專利名稱：嵌入式手持灌溉控制終端及自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及灌溉控制設(shè)備，特別涉及一種基于GPRS無(wú)線通訊和串口無(wú)線數(shù) 據(jù)傳輸?shù)那度胧绞殖止喔瓤刂平K端及自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)信息化、智能化水平不斷提高。在灌溉領(lǐng)域科技人員 開發(fā)了自動(dòng)灌溉控制器，如專利號(hào)為03228608. 2的中國(guó)實(shí)用新型專利"自動(dòng)灌溉控制器" 公開了一種可根據(jù)傳感器輸入量和預(yù)先設(shè)定的灌溉模式控制電磁閥以進(jìn)行灌溉的自動(dòng)灌 溉控制器；另外專利號(hào)為200610056942. 7的中國(guó)實(shí)用新型專利"一種溫室環(huán)境及灌溉自動(dòng) 控制系統(tǒng)和方法"公開了一種可以根據(jù)相應(yīng)的控制邏輯對(duì)環(huán)境設(shè)備以及灌溉進(jìn)行自動(dòng)控制 并具有有線數(shù)據(jù)傳輸和手機(jī)無(wú)線遠(yuǎn)程控制功能的溫室環(huán)境及自動(dòng)灌溉控制器，該控制器以 GSM方式實(shí)現(xiàn)對(duì)灌溉控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。以上的灌溉控制器的人機(jī)交互單元固定在控制 器上，這造成了灌溉控制器的安裝位置選擇的局限性，同時(shí)給工作人員的操作帶來(lái)不便。目 前，科技人員進(jìn)一步開發(fā)了以PC機(jī)作為服務(wù)器同多個(gè)灌溉控制器組成的自動(dòng)灌溉控制系 統(tǒng)，其可通過(guò)PC機(jī)對(duì)灌區(qū)整體的灌溉情況進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。但是，利用PC機(jī)作為自動(dòng)灌 溉系統(tǒng)的監(jiān)控單元，工作人員必須在固定的地點(diǎn)對(duì)自動(dòng)灌溉系統(tǒng)進(jìn)行管理和控制，對(duì)灌溉 狀況的監(jiān)控受到時(shí)間和空間的限制。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于解決現(xiàn)有的自動(dòng)灌溉控制器和控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)及不足，提 供一種可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)近距離無(wú)線操作灌溉控制器和遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控灌溉控制系統(tǒng)的、具有良 好人機(jī)交互界面的嵌入式手持灌溉控制終端。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本新型提供了一種嵌入式手持灌溉控制終端，該嵌入式手持灌 溉控制終端包括中央處理單元及分別與其連接的存儲(chǔ)單元、人機(jī)交互單元和無(wú)線通訊單 元，其中 所述人機(jī)交互單元由顯示屏和輸入單元組成； 所述無(wú)線通訊單元由支持TCP/IP協(xié)議的GPSR模塊和支持無(wú)線串口通訊的串口無(wú) 線數(shù)傳模塊組成，所述GPRS模塊和串口無(wú)線數(shù)傳模塊同時(shí)利用標(biāo)準(zhǔn)的Modbus協(xié)議傳輸控 制指令并獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。 優(yōu)選地，所述存儲(chǔ)單元包括內(nèi)部存儲(chǔ)器和固化了操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的NAND Flash存儲(chǔ)器。 優(yōu)選地，所述人機(jī)交互單元的顯示屏為L(zhǎng)CD顯示屏，輸入單元為觸摸屏。 優(yōu)選地，該嵌入式手持灌溉控制終端還包括與中央處理單元連接的電源、復(fù)位模
