一種低功耗灌溉系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種低功耗灌溉系統，所述系統包括：數據采集單元、實時時鐘單元、直流電磁閥、電磁閥驅動單元、微控制器、存儲器、鍵盤單元、LCD顯示單元、RS485單元、GPRS模塊、數據導出單元、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，功能單元電源關閉，最大程度的減少功耗；本實用新型可以實現用戶現場以無線或有線的方式導出數據至智能手機或U盤中；本實用新型采用MOS管的方式控制功能單元電源，方便以后系統在不增加休眠時功耗的情況下，擴展特殊功能應用。
【專利說明】一種低功耗灌溉系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及自動灌溉系統，特別涉及一種低功耗灌溉系統。
【背景技術】
[0002]農業灌溉用水占總用水量比例最高，用水效率底下是現階段灌溉中存在的突出問題。為節約用水，自動灌溉控制器得到廣泛應用。目前灌溉控制器實現低功耗的方法，是通過對器件休眠控制來實現的，但隨著功能增加，系統整體功耗不可避免的增加，且有些功能器件并無休眠功能，為實現系統低功耗，往往是犧牲若干功能。一般灌溉控制器僅能采集若干數字或模擬量、控制電磁閥和遠程通信，如對于導出信息，一般通過遠程通信實現，并未涉及到用戶現場導出數據要求。
實用新型內容
[0003](一)要解決的技術問題
[0004]本實用新型要解決的技術問題是:克服現有實現低功耗的方法，提供一種可實現用戶現場導出使用數據的低功耗灌溉系統。
[0005](二)技術方案
[0006]為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種低功耗灌溉系統，所述系統包括:數據采集單元、實時時鐘單元、直流電磁閥、電磁閥驅動單元、微控制器、存儲器、鍵盤單元、LCD顯示單元、RS485單元、GPRS模塊、數據導出單元、開關電源以及控制各單元電源的功能電源控制單元；所述數據采集單元與微控制器連接，用于采集灌溉現場的信息數據并將所述信息數據向微控制器連接；所述電磁閥驅動單元與微控制器連接，用于驅動直流電磁閥的開合；所述存儲器與微控制器連接，用于存儲數據采集單元的信息數據、微控制器的處理數據以及實時時鐘單元的時間信息；所述鍵盤與微控制器連接，用于設置灌溉參數；所述LCD單元與微控制器連接，用于提供用戶現場操作界面；所述RS-485通過電子開關與微控制器連接，用于與其他執行機構通信；所述GPRS模塊通過電子開關與微控制器連接，用于將微控制器處理的數據傳送到遠程監控平臺；所述數據導出單元通過電子開關與微控制器連接，用于根據用戶的選擇將存儲器中的數據傳送至外置用戶設備；所述功能電源控制單元與上述各單元電源均連接，用于根據微控制器發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，用于提供系統時間信息；所述開關電源與實時時鐘單元和微控制器連接，用于提供系統休眠時的電源。
[0007]其中，所述數據采集單元包括:
[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化電阻連接，用于采集模擬電流信號，經轉化電阻轉換后，將轉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、數據導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:串行轉并行的轉換芯片以及與所述轉換芯片連接的MOS管群，所述轉換芯片與微控制器連接，用于接收微控制器發送的控制信號并根據控制信號驅動所述MOS管群控制相應單元電源。
[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，用于根據微控制器發送的控制信號控制相應單元電源。
[0016]其中，所述數據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、風速傳感器以及風向傳感器。
[0017]其中，所述電磁閥驅動單元包括至少一路與直流電磁閥連接的驅動芯片和直流電磁閥。
[0018]其中，所述數據導出單元包括藍牙模塊和USB模塊，所述藍牙模塊和USB模塊均通過與電子開關連接。
[0019](三)有益效果
[0020]本實用新型考慮到系統擴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，方便以后系統中在不增加休眠時功耗的情況下，擴展特殊功能應用。在實現傳統灌溉控制器采集、控制和遠程通信功能的基礎上，進一步滿足了用戶現場導出數據的需求，具有功能全面，適應性強、應用范圍廣等特點。
【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的結構框圖；
[0022]圖2是按照本實用新型一種實施例的低功耗灌溉系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0023]為使本實用新型的目的、內容和優點更加清楚，下面結合附圖和實施例，對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細描述。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的結構框圖。參照圖1，所述系統包括:數據采集單元、實時時鐘單元、電磁閥驅動單元、微控制器、存儲器、開關電源、功能電源控制單元、GPRS模塊、IXD顯示單元、RS485單元、數據導出單元、鍵盤單元。數據采集單元、實時時鐘單元、電磁閥驅動單元、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、數據導出單元和電子開關芯片相連，開關芯片與微控制器相連。所述實時時鐘單元與微控制器連接，用于提供系統時間信息。開關電源模塊為系統中的微控制器和實時時鐘單元進行供電。
[0025]在本系統中，所述數據采集單元用于采集灌溉現場的信息數據并將所述信息數據向微控制器連接。[0026]所述實時時鐘單元用于提供系統時間信息。
[0027]所述電磁閥驅動單元用于驅動直流電磁閥的開合。
[0028]所述存儲器用于存儲數據采集單元的信息數據、微控制器的處理數據以及實時時鐘單元的時間信息。
[0029]所述鍵盤用于設置灌溉參數。
[0030]所述IXD單元用于提供用戶現場操作界面。
[0031]所述RS-485用于與其他執行機構通信。
[0032]所述GPRS模塊用于將微控制器處理的數據傳送到遠程監控平臺。
[0033]所述數據導出單元用于根據用戶的選擇將存儲器中的數據傳送至外置用戶設備。
[0034]所述功能電源控制單元與上述各單元電源均連接，用于根據微控制器發送的控制信號控制上述各單元電源。
