集节点外壳上方装有一个天线接线凹槽3，在喷灌区参数采集节点外壳1的一个侧面上装有土壤湿度传感器接线凹槽4、土壤PH值传感器接线凹槽5、土壤肥料浓度传感器接线凹槽6。在喷灌区参数采集节点外壳1内装有一块喷灌区参数采集电路板。该喷灌区参数采集电路板由信号调理电路、主处理器电路、射频驱动电路以及电源电路组成。该喷灌区参数采集电路板上的信号调理电路由阻容器件组成，负责对传感器信号进行调理。该喷灌区参数采集电路板的信号调理电路上设有土壤湿度传感器接线端子、土壤PH值传感器接线端子、土壤肥料浓度传感器接线端子。所述土壤湿度传感器接线端子、土壤PH值传感器接线端子、土壤肥料浓度传感器接线端子分别通过信号线与喷灌区参数采集节点外壳1上的土壤湿度传感器接线凹槽4、土壤PH值传感器接线凹槽5、土壤肥料浓度传感器接线凹槽6相连。所述土壤湿度传感器接线凹槽4、土壤PH值传感器接线凹槽5、土壤肥料浓度传感器接线凹槽6分别通过信号线与安装于温室土壤中的土壤湿度传感器、土壤PH值传感器、土壤肥料浓度传感器相连。该喷灌区参数采集电路板上的主处理器电路由处理器芯片MSP430F412及其外围电路组成，负责采集并处理传感器所检测到的温室土壤湿度、土壤PH值和土壤肥料浓度数据。该温室喷灌区参数采集电路板上的射频驱动电路由芯片MC13211以及外围电路组成，负责ZigBee网络数据传输。该喷灌区参数采集电路板上的射频驱动电路上设有1个ZigBee天线接线端子，该ZigBee天线接线端子通过ZigBee高频线与喷灌区参数采集节点外壳1上方的ZigBee天线接线凹槽3相连，所述喷灌区参数采集节点外壳1上方的ZigBee天线接线凹槽3与ZigBee天线2相连。所述协调器有一个长方形外壳7，在协调器外壳7上方设有1个协调器ZigBee天线接线凹槽9。在协调器外壳7的一个侧面上装有RS232通信插口10。在协调器外壳7内装有一块协调器电路板，该协调器电路板由主处理器电路、ZigBee通信电路、RS232接口电路以及电源电路组成。协调器负责与各个喷灌区参数采集节点进行通信。该协调器电路板上的主处理器电路由处理器芯片MSP430FE425及其外围电路组成，负责ZigBee通信控制和RS232通信控制，能将各个喷灌区参数采集节点的数据进行汇集，通过RS232接口电路将数据发送到监测计算机。该协调器电路板上的ZigBee通信电路由无线传感器网络芯片MC13211及其外围电路组成，负责与各个喷灌区参数采集节点进行通信。该协调器电路板的ZigBee通信电路上设有1个协调器ZigBee天线接线端子，通过ZigBee高频线与协调器外壳7上方的ZigBee天线接线凹槽9相连，所述协调器外壳7上方的ZigBee天线接线凹槽9与协调器ZigBee天线8通过ZigBee高频线相连。该协调器电路板的RS232接口电路上设有1个RS232接线端子，通过RS232通信线与协调器外壳7侧面的RS232通信插口10相连，所述RS232通信插口10通过RS232通信线与监测计算机相连。所述PLC控制单元由西门子PLC CPU1215C、模拟量输入模块、数字量输出模块组成。PLC CPU1215C通过内部总线分别与模拟量输入模块、数字量输出模块相连。所述模拟量输入模块分别通过信号线与液体肥料储藏罐液位传感器、喷灌主管道压力传感器相连。所述数字量输出模块分别通过信号线与喷灌电机开关控制电路、喷灌主电磁阀控制电路以及各个喷灌电磁阀控制电路相连。

每个喷灌区参数采集节点通过其所连接的土壤湿度传感器、土壤PH值传感器、土壤肥料浓度传感器，分别将所采集的土壤湿度信号、土壤PH值信号、土壤肥料浓度信号经信号调理电路的处理后，送入主处理器MSP430F412。主处理器MSP430F412对采集的数据作线性化、温度补偿、数据打包、存储等处理后送射频驱动电路，所述射频驱动电路将数据按照节点间数据通信协议传输给协调器。所述协调器将各个喷灌区参数采集节点的数据进行汇集，通过RS232通信线将数据发送到监测计算机。同时也可通过协调器对监测网络发送命令，控制单个或所有监测节点进行采样、重组网和查找历史数据等操作。监测计算机对所接收到的数据通过计算、分析后，通过RS485通信线输出控制信号至PLC控制单元。PLC控制单元接收监测计算机发送来的控制信号，PLC控制单元还通过模拟量输入模块接收液体肥料储藏罐液位信号、喷灌主管道压力信号。PLC控制单元对所接收到的信号进行处理、分析后，通过数字量输出模块分别对喷灌电机开关、喷灌主电磁阀开关以及各个喷灌电磁阀开关进行控制。