塊、RTC時(shí)鐘模塊。 優(yōu)選地，所述中央處理單元內(nèi)核采用li皿x-2. 6. 22. 1的操作系統(tǒng)； 中央處理單元內(nèi)嵌入手持灌溉控制應(yīng)用軟件，采用Qtopia Core圖形界面庫(kù)；[0012] 嵌入式手持灌溉控制終端還包括硬件驅(qū)動(dòng)單元，用于提供顯示屏、輸入單元、串口無(wú)線數(shù)傳模塊、NAND Flash存儲(chǔ)器和GPRS模塊撥號(hào)上網(wǎng)的驅(qū)動(dòng)。 優(yōu)選地，電源和復(fù)位模塊包括用于為CPU供電的3. 3V電源、為GPRS模塊供電的4. 2V電源，為串口無(wú)線數(shù)傳模塊供電的5V電源和為RTC時(shí)鐘模塊供電的1.7V電源。[0014] 優(yōu)選地，GPRS模塊的串口輸入輸出端直接與中央處理單元的串口輸入輸出端相連，串口無(wú)線數(shù)傳模塊輸入輸出端與中央處理單元的另一串口輸入輸出端相連，其中被傳輸?shù)碾娖酵ㄟ^(guò)MAX3232CSA轉(zhuǎn)換為RS232格式。優(yōu)選地，所述GPRS模塊為西門子生產(chǎn)的型號(hào)為MC39i的GPRS芯片； 所述串口無(wú)線數(shù)傳模塊為接口通訊格式為RS232、波特率為2400的無(wú)線數(shù)傳芯片
KVL-1020U ; 所述中央處理單元采用三星公司生產(chǎn)的型號(hào)為ARM9的微處理器S3C2410。[0018]優(yōu)選地，所述LCD顯示屏采用尺寸為3. 5寸、分辨率為320X240的真彩色TFT液晶屏。 本實(shí)用新型還提供了一種自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括服務(wù)器、灌溉控制器和如權(quán)利要求1所述的嵌入式手持灌溉控制終端，所述嵌入式手持灌溉控制終端通過(guò)無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)GPRS登陸灌溉服務(wù)器，通過(guò)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)Modbus協(xié)議格式的指令監(jiān)控灌溉控制器，同時(shí)還通過(guò)串口無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式直接操控灌溉控制器。 利用本實(shí)用新型提供的嵌入式手持灌溉控制終端及自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)，具有以下有益效果 1)提供GPRS和串口無(wú)線數(shù)傳兩種通訊方式，同時(shí)滿足對(duì)自動(dòng)灌溉系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控和對(duì)灌溉控制器現(xiàn)場(chǎng)操作的需要； 2)數(shù)據(jù)處理單元采用嵌入式li皿x操作系統(tǒng)和Qtopia Core圖形界面庫(kù)，提供直觀的中文圖形界面，操作簡(jiǎn)單方便； 3)使用工業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的Modbus協(xié)議，另外提供添加設(shè)備類型功能，適用于具有Modbus通訊功能的多種灌溉控制器。

圖1為本實(shí)用新型嵌入式手持灌溉控制終端的硬件結(jié)構(gòu)方框圖； 圖2為本實(shí)用新型嵌入式手持灌溉控制終端的軟件結(jié)構(gòu)方框圖； 圖3A為本實(shí)用新型嵌入式手持灌溉控制終端所采用的電源1連接電路圖； 圖3B為本實(shí)用新型嵌入式手持灌溉控制終端所采用的電源2連接電路圖； 圖3C為本實(shí)用新型嵌入式手持灌溉控制終端所采用的電源3連接電路圖； 圖3D為本實(shí)用新型嵌入式手持灌溉控制終端所采用的電源4連接電路圖； 圖3E為本實(shí)用新型嵌入式手持灌溉控制終端的復(fù)位電路圖； 圖4A為本實(shí)用新型嵌入式手持灌溉控制終端的GPRS模塊與CPU連接電路圖； 圖4B為本實(shí)用新型嵌入式手持灌溉控制終端的GPRS模塊啟動(dòng)電路圖； 圖5為本實(shí)用新型嵌入式手持灌溉控制終端的串口無(wú)線數(shù)傳模塊與CPU連接電路
圖； 圖6為本實(shí)用新型嵌入式手持灌溉控制終端的應(yīng)用程序主要功能模塊方框圖。
4[0035] 圖7為本實(shí)用新型自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提出的嵌入式手持灌溉控制終端及自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)，結(jié)合附圖和實(shí)施例說(shuō)明如下。 如圖1所示，嵌入式手持灌溉控制終端的硬件部分，由CPU和分別與其相連的電源、復(fù)位電路、RTC時(shí)鐘、SRAM內(nèi)部存儲(chǔ)器、NAND Flash外部存儲(chǔ)器、顯示屏(如LCD顯示屏)、輸入單元(如觸摸屏，鍵盤，手寫筆等)、支持TCP/IP協(xié)議的GPRS模塊、支持無(wú)線串口通訊的串口無(wú)線數(shù)傳模塊構(gòu)成。GPRS模塊和串口無(wú)線數(shù)傳模塊同時(shí)利用標(biāo)準(zhǔn)的Modbus協(xié)議傳輸控制指令并獲取實(shí)時(shí)信息。