一种节水灌溉现地监控器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种节水灌溉现地监控器，涉及节水灌溉监控领域；包括电源模块、通信接口模块、阀门控制接口模块、传感器采集接口模块、GPS模块、时钟模块和数据存储模块，通信接口模块、阀门控制接口模块、传感器采集接口模块、GPS模块、时钟模块和数据存储模块均与电源模块连接，还包括与电源模块连接的中央处理器CPU，通信接口模块、阀门控制接口模块、传感器采集接口模块、GPS模块、时钟模块和数据存储模块均与CPU连接，通信接口模块包括用于无线通信的RS485接口和无线通信模块，RS485接口和无线通信模块均与CPU连接。本实用新型不仅施工成本较低，施工难度较小，而且功耗较小，使用成本较低。
【专利说明】一种节水灌溉现地监控器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及节水灌溉监控领域，具体涉及一种节水灌溉现地监控器。
【背景技术】
[0002]随着时代的进步，节水灌溉系统已经广泛应用于社会之中；节水灌溉系统使用之前，需要通过现地监控器对使用场所进行现地监控，为了保证节水灌溉系统的工作质量，现地监控器需要对使用场所稳定、可靠的监控。
[0003]目前，现有的现地监控器存在以下缺陷:
[0004](I)因为现有的现地监控器均通过中心控制站的服务器集中供电，现地监控器与服务器之间通过电缆传输数据，所以现地监控器架设之前，需要在地面下预埋和铺设大量的供电电缆和通信电缆，底部预埋有电缆的地面在改造时可能破坏电缆，安全存在一定的隐患；预埋和铺设电缆施工过程比较复杂，不仅增加了现地监控器的施工成本，而且需要在电缆上增设防雷装置，以防止电缆导入雷击产生的感应电流，保证电缆的使用安全，防雷装置进一步增加了现地监控器的施工成本。
[0005](2)现有的现地监控器集一般通过中心控制站的服务器集中控制，当中心控制站的服务器发生故障时，所有的现地监控器集均无法工作，进而使得现地监控器的数据丢失，节水灌溉系统无法正常工作。
[0006](3)现有的现地监控器的大多采用电气设备集成方式，功耗较大，使用成本较高。实用新型内容
[0007]针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种节水灌溉现地监控器，它在使用时比较安全，能够保证节水灌溉系统的正常工作，不仅施工成本较低，施工难度较小，而且功耗较小，使用成本较低。
[0008]为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是:一种节水灌溉现地监控器，包括电源模块、通信接口模块、阀门控制接口模块、传感器采集接口模块、GPS模块、时钟模块和数据存储模块，通信接口模块、阀门控制接口模块、传感器采集接口模块、GPS模块、时钟模块和数据存储模块均与电源模块连接，还包括与电源模块连接的中央处理器CPU，所述通信接口模块、阀门控制接口模块、传感器采集接口模块、GPS模块、时钟模块和数据存储模块均与CPU连接，所述通信接口模块包括用于无线通信的RS485接口和无线通信模块，所述RS485接口和无线通信模块均与CPU连接。
[0009]在上述技术方案的基础上，所述电源模块包括电源控制器，电源控制器设置有太阳能电池接口和蓄电池接口，电源控制器通过太阳能电池接口与太阳能电池连接，电源控制器通过蓄电池接口与蓄电池连接；所述CPU、通信接口模块、阀门控制接口模块、传感器采集接口模块、GPS模块、时钟模块和数据存储模块均与电源控制器连接。
[0010]在上述技术方案的基础上，所述CPU采用16位微处理器，CPU的型号为MSP430F149I。[0011]在上述技术方案的基础上，所述阀门控制接口模块包括用于控制电动阀正转和反转的电动阀控制接口、用于控制电磁阀开启和关闭的电磁阀控制接口，所述电动阀控制接口与电磁阀控制接口均与CPU连接。
[0012]在上述技术方案的基础上，所述电动阀控制接口与电磁阀控制接口均通过晶体管TTL接口与CPU连接。
