一种基于太阳能的节能滴灌自动控制装置的制作方法

本发明涉及滴灌控制技术领域，具体为一种基于太阳能的节能滴灌自动控制装置。

背景技术：

中国的农业生产目前存在灌溉管理落后、生产率低等问题，水分含量低影响其产量与质量，制约农作物在国际市场中竞争力。滴灌节水增产，可提高橘园生产效益。国外产品化滴灌系统与配套设施，在橘园中取得良好收益。近年来，中国滴灌自动控制系统研究进展迅猛，出现了不同种类的灌溉自动控制装置。但市场上绝大多数滴灌系统装置，存在灵活性较差、维护成本高、界面单调不可调、无太阳能供电等弊端，应用不灵活。

技术实现要素：

针对以上问题，本发明提供了一种基于太阳能的节能滴灌自动控制装置，能够自动开关实现灌溉系统自动运行，定时定量，省工省力，提高工作效率，且具有太阳能供电节省能源，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于太阳能的节能滴灌自动控制装置，包括核心控制单元和远程上位机，所述核心控制单元的外表面套接有安装保护盒，所述安装保护盒的正面安装有接线端子，所述核心控制单元包括微控制器，所述微控制器的时钟引脚连接有实时时钟模块，微控制器的数据输入端连接有数据采集模块，微控制器的电源端连接有锂聚合物电池，所述锂聚合物电池的充电端连接有太阳能供电子系统，微控制器的数据输出端连接有电磁阀驱动子系统；所述微控制器还连接有人机交互单元，微控制器的通信端口还连接有无线通信模块，所述无线通信模块与远程上位机进行数据通信，所述数据采集模块与电磁阀驱动子系统的输入与输出端子连接到接线端子上。

作为本发明一种优选的技术方案，所述微控制器采用STM8S105S6系列嵌入式处理芯片，所述微控制器还连接有数据存储器和复位电路。

作为本发明一种优选的技术方案，所述实时时钟模块包括时钟芯片，所述时钟芯片采用PCF8563芯片，且时钟芯片电源引脚连接备份电源，时钟芯片的通信端口连接有I²C通信总线，所述I²C通信总线连接到微控制器的时钟引脚。

作为本发明一种优选的技术方案，所述数据采集模块包括模数转换器，所述模数转换器的输入端连接有传感器接口，所述传感器接口的接口端连接有雨水传感器和土壤传感器。

作为本发明一种优选的技术方案，所述太阳能供电子系统包括太阳能电池板，所述太阳能电池板的电源输出端连接有功率转换器，所述功率转换器采用SPV1040D芯片，输出端连接有电源管理芯片，所述电源管理芯片采用CN3063芯片，输出端连接到锂聚合物电池的电源端。

作为本发明一种优选的技术方案，所述电磁阀驱动子系统包括升压电路，所述升压电路采用MAX608芯片，升压电路的输出端连接有驱动芯片，所述驱动芯片采用L9110S芯片，驱动芯片的输出端连接有电磁阀。

作为本发明一种优选的技术方案，所述人机交互单元包括人机UI接口，所述人机UI接口的输入端连接有LCD液晶触摸屏和操作按键，所述LCD液晶触摸屏和操作按键镶嵌在安装保护盒的上表面。

作为本发明一种优选的技术方案，所述无线通信模块包括无线网络配置器和编解码器，所述编解码器的输出端连接有无线收发器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该基于太阳能的节能滴灌自动控制装置，通过设置安装保护盒，利用接线端子可以将控制系统设置在任意需要节点位置，提高灵活性；通过设置人机交互单元，利用人机UI接口连接LCD液晶触摸屏和操作按键实现良好的人机交互性能；通过设置太阳能供电子系统，利用太阳能电池板将太阳能转换成电能，结合功率转换器与电源管理芯片的控制对锂聚合物电池充电，实现太阳能供电，清洁环保；通过设置无线通信模块与远程上位机进行数据通信，可以进行远程监控，节省检测时间；通过设置数据采集模块，利用雨水传感器和土壤传感器进行信号检测，结合电磁阀驱动子系统形成闭环反馈控制；本发明能够自动开关实现灌溉系统自动运行，定时定量，省工省力，提高工作效率，且具有太阳能供电节省能源。

