低功耗实时唤醒式无线灌溉控制器的制作方法

本发明属于灌溉控制系统技术领域，具体地涉及低功耗实时唤醒式无线灌溉控制器。

背景技术：

水资源日益紧缺，农业灌溉用水占总用水量比例最高。自动灌溉控制系统因具有节水增产功能，得到广泛的应用。随着设施农业发展，越来越多的田间温室开始采用灌溉控制系统进行灌溉施肥。

传统灌溉控制系统一般仅包括自动灌溉控制器和电磁阀两部分，灌溉控制器执行灌溉策略，多采用有线方式控制电磁阀。随着灌溉规模的扩大，采用有线控制方式不可避免地出现安装困难、维护不便和扩展复杂等问题。

近年来，已有学者将无线技术与传统灌溉控制系统结合，研制出用于农业灌溉的无线控制系统。其中，大多采用ZigBee技术，但2.4G频段绕射性能差且传播距离受限，并不适宜用于农业实际生产中；有学者基于GSM或GPRS的方式设计出灌溉控制器，其功耗高、费用大，并在无信号覆盖区域，不能工作。434M频段下无线通信能克服以上的缺点，较为适合农业生产，目前已有应用；但当前灌溉系统中多采用周期定时唤醒方式实现低功耗，这种模式是以牺牲响应时间为代价来达到低功耗的目的。

技术实现要素：

本发明就是为了降低现有农业无线灌溉系统中控制节点的能耗，延长无线灌溉网络的生命周期，提供低功耗实时唤醒式无线灌溉控制器；本发明与采用传统唤醒方式相比，不仅降低了能耗，而且提高了响应速度。

为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。

本发明低功耗实时唤醒式无线灌溉控制器，包括开关电源、隔离电路、无线唤醒电路、射频开关、无线收发电路、直流电磁阀模块、GPIO模块、核心控制单元；其结构要点是：所述开关电源的输出端连接隔离电路，所述射频开关的一端连接天线，另一端连接无线唤醒电路和无线收发电路，所述无线唤醒电路和无线收发电路与核心控制单元相连；所述核心控制单元的输入端还连接GPIO模块，所述核心控制单元的输出端连接直流电磁阀模块；所述无线唤醒电路包括前端匹配电路、包络检波电路、放大电路、数字电位器、比较电路、充放电电路、低通滤波器、或门电路；所述前端匹配电路连接包络检波电路，包络检波电路分别连接放大电路和数字电位器，所述放大电路和数字电位器的输出端连接比较电路和或门电路；所述比较电路的输出端连接充放电电路，充放电电路的输出端连接低通滤波器，低通滤波器的输出端连接或门电路。

作为本发明的一种优选方案，所述前端匹配电路包括声表面滤波器和阻抗匹配电路，所述声表面滤波器的前端连接有天线。

作为本发明的另一种优选方案，所述声表面滤波器采用EPCOS公司的B3760。

作为本发明的另一种优选方案，所述无线收发电路的无线收发芯片采用Si4463。

作为本发明的另一种优选方案，所述核心控制单元采用C8051F965。

作为本发明的另一种优选方案，所述开关电源采用Linear公司的LT1934。

本发明的有益效果是。

本发明提供低功耗实时唤醒式无线灌溉控制器，采用OOK调制技术，改变了当前无线灌溉系统中定时周期唤醒方式，减少了系统中开销，并实现了在434MHz频段下无线灌溉控制器。本发明包括C8051F965单片机、开关电源、隔离电路、唤醒电路、无线收发电路、直流电磁阀模块、GPIO模块组成；该控制器由基站发送指令控制，根据距离远近，自适应寻址接收信号，实现实时采集和控制。额定容量为250mAh 的单节碱性9V 电池，可使控制器工作一个灌溉季以上；与采用传统唤醒方式相比，系统不仅降低了能耗，而且提高了响应速度。

本发明基于Si4463射频芯片、C8051F965处理器和唤醒电路，提出了一种适合用于在光照不充足地区的超低功耗无线电磁阀灌溉控制器，其相对于传统周期唤醒式灌溉器具有在能耗和实时响应上的绝对优势。

附图说明

图 1 是本发明低功耗实时唤醒式无线灌溉控制器的结构示意图。

图2是本发明低功耗实时唤醒式无线灌溉控制器的无线唤醒电路的结构框图。

具体实施方式

结合图1和图2所示，本发明低功耗实时唤醒式无线灌溉控制器，包括开关电源、隔离电路、无线唤醒电路、射频开关、无线收发电路、直流电磁阀模块、GPIO模块、核心控制单元；其结构要点是：所述开关电源的输出端连接隔离电路，所述射频开关的一端连接天线，另一端连接无线唤醒电路和无线收发电路，所述无线唤醒电路和无线收发电路与核心控制单元相连；所述核心控制单元的输入端还连接GPIO模块，所述核心控制单元的输出端连接直流电磁阀模块；所述无线唤醒电路包括前端匹配电路、包络检波电路、放大电路、数字电位器、比较电路、充放电电路、低通滤波器、或门电路；所述前端匹配电路连接包络检波电路，包络检波电路分别连接放大电路和数字电位器，所述放大电路和数字电位器的输出端连接比较电路和或门电路；所述比较电路的输出端连接充放电电路，充放电电路的输出端连接低通滤波器，低通滤波器的输出端连接或门电路。

如图2所示，为本发明低功耗实时唤醒式无线灌溉控制器的无线唤醒电路的结构框图。电路中，所述前端匹配电路包括声表面滤波器和阻抗匹配电路，所述声表面滤波器的前端连接有天线；所述天线接收到无线基站发送的OOK 信号，先经过声表面滤波器滤除其他频段的杂波。所述声表面滤波器采用EPCOS公司的B3760；其中心频率为434MHz，带宽仅为0.68MHz，封装体积小，外接阻抗匹配电路简单。由于声表面滤波器的带宽较窄，滤波后通道中仅存载波和调制信号，再经过阻抗匹配电路使得前端电路与后端电路之间功率损耗降到最低。

所述无线收发电路的无线收发芯片采用Si4463；所述Si4463，其工作频率范围为142～1050MHz，输出功率最大可达20Bm，接收灵敏度为-126dbBm，数据速率最高为1Mbps，调制模式支持FSK、4GFSK、MSK和OOK。

所述开关电源采用Linear公司的LT1934；其静态电流达到微安级，输入电压动态范围宽，负载能力强，不仅满足系统低功耗要求，也保障了系统工作时的大电流需求。所述核心控制单元采用C8051F965；C8051F965在休眠状态下消耗电流仅为0.7μA，封装体积小，支持SPI协议。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。