一种随天气变化的一体化控制装置的制作方法

本发明涉及一种一体化控制装置，具体涉及一种随天气变化的一体化控制装置。

背景技术：

农村土地流转促进了种养殖业的规模化、集约化、市场化进度的进一步提升，国家三农项目从政策到资金扶持力度不断的加大，规模种养殖户迅速增长，涉农企业的规模也在不断地扩大；随着城市化进程的加快、城乡融合互动的进一步加强、休闲创意农业快速发展，新的农业业态层出不穷；同时，现代农业的进程也不断地加快，各种水肥一体灌溉设施不断增加，灌溉面积也越来越大；但现有水肥药一体化农业系统缺乏气象大数据支撑，无法真正实现智能化精准灌溉；市场上现有的水肥一体控制单元采用参数配置固定、启动定时、定次数的三定工作模式，不能根据天气的变化情况实时调整，即使明后两天有明显的不适宜农事操作的天气过程，一旦今天启操作，水肥药一体化的整个流程必须按已设定的方式完成；这种三定模式由于要面对种植对象不同、种植地域不同等情况，控制单元配置信息量大、现场修改控制参数不方便；而且还要面对用户更换品种又必须修重新配置参数的问题；总之，这种模式是采用事先设定好控制流程和操控方案，由操作员启动一次后自动完成所设定的所有工作流程的模式；这种不管天气情况的不断变化、不管作物生长的实际情况，一律按事先设定流程工作的模式，经过多年的实践，也越来越不适应现代农业发展的需求。

技术实现要素：

本发明提供一种能够调用气象数据参与，根据天气变化实际情况调整喷水、施肥、打药等操作的一体化控制装置。

本发明采用的技术方案是：一种随适应天气变化的一体化控制装置，包括一体化控制器和太阳能电池板；一体化控制器通过太阳能控制器连接太阳能电池板，太阳能控制器还连接到蓄电池；一体化控制器连接到电动水阀；一体化控制器包括STM32核心控制器和与其连接的基于NBIOT的农业物联通信模块；STM32核心控制器连接用于收集天气信息的传感器，还连接安全控制电路，安全控制电路连接电动水阀；基于NBIOT的农业物联通信模块连接云管理中心。

进一步的，所述基于NBIOT的农业物联通信模块包括NBIOT通信模块和与其连接的NBIOT模块控制器；NBIOT通信模块连接STM32核心控制器，NBIOT模块控制器连接云管理中心。

进一步的，所述安全控制电路包括3-8译码器和与其连接的双继电器互锁电路。

进一步的，所述双继电器互锁电路包括第一控制电路和第二控制电路，第一控制电路包括三极管Q2、Q1和继电器K2，3-8译码器输出引脚Y₇通过电阻R2连接三极管Q2的基极，3-8译码器输出引脚Y₃连接电阻R1，然后同时连接三极管Q2的集电极和三极管Q1的基极；三极管Q2和三极管Q1的发射极同时接地；三极管Q1的集电极连接继电器K2；继电器K2还连接有二极管D1；继电器K2通过控制单刀双掷开关KV1，控制电机连接电源的正负端；继电器K2和电压VCC之间设置有单刀双掷开关KV2；第二控制电路包括三极管Q4、Q3和继电器K1，3-8译码器输出引脚Y₃通过电阻R4连接三极管Q4的基极，3-8译码器输出引脚Y₇连接电阻R3，然后同时连接三极管Q4的集电极和三极管Q3的基极；三极管Q4和三极管Q3的发射极同时接地；三极管Q3的集电极连接继电器K1；继电器K1还连接有二极管D2；继电器K1和电压VCC之间设置有单刀双掷开关KV3；继电器K1通过单刀双掷开关KV4控制电机连接电源的正负端；KV2连接继电器K1；KV3连接继电器K2。

本发明的有益效果是：

(1)本发明设置有基于NBIOT的农业物联通信模块，连接数据中心；调用气象数据参与作物生长，调整水肥一体的操作工艺流程；

(2)本发明通过安全控制电路实现电动水阀的安全控制，防止其出现错误；

(3)本发明采用太阳能为设备供电，可以解决田间无220V供电的问题。

附图说明

图1为本发明结构连接关系示意图。

图2为本发明中一体化控制器结构关系示意图。

图3为本发明中双继电器互锁电路电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种随天气变化的一体化控制装置，包括一体化控制器和太阳能电池板；一体化控制器通过太阳能控制器连接太阳能电池板，太阳能控制器还连接到蓄电池；一体化控制器连接到电动水阀；一体化控制器包括STM32核心控制器和与其连接的基于NBIOT的农业物联通信模块；STM32核心控制器连接用于收集天气信息的传感器，还连接安全控制电路，安全控制电路连接电动水阀；基于NBIOT的农业物联通信模块连接云管理中心；NBIOT指窄带物联网，基于NBIOT的农业物联通信模块用于从中国天气网上收集天气信息。

进一步的，所述基于NBIOT的农业物联通信模块包括NBIOT通信模块和与其连接的NBIOT模块控制器；NBIOT通信模块连接STM32核心控制器，NBIOT模块控制器连接数据管理中心；NBIOT通信模块用于通信，NBIOT模块控制器用于控制NBIOT通信模块和收集、存储信息。

通过STM32核心控制器完成通信、数据采集和水肥一体化逻辑控制等功能；空气温湿度传感器、土壤水份传感器和光照时间传感器等通过采集通道连接STM32核心控制器，采集到的数据存储到STM32核心控制器，基于NBIOT的农业物联通信模块与数据管理中心连接；通过基于NBIOT的农业物联通信模块从云管理中心即中国天气网上获取天气预报信息，将收集到的天气信息传输到STM32核心控制器；STM32核心控制器根据收集到的天气信息根据预先编写好的软件，根据设置的控制条件判断是否需要浇水、施肥或打药的操作；然后通过安全控制电路控制电动水阀的启闭完成控制过程。