附图说明

图1为本发明结构模块示意图；

图2为核心控制单元外观示意图；

图3为微控制器外围电路原理图。

图中：1-核心控制单元；2-远程上位机；3-安装保护盒；4-接线端子；5-微控制器；6-实时时钟模块；7-数据采集模块；8-锂聚合物电池；9-太阳能供电子系统；10-电磁阀驱动子系统；11-人机交互单元；12-无线通信模块；13-数据存储器；14-复位电路；15-时钟芯片；16-备份电源；17-I²C通信总线；18-模数转换器；19-传感器接口；20-雨水传感器；21-土壤传感器；22-太阳能电池板；23-功率转换器；24-电源管理芯片；25-升压电路；26-驱动芯片；27-电磁阀；28-人机UI接口；29-LCD液晶触摸屏；30-操作按键；31-无线网络配置器；32-编解码器；33-无线收发器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

请参阅图1至图3，本发明提供一种技术方案：一种基于太阳能的节能滴灌自动控制装置，包括核心控制单元1和远程上位机2，所述核心控制单元1的外表面套接有安装保护盒3，所述安装保护盒3的正面安装有接线端子4，所述核心控制单元1包括微控制器5，所述微控制器5的时钟引脚连接有实时时钟模块6，微控制器5的数据输入端连接有数据采集模块7，微控制器5的电源端连接有锂聚合物电池8，所述锂聚合物电池8的充电端连接有太阳能供电子系统9，微控制器5的数据输出端连接有电磁阀驱动子系统10；所述微控制器5还连接有人机交互单元11，微控制器5的通信端口还连接有无线通信模块12，所述无线通信模块12与远程上位机2进行数据通信，所述数据采集模块7与电磁阀驱动子系统10的输入与输出端子连接到接线端子4上；

所述微控制器5采用STM8S105S6系列嵌入式处理芯片，所述微控制器5还连接有数据存储器13和复位电路14；所述实时时钟模块6包括时钟芯片15，所述时钟芯片15采用PCF8563芯片，且时钟芯片15电源引脚连接备份电源16，时钟芯片15的通信端口连接有I²C通信总线17，所述I²C通信总线17连接到微控制器5的时钟引脚；所述数据采集模块7包括模数转换器18，所述模数转换器18的输入端连接有传感器接口19，所述传感器接口19的接口端连接有雨水传感器20和土壤传感器21；

所述太阳能供电子系统9包括太阳能电池板22，所述太阳能电池板22的电源输出端连接有功率转换器23，所述功率转换器23采用SPV1040D芯片，输出端连接有电源管理芯片24，所述电源管理芯片24采用CN3063芯片，输出端连接到锂聚合物电池8的电源端；所述电磁阀驱动子系统10包括升压电路25，所述升压电路25采用MAX608芯片，升压电路25的输出端连接有驱动芯片26，所述驱动芯片26采用L9110S芯片，驱动芯片26的输出端连接有电磁阀27；所述人机交互单元11包括人机UI接口28，所述人机UI接口28的输入端连接有LCD液晶触摸屏29和操作按键30，所述LCD液晶触摸屏29和操作按键30镶嵌在安装保护盒3的上表面；所述无线通信模块12包括无线网络配置器31和编解码器32，所述编解码器32的输出端连接有无线收发器33。

本发明的工作原理：所述核心控制单元1用于进行数据采集、数据分析和智能滴管控制，所述远程上位机2用于进行远程数据接收控制，所述安装保护盒3采用绝缘材料制成，具有良好的绝缘和屏蔽性能，能够有效保护内部结构不受外部环境影响，延长使用寿命；所述接线端子4用于与外部的水龙头等其他设备进行连接；

