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一种基于太阳能供电的植物自动灌溉装置.pdf

来源：花匠小妙招时间：2024-11-10 23:36

技术领域

本实用新型属于农业自动化技术领域，具体涉及一种基于太阳能供电的植物自动灌溉装置。

背景技术

水分对植物的生长发育影响极大，如果水分吸收超过消耗，植物体内水分过多，则植物抗寒力下降，抗逆性减弱，如果长期水分过多，又会造成烂根、落叶，甚至死亡，水分吸收少于消耗，由于缺水，植物呈蔫现象，严重缺水就会使植物枯死。目前，许多小型农场及花卉养殖场的灌溉还是由人工来进行操作和监测，人们只能看到植物的表面情景，土壤的内部情况如何无法观察，只能通过经验和植物的生长情况判断，很多时候错过了最佳的灌溉时间，导致灌溉时机不够及时，灌溉效率不高，而且耗费时间和精力。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于太阳能供电的植物自动灌溉装置，其结构简单，设计新颖合理，实现方便，能够对植物进行适时浇水，提高了灌溉效率，节约了劳动力，灌溉均匀，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于太阳能供电的植物自动灌溉装置，其特征在于：包括竖直向上设置且通过连接管与输水总管连接的输水支管、设置在输水支管下部的喷水电磁阀和设置在输水支管顶部的喇叭状顶座，所述喇叭状顶座的下部斜面开设有多个出水孔，所述输水支管内部上端固定连接有导水板，所述导水板上开有多个导流孔，所述导水板上固定连接有多根底部穿过导水板、顶部穿出到喇叭状顶座上部的喷水管，每根喷水管的端部均固定连接有多孔喷头；所述喇叭状顶座的顶部中间位置处设置有支撑杆，所述支撑杆的顶部通过支撑座安装有倾斜设置的太阳能电池板，位于输水支管下方的土壤中埋设有用于存储太阳能电池板所发电能的蓄电池，所述支撑座上安装有灌溉控制器；所述灌溉控制器包括ARM微控制器和用于将蓄电池输出的电压转换为灌溉控制器中各用电模块所需电压的电压转换电路，以及与ARM微控制器相接的GPRS通信模块；所述ARM微控制器的输入端接有太阳能电池板电压检测电路和蓄电池电压检测电路，以及安装在土壤中且用于对土壤的湿度进行实时检测的湿度传感器，所述太阳能电池板电压检测电路与太阳能电池板的输出端连接，所述蓄电池电压检测电路与蓄电池的输出端连接；所述ARM微控制器的输出端接有蓄电池充放电控制电路和用于对喷水电磁阀的通断电进行控制的继电器，所述蓄电池充放电控制电路接在太阳能电池板与蓄电池之间，所述继电器串联在喷水电磁阀的供电回路中。

上述的一种基于太阳能供电的植物自动灌溉装置，其特征在于：所述ARM微控制器为芯片LPC2131。

上述的一种基于太阳能供电的植物自动灌溉装置，其特征在于：所述GPRS通信模块为华为EM310无线通信模块，所述华为EM310无线通信模块的串口接收引脚与所述芯片LPC2131的第33引脚相接，所述华为EM310无线通信模块的串口发送引脚与所述芯片LPC2131的第34引脚相接。

上述的一种基于太阳能供电的植物自动灌溉装置，其特征在于：所述蓄电池电压检测电路由电阻R19、电阻R20和电阻R21组成，所述电阻R19和电阻R20串联后接在所述蓄电池的正极电压输出端和负极电压输出端之间，所述电阻R21的一端与所述电阻R19和电阻R20的连接端相接，所述电阻R21的另一端与所述芯片LPC2131的第15引脚相接。