[0013]在上述技术方案的基础上，所述传感器采集接口模块包括RS485接口、4路三线制4-20mA采集接口和4路二线制4_20mA采集接口，所述RS485接口通过全双工串行UART接口与CPU连接，所述4路三线制4-20mA采集接口与4路二线制4_20mA采集接口均通过TTL接口与CPU连接。
[0014]在上述技术方案的基础上，所述时钟模块包括用于为RS485接口、4路三线制4-20mA采集接口和4路二线制4_20mA采集接口标记采集时间的时钟芯片，所述时钟芯片与CPU连接，所述时钟芯片的型号为DS3231。
[0015]在上述技术方案的基础上，所述时钟模块还包括用于为时钟芯片供电的备用电池，所述备用电池与时钟芯片连接。
[0016]在上述技术方案的基础上，所述GPS模块通过UART接口与CPU连接。
[0017]在上述技术方案的基础上，所述数据存储模块采用存储容量为128M的存储芯片，所述数据存储模块通过串行外设SPI接口与CPU连接。
[0018]与现有技术相比，本实用新型的优点在于:
[0019](I)本实用新型包括CPU，电源模块、通信接口模块、阀门控制接口模块、传感器采集接口模块、GPS模块、时钟模块和数据存储模块均与CPU连接。电源模块能够为CPU供电，保证CPU持续工作。CPU能够控制传感器采集接口模块现地监控数据，每一个现地监控数据均通过时钟模块标记GPS标准时间；CPU将标记有GPS标准时间的现地监控数据存储于数据存储模块，根据用户的需求，CPU将数据存储模块中的现地监控数据传输至中心控制站的服务器。
[0020]与现有技术中通过中心控制站的服务器控制的现地监控器相比，本实用新型中的节水灌溉现地监控器，通过内置的CPU单独控制，当中心控制站的服务器出现故障时，CPU能够继续控制节水灌溉现地监控器工作；CPU将现地监控数据存储于数据存储模块，每个现地监控数据绑定的GPS时钟能够保证时域的连续性。因此，节水灌溉现地监控器的现地监控数据不易丢失，当中心控制站的服务器的故障修复后，中心控制站的服务器可以继续读取数据存储模块内的现地监控数据，保证了节水灌溉系统的正常工作。
[0021](2)本实用新型的电源模块包括电源控制器，电源控制器设置有太阳能电池接口和蓄电池接口，电源控制器通过太阳能电池接口与太阳能电池连接，电源控制器通过蓄电池接口与蓄电池连接。与现有技术中集中供电的现地监控器相比，本实用新型的电源控制器能够通过太阳能电池和蓄电池为现地监控器供电，因此无需在现地监控器与中心控制站的服务器之间铺设供电电缆。本实用新型的通信接口模块包括用于无线通信的RS485接口和无线通信模块，与现有技术中与中心控制站的服务器通过电缆通信的现地监控器相比，本实用新型能够通过RS485接口和无线通信模块与中心控制站的服务器进行无线通信，因此无需在现地监控器与中心控制站的服务器之间铺设通信电缆。
[0022]综上所述，本实用新型通过太阳能电池和蓄电池为现地监控器供电，通过RS485接口和无线通信模块与中心控制站的服务器进行无线通信；本实用新型无需铺设供电电缆和通信电缆，不仅降低了施工成本，施工难度较小，而且使用比较安全，能够在不需要增设防雷措施的同时，保证节水灌溉现地监控器的安全。
[0023](3)本实用新型能够通过太阳能电池和蓄电池为CPU、阀门控制接口模块、传感器采集接口模块、通信接口模块、GPS模块、时钟模块和数据存储模块供电。CPU、通信接口模块、阀门控制接口模块、传感器采集接口模块、GPS模块、时钟模块和数据存储模块均为电源控制器的负载。电源控制器设置有充电与放电两种工作模式，在有太阳能电池、并且蓄电池容量未满的情况下，电源控制器能够将太阳能电池输出的电能充入蓄电池中；在负载需要工作时候，电源控制器能够输出蓄电池中的电能，为负载供电。电源控制器采取“谁工作，谁上电”的电源管理策略，电源控制器并没有同时为CPU、通信接口、阀门控制接口、传感器采集接口、GPS模块、时钟模块或数据存储模块供电，而且根据用户的需求，对CPU、通信接口、阀门控制接口、传感器采集接口、GPS模块、时钟模块或数据存储模块供电。同时，CPU采用16位微处理器，时钟模块内时钟芯片的型号为DS3231，其功耗较低。因此，本实用新型使用时，功耗较低，降低了使用成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本实用新型实施例的连接框图。
