基于32單片機控制的智能灌溉系統

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，能夠根據土壤濕度情況進行自動化灌溉，實現智能控制，節省人力與水資源，提高灌溉效率。

關鍵詞

智能灌溉;STM32單片機;LoRa通信模塊;GPS定位模塊

中圖分類號： S277.9 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.11.038

1 智能灌溉系統技術介紹

1.1 技術領域

本實用新型涉及農業灌溉技術領域，特別是涉及一種智能灌溉裝置。

1.2 背景技術

在農業作物種植過程中，灌溉是一項不可缺少的步驟，天氣熱的時候幾乎每天需要灌溉，且每種農作物的灌溉時間也是不一樣的，灌溉多少水分也不一樣，大大增加勞動力與成本。

隨著中國工業水平的發展，農業灌溉對自動化機器灌溉的需求越來越大，但是現有的自動化灌溉裝置仍存在很多的不足：無法對供水裝置進行智能控制，灌溉水量過大且容易損傷農作物，并在一定程度上浪費了水資源，灌溉水量過少且無法實現良好的澆灌效果，灌溉效率較低，浪費大量的人力物力。

2 智能灌溉系統特征

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域的多組噴水裝置，控制箱固定連接在蓄水箱上，控制箱內設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據實時傳輸給中央處理器，并通過顯示屏顯示;土壤濕度傳感器為RS485濕度傳感器。微控制器為STM32ZET6單片機。下面對幾個重要的部分進行特征解析：

2.1 噴水裝置特征及構造

噴頭組件包括豎直管道、三通管和兩個霧化噴頭，三通管包括豎直管口和兩個水平管口，三通管的豎直管口與豎直管道可轉動連接，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定角度，霧化噴頭噴水時，霧化噴頭和三通管在水流離心力和反作用力的推動作用下旋轉。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 蓄水裝置特征及構造

蓄水箱上連接有進水管道，進水管道通過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。蓄水箱內設置有液位傳感器，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 控制系統特征及構造

控制箱內設置有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據傳輸給微控制器，若數據低于微控制器設定濕度閾值，微控制器控制第一水泵開啟。土壤濕度傳感器為RS485濕度傳感器。微控制器為STM32ZET6單片機。

3 智能灌溉系統實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種智能灌溉裝置，能夠根據土壤濕度情況進行自動化灌溉，實現了智能控制，節省人力與水資源，提高了灌溉效率。

3.1 實用新型方案

智能灌溉裝置以傳感器和微控制器相結合的方式，通過土壤濕度傳感器實時采集土壤濕度信息，在土壤濕度低于設定閾值時，微控制器控制水泵工作，及時為農作物供水;噴水裝置均勻分布在待灌溉區域不同位置，實現不同位置的供水控制，只有濕度低于設定閾值的區域才會供水，有針對性地進行灌溉，確保農作物獲得正常生長所需水分;噴頭組件設置有兩個噴頭，噴頭以設定傾角設置在水平管口一端，這種角度設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作用下，實現快速旋轉，提高灌溉效率;微控制器可以將實時的土壤濕度數據傳輸給中央處理器，工作人員可以通過顯示屏直觀了解灌溉區域的土壤濕度情況，更加方便灌溉工作管理。

4 具體實施方式

如圖1-圖2所示，本實用新型實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內設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將土壤濕度數據實時傳輸給中央處理器，并通過顯示屏顯示;其中，微控制器4通過有線或無線的通信方式與中央處理器通信連接，采用現有的通信技術即可，例如wifi、ZigBee、LoRa等無線通信模塊。

蓄水箱1上連接有進水管道，進水管道通過第二水泵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內設置有液位傳感器，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值低于中央處理器設定的數值，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的作用在于儲備水資源，如果水井或水塔或第二水泵損壞，還能夠為噴水裝置提供備用水源。

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微控制器4傳輸給中央處理器。微控制器為STM32單片機。

控制箱內還設置有LoRa通信模塊，中央處理器通過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算機服務器。利用LoRa無線網絡通信技術進行數據傳輸，具有通信距離長、通信效率高、運行安全可靠、低成本、低功耗的特點。

參考文獻

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