一种机电井水泵远程控制装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种机电井水泵远程控制装置，旨在提供一种采用GSM网络和DTMF方式的机电井水泵遥控装置，没有距离限制，实时性和可靠性强，使用简单、方便。它包括微控制器、GSM模块、SIM卡座、天线、DTMF解码电路、输入接口电路，输入接线端子、继电器电路、输出接线端子、电源模块、电源接线端子。在灌溉过程中，随时随地均能遥控机电井，还可远程实时查询水泵状态，轻松、方便、快捷地管理多个机电井，省人节水节电。本实用新型适用于农业浇灌机电井水泵远程控制，还可广泛应用于厂矿企业、生产车间、养殖等领域的电机水泵及各类无人职守泵站的远距离无线遥控。
【专利说明】—种机电井水泵远程控制装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及无线遥控【技术领域】，尤其是涉及一种机电井水泵远程控制装置。【背景技术】
[0002]我国是农业大国，机电井是重要的农田水利基础设施，利用机电井抽取地下水进行农田灌溉，是一种主要和普遍采用的灌溉措施，目前，全国已累计建成各类机电井数百万目艮。随着国家对资源高效利用的要求以及水资源越来越匮乏，滴灌、喷灌等新兴节能灌溉技术正逐步推广应用，但由于机电井建设和使用成本低，所以，全国新建机电井的数量也逐年增加，可以预计，在今后相当长的时间内，特别是在北方干旱和半干旱地区，利用机电井浇地仍是主流的灌溉方式。
[0003]机电井的操作使用简单，需要浇地时，机电井管理员(或电工)到机电井处手动“开泵”，浇地结束时，再到机电井处“停泵”，但这些看似简单重复的动作存在以下问题:(1)费人、费时、费力，在灌溉或浇地过程中，机电井管理员要么一直留在机电井处操作，要么就不停地来回往返操作，重复劳动，耗时费力；如果同时管理多个机电井，管理员就不得不在各个机电井之间疲于奔命(况且还存在有些机电井地处偏僻等不利因素)；(2)费水、费电，在浇地过程中，需要停泵时，因为不能及时到机电井处停泵，造成水资源浪费，同时水泵电机也消耗了多余的电能；
[0004]针对上述问题，需要一种能远程开泵和关泵的控制装置来完成这个任务，最好是能无线遥控水泵，目前公开的技术和市场上已有的产品主要采用了以下几种技术解决方案:
[0005](I)采用无线315M/433M遥控装置，工作频率是315MHz/433MHz，调制方式为ASK(Amplitude-shift keying幅移键控),编码格式分为固定码、学习码、滚动码等,遥控距离最大能达3000至5000米(为空旷地带测试的距离，实际距离受环境影响)，该方式的装置分为发射机和接收机两部分，接收机安装在机电井处，发射机(手持遥控器)由管理员携带，操作时使用。这种方式的不足之处有以下几点:(a)遥控距离短，管理员只能在最大5000米左右的范围内操作。另外，为了使遥控距离尽可能大些，装置的接收机灵敏度需要调得比较高(发射和接收端可能都需配置较长的天线)，相应抗干扰能力和可靠性降低；(b)发射机是操作终端，管理员必须随身携带发射机，另外，由于每台接收机和发射机一一配对使用，如果一个管理员同时管理多个机电井，就需要用多个发射机进行操作，很不方便，甚至造成误操作；(c)该方式的装置大部分是单向通讯方式，无法得知接收机或机电井处水泵电机的状态，对发射机发出的命令也无法得到反馈信息；(d)采用该方式的装置无法进行密码设置和操作，发射机上面一般只有“开”和“关”等按键，任何人持有该发射机都能操作，虽然方便，但在安全性上有所欠缺；
[0006](2)米用 GSM (Global System for Mobile Communications 全球移动通信系统)短信方式，在灌溉或浇地期间，机电井管理员用手机发短信进行水泵操作，但由于手机网络信号不好或网络堵塞等原因，会造成短信延时到达甚至丢失，这种方式的不足之处是由短信的运行机制决定的，无法保证遥控的实时性和可靠性；另外，用户只能使用手机，而无法用固定电话进行操作，因为固定电话一般没有短信功能，从而限制了用户使用操作终端的多样性选择；再有，目前农村大多数年轻人都外出工作，机电井管理员很多都是中年以上的人，对手机的短信操作等功能也不是很熟悉，况且还要记住用不同的短信命令来控制水泵，也不是那么方便。
实用新型内容
[0007]本实用新型克服了现有技术中的不足，提供一种采用GSM网络和DTMF(Dual ToneMult1-Frequency双音多频)方式的机电井水泵远程控制(遥控)装置，管理员只需使用普通手机或固定电话拨打电话，接通后，按下相应的键，就能对水泵进行遥控，没有距离限制，实时性和可靠性强，安装部署快捷，使用操作简单、方便。
