专利名称：果园水肥一体化滴灌自动控制装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及滴灌技术领域，特别涉及果园水肥一体化滴灌自动控制装置及其控制方法。
背景技术：
滴灌因具有节水节肥的效益，被视为发展低碳农业的有效措施之一。目前，我国大部分果园已建造了水池、铺上了滴灌管道，采用滴灌的方式进行灌溉或施肥。由于我国的果树属于劳动密集型作物，多为单家独户种植与经营，对生产成本极为敏感，而且大多数果园处于无电的偏远地区，以及我国果农科技素质普遍偏低等因素，使得国内外研发与生产的滴灌的相关自动控制设备难以推广应用，从而使我国果园滴灌的自动化程度低，基本上是依靠人力穿梭于果园中手动开、关管道阀门进行滴灌控制，费时费力且效率低下。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述现有技术的缺点与不足，提供一种结构简单、合理的果园水肥一体化滴灌自动控制装置。本发明的另一目的在于提供上述果园水肥一体化滴灌自动控制装置的控制方法。为达上述目的，本发明采用如下的技术方案果园水肥一体化滴灌自动控制装置， 包括控制器、水路电磁阀、液肥电磁阀、控制面板、水路管道、液肥管道和主干滴灌管，所述控制器包括壳体以及置于壳体内的电量检测电路、电池、电源电路、单片机和电磁阀驱动电路，电量检测电路分别连接电池、单片机；所述控制面板设于所述壳体的外表面上，且分别连接电源电路、单片机；电源电路分别与电磁阀驱动电路、水路电磁阀、液肥电磁阀连接； 所述电池、电源电路、单片机、电磁阀驱动电路依次连接，电磁阀驱动电路分别与水路电磁阀、液肥电磁阀连接，水路电磁阀、液肥电磁阀分别通过水路管道、液肥管道外接清水池、 液肥池；所述壳体的下方两侧分别设有管道接口，且其内部设有与所述管道接口连通的管道；所述主干滴灌管同时连接壳体一侧的管道接口及水路电磁阀，所述壳体另一侧的管道接口连接液肥电磁阀；或者，主干滴灌管同时连接壳体一侧的管道接口及液肥电磁阀， 所述壳体另一侧的管道接口连接水路电磁阀。所述水路电磁阀、液肥电磁阀均为脉冲电磁阀，水路电磁阀用来控制水路，液肥电磁阀用来控制液肥通路，通过两个电磁阀的组合可实现水肥的一体化控制。所述单片机的型号优选为MSP430F2132，其功耗很低，处理能力强，并且内部集成有ADC转换器。所述电池作为装置的输入电源，所述电源电路由一个9V的升压电路和一个3V的稳压电路组成，用于将所述电池的电压转换成合适的电压供电路中各单元使用，其中，所述 9V升压电路用来为脉冲电磁阀驱动电路供电，所述3V稳压电路用来为装置的单片机供电。所述电源电路包括稳压电路和升压电路，所述稳压电路、升压电路均与电池连接，且稳压电路与单片机连接，升压电路分别连接电磁阀驱动电路、水路电磁阀、液肥电磁阀。所述稳压电路包括稳压芯片、第一电容、第六电容、第一电阻和第二电阻，所述稳压芯片包括第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端和接地端，第一电容的一端接地，其另一端连接稳压芯片的第一输入端；所述稳压芯片的第一输入端连接电池，其第二输入端连接第一输入端；所述第一电阻的一端连接稳压芯片的第一输出端，其另一端连接稳压芯片的第二输出端；所述第二电阻的一端连接稳压芯片的第二输出端，其另一端接地； 第六电容的一端连接稳压芯片的第一输出端，其另一端接地；稳压芯片的接地端接地，且其第一输出端连接单片机。