基于ＺｉｇＢｅｅ通信技术的阀门控制器及其控制方法涉及节水灌溉自动化控制系统。阀门控制器由可调功率射频和中央控制模块、阀门控制模块、水压采集反馈模块、工程安装调试模块、供电单元五部分构成。电源单元实行３路供电，其中３．３Ｖ电源常开，５．５Ｖ电源和对电磁阀开／关控制的５００ｍＡ大电流电源可关断。控制中心与阀门控制节点间构成ＺｉｇＢｅｅ网状网网络通信，射频功率根据距离可调。对阀门控制器采用整体唤醒和整体休眠的工作方式对电磁阀进行开／关控制和信息反馈。本发明专利技术功耗特别低，使用电池便可实现ＺｉｇＢｅｅ通信。且可靠性、安全性高，安装调试容易，水量智能计量。不仅使膜下滴灌技术的优势充分发挥，更为工程化实施提供了有利条件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及节水灌溉设施的远程无线自动控制，特别是膜下滴灌自动化控制系统中的阀 门控制器和控制方法。
技术介绍
现有膜下滴灌是一种结合了以色列滴灌技术和国内覆膜技术优点的新型节水技术。水、 肥、农药等通过滴灌带直接作用于作物根系，加上地膜覆盖，棵间蒸发甚微，十分利于作物 的生长发育。采用这种技术后既省水，滴水均匀，作物增产又有保证，得到较好的推广应用， 在新疆已经推广应用了 800多万亩。在农业信息化指导思想下，新疆建设兵团己经着手于滴灌系统信息化试点的建设，利用 湿度检测仪器、阀门控制器和远程控制中心等设备武装膜下滴灌系统，实现了远程土壤含水 量计量检测；灌水时间和阀门开/关自动控制的功能。省去人工采样实验程序，节约劳力和 节省时间，保证了灌溉精度。但是，由于滴灌技术推广过程的阶段性限制，当前阀门控制器 基本还停留在基于有线网络(通常采用RS485总线)和基于433MHZ无线星型网络的自动 化滴灌控制器，在实际应用过程中还存在诸多弊端。有线通信方式的主要缺点是需要挖掘电缆沟埋设长距离的电缆，成本高，施工过程非 常复杂，建设周期长，每年灌溉季节过后都需要回收地分支电缆，在第二年重新接线。同时 局限性太大，适应性差，维护，检修、扩展都十分不易。433MHZ无线星型通信方式的缺点是 星型网适应性差，若节点与控制中心之间有大的阻挡物或作物将严重影响该节点通信，甚至 不能通信。由于通信控制在433MHZ频段，不仅设备数量受到限制，而且每个节点采用不同 信道与控制中心通信， 一个信道的可用带宽大都被限制在10kbps或更低，各信道的频谱宽 度小，相互间干扰大，抗干扰能力弱，加之， 一般未采用加密通信方式，无法分辨同频段的 干扰信号，从而引起误操作。在整体控制方面系统功能单一。现有的滴灌控制系统采用电磁阀门(电磁头)进行供水 开/关控制。由于电磁阀门无法实现状态反馈控制，必须采用间接方式反馈，即压力开关， 而这种方式无法准确判断阀门的真正状态，达到流量的精确计量和灌溉水量的精确控制。近年来，ZigBee通信技术快速发展。这种通信方式其构架简单、功耗低、成本低廉，满 足多种无线要求，在自动控制设备、传感器等领域显示出极强的优势。但是，要将ZigBee通信技术引入到膜下滴灌自动化控制系统中却非常不容易。因为在野外，电源的稳定供给十 分困难。要想将交流电输送到各个控制节点几乎不可能。要使用电池供电就必须最大限度的 降低功耗，最大限度地延长电池使用周期。
技术实现思路
本专利技术的目的是在野外大规模布置阀门控制器的情况下将ZigBee无线技术应用到远程阀 门控制中来。通过硬件与软件的充分配合，彻底解决系统功耗问题，仅使用电池对系统供电， 实现远程阀门控制与状态采集，同时易于工程安装实施从而大规模推广应用。本专利技术的基本思路是采用基于ZigBee技术的无线数据传输网络，传输命令控制电磁阀的 开关，同时传输压力传感器反馈水压数据，从而实现远程控制阀门开关和智能计量。实现 ZigBee通信方式采用自动调节节点的发射功率以降低功耗，同时通过软件配合ZigBee协议 栈实现全网时间同步，达到全网同时休眠同时唤醒，平时将电磁阀控制器设为休眠模式，定 时唤醒并向控制中心询问，以延长电池的使用寿命。每一次灌溉开始前只需要预设灌溉所需水量，然后控制中心发送控制命令。通过现有无 线网络，如GSM、 CDMA和WLAN等传送至远程控制终端RTU，然后通过RTU转发至ZigBee无 线网络并自动路由。远程的阀门控制节点接收到控制命令开/关相应电磁阀；同时，阀门控 制器开启压力传感器电源，自动采集水压数据，并回发数据到控制中心。控制中心接收到水 压数据，自动査找该水压下相对应的流速，并根据该次灌溉所需水量，自动计算灌溉时间。 当灌溉时间到达时，控制中心自动发出命令，关闭电磁阀。整个灌溉过程只需要预设灌溉所 需水量，不需要人工干预，非常智能化。