[0008]为了解决上述存在的技术问题，本实用新型采用下述技术方案:
[0009]本实用新型包括微控制器、GSM模块、SIM卡座、天线、DTMF解码电路、输入接口电路，输入接线端子、继电器电路、输出接线端子、电源模块、电源接线端子，所述微控制器与GSM模块连接，该GSM模块分别连接SM卡座、天线、DTMF解码电路，该DTMF解码电路和微控制器相连接；所述微控制器通过输入接口电路和输入接线端子相连；所述微控制器通过继电器电路连接输出接线端子；所述电源模块与电源接线端子相连接。
[0010]所述输出接线端子有三个引脚。
[0011]所述继电器电路里继电器常闭触点的一端与输出接线端子一边的一个引脚相连，该继电器常闭触点的另一端与所述继电器电路里继电器常开触点的一端相连接，该连接点和输出接线端子中间的那个引脚相连，所述继电器常开触点的另一端与输出接线端子另一边的一个引脚相连。
[0012]由于采用上述技术方案，本实用新型的有益效果是:
[0013](I)无遥控距离的限制，在灌溉或浇地期间，机电井管理员无需到现场，随时随地均可对水泵进行开或关操作，还可远程查询水泵状态，轻轻松松地管理多个机电井，有利于提高农田灌溉效率，节省相关人力，节水节电；
[0014](2)使用普通手机或固定电话进行操作，简单，方便，不需要携带其它的遥控器，特别对同时管理多个机电井的情况，尤其方便；
[0015](3)实时性和可靠性强，操作具有密码保护，确保机电井遥控的可靠性；
[0016]本实用新型提供的装置适用于农业浇灌机电井水泵远程控制，还可广泛应用于厂矿企业、生产车间、养殖等领域的电机水泵及各类无人职守泵站的远距离无线遥控。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型提供的装置外观图；
[0018]图2是本实用新型构成原理框图；
[0019]图3是本实用新型输出信号与外界连接图；
[0020]图4是本实用新型输入信号电路原理框图；
[0021]图5是本实用新型主程序软件流程图；
[0022]图6是本实用新型DTMF方式按键图。【具体实施方式】
[0023]下面结合附图与【具体实施方式】对本实用新型作进一步的详细描述:
[0024]图1示出本实用新型提供的装置外观图100，包括天线102，指示灯104 (包含GSM信号指示灯和两个状态指示灯)，输入接线端子106用于外接最多两个开关量信号(干节点信号)，在实际使用时，可以接水泵控制回路主交流接触器的辅助触点(用于查询水泵的开关状态)、电动机综合保护器的报警输出信号(断相、过载等)、门磁开关等(当机电井位于偏僻地处，加装门磁开关可以提供防盗功能)。指示灯107对应一路开关量信号，指示灯108对应另一路开关量信号，开关量信号“闭合”，指示灯亮，开关量信号“断开”，指示灯灭。电源接线端子110为本机接入外部提供的电源(交流电压+9V或直流电压+12V)。输出接线端子112用于和水泵控制线路连接，具体参考图3。
[0025]图2示出本实用新型构成原理框图，外部提供的电源(交流电压+9V或直流电压+12V)通过电源接线端子110接入后和电源模块210相连接，该电源模块由工频变压器、整流和滤波电路、直流稳压电路组成，产生系统所需的两个直流电压+5V和+4.2V，其中+5V提供给微控制器(MCU) 200及相关电路，+4.2V提供给GSM模块208。
[0026]图2中，GSM模块208分别连接天线102和SM卡座206，该卡座用于安装手机卡，支持中国移动和联通的GSM的SM卡。GSM模块208和微控制器(MCU) 200串口相连接，连接的有发送和接收信号，通过双向通讯，完成相应的功能。GSM模块208连接DTMF解码电路202，该解码电路和微控制器(MCU) 200相连接，微控制器(MCU) 200内部的程序根据用户的发出的命令(DTMF键码)，执行相应的动作。
[0027]图2中，微控制器(MCU) 200和输入接口电路212连接，该输入接口电路连接输入接线端子106，接收来自外部的开关量信号，微控制器(MCU) 200内部程序可以查询两个输入信号状态，具体参考图4。
[0028]图2中，微控制器(MCU) 200和继电器电路214连接，该继电器电路由放大器和继电器组成，继电器电路214通过输出接线端子112和外部的水泵控制线路连接，具体参考图3。