所述升压电路包括第二电容、电源转换器、第五电阻、第三电容、第五电容、第一电感、第四电容、第二电感、第一二极管、第三电阻、第四电阻、第八电容和第九电容，所述电源转换器包括第一输入端、第一输出端、第二输出端、第三输出端和接地端，第二电容的正极连接电源转换器的第一输入端，其负极接地；电源转换器的第一输入端连接电池，其第一输出端连接第五电阻的一端，第五电阻的另一端连接第三电容的一端，第三电容的另一端接地；第五电容的一端连接电源转换器的第一输出端，其另一端接地；第一电感的一端连接电源转换器的第一输入端，其另一端连接电源转换器的第二输出端；第四电容的一端连接电源转换器的第二输出端，其另一端连接第二电感的一端，第二电感的另一端接地；第一二极管的正极连接所述第四电容的另一端，其负极连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接电源转换器的第三输出端；第四电阻的一端连接电源转换器的第三输出端，其另一端接地；第八电容的正极、第九电容的正极均连接第一二极管的负极，第八电容的负极、第九电容的负极均接地；电源转换器的接地端接地，且第一二极管的负极还分别连接电磁阀驱动电路。电磁阀驱动电路是由MOS管构成的H桥电路，具体为所述电磁阀驱动电路包括第十电阻、第三场效应管、第十一电阻、第四场效应管、第十二电阻、第五场效应管、第二二极管、第三二极管、第六场效应管、第十三电阻、第七场效应管、第十四电阻、第八场效应管和第十五电阻，第十电阻的一端与第三场效应管的栅极连接，其另一端与第三场效应管的源极连接；第三场效应管的源极接地，其漏极连接第四场效应管的栅极；第四场效应管的源极连接升压电路的第一二极管的负极，其漏极连接第五场效应管的漏极；第十一电阻的一端连接第四场效应管的栅极，其另一端连接第四场效应管的源极；第十二电阻的一端连接第五场效应管的栅极，其另一端连接第四场效应管的源极；第五场效应管的源极接地；第三二极管的正极连接第四场效应管的漏极，其负极连接第二二极管的负极连接；第二二极管的正极连接第六场效应管的漏极，第六场效应管的源极连接升压电路的第一二极管的负极，其漏极连接第八场效应管的漏极；第十三电阻的一端连接第六场效应管的栅极，其另一端连接第六场效应管的源极；第七场效应管的漏极连接第六场效应管的栅极，其源极接地； 第十四电阻的一端连接第七场效应管的栅极，其另一端连接第七场效应管的源极；第八场效应管的源极接地；第十五电阻的一端连接第八场效应管的栅极，其另一端连接第八场效应管的源极；第三场效应管的栅极、第五场效应管的栅极、第七场效应管的栅极、第八场效应管的栅极分别与单片机连接；第二二极管的正极、第三二极管的正极均与水路电磁阀或液肥电磁阀连接。所述电量检测电路包括第一场效应管、第六电阻、第二场效应管、第七电阻和分压电路，第一场效应管的源极连接电池，其漏极连接分压电路，其栅极连接第二场效应管的漏极；第六电阻的一端连接第一场效应管的源极，其另一端连接第二场效应管的漏极；第二场效应管的源极接地，其栅极连接单片机；所述第七电阻的一端连接第二场效应管的栅极， 其另一端连接第二场效应管的源极；分压电路还连接单片机，且接地。所述分压电路包括第八电阻和第九电阻，第八电阻的一端连接第一场效应管的漏极，其另一端分别连接单片机、第九电阻的一端；第九电阻的另一端接地。电量检测电路用来检测电池的电压，它是通过一个电阻分压电路对电池电压进行分压，然后再送到单片机内部集成的ADC转换器进行检测来实现的。控制面板用来进行人机交互式操作，它上面有两个多档位旋钮开关(滴灌时间控制开关、水肥启动及电量检测控制开关)，旋钮开关的每一个档位所指示的功能或信息在控制面板上对应着有刻度、数值或文字，通过对旋钮开关的操作可设定装置的控制参数及功能；此外所述控制面板上还有一个双色LED指示灯(电量指示灯)，分别用不同的颜色来表示电池电量的充足与不足。