專利名稱：風(fēng)光電互補(bǔ)節(jié)能節(jié)水灌溉裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種風(fēng)光電互補(bǔ)節(jié)能節(jié)水灌溉裝置，屬于節(jié)能節(jié)水灌溉技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景 風(fēng)光電互補(bǔ)節(jié)能系統(tǒng)應(yīng)用趨于成熟，應(yīng)用于本裝置具有穩(wěn)定、高效的特點(diǎn)。目前的灌溉裝置網(wǎng)線鋪設(shè)繁瑣，灌溉自動化程度低，對能源和水資源浪費(fèi)較大，使用成本高，不適合在廣大農(nóng)村地區(qū)推廣。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種風(fēng)光電互補(bǔ)節(jié)能節(jié)水灌溉新裝置。主控制器和節(jié)點(diǎn)控制器均采用風(fēng)光電互補(bǔ)模塊供電，結(jié)合嵌入式技術(shù)、無線通信技術(shù)和自動控制技術(shù)，開發(fā)出了一套風(fēng)光電互補(bǔ)節(jié)能節(jié)水灌溉新裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)方案。風(fēng)光電互補(bǔ)節(jié)能節(jié)水節(jié)水灌溉裝置，構(gòu)造包括主控制器和節(jié)點(diǎn)控制器，主控制器分別與空氣溫濕度傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)光電互補(bǔ)模塊、GPRS模塊連接；主控制器通過GPRS模塊分別連接至少I個節(jié)點(diǎn)控制器，節(jié)點(diǎn)控制器的單片機(jī)分別與土壤溫濕度傳感器、流量傳感器、第一自保持式脈沖電磁閥、第二自保持脈沖電磁閥、電磁閥驅(qū)動模塊、電源接口、風(fēng)光電互補(bǔ)模塊、LED指示報警和仿真器接口連接。上述的風(fēng)光電互補(bǔ)節(jié)能節(jié)水節(jié)水灌溉裝置，主控制器和節(jié)點(diǎn)控制器還分別與蓄電池組連接，蓄電池組連接風(fēng)光電互補(bǔ)控制器，風(fēng)光電互補(bǔ)控制器分別連接光伏組件和風(fēng)力發(fā)電機(jī)。上述的風(fēng)光電互補(bǔ)節(jié)能節(jié)水節(jié)水灌溉裝置，主控制器采用Samsung S3C2440AARM9微處理器，單片機(jī)采用工業(yè)級C8051F310。本實(shí)用新型采用的主控制器具有可視化的人機(jī)界面，界面友好。主控制器和節(jié)點(diǎn)控制器均可采用風(fēng)光電互補(bǔ)模塊供電，還具備低功耗模式，可在不通電的地區(qū)使用。主控制器與節(jié)點(diǎn)控制器采用GPRS方式通信，突破了地域的限制。主控制器采用自動/手動切換灌溉模式供管理者選擇，具有中央控制的特點(diǎn)，并具備設(shè)定數(shù)據(jù)庫、歷史記錄查詢和存儲功能。節(jié)點(diǎn)控制器可獨(dú)立運(yùn)行，系統(tǒng)裁剪性良好。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有節(jié)能、節(jié)水、自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)。
附圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為本實(shí)用新型主控制器的程序流程圖；附圖3為本實(shí)用新型節(jié)點(diǎn)控制器的程序流程圖。
具體實(shí)施方式
