一种多网融合的节水灌溉装置

技术领域

本发明涉及报警器，具体为一种多网融合的节水灌溉装置。

发明内容

本发明提供如下技术方案：本发明包括一个主站和若干个从站，所述主站包括无线网桥、指示灯、U型固定环、避雷针、细杆、锥形地插、网线、POE、交换机、计算机、市电电源和Zigbee无线网关，细杆通过底端设置的锥形地插插接在地面上，细杆的顶端通过U型固定环安装有无线网桥，无线网桥的底端安装有指示灯，细杆的顶端安装有避雷针，无线网桥通过网线连接有POE，POE一侧连接有交换机，交换机的一侧分别连接有计算机和Zigbee无线网关；

从站包括无线网桥、指示灯、U型固定环、避雷针、细杆、锥形地插、网线、POE、交换机、市电电源、控制器、硬盘录像机、光纤收发器、摄像头、水泵、流量计、压力变送器、电磁阀、太阳能电源、Zigbee无线模块、土壤温湿度计、空气温湿度计、光照度计和雨量计，细杆通过底端设置的锥形地插插接在地面上，细杆的顶端通过U型固定环安装有无线网桥，无线网桥的底端安装有指示灯，细杆的顶端安装有避雷针，无线网桥通过网线连接有POE， POE一侧连接有交换机，交换机的一侧分别连接有控制器、硬盘录像机、光纤收发器和摄像头，控制器的一侧分别连接有水泵、流量计、压力变送器和电磁阀，Zigbee无线网关与Zigbee无线模块连接，Zigbee无线模块的一侧连接有太阳能电源，Zigbee无线模块的另一侧分别连接有土壤温湿度计、空气温湿度计、光照度计和雨量计。

优选的，所述市电电源分别电连接POE、交换机、计算机和Zigbee无线网关。

优选的，所述太阳能电源分别电连Zigbee无线模块、土壤温湿度计、空气温湿度计、光照度计和雨量计。

优选的，所述从站中的市电电源分别电连接POE、交换机、控制器、硬盘录像机、光纤收发器、摄像头、水泵、流量计、压力变送器和电磁阀。

优选的，所述从站中的电连接POE、交换机、市电电源、控制器、硬盘录像机、光纤收发器、摄像头、水泵、流量计、压力变送器和电磁阀均集合在田间LCU柜中。

有益效果：本发明结构新颖，利用基于光纤网络、Zigbee物联网和无线网桥网络的多网融合方式实现灵活组网，不仅能有效解决农业灌溉范围广、设备联网问题，而且成本低、安装调试便捷，可适应任意现场环境，能为农业生产中的节水灌溉信息化建设提供解决方案。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明总体框架图；

图中标号：1、无线网桥；1、指示灯；3、U型固定环；4、避雷针；5、细杆；6、锥形地插；7、网线；8、POE；9、交换机；10、计算机；11、市电电源；12、Zigbee无线网关；13、控制器；14、硬盘录像机；15、光纤收发器；16、摄像头；17、水泵；18、流量计；19、压力变送器；20、电磁阀；21、太阳能电源；22、Zigbee无线模块；23、土壤温湿度计；24、空气温湿度计；25、光照度计；26、雨量计。

具体实施方式

下面结合附图1-2对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。

实施例，由图1-2给出，本发明提供一种多网融合的节水灌溉装置，包括一个主站和若干个从站，所述主站包括无线网桥1、指示灯2、U型固定环3、避雷针4、细杆5、锥形地插6、网线7、POE8、交换机9、计算机10、市电电源11和Zigbee无线网关12，细杆5通过底端设置的锥形地插6插接在地面上，细杆5的顶端通过U型固定环3安装有无线网桥1，无线网桥1的底端安装有指示灯2，细杆5的顶端安装有避雷针4，无线网桥1通过网线7连接有POE8，POE8一侧连接有交换机9，交换机9的一侧分别连接有计算机10和Zigbee无线网关12；