上述的一种基于太阳能供电的植物自动灌溉装置，其特征在于：所述蓄电池充放电控制电路包括防反充二极管D19、升压电路、续流二极管D20、充电控制电路和放电控制电路，所述升压电路包括芯片LM25716-ADJ，所述芯片LM25716-ADJ的第1引脚通过串联的电阻R13和非极性电容C2接地，所述芯片LM25716-ADJ的第4引脚通过串联的电阻R14和电阻R15接地，所述芯片LM25716-ADJ的第2引脚与电阻R14和电阻R15的连极端相接，所述芯片LM25716-ADJ的第4引脚与第5引脚之间接有电感L1，所述芯片LM25716-ADJ的第5引脚与防反充二极管D19的阴极相接，所述防反充二极管D19的阳极与所述太阳能电池板的正极电压输出端相接；所述充电控制电路包括MOSFET管Q1和型号为TLP521的光耦隔离芯片U2，所述光耦隔离芯片U2的第1引脚通过电阻R22与所述芯片LPC2131的第1引脚相接，所述光耦隔离芯片U2的第4引脚通过电阻R24与所述芯片LM25716-ADJ的第4引脚相接，且通过电阻R25与MOSFET管Q1的栅极相接，所述MOSFET管Q1的漏极与所述芯片LM25716-ADJ的第4引脚相接，所述MOSFET管Q1的源极与蓄电池的正极相接；所述放电控制电路包括MOSFET管Q2和型号为TLP521的光耦隔离芯片U3，所述光耦隔离芯片U3的第1引脚通过电阻R23与所述芯片LPC2131的第19引脚相接，所述光耦隔离芯片U3的第4引脚通过电阻R26与蓄电池的正极相接，且通过电阻R27与MOSFET管Q2的栅极相接，所述MOSFET管Q2的漏极与蓄电池的负极相接，所述MOSFET管Q2的源极与电压转换电路的负极电压输入端相接，所述电压转换电路的正极电压输入端与蓄电池的正极相接；所述续流二极管D20的正极与蓄电池的负极相接，所述续流二极管D20的负极与蓄电池的正极相接。

上述的一种基于太阳能供电的植物自动灌溉装置，其特征在于：所述太阳能电池板电压检测电路由电阻R16、电阻R17和电阻R18组成，所述电阻R16和电阻R17串联后接在所述芯片LM25716-ADJ的第4引脚与地之间，所述电阻R18的一端与所述电阻R16和电阻R17的连接端相接，所述电阻R18的另一端与所述芯片LPC2131的第13引脚相接。

上述的一种基于太阳能供电的植物自动灌溉装置，其特征在于：所述湿度传感器包括芯片DHT11。

上述的一种基于太阳能供电的植物自动灌溉装置，其特征在于：所述喷水管的数量为四根，四根喷水管均匀布设在导水板上。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型结构简单，实现方便。

2、本实用新型在小型农场、花卉养殖场等植物种植区的安装布设方便，使用操作便捷。

3、本实用新型使用后，进行植物灌溉无需人工操作和监测，节约了劳动力，提高了灌溉效率，且能够对植物进行适时浇水，灌溉时机及时，有助于植物的生长。

4、本实用新型的设计新颖合理，保证了水流能够全方位地喷灌农作物，消除了灌溉的死角，灌溉均匀。

5、本实用新型的实用性强，使用效果好，便于推广使用。

综上所述，本实用新型结构简单，设计新颖合理，实现方便，能够对植物进行适时浇水，提高了灌溉效率，节约了劳动力，灌溉均匀，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图(图中未示出蓄电池)。

图2为本实用新型喷水管的分布示意图。

图3为本实用新型灌溉控制器的电路原理框图。

图4为本实用新型ARM微控制器的电路原理图。

图5为本实用新型太阳能电池板、太阳能电池板电压检测电路、蓄电池充放电控制电路、蓄电池电压检测电路和蓄电池的电路连接图。

附图标记说明:

