一種低功耗灌溉系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種低功耗灌溉系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)采集單元、實時時鐘單元、直流電磁閥、電磁閥驅(qū)動單元、微控制器、存儲器、鍵盤單元、LCD顯示單元、RS485單元、GPRS模塊、數(shù)據(jù)導(dǎo)出單元、以及控制各單元電源的功能電源控制單元。本實用新型在低功耗模式下，核心器件如微控制器和實時時鐘芯片采用休眠模式，功能單元電源關(guān)閉，最大程度的減少功耗；本實用新型可以實現(xiàn)用戶現(xiàn)場以無線或有線的方式導(dǎo)出數(shù)據(jù)至智能手機(jī)或U盤中；本實用新型采用MOS管的方式控制功能單元電源，方便以后系統(tǒng)在不增加休眠時功耗的情況下，擴(kuò)展特殊功能應(yīng)用。
【專利說明】一種低功耗灌溉系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及自動灌溉系統(tǒng)，特別涉及一種低功耗灌溉系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]農(nóng)業(yè)灌溉用水占總用水量比例最高，用水效率底下是現(xiàn)階段灌溉中存在的突出問題。為節(jié)約用水，自動灌溉控制器得到廣泛應(yīng)用。目前灌溉控制器實現(xiàn)低功耗的方法，是通過對器件休眠控制來實現(xiàn)的，但隨著功能增加，系統(tǒng)整體功耗不可避免的增加，且有些功能器件并無休眠功能，為實現(xiàn)系統(tǒng)低功耗，往往是犧牲若干功能。一般灌溉控制器僅能采集若干數(shù)字或模擬量、控制電磁閥和遠(yuǎn)程通信，如對于導(dǎo)出信息，一般通過遠(yuǎn)程通信實現(xiàn)，并未涉及到用戶現(xiàn)場導(dǎo)出數(shù)據(jù)要求。
實用新型內(nèi)容
[0003](一)要解決的技術(shù)問題
[0004]本實用新型要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有實現(xiàn)低功耗的方法，提供一種可實現(xiàn)用戶現(xiàn)場導(dǎo)出使用數(shù)據(jù)的低功耗灌溉系統(tǒng)。
[0005](二)技術(shù)方案
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種低功耗灌溉系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:數(shù)據(jù)采集單元、實時時鐘單元、直流電磁閥、電磁閥驅(qū)動單元、微控制器、存儲器、鍵盤單元、LCD顯示單元、RS485單元、GPRS模塊、數(shù)據(jù)導(dǎo)出單元、開關(guān)電源以及控制各單元電源的功能電源控制單元；所述數(shù)據(jù)采集單元與微控制器連接，用于采集灌溉現(xiàn)場的信息數(shù)據(jù)并將所述信息數(shù)據(jù)向微控制器連接；所述電磁閥驅(qū)動單元與微控制器連接，用于驅(qū)動直流電磁閥的開合；所述存儲器與微控制器連接，用于存儲數(shù)據(jù)采集單元的信息數(shù)據(jù)、微控制器的處理數(shù)據(jù)以及實時時鐘單元的時間信息；所述鍵盤與微控制器連接，用于設(shè)置灌溉參數(shù)；所述LCD單元與微控制器連接，用于提供用戶現(xiàn)場操作界面；所述RS-485通過電子開關(guān)與微控制器連接，用于與其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)通信；所述GPRS模塊通過電子開關(guān)與微控制器連接，用于將微控制器處理的數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺；所述數(shù)據(jù)導(dǎo)出單元通過電子開關(guān)與微控制器連接，用于根據(jù)用戶的選擇將存儲器中的數(shù)據(jù)傳送至外置用戶設(shè)備；所述功能電源控制單元與上述各單元電源均連接，用于根據(jù)微控制器發(fā)送的控制信號控制上述各單元電源。所述實時時鐘單元與微控制器連接，用于提供系統(tǒng)時間信息；所述開關(guān)電源與實時時鐘單元和微控制器連接，用于提供系統(tǒng)休眠時的電源。
[0007]其中，所述數(shù)據(jù)采集單元包括:
[0008]第一采集子單元，與微控制器連接，用于采集開關(guān)信號量；
[0009]以及，第二采集子單元，與微控制器連接，用于采集模擬信號量。
[0010]其中，所述第二采集子單元包括:分壓電阻、轉(zhuǎn)化電阻、電壓采集子單元以及電流采集子單元；
[0011]所述電壓采集子單元與分壓電阻連接，用于采集模擬電壓信號量，經(jīng)分壓電阻降壓后，將降壓后的電壓信號傳送至微控制器；
[0012]所述電流采集子單元與轉(zhuǎn)化電阻連接，用于采集模擬電流信號，經(jīng)轉(zhuǎn)化電阻轉(zhuǎn)換后，將轉(zhuǎn)換后的電壓信號傳送至電壓采集子單元。