从站包括无线网桥1、指示灯2、U型固定环3、避雷针4、细杆5、锥形地插6、网线7、POE8、交换机9、市电电源11、控制器13、硬盘录像机14、光纤收发器15、摄像头16、水泵17、流量计18、压力变送器19、电磁阀20、太阳能电源21、Zigbee无线模块22、土壤温湿度计23、空气温湿度计24、光照度计25和雨量计26，细杆5通过底端设置的锥形地插 6插接在地面上，细杆5的顶端通过U型固定环3安装有无线网桥1，无线网桥1的底端安装有指示灯2，细杆5的顶端安装有避雷针4，无线网桥1通过网线7连接有POE8，POE8一侧连接有交换机9，交换机9的一侧分别连接有控制器13、硬盘录像机14、光纤收发器15和摄像头16，控制器13的一侧分别连接有水泵17、流量计18、压力变送器19和电磁阀20， Zigbee无线网关12与Zigbee无线模块22连接，Zigbee无线模块22的一侧连接有太阳能电源21，Zigbee无线模块22的另一侧分别连接有土壤温湿度计23、空气温湿度计24、光照度计25和雨量计26。

所述市电电源11分别电连接POE8、交换机9、计算机10和Zigbee无线网关12，便于进行供电。

所述太阳能电源21分别电连Zigbee无线模块22、土壤温湿度计23、空气温湿度计24、光照度计25和雨量计26，便于进行供电。

所述从站中的市电电源11分别电连接POE8、交换机9、控制器13、硬盘录像机14、光纤收发器15、摄像头16、水泵17、流量计18、压力变送器19和电磁阀20，便于进行供电。

所述从站中的电连接POE8、交换机9、市电电源11、控制器13、硬盘录像机14、光纤收发器15、摄像头16、水泵17、流量计18、压力变送器19和电磁阀20均集合在田间LCU 柜中，便于集合安装。

无线网桥1

无线网桥利用2.4G免申请无线执照的频段，以无线传输方式实现在两个或多个网络之间搭起通信的桥梁，因而比其它有线网络设备更方便部署。无线网桥安装时不仅需要将无线网桥的天线对准，还应避免无线网桥之间存在较高的障碍物，确保接收信号的灵敏度较高，传输无线网络稳定。

无线网桥安装后，无线网桥与交换机之间的线路连接好之后，根据产品说明书设置各设备的IP为同一局域网，即可正常实现无线通信。

指示灯2

通过不同颜色来显示无线网桥的工作状态，一般包含正常、断电、网络未连接等。

U型固定环3

用于将无线网桥稳定固定在细杆上。

避雷针4

农业园区多处于农村偏远多雷地区，为了保护无线网桥等设备避免雷击，有必要在细杆上安装避雷针。

细杆5

用于将无线网桥固定在一定高度，保证无线通信的稳定性。

锥形地插6

农业园区中土壤较为柔软，使用锥形地插直接插入土壤中就可以安装无线网桥，非常方便，同时无线网桥更换位置也很容易，可有效提高安装和维护效率。

网线7

由于无线网桥使用POE供电，网线在传输数据的同时还在给无线网桥供电，因此网线过长或材质较差都会严重影响无线传输网络的质量。无线网桥与POE的连接部分尽量使用 CAT5e(超5类)或以上，长度尽量控制在25m以内，交换机等设备与POE之间的网线长度尽量控制在100米以内或用光纤传输。

POE8

无线网桥设备用POE和网线来供电，为了设备的正常工作，使用直通网线将设备连接到 POE供电盒的PWR+DATA(OUT)接口，DATA(IN)连接交换机。

交换机9

采用千兆工业以太网交换机，保障视频图像数据、压力流量数据和控制信号的稳定性和快速性。

计算机10

用于存储、处理、分析和查看各类数据，安装软件平台，以及显示农业园区视频图像。

市电电源11

条件允许的情况下为装置的各类设备供电。

Zigbee无线网关12

将基于TCP协议的网络与基于Zigbee协议栈的数据进行转换，从而可以将基于常用的以太网的数据发送到Zigbee网络中，也可以将Zigbee网络中的数据发送到以太网中。开启 Zigbee无线网关后，Zigbee传感模块节点通过与其通信，加入到该无线网络中，然后Zigbee 无线网关就可以实现所有传感节点的管理。

控制器13

可采用可编程逻辑控制器或者单片机控制模块等，用于采集压力变送器和流量计等传感器的数据上传至监控中心，同时接收监控中心的信号控制水泵和电磁阀的启闭。

硬盘录像机14

用于存储摄像头拍摄的视频图像，供监控中心调用显示。

光纤收发器15

又称光电转换器，采用千兆单模单纤光纤收发器，可提供一个1000Mbps以太网接口和一个1.25Gbps SC光纤接口，可实现电口信号和光口信号转换，并通过光纤进行远距离数据和视频信号传输、发送。