所述微控制器5采用STM8S105S6系列嵌入式处理芯片，最高频率16MHz，具有8位总线，采用RISC架构，片上集成32KB的Flash与2KB的RAM，全部程序由IAR Embedded work bench for STM8 V1.3编译，占用1.9KB的ROM与1012Byte的RAM；可以搭载Linux操作系统；

所述时钟芯片15采用PCF8563芯片，是PHILIPS公司设计生产的经典工业级实时时钟芯片(RTC)，I2C总线接口，具有功耗低、精度高等特点，广泛应用于电表、水表、气表、电话等产品；所述功率转换器23采用SPV1040D芯片，内部嵌入有MPPT算法，输入电压0.3v到5.5v，内部集成140毫欧同步整流器，120毫欧功率开关，100kHz固定PWM频率，占空比由MTTP算法进行控制；输出电压具有稳压、过流和超温保护功能；

（1）所述实时时钟模块6提供时间基准值，所述时钟芯片15由备份电源16进行供电，保证在外部主电源断开时仍然可以正常工作，所述I2C通信总线17将时钟芯片15产生的基准时钟信号传输至微控制器5的时钟引脚，在微控制器5接通电源后开始起振；

所述太阳能供电子系统9为锂聚合物电池8充电，锂聚合物电池8将积累的电源输出至微控制器5电源端进行供电操作；所述太阳能电池板22将太阳能转换成电能，转换后的电能经过功率转换器23进行功率变换，变换后的电压直接给锂聚合物电池8充电，所述电源管理芯片24对充电电压、电流及电池温度进行检测，当出现异常时将断开充电回路；

（2）所述微控制器5接通电源后，可以通过人机交互单元11进行信号输入输出操作，所述人机UI接口28用于实现输入输出电平转换，所述操作按键30用于选择工作状态，所述LCD液晶触摸屏29可以显示操作系统界面，并在界面中选择相应项设置滴灌的相应参数；所述微控制器5接收到输入指令后开始执行相应操作；

（3）所述数据采集模块7用于进行信号采集操作，所述雨水传感器20和土壤传感器21分别用于检测当前的降雨量和土壤中的水分含量，所述传感器接口19将采集到的模拟信号物理传输至模数转换器18，所述模数转换器18将模拟信号进行模数转换后送入至微控制器5的数据端口；所述微控制器5将接收到的数据进行分析，与设定的参数值进行对比，判断当前的环境情况是否需要进行滴灌操作，若需要，则驱动电磁阀驱动子系统10开始工作；

（4）所述电磁阀驱动子系统10用于进行滴灌的水龙头开关控制，所述升压电路25将锂聚合物电池8的输出电压进行升压变换，使输出电压上升至6.6V左右，再通过驱动芯片26将输出的电力放大，经过升压放大后的电信号加到电磁阀27上，控制电磁阀27打开，从而打开滴灌系统，开始进行滴灌操作；

（5）所述无线通信模块12与远程上位机2进行数据通信操作，所述无线网络配置器31用于进行无线通信网络信道配置，所述编解码器32用于进行数据编码和解码操作，将待发送数据按照设定的加密算法进行加密，然后通过无线收发器33发送出去，所述远程上位机2接收到数据，并进行远程分析，并发送相应的调整指令，实现远程监控，提高控制效率。

该基于太阳能的节能滴灌自动控制装置，通过设置安装保护盒3，利用接线端子4可以将控制系统设置在任意需要节点位置，提高灵活性；通过设置人机交互单元11，利用人机UI接口28连接LCD液晶触摸屏29和操作按键30实现良好的人机交互性能；通过设置太阳能供电子系统9，利用太阳能电池板22将太阳能转换成电能，结合功率转换器23与电源管理芯片24的控制对锂聚合物电池8充电，实现太阳能供电，清洁环保；通过设置无线通信模块12与远程上位机2进行数据通信，可以进行远程监控，节省检测时间；通过设置数据采集模块7，利用雨水传感器20和土壤传感器21进行信号检测，结合电磁阀27驱动子系统形成闭环反馈控制；本发明能够自动开关实现灌溉系统自动运行，定时定量，省工省力，提高工作效率，且具有太阳能供电节省能源。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。