一种田间精量节水灌溉控制器制造技术

本发明专利技术公开了一种田间精量节水灌溉控制器，采用低功耗ZigBee芯片和低功耗ARM主控电路，以及低压充电驱动电磁阀方案，使用4节普通5号碱性干电池组供电，可驱动四路12V电压脉冲的电磁阀开关，且可保持装置工作两个灌溉季以上；本发明专利技术与四路灌溉电磁阀配套使用，可以准确监测每个灌溉控制阀的工作状态和累积流量，并可方便快捷地组建低功耗田间自动化灌溉系统，整个装置成本低、工程实施成本低、运维费用低，有利于自动化精准灌溉系统的推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种田间精量节水灌溉控制器
本专利技术涉及一种田间精量节水灌溉控制器，属于农田水利灌溉

技术介绍
灌溉控制器一般作为自动化灌溉系统的一部分，主要用于自动化灌溉系统中接收上位机系统的控制指令，实现对所辖的电磁阀的开启和关闭控制。由于自动化灌溉系统主要应用于农业领域，多数灌溉自动化系统处于应用示范阶段，享有政府农业补贴等优惠政策，因此，当前在自动化灌溉系统及其装置的设计和应用上偏重于功能满足要求，在成本和可维护性设计方面较欠缺。一旦需要大规模推广应用，系统功能差异不大，成本必然成为用户首要考虑的因素。目前的灌溉控制器主要是采用无线(卫星、ZigBee、GSM/GPRS)技术的自动化灌溉系统或控制装置。中国专利技术专利公开号为CN102200767A公开了卫星灌溉系统控制器，采用低功率无线数据自动传输器来进行数据传输；中国专利技术专利公开号为CN104770274A公开了无线通信终端远程智能灌溉控制装置，采用手机卡即采用GSM进行通信；中国专利技术专利公开号为CN102550371A公开了一种基于物联网技术的小区或别墅用自动化灌溉控制系统及方法，介绍了采用ZigBee技术方案的，但无阀门状态反馈采集，且功耗状态未标明。中国专利技术专利公开号为CN103120113A公开了一种基于ZigBee小型区域灌溉系统，采用了ZigBee技术。中国专利技术专利公开号为CN104285763A公开了基于物联网的太阳能精准灌溉系统，采用的是现地有线链接配合3G模块无线远传的方式。中国专利技术专利公开号为CN104335882A公开了一种无线精确灌溉控制系统中采用了无线射频模块通信，然后通过继电器模块来控制泵及电磁阀的开启和关闭。中国专利技术专利公开号为CN104396700A公开了一种远程灌溉控制系统采用3G或GSM模块，供电方式采用可充电电池组配合太阳能板。中国专利技术专利公开号为CN104460403A公开了栽培环境监测及灌溉控制系统现场无线传输装置，介绍了采用ZigBee作为无线方式，但未介绍灌溉控制单元，仅对电磁阀进行驱动。中国专利技术专利公开号为CN105046924A公开了基于物联网的农田智能灌溉控制系统及其运行方法，介绍了结合ZigBee和GSM模块的控制系统。目前灌溉控制系统的灌溉控制器技术上主要存在以下缺点：1)成本高、影响推广使用当前的灌溉控制器或灌溉控制系统，若采用有线的通信及电源供给方式，则铺设电缆的成本较高且妨碍农田耕作，基本上不适合大规模田间灌溉的应用；因此，现有的设计多采用无线方式，无线方式有GSM/GPRS及ZigBee等无线技术，但由于GSM/GPRS运行中需付费，导致用户在购置装置后，还需持续投入，农业领域的用户对成本敏感，导致GSM/GPRS的无线通信方式也会影响产品的推广使用。ZigBee作为一种低功耗的无线通信技术，比较适合作为灌溉控制器的通信方式。此外，产品的整体设计方案，决定了装置的成本，决定了产品是否值得推广。2)功耗高，需配备太阳能板和蓄电池由于当前装置多采用太阳能板和蓄电池供电，未提及使用普通碱性干电池供电方式，这跟装置的功耗密切相关，由此可推断出当前装置在设计方案上，未进行低功耗设计或存在不足，无法使用低电压的碱性干电池组驱动需大电流及高电压的电磁阀门。