GPRS模塊提供了 TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，通過(guò)無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)GPRS登錄灌溉系統(tǒng)的服務(wù)器，利用服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)控制指令，對(duì)整個(gè)灌溉系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能。串口無(wú)線數(shù)傳單元提供了在灌溉現(xiàn)場(chǎng)近距離對(duì)灌溉控制器進(jìn)行無(wú)線控制和管理的功能。 參照?qǐng)D2，嵌入式手持灌溉控制終端的軟件部分，由li皿x-2.6.22. 1內(nèi)核與
cramfs只讀文件系統(tǒng)、yaffs讀寫文件系統(tǒng)構(gòu)成操作系統(tǒng)層，由NAND Flash存儲(chǔ)器驅(qū)動(dòng)、LCD顯示屏驅(qū)動(dòng)、觸摸屏驅(qū)動(dòng)、串口無(wú)線數(shù)傳模塊驅(qū)動(dòng)和GPRS模塊撥號(hào)上網(wǎng)驅(qū)動(dòng)構(gòu)成硬件驅(qū)動(dòng)層，以0topia Core-4. 3. 5作為圖形界面庫(kù)，以手持灌溉控制軟件作為應(yīng)用程序?qū)?。?yīng)用程序?qū)臃謩e提供了采用GPRS通訊和串口無(wú)線通訊的中文顯示灌溉控制軟件。[0039] 在本實(shí)用新型嵌入式手持灌溉控制終端的實(shí)施例中，參照?qǐng)D3A，電源1通過(guò)芯片AMS1117-3.3轉(zhuǎn)換外部電源電壓產(chǎn)生3. 3V電壓，為CPU、存儲(chǔ)單元、觸摸屏等供電；AMS1117-3. 3與外部電源之間通過(guò)器件Fl對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行過(guò)流保護(hù)。如圖3B所示，電源2通過(guò)芯片L7805芯片將外部電源電壓轉(zhuǎn)換為5V，為串口無(wú)線數(shù)傳模塊供電。如圖3C所示，電源3將5V電壓通過(guò)芯片R1224N102E轉(zhuǎn)換為4. 2V，為GPRS模塊供電，其中電阻R4、R5調(diào)節(jié)輸出電壓，CEM9435A為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其源極與5V電源相連，柵極與R1224N102E的電源輸入管腳(Vin)相連，漏極輸出4. 2V電壓。如圖3D所示，電源4是為CPU片內(nèi)的RTC時(shí)鐘供電的電源電路，BAT1為3V紐扣電池，通過(guò)兩個(gè)二極管D3、D4降壓后產(chǎn)生1. 7V左右電壓，與CPU的VDDRTC管腳相連。如3E所示，復(fù)位電路采用型號(hào)為MAX708ESA的復(fù)位芯片，芯片MAX708ESA的RESET和nRESET輸出端分別與CPU的RESET和nRESET管腳相連，當(dāng)開關(guān)S2被按下后，芯片MAX708ESA的RESET和nRESET管腳產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，使CPU復(fù)位。 在本實(shí)用新型嵌入式手持灌溉控制終端的實(shí)施例中，如圖4A所示，GPRS模塊與CPU的連接電路1中CPU采用型號(hào)為S3C2410的芯片U1，GPRS模塊采用型號(hào)為MC39i的模塊MCU。 GPRS模塊與CPU的連接通過(guò)MC39i的TXDO管腳和RXDO管腳分別與S3C2410上的TXD2(K13)管腳和RXD2(K12)管腳相連，使GPRS模塊與S3C2410的串口通訊。MC39i的其他串口管腳DCDO、 DTRO、 RTSO、 CTSO、 RINGO和DSRO通過(guò)1KQ的電阻接地。如圖4B所示，GPRS模塊上電后，IGT引腳設(shè)置低電平超過(guò)100ms來(lái)啟動(dòng)GPRS模塊，GPRS模塊上電自動(dòng)啟動(dòng)電路2，提供了延遲功能，上電后在IGT輸出端產(chǎn)生低電平，啟動(dòng)GPRS模塊。[0041] 在本實(shí)用新型嵌入式手持灌溉控制終端的實(shí)施例中，如圖5所示，無(wú)線數(shù)傳模塊型號(hào)為KVL-1020U，本實(shí)施例嵌入式手持灌溉控制終端采用RS232格式與無(wú)線數(shù)傳模塊連接，芯片MAX3232CSA將CPU串口輸出的TLL電平轉(zhuǎn)換為RS232格式，其T1IN和R10UT管腳分別與CPU的TXD1和RXD1管腳相連，T10UT、R1IN管腳分別與KVL-1020U的數(shù)據(jù)輸入端A、B相連。 下面對(duì)本實(shí)用新型嵌入式手持灌溉控制終端的應(yīng)用程序功能模塊進(jìn)行說(shuō)明。