使用时，一体化控制器设置有五个控制通道，连接五个电动水阀；每个控制通道都通过安全控制电路与STM32连接，保证水阀的控制是安全、稳定可靠的；保证水阀必须在操作者受控下工作，不能错工作、也不能不受控制工作；五个电动水阀可由任意两组合实现引水、追肥和补水这三者之间的前后时间关系；每个支管上安装一个电动水阀，每一个支管所管的浇灌区域根据山区的地理环境或水压的实际情况决定浇灌的面积；主水管电动水阀和施肥打药电动阀由连接同一个一体化控制器，每个一体化控制器能够独立于云管理中心通信；通过对主水管和施肥打药电动阀的前后逻辑和开关控制时间完成水肥一体化控制；本发明每一个一体化控制器采用低功耗设计，采用太阳能+蓄电池的方式供电，可以减少现场的施工难度。

控制装置的软件实现原理如下：

约定每一个控制通道的优先级别为0～4，约定优先级为5此控制通道无效；第一个控制通道无论何优先级，只要有控制命令都立即启动，其它四个控制通道根据设定的优先级确定开、关的先后关系；控制通道1～5的优先级只能递减、不能递增；如要实现递增中间用一个5隔开；如上一个控制通道的优先级等于5本通道与第一个通道一样的处理方式；为实现水肥一体化控制逻辑设计如下内容的一张二维表数据结构，其内容和初始你值如下表所示。其中工作优先级由现场控制根据水阀连接的实际情况，现场通过参数配置的方式得到。

表1二维表的结构与初始值表

软件实现算法如下。

步骤1：初始化一个二维数组，如上表1所示。

步骤2：任何一个控制通道接到启动命令，如此通道为第1控制通道或控制优先级为0，将要求启动标置1，启动命令置1.再根据引水时间、追肥时间、补水时间计算此阀提前开阀时间量，并打开提前开计时器；如控制优先级为5此端口中不作任何操作。如控制优先级为0和5外的1、2、3、4中的一种，判断上一个通道的启动命令是否为1，提前开时间到标志是否为1，如这两个标志的置均为1，将本通道的启动标志置1，完成水阀的前、后启动控制逻辑。

步骤3：程序不停扫描提前开定时器并判断定时时间是否到。如提前开计时器时间到，将二维表是提前开时间到标志置1。

步骤4：扫描到启动命令被置1的通道进行启动操作，并启动开启总时间计时器。

步骤5：判断开启总时间计时器时间到关闭此控制通道的操作。

步骤6：重复步骤2～5，走到所有操作结束，并停机。

进一步的，所述安全控制电路包括3-8译码器和与其连接的双继电器互锁电路。

进一步的，所述双继电器互锁电路包括第一控制电路和第二控制电路，第一控制电路包括三极管Q2、Q1和继电器K2，3-8译码器输出引脚Y₇通过电阻R2连接三极管Q2的基极，3-8译码器输出引脚Y₃连接电阻R1，然后同时连接三极管Q2的集电极和三极管Q1的基极；三极管Q2和三极管Q1的发射极同时接地；三极管Q1的集电极连接继电器K2；继电器K2还连接有二极管D1；继电器K2通过控制单刀双掷开关KV1，控制电机连接电源的正负端；继电器K2和电压VCC之间设置有单刀双掷开关KV2；第二控制电路包括三极管Q4、Q3和继电器K1，3-8译码器输出引脚Y₃通过电阻R4连接三极管Q4的基极，3-8译码器输出引脚Y₇连接电阻R3，然后同时连接三极管Q4的集电极和三极管Q3的基极；三极管Q4和三极管Q3的发射极同时接地；三极管Q3的集电极连接继电器K1；继电器K1还连接有二极管D2；继电器K1和电压VCC之间设置有单刀双掷开关KV3；继电器K1通过单刀双掷开关KV4控制电机连接电源的正负端；KV2连接继电器K1；KV3连接继电器K2。

3-8译码器控制端输出端包括：Y₀，Y₁，Y₂，Y₃，Y₄，Y₅，Y₆，Y₇，无论输入端信号组合是什么，8个输出端口只有一个端口输出“0”，后续的控制信号采用“0”有效，保证任何一个时刻只有一个电动水阀工作；在输出端口中Y₀为默输出端口不作控制端口，Y₃，Y₇为一组实现对一个电动水阀开关控制，Y₅，Y₆为一组实现对另一水阀控制；通过3-8译码器对继电器控制端供电控制，实现两继电器一个工作，另一个必须停止的工作模式，进而实现对减速电机进行正反转动控制的互锁功能；如双继电器互锁电路连接3-8译码器Y₃，Y₇引脚时，Y₇输入“0”时，Y₃为“1”，Y₇为“0”时，K1有效；单刀双掷开关KV4接10接点，接DC+；Y₃为“1”时，K2无效，单刀双掷开关KV1接3接点，接DC-；电机正转；同理，Y₃为“0”，Y₇为“1”时，电机反转；双继电器互锁电路接Y₅，Y₆时，工作原理相同。

通过上述控制保证同一时间只有一个水阀工作，通过控制一个水阀的正反转工作状态，结构简单、能够保证电动水阀的安全可靠运行。

本发明充分调用气象数据参与作物生长的各个关键环节，动态的影响或改变水肥一体的操作工艺流程；采用基于NBIOT的窄带通信协议和后端数据中心组网，可以实现多点农业设施的控制；系统采用低功耗和严格的电源管理设计方案，实现太阳能供电，解决田间无220V供电的问题；通过安全控制电路实现电动水阀的安全、可靠控制。