1—输水支管；2—喷水电磁阀；3—喇叭状顶座；

4—出水孔；5—导水板；6—导流孔；

7—喷水管；8—连接管；9—支撑杆；

10—支撑座；11—太阳能电池板；12—蓄电池；

13—灌溉控制器；13-1—ARM微控制器；13-2—电压转换电路；

13-3—GPRS通信模块；13-4—太阳能电池板电压检测电路；

13-5—蓄电池电压检测电路；13-6—湿度传感器；

13-7—蓄电池充放电控制电路；13-8—继电器；

14—多孔喷头。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括竖直向上设置且通过连接管8与输水总管4连接的输水支管1、设置在输水支管1下部的喷水电磁阀2和设置在输水支管1顶部的喇叭状顶座3，所述喇叭状顶座3的下部斜面开设有多个出水孔4，所述输水支管1内部上端固定连接有导水板5，所述导水板5上开有多个导流孔6，所述导水板5上固定连接有多根底部穿过导水板5、顶部穿出到喇叭状顶座3上部的喷水管7，每根喷水管7的端部均固定连接有多孔喷头14；所述喇叭状顶座3的顶部中间位置处设置有支撑杆9，所述支撑杆9的顶部通过支撑座10安装有倾斜设置的太阳能电池板11，位于输水支管1下方的土壤中埋设有用于存储太阳能电池板11所发电能的蓄电池12，所述支撑座10上安装有灌溉控制器13；结合图3，所述灌溉控制器13包括ARM微控制器13-1和用于将蓄电池12输出的电压转换为灌溉控制器13中各用电模块所需电压的电压转换电路13-2，以及与ARM微控制器13-1相接的GPRS通信模块13-3；所述ARM微控制器13-1的输入端接有太阳能电池板电压检测电路13-4和蓄电池电压检测电路13-5，以及安装在土壤中且用于对土壤的湿度进行实时检测的湿度传感器13-6，所述太阳能电池板电压检测电路13-4与太阳能电池板11的输出端连接，所述蓄电池电压检测电路13-5与蓄电池12的输出端连接；所述ARM微控制器13-1的输出端接有蓄电池充放电控制电路13-7和用于对喷水电磁阀2的通断电进行控制的继电器13-8，所述蓄电池充放电控制电路13-7接在太阳能电池板11与蓄电池12之间，所述继电器13-8串联在喷水电磁阀2的供电回路中。

如图4所示，本实施例中，所述ARM微控制器13-1为芯片LPC2131。

本实施例中，所述GPRS通信模块13-3为华为EM310无线通信模块，所述华为EM310无线通信模块的串口接收引脚与所述芯片LPC2131的第33引脚相接，所述华为EM310无线通信模块的串口发送引脚与所述芯片LPC2131的第34引脚相接。

如图5所示，本实施例中，所述蓄电池电压检测电路13-5由电阻R19、电阻R20和电阻R21组成，所述电阻R19和电阻R20串联后接在所述蓄电池12的正极电压输出端和负极电压输出端之间，所述电阻R21的一端与所述电阻R19和电阻R20的连接端相接，所述电阻R21的另一端与所述芯片LPC2131的第15引脚相接。

如图5所示，本实施例中，所述蓄电池充放电控制电路13-7包括防反充二极管D19、升压电路、续流二极管D20、充电控制电路和放电控制电路，所述升压电路包括芯片LM25716-ADJ，所述芯片LM25716-ADJ的第1引脚通过串联的电阻R13和非极性电容C2接地，所述芯片LM25716-ADJ的第4引脚通过串联的电阻R14和电阻R15接地，所述芯片LM25716-ADJ的第2引脚与电阻R14和电阻R15的连极端相接，所述芯片LM25716-ADJ的第4引脚与第5引脚之间接有电感L1，所述芯片LM25716-ADJ的第5引脚与防反充二极管D19的阴极相接，所述防反充二极管D19的阳极与所述太阳能电池板11的正极电压输出端相接；所述充电控制电路包括MOSFET管Q1和型号为TLP521的光耦隔离芯片U2，所述光耦隔离芯片U2的第1引脚通过电阻R22与所述芯片LPC2131的第1引脚相接，所述光耦隔离芯片U2的第4引脚通过电阻R24与所述芯片LM25716-ADJ的第4引脚相接，且通过电阻R25与MOSFET管Q1的栅极相接，所述MOSFET管Q1的漏极与所述芯片LM25716-ADJ的第4引脚相接，所述MOSFET管Q1的源极与蓄电池12的正极相接；所述放电控制电路包括MOSFET管Q2和型号为TLP521的光耦隔离芯片U3，所述光耦隔离芯片U3的第1引脚通过电阻R23与所述芯片LPC2131的第19引脚相接，所述光耦隔离芯片U3的第4引脚通过电阻R26与蓄电池12的正极相接，且通过电阻R27与MOSFET管Q2的栅极相接，所述MOSFET管Q2的漏极与蓄电池12的负极相接，所述MOSFET管Q2的源极与电压转换电路13-2的负极电压输入端相接，所述电压转换电路13-2的正极电压输入端与蓄电池12的正极相接；所述续流二极管D20的正极与蓄电池12的负极相接，所述续流二极管D20的负极与蓄电池12的正极相接。

具体接线时，所述太阳能电池板11的负极、蓄电池12的负极、所述芯片LM25716-ADJ的第3引脚、所述光耦隔离芯片U2的第2引脚和第3引脚、所述光耦隔离芯片U3的第2引脚和第3引脚均接地；