如圖6所示，應(yīng)用程序模塊主要由通訊方式選擇模塊、控制器選擇模塊、實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊、灌溉參數(shù)設(shè)置模塊、高級(jí)設(shè)置模塊、歷史紀(jì)錄模塊六個(gè)主要的功能模塊組成。其中，通訊方式選擇模塊提供了 GPRS通訊方式和無(wú)線數(shù)據(jù)通訊方式的選擇功能?？刂破鬟x擇模塊顯示灌區(qū)內(nèi)有效的灌溉控制器供用戶選擇。實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊包括對(duì)控制器運(yùn)行和灌溉狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控的控制器狀態(tài)控制模塊，顯示灌溉控制器上輪灌狀態(tài)的輪灌組狀態(tài)顯示模塊，對(duì)有效的輪灌組進(jìn)行手動(dòng)控制的手動(dòng)控制模塊和現(xiàn)實(shí)灌溉控制器上傳感器采集的環(huán)境信息的傳感器信息顯示模塊。灌溉參數(shù)設(shè)置模塊包括對(duì)整機(jī)灌溉參數(shù)進(jìn)行設(shè)置的整機(jī)灌溉參數(shù)設(shè)置模塊，分別設(shè)置灌溉控制器上的輪灌組的灌溉參數(shù)的分組參數(shù)設(shè)置模塊。高級(jí)設(shè)置模塊包括通訊參數(shù)設(shè)置模塊，控制器時(shí)間設(shè)置模塊和設(shè)置嵌入式手持灌溉控制終端所訪問(wèn)的服務(wù)器IP地址的IP地址設(shè)置模塊。 本實(shí)用新型自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)如圖7所示，自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)由服務(wù)器102、灌溉控制器103和嵌入式手持灌溉控制終端101組成，本實(shí)用新型嵌入式手持灌溉控制終端101可通過(guò)無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)GPRS登陸灌溉系統(tǒng)服務(wù)器102，通過(guò)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)Modbus協(xié)議格式的指令監(jiān)控灌溉控制器103，同時(shí)本實(shí)用新型嵌入式手持灌溉控制終端101還可以通過(guò)串口無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式直接操控灌溉控制器103。使用工業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的Modbus協(xié)議，具有另外提供添加設(shè)備類型功能，適用于具有Modbus通訊功能的多種灌溉控制器。該系統(tǒng)能夠提供遠(yuǎn)程GPRS和近距離串口無(wú)線數(shù)傳兩種通訊方式，滿足用戶對(duì)整個(gè)灌溉系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和在灌溉現(xiàn)場(chǎng)近距離對(duì)灌溉控制器進(jìn)行無(wú)線控制和管理的需求。 以上實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型，而并非對(duì)本實(shí)用新型的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本實(shí)用新型的范疇，本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求一種嵌入式手持灌溉控制終端，其特征在于，該嵌入式手持灌溉控制終端包括中央處理單元及分別與其連接的存儲(chǔ)單元、人機(jī)交互單元和無(wú)線通訊單元，其中所述人機(jī)交互單元由顯示屏和輸入單元組成；所述無(wú)線通訊單元由支持TCP/IP協(xié)議的GPSR模塊和支持無(wú)線串口通訊的串口無(wú)線數(shù)傳模塊組成，所述GPRS模塊和串口無(wú)線數(shù)傳模塊同時(shí)利用標(biāo)準(zhǔn)的Modbus協(xié)議傳輸控制指令并獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式手持灌溉控制終端，其特征在于，所述存儲(chǔ)單元包括 內(nèi)部存儲(chǔ)器和固化了操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的NAND Flash存儲(chǔ)器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式手持灌溉控制終端，其特征在于，所述人機(jī)交互單元 的顯示屏為L(zhǎng)CD顯示屏，輸入單元為觸摸屏。