[0035]數據采集單元包括各種環境傳感器，如:光照強度、水表、空氣溫濕度、土壤水分，風速風向等傳感器。數據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由轉化電阻轉換為電壓信號，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并行芯片(型號:74HC595)驅動MOS管(型號:SI2305)的方式來實現的，微控制器與串行轉并行芯片相連。在低功耗模式下，可將功能電源控制單元中所有電源切斷，此部分達到零消耗，此時整體系統僅保留開關電源和核心電源在工作。
[0037]電磁閥驅動單元包括4路驅動芯片(型號:L9110)和直流電磁閥，驅動芯片與微控制器相連，驅動芯片分別與各灌溉管道的直流電磁閥相連接。
[0038]數據導出單元包括藍牙模塊和USB模塊，與電子開關芯片(型號:SN74CBTLV3253)連接，開關芯片與微控制器相連。
[0039]所述IXD模塊、存儲器(型號:FM24V10)、開關電源(型號:LT1934)與微控制器(型號:C8051F964)直接相連；RS485模塊和GPRS模塊與電子開關芯片連接，開關芯片與微控制器相連。
[0040]本實用新型充分考慮到農田灌溉中功耗對使用效果的影響，在待機時電流不超過15 μ A，提高了電池使用壽命；功能齊備，除提供傳統灌溉控制器的采集、控制功能外，還支持遠程監控和用戶現場數據導出，具有通用性強、適應性廣、應用范圍大等特點。
[0041]本實施方式的系統與現有技術相比具有如下優點:
[0042]1、本系統在低功耗模式下，核心器件如微控制器和實時時鐘芯片采用休眠模式，功能單元電源關閉，最大程度的減少功耗。
[0043]2、本系統可以實現用戶現場以無線或有線的方式導出數據至智能手機或U盤中。
[0044]3、本系統采用MOS管的方式控制功能單元電源，方便以后系統在不增加休眠時功耗的情況下，擴展特殊功能應用。[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，對田間作物進行需水監測，并執行灌溉。
[0047]本實施例中，所述數據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、風速、空氣溫濕度傳感器等連接。
[0048]本實施例中，所述電磁閥驅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協議連接至以太網中。
[0050]本實施例中，所述藍牙模塊通過無線方式與智能手機連接。
[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，系統采集空氣溫濕度，風速風向和光照強度等田間氣象數據、土壤水分信息，通過按鍵的設置和實時時鐘模塊提供的時間信息，根據作物生長發育模型，經由驅動電路控制電磁閥的閉合來對不同作物進行灌溉。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模塊傳送至遠程控制平臺。用戶在現場可通過智能手機或U盤獲取Flash中的數據。
[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容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的【技術領域】，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內。
【權利要求】
1.一種低功耗灌溉系統，其特征在于，所述系統包括:數據采集單元、實時時鐘單元、直流電磁閥、電磁閥驅動單元、微控制器、存儲器、鍵盤單元、IXD顯示單元、RS485單元、GPRS模塊、數據導出單元、開關電源以及控制各單元電源的功能電源控制單元； 所述數據采集單元與微控制器連接，用于采集灌溉現場的信息數據并將所述信息數據向微控制器連接；所述電磁閥驅動單元與微控制器連接，用于驅動直流電磁閥的開合；所述存儲器與微控制器連接，用于存儲數據采集單元的信息數據、微控制器的處理數據以及實時時鐘單元的時間信息；所述鍵盤與微控制器連接，用于設置灌溉參數；所述LCD單元與微控制器連接，用于提供用戶現場操作界面；所述RS-485通過電子開關與微控制器連接，用于與其他執行機構通信；所述GPRS模塊通過電子開關與微控制器連接，用于將微控制器處理的數據傳送到遠程監控平臺；所述數據導出單元通過電子開關與微控制器連接，用于根據用戶的選擇將存儲器中的數據傳送至外置用戶設備；所述功能電源控制單元與上述各單元電源均連接，用于根據微控制器發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，用于提供系統時間信息；所述開關電源與實時時鐘單元和微控制器連接，用于提供系統休眠時的電源。
2.根據權利要求1所述的灌溉系統，其特征在于，所述數據采集單元包括: 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.根據權利要求2所述的灌溉系統，其特征在于，所述第二采集子單元包括:分壓電阻、轉化電阻、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化電阻連接，用于采集模擬電流信號，經轉化電阻轉換后，將轉換后的電壓信號傳送至電壓采集子單元。
4.根據權利要求1所述的灌溉系統，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、數據導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.根據權利要求4所述的灌溉系統，其特征在于，所述第一電源控制單元包括:串行轉并行的轉換芯片以及與所述轉換芯片連接的MOS管群，所述轉換芯片與微控制器連接，用于接收微控制器發送的控制信號并根據控制信號驅動所述MOS管群控制相應單元電源。
6.根據權利要求4所述的灌溉系統，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，用于根據微控制器發送的控制信號控制相應單元電源。
7.根據權利要求1所述的灌溉系統，其特征在于，所述數據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、風速傳感器以及風向傳感器。
8.根據權利要求1所述的灌溉系統，其特征在于，所述電磁閥驅動單元包括至少一路與直流電磁閥連接的驅動芯片和直流電磁閥。
9.根據權利要求1所述的灌溉系統，其特征在于，所述數據導出單元包括藍牙模塊和USB模塊，所述藍牙模塊和USB模塊均通過與電子開關連接。
【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 優先權日:2013年12月2日
【發明者】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:北京農業信息技術研究中心