一种基于LoRa无线通信的阀门控制系统的制作方法

本实用新型涉及一种基于lora无线通信的阀门控制系统，属于农业灌溉技术领域。

背景技术：

我国的人均水资源量只有2300立方米，仅为世界平均水平的1/4，在世界排名110，是全球人均水资源最贫乏的国家之一。传统的农业灌溉方法是通过人工灌溉，人工灌溉主要是漫灌，这种方式浪费大量水资。目前阀门控制系统来实现对灌溉系统内的管道上的电磁阀进行控制，实现远程阀门控制，有效的减少农业用水的浪费。

阀门控制系统最难解决的就是网络问题，一是在农田中部署有线网络拓扑，对农作物的耕种与收割造成了不便。二是无线传输，目前常用的无线传输为wifi和zigbee，wifi组网能力差，传输距离近，不够安全，而且功耗高；zigbee虽然传输速率高，但是距离太短，想要部署在农田，必须要增加中继节点或增加网关数量，大大提高了设备成本。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于一种广覆盖、多连接、低成本、低功耗、长稳定且适用于农业灌溉的基于lora无线通信的阀门控制系统。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于lora无线通信的阀门控制系统，包括lora网关以及与lora网关连接的数个阀门控制器，所述阀门控制器包括单片机以及与单片机连接的电源模块、压力流量一体机、电压采集模块、调试模块、电磁阀控制模块、rs485模块和lora射频模块，lora射频模块与lora网关连接，电磁阀控制模块与农业灌溉系统中的电磁阀连接，电压采集模块与电源模块连接。

进一步地，所述电源模块采用太阳能板供电。

进一步地，所述rs485模块连接有传感器阵列。

进一步地，所述传感器阵列包括温度传感器、湿度传感器和二氧化碳传感器。

进一步地，所述单片机采用stm32单片机。

进一步地，所述lora射频模块采用sx1278芯片。

本实用新型具有以下有益效果：

(1)采用lora作为数据传输的模块，每个lora网关可最多可以接入32个阀门控制器，减少多网关部署带来的频段干扰，具有成本低、功耗低、组网能力好、覆盖广等优点；

(2)通过设置压力流量一体机，实时检测管道内的水压和水流，适宜打开或关闭电磁阀以控制水压和水流，提高了管道的使用寿命，以及农作物的生长能力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构框图。

图2为本实用新型的阀门控制器结构框图。

图3为本实用新型的单片机的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例提供的基于lora无线通信的阀门控制系统，包括lora网关以及与lora网关连接的数个阀门控制器，所述lora网关与云平台连接，所述云平台可与多个手持终端连接，并实现数据交互功能。

如图2所示，所述阀门控制器包括单片机以及与单片机连接的电源模块、压力流量一体机、电压采集模块、调试模块、电磁阀控制模块、rs485模块和lora射频模块，lora射频模块与lora网关连接，电磁阀控制模块与农业灌溉系统中的电磁阀连接，电源与电压采集模块连接。

所述电源模块采用太阳能板供电，它包括太阳能板、逆变器和锂电池，太阳能板将太阳能转化为电能，再通过逆变器将电能充电给锂电池，太阳能供电技术已经是成熟的技术，本实施例只是将其应用于本实施例中的电池的充电，就可对每个阀门控制系统供电，无需外接电源。所述电压采集模块用于采集锂电池的电压和太阳能板的输出电压信号，并把采集的电压信号发送给单片机。

所述压力流量一体机用于采集水管内的水流速度和水流压力；采用现有技术中的可采集水压和水流的设备实现，并将采集的水流速度和水流压力发送给单片机。

所述电磁阀控制模块用于驱动农业灌溉系统中的电磁阀的打开或关闭，以实现灌溉，电磁阀控制模块的是否打开或关闭电磁阀是单片机控制的。

所述调试模块用于实现对单片机的调试功能。

所述rs485模块是用于连接传感器阵列，实现数据的采集，所述传感器阵列主要包括温度传感器、湿度传感器和二氧化碳传感器，用于采集温度信号、湿度信号和二氧化碳的含量，所述传感器阵列可根据农田需求增加或更换其他的数据采集传感器，只需要更换带有rs485接口的传感器与rs458连接实现数据的采集即可。

所述lora射频模块用于实现阀门控制器与云平台之间的数据传输，主要是采用采用低功耗，抗干扰，远距离的sx1278芯片实现。lora模块接收灵敏度高达-148dbm，在广袤的农田里并不会有过多的信道干扰，可以实现3公里稳定传输，完全满足农业灌溉技术远距离的要求。lora模块的接收电流仅为14ma，睡眠电流仅为100na，采用lora模块提供的信道活动检测功能，可以实现每5秒钟只需唤醒30毫秒，便可以有效的接收到网关发送的任何数据，极大降低功耗。

如图3所示，所述单片机采用具有数据存储和处理能力的处理器实现，具体地，本实施例采stm32单片机实现，其内加载有阀门控制主程序、流量监控主程序、低功耗控制主程序、lora无线通信协议和rs485有线通信协议。

所述阀门控制主程序用于接收lora射频模块接收的驱动阀门打开或关闭的信号，或者根据压力流量一体机采集水管内的水流速度和水流压力对生成驱动电磁阀打开或关闭的信号。所述流量监控主程序用于接收压力流量一体机采集水管内的水流速度和水流压力，避免因为水流过大或者水压过大，农业灌溉系统内的水压过大会造成水管破裂，影响农业灌溉系统的使用寿命，水流过大会农田内的植物会有影响。所述低功耗主程序是降低整体控制器的用电量，可时锂电池无需外来电源，直接通过太阳能板供电即可实现用电需求。所述lora无线通信协议用于间隔唤醒单片机采用电磁阀状态以及水压一体机采集的信号，具体地每5秒唤醒一次，每次唤醒后主要用于接收lora网关发来的查询控制命令以及向lora网关上报电磁阀状态、当前电量、水流状态、传感器状态等；阀门控制器lora射频模块每次唤醒采用cad模式接收数据，发送采用非cad模式。所述rs485有线通信协议由单片机启动通信，单片机向与其传感器发送任务报文，传感器接到单片机的任务命令后返回响应报文并执行相应动作。

本实用新型的工作流程为：用户手持终端与所述云平台连接，实现数据的获取和执行命令的传输，云平台采用现有技术的云计算功能的服务器实现，主要用于数据的存储和数据分析，所述云平台通过所述lora网关连接，所述lora网关采用现有技术可与本实施例所述提供的阀门控制器连接并能实现的数据传输的智能网关实现，用户通过手机可以打开或关闭电磁阀的指令，云平台接收后发送给lora网关，lora网关在发给相应的阀门控制器，阀门控制器接收指令，控制电磁阀打开或关闭。

以上所述仅是本实用新型优选的实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何基于本实用新型所提供的技术方案和实用新型构思进行的改造和替换都应涵盖在本实用新型的保护范围内。