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式手持灌溉控制終端，其特征在于，該嵌入式手持灌溉 控制終端還包括與中央處理單元連接的電源、復(fù)位模塊、RTC時(shí)鐘模塊。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的嵌入式手持灌溉控制終端，其特征在于，所述中央處理單元 內(nèi)核采用li皿x-2. 6. 22. 1的操作系統(tǒng)；中央處理單元內(nèi)嵌入手持灌溉控制應(yīng)用軟件，采用Qtopia Core圖形界面庫(kù)； 嵌入式手持灌溉控制終端還包括硬件驅(qū)動(dòng)單元，用于提供顯示屏、輸入單元、串口無(wú)線 數(shù)傳模塊、NAND Flash存儲(chǔ)器和GPRS模塊撥號(hào)上網(wǎng)的驅(qū)動(dòng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的嵌入式手持灌溉控制終端，其特征在于，電源和復(fù)位模塊包 括用于為CPU供電的3. 3V電源、為GPRS模塊供電的4. 2V電源，為串口無(wú)線數(shù)傳模塊供電 的5V電源和為RTC時(shí)鐘模塊供電的1. 7V電源。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式手持灌溉控制終端，其特征在于，GPRS模塊的串口輸 入輸出端直接與中央處理單元的串口輸入輸出端相連，串口無(wú)線數(shù)傳模塊輸入輸出端與中 央處理單元的另一串口輸入輸出端相連，其中被傳輸?shù)碾娖酵ㄟ^(guò)MAX3232CSA轉(zhuǎn)換為RS232 格式。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式手持灌溉控制終端，其特征在于，所述GPRS模塊為西 門子生產(chǎn)的型號(hào)為MC39i的GPRS芯片；所述串口無(wú)線數(shù)傳模塊為接口通訊格式為RS232、波特率為2400的無(wú)線數(shù)傳芯片 KVL-1020U ;所述中央處理單元采用三星公司生產(chǎn)的型號(hào)為ARM9的微處理器S3C2410。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的嵌入式手持灌溉控制終端，其特征在于，所述LCD顯示屏采用 尺寸為3. 5寸、分辨率為320X240的真彩色TFT液晶屏。
10. —種自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括服務(wù)器、灌溉控制器和如權(quán)利要 求1所述的嵌入式手持灌溉控制終端，所述嵌入式手持灌溉控制終端通過(guò)無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò) GPRS登陸灌溉服務(wù)器，通過(guò)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)Modbus協(xié)議格式的指令監(jiān)控灌溉控制器，同時(shí)還通 過(guò)串口無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式直接操控灌溉控制器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種嵌入式手持灌溉控制終端及自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)。所述嵌入式手持灌溉控制終端包括中央處理單元及分別與其連接的存儲(chǔ)單元、人機(jī)交互單元和無(wú)線通訊單元，其中所述人機(jī)交互單元由顯示屏和輸入單元組成；所述無(wú)線通訊單元由支持TCP/IP協(xié)議的GPSR模塊和支持無(wú)線串口通訊的串口無(wú)線數(shù)傳模塊組成；所述GPRS模塊和串口無(wú)線數(shù)傳模塊同時(shí)利用標(biāo)準(zhǔn)的Modbus協(xié)議傳輸控制指令并獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型能夠提供遠(yuǎn)程GPRS和近距離串口無(wú)線數(shù)傳兩種通訊方式，滿足用戶對(duì)整個(gè)灌溉系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和在灌溉現(xiàn)場(chǎng)近距離對(duì)灌溉控制器進(jìn)行無(wú)線控制和管理的需求。
文檔編號(hào)G05B19/04GK201450986SQ20092011003
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月8日
發(fā)明者吳文彪, 王紀(jì)華, 申長(zhǎng)軍, 鄭文剛, 鮑鋒 申請(qǐng)人:北京市農(nóng)林科學(xué)院