摄像头16

用监控农业园区实时情况，采用一体化高清球机，支持360°连续旋转和垂直方向-15°～90°自动翻转，视野大适合农业园区大范围监控，具有日夜全彩、微光透视、玻璃自动加热除雾功能。

水泵17

通过控制器可实现水泵的启闭，来控制是否给园区灌溉提供水源。

流量计18

安装在主进水管道上，用于计量灌溉的用水量，通过控制器实时采集流量数据至监控中心，可通过对比计算节水灌溉系统的效益。

压力变送器19

安装在灌溉管道上，用于监测管道实时压力，通过控制器实时采集压力数据至监控中心，可监测管道破损情况以及定位等。

电磁阀20

通过控制器可实现电磁阀的启闭，用于控制对应区域是否进行灌溉。

太阳能电源21

农业园区地广且遮挡物少，在市电难以到达的地方使用太阳能发电作为Zigbee模块以及各类传感器的电源。

Zigbee模块22

Zigbee无线技术具有功耗低、数据传输可靠、网络容量大、兼容性好、安全性能高、成本低和时延短等特点，具备接收(RX)、发送(TX)、空闲(IDLE)和休眠(SLEEP)四种工作状态，使用中可灵活配置，适用于农业园区的土壤墒情以及环境参数监测。

土壤温湿度计23

插入土壤中，用于监测农业园区土壤中的温湿度，作为是否需要灌溉的重要因素。

空气温湿度计24

放置在空中，用于监测农业园区环境中的温湿度，作为是否需要灌溉的重要因素。

光照度计25

放置在空中无遮挡处，用于监测农业园区的太阳照度，作为是否需要灌溉的参考因素。

雨量计26

放置在无遮挡处，用于监测农业园区的降雨情况，作为是否需要灌溉的参考因素。

工作原理：本发明使用时，基于多网融合的节水灌溉系统总体架构图如图2所示，其利用基于光纤网络、Zigbee物联网和无线网桥网络的多网融合方式实现灵活组网，主要由灌溉控制子系统、视频监控子系统、土壤墒情和环境监测子系统三部分组成，三个子系统的组网方式是根据数据类型、带宽要求、减少布线等因素合理选择的，其中灌溉控制子系统融合了光纤网络和无线网桥网络，下层数据采集与控制使用的是光纤网络，上层数据传输使用的是无线网桥网络；视频监控子系统与灌溉控制子系统类似，下层视频图像采集、传输至硬盘录像机采用的是光纤网络，上层图像查看采用的无线网桥网络；土壤墒情和环境监测子系统则采用的是独立的Zigbee网络。

灌溉控制子系统采用可编程逻辑控制器作为主控单元，安装在田间LCU柜中，支持实现地和远程控制方式，可编程逻辑控制器采集压力、流量等数据，结合土壤墒情和环境参数，通过田间电磁阀和水泵的合理控制，实现田间作物自动灌溉、轮灌等，是节水灌溉系统的基础内容。

视频监控子系统是目前信息化和自动化建设的标配，考虑到农业生产的范围广，管理中心与田间存在一定的距离，同样将硬盘录像机设计在田间LCU柜中，利用光纤连接摄像头，保证视频存储的可靠性，管理中心视频工作站通过无线网桥的连接可实时查看田间视频。

土壤墒情和环境参数监测是节水灌溉系统的重要组成部分，由于农业灌溉的范围较大，因此采用Zigbee物联网设备自建无线网络方式，来实现光照、土壤温湿度、空气温湿度等数据的实时采集传输，管理中心通过无线网关接收各类数据并存储至对应数据库。

管理中心数据库服务器可以存储、处理各类田间数据，视频工作站、管理中心大屏和手机端通过网络可以接收到视频监控子系统、灌溉控制子系统以及土壤墒情和环境监测子系统传输的数据。

有益效果：本发明结构新颖，利用基于光纤网络、Zigbee物联网和无线网桥网络的多网融合方式实现灵活组网，不仅能有效解决农业灌溉范围广、设备联网问题，而且成本低、安装调试便捷，可适应任意现场环境，能为农业生产中的节水灌溉信息化建设提供解决方案。最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。