[0013]其中，所述功能電源控制單元包括控制IXD電源、存儲器電源、RS485電源、數(shù)據(jù)導(dǎo)出單元電源的第一電源控制單元以及控制GPRS電源、電磁閥電源的第二電源控制單元。
[0014]其中，所述第一電源控制單元包括:串行轉(zhuǎn)并行的轉(zhuǎn)換芯片以及與所述轉(zhuǎn)換芯片連接的MOS管群，所述轉(zhuǎn)換芯片與微控制器連接，用于接收微控制器發(fā)送的控制信號并根據(jù)控制信號驅(qū)動所述MOS管群控制相應(yīng)單元電源。
[0015]其中，所述第二電源控制單元為與微控制器連接的功率線性電源芯片，用于根據(jù)微控制器發(fā)送的控制信號控制相應(yīng)單元電源。
[0016]其中，所述數(shù)據(jù)采集單元包括光照傳感器、空氣溫濕度傳感器、土壤水分傳感器、風(fēng)速傳感器以及風(fēng)向傳感器。
[0017]其中，所述電磁閥驅(qū)動單元包括至少一路與直流電磁閥連接的驅(qū)動芯片和直流電磁閥。
[0018]其中，所述數(shù)據(jù)導(dǎo)出單元包括藍(lán)牙模塊和USB模塊，所述藍(lán)牙模塊和USB模塊均通過與電子開關(guān)連接。
[0019](三)有益效果
[0020]本實用新型考慮到系統(tǒng)擴(kuò)展功能對于整體功耗的影響，通過功能電源控制單元控制各單元電源，方便以后系統(tǒng)中在不增加休眠時功耗的情況下，擴(kuò)展特殊功能應(yīng)用。在實現(xiàn)傳統(tǒng)灌溉控制器采集、控制和遠(yuǎn)程通信功能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步滿足了用戶現(xiàn)場導(dǎo)出數(shù)據(jù)的需求，具有功能全面，適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣等特點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是按照本實用新型一種實施方式的低功耗灌溉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0022]圖2是按照本實用新型一種實施例的低功耗灌溉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0023]為使本實用新型的目的、內(nèi)容和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型的【具體實施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。
[0024]圖1是按照本實用新型一種實施方式的低功耗灌溉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。參照圖1，所述系統(tǒng)包括:數(shù)據(jù)采集單元、實時時鐘單元、電磁閥驅(qū)動單元、微控制器、存儲器、開關(guān)電源、功能電源控制單元、GPRS模塊、IXD顯示單元、RS485單元、數(shù)據(jù)導(dǎo)出單元、鍵盤單元。數(shù)據(jù)采集單元、實時時鐘單元、電磁閥驅(qū)動單元、存儲器、功能電源控制單元和LCD顯示單元與微控制器直接相連；GPRS模塊、RS485單元、數(shù)據(jù)導(dǎo)出單元和電子開關(guān)芯片相連，開關(guān)芯片與微控制器相連。所述實時時鐘單元與微控制器連接，用于提供系統(tǒng)時間信息。開關(guān)電源模塊為系統(tǒng)中的微控制器和實時時鐘單元進(jìn)行供電。
[0025]在本系統(tǒng)中，所述數(shù)據(jù)采集單元用于采集灌溉現(xiàn)場的信息數(shù)據(jù)并將所述信息數(shù)據(jù)向微控制器連接。[0026]所述實時時鐘單元用于提供系統(tǒng)時間信息。
[0027]所述電磁閥驅(qū)動單元用于驅(qū)動直流電磁閥的開合。
[0028]所述存儲器用于存儲數(shù)據(jù)采集單元的信息數(shù)據(jù)、微控制器的處理數(shù)據(jù)以及實時時鐘單元的時間信息。
[0029]所述鍵盤用于設(shè)置灌溉參數(shù)。
[0030]所述IXD單元用于提供用戶現(xiàn)場操作界面。
[0031]所述RS-485用于與其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)通信。
[0032]所述GPRS模塊用于將微控制器處理的數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺。
[0033]所述數(shù)據(jù)導(dǎo)出單元用于根據(jù)用戶的選擇將存儲器中的數(shù)據(jù)傳送至外置用戶設(shè)備。
[0034]所述功能電源控制單元與上述各單元電源均連接，用于根據(jù)微控制器發(fā)送的控制信號控制上述各單元電源。