[0029]图3示出本实用新型继电器电路214里的继电器常闭触点302、继电器常开触点303、以及输出接线端子112，和外部水泵控制线路或已有水泵电控箱的连接关系，继电器电路214里继电器常闭触点302的一端与输出接线端子112 —边的一个引脚相连，该继电器常闭触点的另一端与继电器电路214里继电器常开触点303的一端相连接，该连接点和输出接线端子中间的那个引脚相连，继电器常开触点的另一端与输出接线端子另一边的一个引脚相连。图中外部“停止按钮”304，外部“启动按钮”306，水泵控制回路主交流接触器线圈310，310得电，水泵开，310失电，水泵关，308是主交流接触器的一个常开触点，用于线路自锁。从图中可以看出，在主交流接触器线圈310的回路上，“停止按钮”304与常闭触点302是串联连接，“启动按钮”306、继电器常开触点303、主交流接触器的一个常开触点308等二者是并联连接。
[0030]图3中，当用户现场按下“启动按钮”306或微控制器(MCU) 200通过控制继电器电路214里继电器常开触点303闭合，交流接触器线圈310得电，水泵就启动了，同时主交流接触器的常开触点308闭合，然后用户释放“启动按钮”306或微控制器(MCU) 200通过控制继电器电路214里继电器常开触点303断开，由于308的闭合，交流接触器线圈310仍保持通电，这样就完成了“开泵”过程。当用户现场按下“停止按钮”304或微控制器(MCU)200通过控制继电器电路214里继电器常闭触点302断开，交流接触器线圈310失电，水泵就停止了，同时主交流接触器的常开触点308断开，然后用户释放“停止按钮”304或微控制器(MCU) 200通过控制电器电路214里继电器常闭触点302闭合，这样就完成了 “停泵”过程，此时线路也为下一次操作做好了准备。可以看出，继电器常闭触点302和继电器常开触点303的动作是点动方式(动作500毫秒左右，然后恢复原态)，这样设计的好处是可以和标准配电箱或控制柜配合使用，即能本地操作，也可遥控，两种控制方式相互独立，操作使用灵活、方便。
[0031]图4示出本实用新型输入信号电路原理框图，其中406是外部开关，在实际使用时，可以接水泵控制回路主交流接触器的辅助触点、电动机综合保护器的报警输出信号、门磁开关等干节点。输入接口电路212里的电源电压Vcc (+5V)通过电阻402连接二极管404，然后和输入接线端子106的一个引脚相连，外部开关406的两端分别接在输入接线端子106上，再通过电阻408串接指示灯107，然后连接光电耦合器410的输入端，光电耦合器410的输出端和微控制器(MCU)200相连。其中电阻402和电阻408为限流电阻，用来确定回路电流，二极管404起反向保护作用。当外部开关406断开，没有回路电流，指示灯107灭，光电耦合器410的输出三极管截止。当外部开关406闭合，有回路电流，指示灯107亮，光电耦合器410的输出三极管导通，微控制器(MCU)200内部程序据此判断出外部开关406的状态。本实用新型提供两路开关量信号输入，图4只示出其中的一路，另一路类似，不再具体描述。
[0032]图5示出本实用新型提供的装置主程序软件流程图，包括:
[0033]步骤500:系统初始化，包括对GSM模块208通讯参数的配置，对微控制器(MCU)200输入输出端口配置和置初值，以及对程序用到的全局变量的初始化等；
[0034]步骤502:和GSM模块208进行通讯，查询有无来电信息，如果有，转至步骤504，否则在此循环；
[0035]步骤504:接通来电(摘机)，建立起与用户的通话连接；
[0036]步骤506:等待用户输入密码，用户使用DTMF方式按键(参见图6)进行操作，作为优选，本实用新型提供装置的密码为4位数字(“O”至“9”)，以开头，随后键入密码，最后用“#”结尾，例如，如果密码为“1234”，这样用户需顺序键入“I” “2” “3” “4” “#，，;
[0037]步骤508:查询DTMF解码电路202的输出信号，判断有无键输入，如有转至步骤510，否则转至步骤509 ；
[0038]步骤509:在指定的时间间隔内，如果没有键输入，说明超时，如果没有超时，转至步骤506，继续等待用户输入密码，如果超时，转至步骤514，作为优选，本实用新型提供装置的超时设置为15秒；
[0039]步骤510:将用户键入的密码和存储在微控制器(MCU) 200内部的EEPROM数据存储器中密码进行比较判断，如果相同，说明密码正确，转至步骤516，否则，说明密码不正确，转至步骤512 ；
[0040]步骤512:判断是第几次输入密码不正确，如果是第一次，转至步骤506，让用户尝试再一次输入密码，如果是第二次，转至步骤514 ；[0041]步骤514:挂断来电(挂机)，结束本次通话，转至步骤502，等待下次来电；
[0042]步骤516:等待用户输入命令，用户使用DTMF方式按键(参见图6)进行操作，作为优选，本实用新型提供装置的命令为单个数字键“O”至“9” ；
[0043]步骤517:查询DTMF解码电路202的输出信号，判断有无键输入，如有转至步骤520，否则转至步骤518 ；