[0011]本實(shí)用新型的實(shí)施例。風(fēng)光電互補(bǔ)節(jié)能節(jié)水灌溉裝置，如圖I所示，構(gòu)造包括主控制器5和節(jié)點(diǎn)控制器10，主控制器分別與空氣溫濕度傳感器4、風(fēng)速傳感器6、風(fēng)光電互補(bǔ)模塊16、GPRS模塊7連接；主控制器5通過GPRS模塊7分別連接至少I個節(jié)點(diǎn)控制器10，節(jié)點(diǎn)控制器10以單片機(jī)12為核心控制芯片，單片機(jī)12分別與土壤溫濕度傳感器8、流量傳感器9、第一自保持式脈沖電磁閥14、第二自保持脈沖電磁閥15、電磁閥驅(qū)動模塊18、電源接口 19、風(fēng)光電互補(bǔ)模塊16、LED指示報警11、仿真器接口 13連接。主控制器5采用Samsung S3C2440A ARM9芯片，節(jié)點(diǎn)控制器10采用工業(yè)級C8051F310芯片12，GPRS模塊7采用TE-GPRS系列微功率無線透明數(shù)據(jù)傳輸模塊。空氣溫濕度傳感器4、風(fēng)速傳感器6、土壤溫濕度傳感器8和自保持式脈沖電磁閥分別采用市場上穩(wěn)定、低功耗的產(chǎn)品。風(fēng)光電互補(bǔ)模塊16還分別與光伏組件I、風(fēng)力發(fā)電機(jī)17、風(fēng)光電互補(bǔ)控制單元2、蓄電池組3連接，實(shí)現(xiàn)風(fēng)光電互補(bǔ)供電，可在不通電的地區(qū)使用。主控制器5的嵌入式操作系統(tǒng)是一個緊湊的、高效且可擴(kuò)展的32位操作系統(tǒng)，適用于各種嵌入式系統(tǒng)和產(chǎn)品。它擁有多線程、多任務(wù)和確定性的實(shí)時、完全搶占式優(yōu)先級的操作系統(tǒng)環(huán)境，專門面向只有有限資源的硬件系統(tǒng)。同時它的模塊化設(shè)計(jì)方式使得系統(tǒng)開發(fā)人員和應(yīng)用開發(fā)人員能夠?yàn)槎喾N多樣的產(chǎn)品來定制它，可以選擇、組合和配置WinCE的模塊和組件來創(chuàng)建用戶版的操作系統(tǒng)。支持四種體系結(jié)構(gòu)的MCU(ARM、MIPS、SH4和x86)，具有與圖形用戶界面基本一致的桌面操作系統(tǒng)，支持PAN、LAN、WAN、BlueTooth和WIFI的網(wǎng)絡(luò)連接和音頻視頻的編解碼，多語言、多進(jìn)程，組件化的開發(fā)方式，基于VS的集成開發(fā)環(huán)境。WinCE繼承了 Windows操作系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，擁有完善的GUI圖形界面，最多的應(yīng)用開發(fā)資源、以及最具有可用性的開發(fā)工具，故在智能手機(jī)、家庭自動化、信息家電、個人導(dǎo)航、工業(yè)控制等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。主控制器5的應(yīng)用程序開發(fā)是在VS2008集成開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行的，分別建立以下線程:I、當(dāng)前狀態(tài)的線程 private System. Threading. Thread CurrentStateThread ；2、自動灌溉線程 private System. Threading. Thread PureThread ；3> 自動灌溉后臺運(yùn)行線程PureThread. IsBackground = true ;4、定義自動灌溉線程的優(yōu)先級PureThread.Priority = System. Threading. ThreadPriority. Lowest ;5、定義自動灌概線程有效性PureFunValid ;6、定義自動灌概線程掛起 System. Threading. Thread. Sleep (100);通過線程之間的相互通信、相互協(xié)調(diào)，并行的工作以完成多項(xiàng)任務(wù)，以提高系統(tǒng)的效率。主控制器5的程序流程如圖2所示。節(jié)點(diǎn)控制器2選擇RTX51Tiny嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)，具有運(yùn)行速度快，對硬件要求低，使用方便靈活等優(yōu)點(diǎn)。RTX51Tiny內(nèi)核是KEIL公司開發(fā)的用于MCS51系列單片機(jī)的多任務(wù)實(shí)時操作系統(tǒng)。RTX51Tiny最多可有16個任務(wù)循環(huán)切換，支持任務(wù)間信號傳遞，可以并行地利用中斷。RTX51Tiny是一個很小的內(nèi)核，完全集成在KEIL C51編譯器中。更重要的是，它僅占用800字節(jié)左右的程序存儲空間，可以在沒有外放數(shù)據(jù)存儲器的單片機(jī)系統(tǒng)中運(yùn)行，但應(yīng)用程序仍然可以訪問外部存儲器。