[0035]數(shù)據(jù)采集單元包括各種環(huán)境傳感器，如:光照強(qiáng)度、水表、空氣溫濕度、土壤水分，風(fēng)速風(fēng)向等傳感器。數(shù)據(jù)采集單元包括第一采集子單元以及第二采集子單元。第一采集子單元采集8路開關(guān)量信號，第二采集子單元采集4路模擬電壓或模擬電流信號量。開關(guān)量信號直接與微控制器相連；模擬電壓信號通過分壓電阻降壓到0-1.65V后，再送到微控制器的模擬端口 ；模擬電流信號需先經(jīng)由轉(zhuǎn)化電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號，再送到電壓采集子單元。
[0036]功能電源控制單元包括第一電源控制單元和第二電源控制單元，其中第一電源控制單元用于控制GPRS電源、電磁閥電源、LCD電源、存儲器電源、RS485電源、藍(lán)牙電源、USB電源，第二電源控制單元用于控制GPRS模塊電源和直流電磁閥電源，其中GPRS與電磁閥電源是分別通過2片功率線性電源芯片(型號:MIC29302WT)控制的，功率線性電源與微控制器相連；其余電源控制通過串行轉(zhuǎn)并行芯片(型號:74HC595)驅(qū)動MOS管(型號:SI2305)的方式來實現(xiàn)的，微控制器與串行轉(zhuǎn)并行芯片相連。在低功耗模式下，可將功能電源控制單元中所有電源切斷，此部分達(dá)到零消耗，此時整體系統(tǒng)僅保留開關(guān)電源和核心電源在工作。
[0037]電磁閥驅(qū)動單元包括4路驅(qū)動芯片(型號:L9110)和直流電磁閥，驅(qū)動芯片與微控制器相連，驅(qū)動芯片分別與各灌溉管道的直流電磁閥相連接。
[0038]數(shù)據(jù)導(dǎo)出單元包括藍(lán)牙模塊和USB模塊，與電子開關(guān)芯片(型號:SN74CBTLV3253)連接，開關(guān)芯片與微控制器相連。
[0039]所述IXD模塊、存儲器(型號:FM24V10)、開關(guān)電源(型號:LT1934)與微控制器(型號:C8051F964)直接相連；RS485模塊和GPRS模塊與電子開關(guān)芯片連接，開關(guān)芯片與微控制器相連。
[0040]本實用新型充分考慮到農(nóng)田灌溉中功耗對使用效果的影響，在待機(jī)時電流不超過15 μ A，提高了電池使用壽命；功能齊備，除提供傳統(tǒng)灌溉控制器的采集、控制功能外，還支持遠(yuǎn)程監(jiān)控和用戶現(xiàn)場數(shù)據(jù)導(dǎo)出，具有通用性強(qiáng)、適應(yīng)性廣、應(yīng)用范圍大等特點。
[0041]本實施方式的系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
[0042]1、本系統(tǒng)在低功耗模式下，核心器件如微控制器和實時時鐘芯片采用休眠模式，功能單元電源關(guān)閉，最大程度的減少功耗。
[0043]2、本系統(tǒng)可以實現(xiàn)用戶現(xiàn)場以無線或有線的方式導(dǎo)出數(shù)據(jù)至智能手機(jī)或U盤中。
[0044]3、本系統(tǒng)采用MOS管的方式控制功能單元電源，方便以后系統(tǒng)在不增加休眠時功耗的情況下，擴(kuò)展特殊功能應(yīng)用。[0045]實施例
[0046]如圖2所示，本實施例的灌溉控制器安置在大田中，對田間作物進(jìn)行需水監(jiān)測，并執(zhí)行灌溉。
[0047]本實施例中，所述數(shù)據(jù)采集單元的信號輸入端與所述水表、光照度傳感器、土壤水分、風(fēng)速、空氣溫濕度傳感器等連接。
[0048]本實施例中，所述電磁閥驅(qū)動電路的信號輸出端與直流電磁閥連接。
[0049]本實施例中，所述GPRS模塊通過GPRS協(xié)議連接至以太網(wǎng)中。
[0050]本實施例中，所述藍(lán)牙模塊通過無線方式與智能手機(jī)連接。
[0051]本實施例中，所述USB模塊通過有線方式與U盤連接。
[0052]本實施例中，系統(tǒng)采集空氣溫濕度，風(fēng)速風(fēng)向和光照強(qiáng)度等田間氣象數(shù)據(jù)、土壤水分信息，通過按鍵的設(shè)置和實時時鐘模塊提供的時間信息，根據(jù)作物生長發(fā)育模型，經(jīng)由驅(qū)動電路控制電磁閥的閉合來對不同作物進(jìn)行灌溉。采集、灌溉和時間信息一方面存儲在Flash存儲器中，一方面由GPRS模塊傳送至遠(yuǎn)程控制平臺。用戶在現(xiàn)場可通過智能手機(jī)或U盤獲取Flash中的數(shù)據(jù)。