[0044]步骤518:如果没有超时，转至步骤516，继续等待用户输入命令，如果超时，转至步骤514，作为优选，本实用新型提供装置的超时设置为15秒；
[0045]步骤520:判断是不是“I”键(“开”命令)，如果是，转至步骤521，否则转至步骤522 ；
[0046]步骤521:执行“开”操作的相关程序，微控制器(MCU) 200输出相应值到继电器电路214，使常开触点303闭合一段时间(500毫秒左右)然后断开，完成“开泵”动作，参看图3的描述；
[0047]步骤522:判断是不是“2”键(“关”命令)，如果是，转至步骤523，否则转至步骤524 ；
[0048]步骤523:执行“关”操作的相关程序，微控制器(MCU) 200输出相应值到继电器电路214，使常闭触点302断开一段时间(500毫秒左右)然后闭合，完成“停泵”动作，参看图3的描述；
[0049]步骤524:判断是不是“3”键(“查输入一”命令)，如果是，转至步骤525，否则转至步骤526 ；
[0050]步骤525:执行“查输入一”操作的相关程序，微控制器(MCU) 200读取输入接口电路212的值，判断连接在输入接线端子106上的一个外部开关的状态(“断开”或“闭合”)，然后微控制器(MCU) 200通过发不同DTMF声音指令给GSM模块208，用户可以听到不同的提示音，进而知道输入开关量的实时状态；
[0051]步骤526:判断是不是“4”键(“查输入二”命令)，如果是，转至步骤527，否则转至步骤528 ；
[0052]步骤527:执行“查输入二”操作的相关程序，本实用新型提供两路开关量信号输入，这是其中另一路的程序，其它如步骤525所述；
[0053]步骤528:判断是不是“5”键(“查询”短信回复命令)，如果是，转至步骤529，否则转至步骤530 ；
[0054]步骤529:执行“查询”短信回复命令的相关程序，微控制器(MCU) 200读取输入接口电路212的值，判断连接在输入接线端子106上的两个外部开关的状态(“断开”或“闭合”)，然后微控制器(MCU)200通过和GSM模块208通讯，发一条短信给用户，完成后转至步骤514。短信内容中除了含有输入接线端子106上的两个外部开关的状态，还有GSM网络的信号强度，用户可以得知安装运行现场的GSM网络的信号强弱；
[0055]步骤530:判断是不是“ 9 ”键(“修改密码”命令)，如果是，转至步骤531，否则转至步骤532 ；
[0056]步骤531:执行修改密码程序，输入密码格式如步骤506所述。密码对系统操作的安全性非常重要，所以在修改密码过程中，需要用户两次输入密码，然后程序判断两次输入密码的格式有效且相同，才将新修改的密码存储到微控制器(MCU)200内部的EEPROM中，作为以后的操作密码，完成后转至步骤514 ；
[0057]步骤532:判断是不是“O”键(“退出”命令)，如果是，转至步骤514，否则转至步骤516，等待用户键入其它命令。
[0058]图6示出本实用新型DTMF方式按键图600，这是用户和本实用新型装置建立通话连接后，进行操作(键入的密码和命令)使用的DTMF按键图，在实际使用时，有可能是固定电话、带有按键手机的按键键盘，或者是智能手机触摸屏界面显示的拨号按键图。
【权利要求】
1.一种机电井水泵远程控制装置，包括微控制器、GSM模块、SM卡座、天线、DTMF解码电路、输入接口电路，输入接线端子、继电器电路、输出接线端子、电源模块、电源接线端子，其特征在于，所述微控制器与GSM模块连接，该GSM模块分别连接SIM卡座、天线、DTMF解码电路，该DTMF解码电路和微控制器相连接；所述微控制器通过输入接口电路和输入接线端子相连；所述微控制器通过继电器电路连接输出接线端子；所述电源模块与电源接线端子相连接。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述输出接线端子有三个引脚。
3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，所述继电器电路里继电器常闭触点的一端与输出接线端子一边的一个引脚相连，该继电器常闭触点的另一端与所述继电器电路里继电器常开触点的一端相连接，该连接点和输出接线端子中间的那个引脚相连，所述继电器常开触点的另一端与输出接线端子另一边的一个引脚相连。
【文档编号】F04B49/06GK203770113SQ201420143367
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年3月27日 优先权日:2014年3月27日
【发明者】孙常青 申请人:孙常青