装置功耗高，需额外配置太阳能板和蓄电池，一方面增加系统的整体成本，另一方面，系统的防盗等维护成本也相应增加。3)功能缺失，无电磁阀阀门状态监测功能；现有的灌溉控制器，没有所控制的电磁阀阀门工作状态的反馈，用户无法准确获知每个灌溉控制阀的工作状态，无法及时发现问题、排除故障，可能会导致装置故障进一步恶化，无法保证灌溉系统的运行性能。4)功能缺失，无精确流量计量功能当前的灌溉控制器，集成了温度、商情采集、甚至于温度、气象等信息的采集，但这种方式，功能多成本高。大规模田间灌溉自动化系统中，所需的控制器数量众多，分布广泛，但整个田间的温度、气象信息甚至墒情信息差异不大，监测数量需求远少于控制器的数量。灌溉控制器的主要作用，应实现对阀门的开启关闭控制，此外，要实现准确感知阀门工作状态，准确计量通过所控阀门的水量，从而为实现精量灌溉提供条件。当前的阀门控制器，在自身精确流量计量方面还有欠缺。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种低功耗、低成本、组网方便，具备电磁阀阀门状态监测功能和流量计量功能的田间精良节水灌溉控制器，从而适合大规模田间灌溉自动化系统的工程应用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种田间精量节水灌溉控制器，包括主控ARM电路和与之相连的电源管理电路、升压控制电路、正反向驱动电路、电磁阀阀门状态检测电路、电磁阀流速检测电路、ZigBee通信电路、定时中断电路、实时时钟电路，还包括干电池组、12V可调升压电路、充电及蓄能电路、四路通道驱动选择电路、四路通道状态检测选择电路以及与灌溉控制器配套使用的四路具备状态反馈功能的电磁阀；所述干电池组与电源管理电路相连，为灌溉控制器提供4～6.4V区间的工作电源；所述升压控制电路连接12V可调升压电路，主控ARM电路一旦接收到上位机灌溉控制系统的阀门开启或关闭命令，则开启升压控制电路，升压控制电路控制12V可调升压电路，可调升压电路通过可变分压电阻的调节，将低电压升压至12V左右，实现对充电及蓄能电路的充电；所述正反向驱动电路连接四路通道驱动选择电路，正反向驱动电路通过四路通道驱动选择电路选定四路具备状态反馈功能的电磁阀中待驱动的一路电磁阀，开启充电及蓄能电路的快速放电，实现大电流脉冲驱动电磁阀开启或者关闭；所述电磁阀阀门状态检测电路用于检测电磁阀阀门开度状态；所述电磁阀流速检测电路用于检测流经开启的电磁阀的累积流量；所述定时中断电路用于定时将电磁阀流速检测电路唤醒执行流速测量任务；所述实时时钟电路用于记录电磁阀阀门开启和关闭的时间；所述电源管理电路为主控ARM电路、四路通道驱动选择电路、电磁阀阀门状态检测电路、四路通道状态检测选择电路、ZigBee通信电路、实时时钟电路提供工作电源；所述主控ARM电路通过ZigBee通信电路与上位机灌溉控制系统进行无线组网和通信。前述的主控ARM电路采用ARM芯片STM32L151。前述的12V可调升压电路和充电及蓄能电路之间增设充电限流电路，实现对充电及蓄能电路的小电流充电，直至充满。前述的电磁阀阀门状态检测电路检测电磁阀阀门开度状态的过程如下：当执行电磁阀阀门开启动作后，主控ARM电路启动电磁阀阀门状态检测电路，并通过四路通道状态检测选择电路选择开启四路具备状态反馈功能的电磁阀中的一路电磁阀，电磁阀阀门状态检测电路为电磁阀内的光电距离变送电路板供3.3V的电压，并采集光电距离变送电路板反馈的阀门开关距离的电压信号，通过标定的电压——开度校准曲线得到阀门的开度，从而实现对电磁阀阀门开度状态的检测。