RTX51Tiny的任務(wù)狀態(tài)具有運(yùn)行(RUNN-ING)、就緒(READY)、阻塞(BLOCKED)、休眠(SLEEPING)、超時(TIMEOUT)幾種；RTX51Tiny 內(nèi)核用超時(TME0UT)、間隔(INTERVAL)、信號(SIGNAL)等事件進(jìn)行任務(wù)間的通信與同步。RTX51Tiny利用Keil C51編譯器對全局變量和局部變量靜態(tài)分配存儲空間，將存儲器管理轉(zhuǎn)化為堆棧管理。每個任務(wù)都保留一個單獨(dú)的堆棧區(qū)，全部堆棧管理都在IDATA空間進(jìn)行。RTX51Tiny的os_wait函數(shù)可以等待時間到、時間間隔、來自任務(wù)或者中斷的信號。節(jié)點(diǎn)控制器10軟件具體流程如圖3所示通過移植RTX51Tiny內(nèi)核，根據(jù)應(yīng)用需要，建立四個任務(wù)，分別為數(shù)據(jù)處理任務(wù)0，獲取傳感器數(shù)據(jù)任務(wù)1，開關(guān)閥任務(wù)2和計(jì)時任務(wù)3。RTX51Tiny調(diào)度器根據(jù)多任務(wù)調(diào)度算法讓這些任務(wù)輪流占用CPU，系統(tǒng)上電初始化后，掃描中斷后，再順序掃描各任務(wù)，當(dāng)串口接收到數(shù)據(jù)后引發(fā)中斷，在中斷函數(shù)中通過isr_send_signal ()函數(shù)告知主任務(wù)。考慮到主控制器10發(fā)送的數(shù)據(jù)較單片機(jī)處理數(shù)據(jù)的速度快很多，單片機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)通過函數(shù)EnQueue ()存放在隊(duì)列中，通過函數(shù)DeQueue ()取出隊(duì)列中的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。當(dāng)校驗(yàn)和位判斷收到的數(shù)據(jù)正確時，先經(jīng)過大小端變換，再通過os_send_signal (D0_C0MMAND)執(zhí)行相應(yīng)的命令字節(jié)的命令。若是開關(guān)閥命令，開關(guān)閥任務(wù)通過函數(shù)os_send_signal (0PEN_CL0SE_VALVE)執(zhí)行，接收到信號后執(zhí)行開關(guān)閥操作。若是數(shù)據(jù)處理命令，通過os_send_signal (HANDLE_DATA_TASK)執(zhí)行，獲取傳感器數(shù)據(jù)任務(wù)時間間隔函數(shù)為 os_wait(K_TM0, 255,0)。節(jié)點(diǎn)控制器10的程序流程如圖3所示。本系統(tǒng)的工作過程如下打開電源后，設(shè)置當(dāng)前作物的溫濕度限值，選擇手動/自動控制模式。在手動模式下，主控制器5通過GPRS模塊7控制節(jié)點(diǎn)控制器10，開/關(guān)閥、獲取溫濕度；在自動模式下，主控制器5可選擇定時灌溉和自適應(yīng)灌溉，當(dāng)為定時灌溉時，管理者設(shè)定灌溉時間后，系統(tǒng)會自動將設(shè)定時間與當(dāng)前時間做比較。若時間相等，通過GPRS模塊7控制節(jié)點(diǎn)控制器10 ;當(dāng)設(shè)定自適應(yīng)灌溉時，主控制器5循環(huán)檢測各節(jié)點(diǎn)控制器10的土壤溫濕度傳感器8的溫濕度，當(dāng)土壤溫濕度超過限制時，通過GPRS模塊7控制節(jié)點(diǎn)控制器，使其執(zhí)行元件開始動作。無論手動還是自動模式，系統(tǒng)都會自動將各節(jié)點(diǎn)的溫濕度數(shù)據(jù)和灌溉時間及當(dāng)前狀態(tài)存入SQL數(shù)據(jù)庫中。在觸摸屏界面上可以進(jìn)行溫濕度限值的修改、自動/手動模式切換、灌溉對象選擇、設(shè)定灌溉計(jì)劃和查看歷史記錄。數(shù)據(jù)校驗(yàn)是采用偶校驗(yàn)的方式?？紤]到數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，采用進(jìn)行兩次和校驗(yàn)的方式。如表4為數(shù)據(jù)幀格式表。節(jié)點(diǎn)控制器接收數(shù)據(jù)并保存在變量中，當(dāng)收到校驗(yàn)和位I時執(zhí)行一次和相加，若為0，則繼續(xù)接收后面的數(shù)據(jù)。當(dāng)接收校驗(yàn)和位2時再執(zhí)行一次和相加，若為0，則執(zhí)行對應(yīng)的命令。其具體數(shù)據(jù)幀格式如表4所示，其命令字格式如表5所示。表4數(shù)據(jù)幀格式表