【具体实施方式】
[0025]以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细说明。
[0026]参见图1所示，本实用新型实施例提供的一种节水灌溉现地监控器，包括电源模块、CPU (Central Processing Unit,中央处理器)、通信接口模块、阀门控制接口模块、传感器采集接口模块、GPS模块、时钟模块和数据存储模块。CPU、通信接口模块、阀门控制接口模块、传感器采集接口模块、GPS模块、时钟模块和数据存储模块均与电源模块连接；通信接口模块、阀门控制接口模块、传感器采集接口模块、GPS模块、时钟模块和数据存储模块均与CPU连接。
[0027]电源模块包括电源控制器，电源控制器设置有太阳能电池接口和蓄电池接口，电源控制器通过太阳能电池接口与太阳能电池连接，电源控制器通过蓄电池接口与蓄电池连接。电源控制器用于将蓄电池电压稳压成3.3V直流输出，太阳能电池接口用于对太阳能电池输入过压保护和输出过流保护，蓄电池接口用于对蓄电池输入过压保护和输出过流保护。CPU、通信接口模块、阀门控制接口模块、传感器采集接口模块、GPS模块、时钟模块和数据存储模块均与电源控制器连接。
[0028]CPU用于读取现地监控器的运行参数，根据运行参数控制和协调阀门控制接口模块、传感器采集接口模块、通信接口模块、GPS模块、时钟模块和数据存储模块运行。CPU采用16位超低功耗微处理器，CPU的型号为MSP430F149I，其不仅工作效率较高、而且功耗低。
[0029]通信接口模块包括通信RS485接口和无线通信模块，RS485接口和无线通信模块均通过 UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用异步收发传输器)接口与CPU连接。RS485接口用于根据用户的需求配置根据现地监控器的运行参数，运行参数包括阀门类别、传感器类别、采集频率、采集波特率、通信波特率等。CPU通过无线通信接口与中心控制站的服务器连接。
[0030]阀门控制接口模块包括电动阀控制接口与电磁阀控制接口，电动阀控制接口与电磁阀控制接口均通过TTL (Transistor Transistor Logic,晶体管)接口与CPU连接，电动阀控制接口与电磁阀控制接口通过TTL接口与CPU交换数据时，其传输速度较高，功耗较低。电动阀控制接口用于控制电动阀的正转和反转、提供阀门到位监测端口 ；电磁阀控制接口用于控制电磁阀的开启和关闭。
[0031]传感器采集接口模块包括RS485接口、4路三线制4_20mA采集接口和4路二线制4-20mA采集接口。RS485接口通过UART (全双工串行接口)接口与CPU连接，4路三线制4-20mA采集接口与4路二线制4_20mA采集接口均通过TTL接口与CPU连接。
[0032]GPS模块通过UART接口与CPU连接，GPS模块用于提供标准的GPS时钟，为时钟模块校时。
[0033]时钟模块包括备用电池和型号为DS3231的时钟芯片，其功耗较低，备用电池与时钟芯片连接，时钟芯片与CPU连接；时钟模块通过时钟芯片为RS485接口、4路三线制4-20mA采集接口和4路二线制4_20mA采集接口标记采集时间；备用电池用于在电源模块断电时，继续保证时钟模块的正常运行。
[0034]数据存储模块用于存储现地监控器的运行参数和传感器的数据，数据存储模块通过SPI接口(Serial Peripheral Interface,串行外设接口)与CPU连接,数据存储模块采用存储容量为128M的存储芯片。
[0035]本实用新型实施例的工作过程如下:
[0036]将太阳能电池输出的电能充入蓄电池中，电源控制器将蓄电池电压稳压成3.3V直流输出，为CPU、通信接口模块、阀门控制接口模块、传感器采集接口模块、GPS模块、时钟模块和数据存储模块供电。
[0037]根据用户的需求通过通信接口模块中的RS485接口配置现地监控器的运行参数，运行参数包括阀门类别、传感器类别、采集频率、采集波特率、通信波特率等。CPU将用户配置的运行参数存储至数据存储模块的存储芯片中，CPU读取数据存储模块中的运行参数，根据运行参数控制传感器采集接口模块采集现地监控数据。CPU将现地监控数据存储于数据存储模块的存储芯片中，CPU控制时钟模块为每个现地监控数据标记GPS标准时间，CPU通过通信接口模块，将标记GPS标准时间的现地监控数据无线传输至中心控制站的服务器。
[0038]本实用新型不仅局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本实用新型相同或相近似的技术方案，均在其保护范围之内。
【权利要求】
1.一种节水灌溉现地监控器，包括电源模块、通信接口模块、阀门控制接口模块、传感器采集接口模块、GPS模块、时钟模块和数据存储模块，通信接口模块、阀门控制接口模块、传感器采集接口模块、GPS模块、时钟模块和数据存储模块均与电源模块连接，其特征在于:还包括与电源模块连接的中央处理器CPU，所述通信接口模块、阀门控制接口模块、传感器采集接口模块、GPS模块、时钟模块和数据存储模块均与CPU连接，所述通信接口模块包括用于无线通信的RS485接口和无线通信模块，所述RS485接口和无线通信模块均与CPU连接。
2.如权利要求1所述的节水灌溉现地监控器，其特征在于:所述电源模块包括电源控制器，电源控制器设置有太阳能电池接口和蓄电池接口，电源控制器通过太阳能电池接口与太阳能电池连接，电源控制器通过蓄电池接口与蓄电池连接；所述CPU、通信接口模块、阀门控制接口模块、传感器采集接口模块、GPS模块、时钟模块和数据存储模块均与电源控制器连接。
3.如权利要求1所述的节水灌溉现地监控器，其特征在于:所述CPU采用16位微处理器，CPU 的型号为 MSP430F149I。
4.如权利要求1所述的节水灌溉现地监控器，其特征在于:所述阀门控制接口模块包括用于控制电动阀正转和反转的电动阀控制接口、用于控制电磁阀开启和关闭的电磁阀控制接口，所述电动阀控制接口与电磁阀控制接口均与CPU连接。
5.如权利要求4所述的节水灌溉现地监控器，其特征在于:所述电动阀控制接口与电磁阀控制接口均通过晶体管TTL接口与CPU连接。
6.如权利要求1所述的节水灌溉现地监控器，其特征在于:所述传感器采集接口模块包括RS485接口、4路三线制4-20mA采集接口和4路二线制4_20mA采集接口，所述RS485接口通过全双工串行UART接口与CPU连接，所述4路三线制4-20mA采集接口与4路二线制4-20mA采集接口均通过TTL接口与CPU连接。
7.如权利要求6所述的节水灌溉现地监控器，其特征在于:所述时钟模块包括用于为RS485接口、4路三线制4-20mA采集接口和4路二线制4_20mA采集接口标记采集时间的时钟芯片，所述时钟芯片与CPU连接，所述时钟芯片的型号为DS3231。
8.如权利要求7所述的节水灌溉现地监控器，其特征在于:所述时钟模块还包括用于为时钟芯片供电的备用电池，所述备用电池与时钟芯片连接。
9.如权利要求1所述的节水灌溉现地监控器，其特征在于:所述GPS模块通过UART接口与CPU连接。
10.如权利要求1所述的节水灌溉现地监控器，其特征在于:所述数据存储模块采用存储容量为128M的存储芯片，所述数据存储模块通过串行外设SPI接口与CPU连接。
【文档编号】G05B19/418GK203399578SQ201320482365
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年8月7日 优先权日:2013年8月7日
【发明者】高一川, 柳国昌, 万勇, 肖进, 卢泽民, 杜铮 申请人:武汉市农业机械化科学研究所