[0053]以上所述僅為本實用新型的實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本實用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種低功耗灌溉系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括:數(shù)據(jù)采集單元、實時時鐘單元、直流電磁閥、電磁閥驅(qū)動單元、微控制器、存儲器、鍵盤單元、IXD顯示單元、RS485單元、GPRS模塊、數(shù)據(jù)導(dǎo)出單元、開關(guān)電源以及控制各單元電源的功能電源控制單元； 所述數(shù)據(jù)采集單元與微控制器連接，用于采集灌溉現(xiàn)場的信息數(shù)據(jù)并將所述信息數(shù)據(jù)向微控制器連接；所述電磁閥驅(qū)動單元與微控制器連接，用于驅(qū)動直流電磁閥的開合；所述存儲器與微控制器連接，用于存儲數(shù)據(jù)采集單元的信息數(shù)據(jù)、微控制器的處理數(shù)據(jù)以及實時時鐘單元的時間信息；所述鍵盤與微控制器連接，用于設(shè)置灌溉參數(shù)；所述LCD單元與微控制器連接，用于提供用戶現(xiàn)場操作界面；所述RS-485通過電子開關(guān)與微控制器連接，用于與其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)通信；所述GPRS模塊通過電子開關(guān)與微控制器連接，用于將微控制器處理的數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺；所述數(shù)據(jù)導(dǎo)出單元通過電子開關(guān)與微控制器連接，用于根據(jù)用戶的選擇將存儲器中的數(shù)據(jù)傳送至外置用戶設(shè)備；所述功能電源控制單元與上述各單元電源均連接，用于根據(jù)微控制器發(fā)送的控制信號控制上述各單元電源；所述實時時鐘單元與微控制器連接，用于提供系統(tǒng)時間信息；所述開關(guān)電源與實時時鐘單元和微控制器連接，用于提供系統(tǒng)休眠時的電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的灌溉系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集單元包括: 第一采集子單元，與微控制器連接，用于采集開關(guān)信號量； 以及，第二采集子單元，與微控制器連接，用于采集模擬信號量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的灌溉系統(tǒng)，其特征在于，所述第二采集子單元包括:分壓電阻、轉(zhuǎn)化電阻、電壓采集子單元以及電流采集子單元； 所述電壓采集子單元與分壓電阻連接，用于采集模擬電壓信號量，經(jīng)分壓電阻降壓后，將降壓后的電壓信號傳送至微控制器； 所述電流采集子單元與轉(zhuǎn)化電阻連接，用于采集模擬電流信號，經(jīng)轉(zhuǎn)化電阻轉(zhuǎn)換后，將轉(zhuǎn)換后的電壓信號傳送至電壓采集子單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的灌溉系統(tǒng)，其特征在于，所述功能電源控制單元包括控制LCD電源、存儲器電源、RS485電源、數(shù)據(jù)導(dǎo)出單元電源的第一電源控制單元以及控制GPRS電源、電磁閥電源的第二電源控制單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的灌溉系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電源控制單元包括:串行轉(zhuǎn)并行的轉(zhuǎn)換芯片以及與所述轉(zhuǎn)換芯片連接的MOS管群，所述轉(zhuǎn)換芯片與微控制器連接，用于接收微控制器發(fā)送的控制信號并根據(jù)控制信號驅(qū)動所述MOS管群控制相應(yīng)單元電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的灌溉系統(tǒng)，其特征在于，所述第二電源控制單元為與微控制器連接的功率線性電源芯片，用于根據(jù)微控制器發(fā)送的控制信號控制相應(yīng)單元電源。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的灌溉系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集單元包括光照傳感器、空氣溫濕度傳感器、土壤水分傳感器、風(fēng)速傳感器以及風(fēng)向傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的灌溉系統(tǒng)，其特征在于，所述電磁閥驅(qū)動單元包括至少一路與直流電磁閥連接的驅(qū)動芯片和直流電磁閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的灌溉系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)導(dǎo)出單元包括藍(lán)牙模塊和USB模塊，所述藍(lán)牙模塊和USB模塊均通過與電子開關(guān)連接。
【文檔編號】A01G25/16GK203575260SQ201320778766
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月2日
【發(fā)明者】王明飛, 申長軍, 鄭文剛, 田宏武, 邢振, 張馨, 鮑鋒, 李金雷, 梁居寶 申請人:北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心