使用时，当需要给蓄电池12充电时，所述芯片LPC2131的第1引脚输出高电平，光耦隔离芯片U2内部的发光二极管发光，光耦隔离芯片U2输出端引脚3和引脚4之间的电阻变小，相当于光耦隔离芯片U2内部的三极管导通，此时，MOSFET管Q1栅极处的电压接近零，MOSFET管Q1栅极与源极之间的电压VGS<0，当MOSFET管Q1源极电压达到一定值时，MOSFET管Q1导通，使太阳能电池板11为蓄电池12充电；当不需给蓄电池12充电时，所述芯片LPC2131的第1引脚输出低电平，光耦隔离芯片U2内部的发光二极管电流近似为零，光耦隔离芯片U2输出端引脚3和引脚4之间的电阻很大，MOSFET管Q1关断，使太阳能电池板11不为蓄电池12充电；当需要蓄电池12供电时，所述芯片LPC2131的第19引脚输出高电平，光耦隔离芯片U3内部的发光二极管发光，光耦隔离芯片U3输出端引脚3和引脚4之间的电阻变小，相当于光耦隔离芯片U3内部的三极管导通，此时，MOSFET管Q2栅极处的电压接近零，MOSFET管Q2栅极与源极之间的电压VGS<0，当MOSFET管Q2源极电压达到一定值时，MOSFET管Q2导通，蓄电池12开始放电，经过电压转换电路14进行电压转换后，为各用电模块供电；当不需要蓄电池12供电时，所述芯片LPC2131的第19引脚输出低电平，光耦隔离芯片U3内部的发光二极管电流近似为零，光耦隔离芯片U3输出端引脚3和引脚4之间的电阻很大，MOSFET管Q2关断，蓄电池12停止放电。

如图5所示，本实施例中，所述太阳能电池板电压检测电路13-4由电阻R16、电阻R17和电阻R18组成，所述电阻R16和电阻R17串联后接在所述芯片LM25716-ADJ的第4引脚与地之间，所述电阻R18的一端与所述电阻R16和电阻R17的连接端相接，所述电阻R18的另一端与所述芯片LPC2131的第13引脚相接。

本实施例中，所述湿度传感器13-6包括芯片DHT11。

如图2所示，本实施例中，所述喷水管7的数量为四根，四根喷水管7均匀布设在导水板5上。

本实用新型使用时，湿度传感器13-6对土壤的湿度进行实时检测并将检测到的信号输出给ARM微控制器13-1，ARM微控制器13-1将其接收到的土壤湿度信号与预先设定的土壤湿度阈值相比对，当土壤湿度信号小于土壤湿度阈值时，ARM微控制器13-1控制继电器13-8接通喷水电磁阀2的供电回路，喷水电磁阀2打开；输水总管4中的水流入输水支管1，一部分水进入多根喷水管7并经由多孔喷头14喷出，同时，一部分水经过多个导流孔6流到导水板5上部，进入喇叭状顶座3并通过出水孔4流出。这样的浇水方式，不仅能够实现植物的适时、高效浇水，灌溉时机及时；而且保证了水流能够全方位地喷灌农作物，消除了灌溉的死角。另外，ARM微控制器13-1还能够通过GPRS通信模块13-3将灌溉信息传输到用户手机上，供用户实时了解植物的灌溉情况。

以上工作过程中，太阳能电池板电压检测电路13-4对所述太阳能电池板11输出的电压进行实时检测并将所检测到的信号输出给ARM微控制器13-1，蓄电池电压检测电路13-5对蓄电池12的电压进行实时检测并将所检测到的信号输出给ARM微控制器13-1，ARM微控制器13-1将太阳能电池板11实时电压值与预先设置的白天黑夜分界电压阈值相比对，当太阳能电池板11实时电压值大于白天黑夜分界电压阈值时，说明是白天，此时，ARM微控制器13-1将蓄电池12实时电压值与预先设置的蓄电池12充电阈值相比对，当蓄电池12实时电压值小于蓄电池12充电阈值时，ARM微控制器13-1通过控制充电控制电路，使太阳能电池板11为蓄电池12充电，当蓄电池12实时电压值大于蓄电池12充电阈值时，ARM微控制器13-1通过控制充电控制电路，使太阳能电池板11不为蓄电池12充电，当太阳能电池板11实时电压值小于白天黑夜分界电压阈值，说明是黑夜，此时，ARM微控制器13-1将蓄电池12实时电压值与预先设置的蓄电池12放电阈值相比对，当蓄电池12实时电压值大于蓄电池12放电阈值时，ARM微控制器13-1通过控制放电控制电路，使蓄电池12开始放电，经过电压转换电路14进行电压转换后，为各用电模块供电；当蓄电池12实时电压值小于蓄电池12放电阈值时，ARM微控制器13-1通过控制放电控制电路，使蓄电池12停止放电。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。