前述的电磁阀流速检测电路检测流经开启的电磁阀的累积流量的过程如下：若电磁阀正常开启，主控ARM电路启动电磁阀阀门流速检测电路，测量开启的一路电磁阀内置的转速表的数值，即获得了当前电磁阀进水口的流速，测量过程中，通过定时中断电路，定时将电磁阀阀门流速检测电路唤醒执行流速测量任务，测量完毕后，主控ARM电路控制整个电路进入低功耗休眠状本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种田间精量节水灌溉控制器，其特征在于，包括主控ARM电路和与之相连的电源管理电路、升压控制电路、正反向驱动电路、电磁阀阀门状态检测电路、电磁阀流速检测电路、ZigBee通信电路、定时中断电路、实时时钟电路，还包括干电池组、12V可调升压电路、充电及蓄能电路、四路通道驱动选择电路、四路通道状态检测选择电路以及与灌溉控制器配套使用的四路具备状态反馈功能的电磁阀；所述干电池组与电源管理电路相连，为灌溉控制器提供4～6.4V区间的工作电源；所述升压控制电路连接12V可调升压电路，ARM主控电路一旦接收到上位机灌溉控制系统的阀门开启或关闭命令，则开启升压控制电路，升压控制电路控制12V可调升压电路，可调升压电路通过可变分压电阻的调节，将低电压升压至12V左右，实现对充电及蓄能电路的充电；所述正反向驱动电路连接四路通道驱动选择电路，正反向驱动电路通过四路通道驱动选择电路选定四路具备状态反馈功能的电磁阀中待驱动的一路电磁阀，开启充电及蓄能电路的快速放电，实现大电流脉冲驱动电磁阀开启或者关闭；所述电磁阀阀门状态检测电路用于检测电磁阀阀门开度状态；所述电磁阀流速检测电路用于检测流经开启的电磁阀的累积流量；所述定时中断电路用于定时将电磁阀流速检测电路唤醒执行流速测量任务；所述实时时钟电路用于记录电磁阀阀门开启和关闭的时间；所述电源管理电路为主控ARM电路、四路通道驱动选择电路、电磁阀阀门状态检测电路、四路通道状态检测选择电路、ZigBee通信电路、实时时钟电路提供工作电源；所述主控ARM电路通过ZigBee通信电路与上位机灌溉控制系统进行无线组网和通信。...

【技术特征摘要】
1.一种田间精量节水灌溉控制器，其特征在于，包括主控ARM电路和与之相连的电源管理电路、升压控制电路、正反向驱动电路、电磁阀阀门状态检测电路、电磁阀流速检测电路、ZigBee通信电路、定时中断电路、实时时钟电路，还包括干电池组、12V可调升压电路、充电及蓄能电路、四路通道驱动选择电路、四路通道状态检测选择电路以及与灌溉控制器配套使用的四路具备状态反馈功能的电磁阀；所述干电池组与电源管理电路相连，为灌溉控制器提供4～6.4V区间的工作电源；所述升压控制电路连接12V可调升压电路，主控ARM电路一旦接收到上位机灌溉控制系统的阀门开启或关闭命令，则开启升压控制电路，升压控制电路控制12V可调升压电路，可调升压电路通过可变分压电阻的调节，将低电压升压至12V左右，实现对充电及蓄能电路的充电；所述正反向驱动电路连接四路通道驱动选择电路，正反向驱动电路通过四路通道驱动选择电路选定四路具备状态反馈功能的电磁阀中待驱动的一路电磁阀，开启充电及蓄能电路的快速放电，实现大电流脉冲驱动电磁阀开启或者关闭；所述电磁阀阀门状态检测电路用于检测电磁阀阀门开度状态；所述电磁阀流速检测电路用于检测流经开启的电磁阀的累积流量；所述定时中断电路用于定时将电磁阀流速检测电路唤醒执行流速测量任务；所述实时时钟电路用于记录电磁阀阀门开启和关闭的时间；所述电源管理电路为主控ARM电路、四路通道驱动选择电路、电磁阀阀门状态检测电路、四路通道状态检测选择电路、ZigBee通信电路、实时时钟电路提供工作电源；所述主控ARM电路通过ZigBee通信电路与上位机灌溉控制系统进行无线组网和通信；所述电磁阀阀门状态检测电路检测电磁阀阀...

【专利技术属性】
技术研发人员：华涛，李永红，蓝彦，李水兵，芮钧，刘磊，袁颖华，郑健兵，罗孝兵，李桂平，安保庆，李冰，
申请(专利权)人：南京南瑞集团公司，国网电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32