在硬件设置上充分考虑低功耗的要求。本专利技术的目的是这样达到的一种基于ZigBee通信技术的阀门控制器，与控制中心、远程终端设备RTU共同构成膜下 滴灌自动化控制系统，控制中心通过现有无线网络与安置在田间的远程终端设备RTU连接， 其特征在于远程终端设备RTU与各个阀门控制节点构成ZigBee通信网络，各个阀膜下滴 灌自动化控制系统的控制中心通过现有无线网络与安置在田间的远程终端设备RTU连接，RTU 与各个阀门控制节点构成ZigBee通信网络，各个阀门控制节点设置阀门控制器，阀门控制 器由可调功率射频和中央控制MCU模块、阀门控制模块、水压采集反馈模块、工程安装调 试模块、供电单元五部分构成，可调功率射频和中央控制模块与系统控制中心的射频模块相 匹配，阔门控制模块，水压采集反馈模块，工程安装调试模块分别与可调功率射频模块中央 控制模块双向连接，阀门控制模块的输出端连接电磁阀门，水压采集模块的输出端连接压力 传感器，供电单元模块与电池连接，3路供电，包括阀门控制器的2组工作电源和电磁阀门 的大电流开/关电源。所述可调功率射频和中央控制模块是由集成有射频模块具有增强型8051内核的芯片 CC2430，高频放大器CC2591和2.4GHZ天馈系统组成。所述供电单元模块与电池连接提供阀 门控制器的2组工作电源和电磁阀门的大电流开/关电源，是由芯片MIC5219-3.3提供可调功 率射频和中央控制模块、工程安装调试模块所需的3.3V的工作电源，由芯片MIC5219-5.0 提供压力传感器所需的5.0V电源，由芯片MIC29302提供电磁阀门开/关所需的500mA大电 流可关断电源。工程安装调试模块是由3. 3V电源供电，是以拨动开关对其进行供电开/关控制。所述阀门控制模块的输出端连接的电磁阀门可连接n个，所述水压采集模块的输出端连 接压力传感器可连接n个。所述阀门控制模块是采用芯片ULN2803和二极管构成的逻辑开关电路，水压采集模块是 压力传感器。工程调试模块是MAX3232和RS232接口 。阀门控制器的控制方法是与膜下滴灌自动化控制系统的控制中心相连接的远程终端设 备RTU与阀门控制节点间采用ZigBee无线数据传输通信，构成ZigBee网状网网络通信，其 中远程终端设备RTU作为协调器节点(中心节点)，各节点射频功率根据距离可调；通过软 件对阀门控制器采用同时唤醒和同时休眠的间歇式运行工作方式，控制中心通过向各阀门控 制器发送命令实现对指定电磁阀门进行开/关控制，同时进行水压采集信息的反馈；阀门控 制器中的电源单元实行3路供电，包括3.3V常开电源，5 V可关断电源和对电磁阀开/关控 制可关断大电流电源。所述3.3V常开电源，是对可调射频放大和中央控制模块、工程安装调试模块的供电电源， 5V可关断电源是对水压采集反馈模块和压力传感器提供电源，在不进行水压采集时关闭。对 电磁阀门开/关控制的可关断大电流电源，在电磁阀执行开/关命令时供电，在不执行开/关 命令时关闭。所述阀门控制器是在软件的控制下工作，其阀门控制器休眠和唤醒的流程是初始化后， I/O 口高阻位，关闭不要的电源，打开射频端口，远程终端设备通过广播方式向所有阀门控 制节点发送校时帧，告知定时器初值，各阀门控制节点收到此广播帧后通过修改定时器初值 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于ＺｉｇＢｅｅ通信技术的阀门控制器，与控制中心、远程终端设备ＲＴＵ共同构成膜下滴灌自动化控制系统，控制中心通过现有无线网络与安置在田间的远程终端设备ＲＴＵ连接，其特征在于：远程终端设备ＲＴＵ与各个阀门控制节点构成ＺｉｇＢｅｅ通信网络，各个阀门控制节点设置阀门控制器，阀门控制器由可调功率射频和中央控制ＭＣＵ模块、阀门控制模块、水压采集反馈模块、工程安装调试模块、供电单元五部分构成，可调功率射频和中央控制ＭＣＵ模块与系统控制中心的射频模块相匹配，阀门控制模块，水压采集反馈模块，工程安装调试模块分别与可调功率射频模块中央控制模块双向连接，阀门控制模块的输出端连接电磁阀门，水压采集模块的输出端连接压力传感器，供电单元模块与电池连接，３路供电，包括阀门控制器的２组工作电源和电磁阀门的大电流开／关电源。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：贺新，古钟璧，李博，魏煜帆，冯宇，
申请(专利权)人：贺新，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]
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