幀內(nèi)容起始位長度校驗(yàn)和位I 機(jī)器號命令字校驗(yàn)和位2字節(jié)數(shù)(byte)I11I........................I表5命令字格式表
~I~2~3~4~5~6~7
通訊測試求溫度 Ssl 灌溉時間開閥門設(shè)最小濕度設(shè)最大濕度
權(quán)利要求1.一種風(fēng)光電互補(bǔ)節(jié)能節(jié)水節(jié)水灌溉裝置，其特征在于構(gòu)造包括主控制器(5)和節(jié)點(diǎn)控制器(10)，主控制器(5)分別與空氣溫濕度傳感器(4)、風(fēng)速傳感器(6)、風(fēng)光電互補(bǔ)模塊(16)、GPRS模塊(7)連接；主控制器(5)通過GPRS模塊(7)分別連接至少I個節(jié)點(diǎn)控制器(10)，節(jié)點(diǎn)控制器(10)的單片機(jī)(12)分別與土壤溫濕度傳感器(8)、流量傳感器(9)、第一自保持式脈沖電磁閥(14)、第二自保持脈沖電磁閥(15)、電磁閥驅(qū)動模塊(18)、電源接口(19)、風(fēng)光電互補(bǔ)模塊(16)、LED指示報警(11)和仿真器接口(13)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風(fēng)光電互補(bǔ)節(jié)能節(jié)水節(jié)水灌溉裝置，其特征在于主控制器(5)和節(jié)點(diǎn)控制器(10)分別與蓄電池組(3)連接，蓄電池組(3)連接風(fēng)光電互補(bǔ)控制器(2)，風(fēng)光電互補(bǔ)控制器(2)分別連接光伏組件(I)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)(17)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風(fēng)光電互補(bǔ)節(jié)能節(jié)水節(jié)水灌溉裝置，其特征在于主控制器(5)采用Samsung S3C2440AARM9微處理器，單片機(jī)(12)采用工業(yè)級C8051F310。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種風(fēng)光電互補(bǔ)節(jié)能節(jié)水節(jié)水灌溉裝置，構(gòu)造包括主控制器(5)和節(jié)點(diǎn)控制器(10)，主控制器分別與空氣溫濕度傳感器(4)、風(fēng)速傳感器(6)、風(fēng)光電互補(bǔ)模塊(16)、GPRS模塊(7)連接；主控制器(5)通過GPRS模塊(7)分別連接至少1個節(jié)點(diǎn)控制器(10)，節(jié)點(diǎn)控制器(10)分別與土壤溫濕度傳感器(8)、流量傳感器(9)、自保持式脈沖電磁閥(14)、自保持脈沖電磁閥(15)、電磁閥驅(qū)動模塊(18)、電源接口(19)、風(fēng)光電互補(bǔ)模塊(16)、LED指示報警(11)、仿真器接口(13)連接。本實(shí)用新型的主控制器具有可視化的人機(jī)界面，界面友好。主控制器和節(jié)點(diǎn)控制器均可采用風(fēng)光電互補(bǔ)模塊供電，還具備低功耗模式，可在不通電的地區(qū)使用。主控制器與節(jié)點(diǎn)控制器采用GPRS方式通信，突破了地域的限制。可根據(jù)作物、生長階段、地域的不同，建立需水規(guī)律數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)按照作物需求，無人值守的自適應(yīng)灌溉。并具備歷史記錄查詢和存儲功能。節(jié)點(diǎn)控制器可獨(dú)立運(yùn)行，系統(tǒng)裁剪性良好。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有節(jié)能、節(jié)水、可視化等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H02J9/06GK202476201SQ20122009982
公開日2012年10月10日 申請日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月16日
發(fā)明者劉瀏, 張和喜, 楊靜, 王永濤 申請人:貴州省水利科學(xué)研究院