[发明专利]基于ZigBee的植株灌溉系统

说明书

技术领域

本发明涉及灌溉系统，尤其涉及一种基于ZigBee的植株灌溉系统。

背景技术

土壤湿度决定农作物的水分供应状况。土壤湿度过低，形成土壤干旱，作用光合作用不能正常进行，降低作物的产量和品质；严重缺水导致作物凋萎和死亡。土壤湿度过高，恶化土壤通气性，影响土壤微生物的活动，使作物根系的呼吸、生长等生命活动受到阻碍，从而影响作物地上部分的正常生长，造成徒长、倒伏、病害滋生等。土壤水分的多少还影响田间耕作措施和播种质量，并影响土壤温度的高低。

土壤孔隙中水分的保持和运动，受土壤吸水力制约。

土壤吸水力是土粒吸附力、毛管力和重力等相互作用的结果，吸水力的单位为大气压或帕斯卡。土壤水分对植物的有效性，决定于植物吸水力、土壤吸水力、植物根系的分布和生长速度以及土壤水分的移动性。衡量土壤水分有效性的常用指标主要有：

①致死水量，又称最大吸湿量。即干土在接近饱和的湿空气中吸收水汽分子的最大数量。这时的土壤吸水力约为31个大气压。

②萎蔫系数。为有效水分的下限，即作物因缺水而丧失膨压以致萎蔫，即使在蒸腾最小的夜间膨压亦不能恢复时的土壤湿度。此时的土壤吸水力在15个大气压左右。

③田间持水量。适宜水分的上限。即地下水位很深，毛管水不能达到土壤根分布层时土壤中所保持的水量。此时的土壤吸水力在0.1～0.5个大气压左右。从萎蔫系数到田间持水量之间的土壤水分为土壤有效水分。有人用持水当量近似地表示田间持水量。持水当量是水分饱和的土壤在1000倍于地心引力的离心力作用下所能保持的水量。

ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称（又称紫蜂协议）来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE802.15.4标准的规定。

现有的灌溉系统一般只能手动打开或者关闭喷头，或者只能定时打开、定时关闭，尤其是对于同一区域种植不同作物的情况，不能很好的进行灌溉。

此外，现有的灌溉系统布线一般均采用有线形式，拓展麻烦。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于ZigBee的植株灌溉系统。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于ZigBee的植株灌溉系统，包含喷头模块、无线通信模块、存储模块、泵、蓄水池和控制模块；

所述喷头模块包含若干个均匀分布的喷头单元；

所述无线通信模块包含若干个分布节点单元和一个汇总节点单元；

所述汇总节点单元与控制模块相连，所述分布节点单元与所述喷头单元一一对应相连；

所述汇总节点单元与所述分布节点单元基于ZigBee协议无线通信；

所述喷头单元包含喷头本体、微控制器和土壤湿度传感器，其中，所述微控制器分别和喷头本体、土壤湿度传感器、喷头单元对应的分布节点单元电气相连；

所述土壤湿度传感器设置在土壤内、用于检测土壤的湿度；

所述喷头本体通过管道和所述泵的输出端相连；

所述微控制器分别与喷头本体、土壤湿度传感器电气相连，用于将土壤湿度传感器检测到的土壤湿度和预设的喷头单元的编号传递给所述控制模块，并根据控制模块的指令控制喷头本体的开启和关闭；

所述泵的输入端通过管道和所述蓄水池相连；

所述存储模块用于存储各个喷头单元的编号以及其对应的土壤目标湿度；

所述控制模块包含用于根据接收到的各个喷头单元的编号和土壤湿度、结合存储模块中存储的各个喷头单元对应的土壤目标湿度，发送对应的喷头开启或喷头关闭的指令给各个喷头单元。

作为本发明基于ZigBee的植株灌溉系统进一步的优化方案，还包含显示模块，所述显示模块与控制模块相连，用于显示喷头单元的编号、土壤目标湿度以及其所在处的植株类型。