具体为所述控制面板上设有滴灌时间控制开关、水肥启动及电量检测控制开关和电量指示灯，所述滴灌时间控制开关、水肥启动及电量检测控制开关、电量指示灯均与单片机连接，且电量指示灯与电源电路连接。作为优选，所述滴灌时间控制开关的四周设有滴灌时长时间刻度值指示标识以及滴灌间隔时间刻度值指示标识，所述水肥启动及电量检测控制开关的四周设有水肥滴灌启动指示标识、电量检测启动指示标识、清水滴灌启动时间刻度值指示标识以及手动滴灌启动指示标识。控制器的壳体除了用来密封安装各电路及相关元器件，还用来将整个装置安装在水路管道或液肥管道上，所述壳体的一端与脉冲电磁阀相连，另一端与管道相连，这样就可将整个装置固定于管道上，既便于使用时安装，又可防止野外应用时被盗。上述果园水肥一体化滴灌自动控制装置的控制方法，包括如下步骤 (1)电源电路将电池的电压进行稳压处理，并将处理后的电压信号供电给单片机使用；同时，电源电路将电池的电压进行升压处理，并将处理后的电压信号供电给电磁阀驱动电路使用；(2)初始化单片机、电磁阀驱动电路、水路电磁阀以及液肥电磁阀的相关参数；(3)当需要检测电池电量时，旋转水肥启动及电量检测控制开关，以使单片机向电量检测电路发送电量检测启动信号(即将水肥启动及电量检测控制开关旋转指向电量检测启动指示标识，以使单片机接通电量检测电路)，启动电量检测电路，以使电量检测电路采集电池的电压；电量检测电路将电池的电压信号进行分压处理后，发送到单片机中，由单片机对电池的电压信号进行检测；若单片机检测到所述电压信号低于设定的电压值，则向控制面板的电量指示灯发送控制信号，电量指示灯显示电池电量不足；若单片机检测到电压信号高于设定的电压值，则向控制面板的电量指示灯发送控制信号，电量指示灯显示电池电量充足；(4)根据果园的实际滴灌需要，旋转滴灌时间控制开关，设定滴灌时长以及滴灌的间隔时间(即将滴灌时间控制开关旋转指向需要的滴灌时长时间刻度值指示标识以及滴灌间隔时间刻度值指示标识，单片机根据滴灌时间控制开关的位置信号，以设定滴灌时长以及滴灌的间隔时间)；同时，旋转水肥启动及电量检测控制开关，以使水肥启动及电量检测控制开关向单片机发送水肥滴灌启动信号(即水肥启动及电量检测控制开关指向水肥滴灌启动指示标识，单片机根据水肥启动及电量检测控制开关的位置状态信号，使得整个装置处于水肥滴灌自动控制状态)；(5)单片机根据水肥滴灌启动信号，向电磁阀驱动电路发送信号，通过电磁阀驱动电路先驱动并打开水路电磁阀，以使清水池中的水沿水路管道流至主干滴灌管，并由主干滴灌管灌溉在果园土壤上，进而以使果园土壤湿润；当滴灌时长达到步骤(4)设定的滴灌时长后，通过电磁阀驱动电路关闭水路电磁阀，进而控制停止清水滴灌；(6)清水滴灌完成后，再通过电磁阀驱动电路驱动并打开液肥电磁阀，以使液肥池中的液肥沿液肥管道流至主干滴灌管，并由主干滴灌管灌溉在果园土壤上，进而向果园土壤施肥，实现水肥一体化灌溉；当滴灌时长达到步骤(4)设定的滴灌时长后，通过电磁阀驱动电路关闭液肥电磁阀，进而控制停止液肥滴灌；(7)液肥滴灌完成后，电磁阀驱动电路再次驱动并打开水路电磁阀，以使清水池中的水沿水路管道流至主干滴灌管，以清洗主干滴灌管；当滴灌时长达到步骤(4)设定的滴灌时长后，电磁阀驱动电路关闭水路电磁阀；完成单次水肥一体化滴灌作业；(8)根据步骤⑷设定的滴灌的间隔时间，依次循环执行步骤(5) 步骤(7)，实现循环滴灌作业。当仅需进行水的滴灌时，只需按照设定的定时参数，将水肥启动及电量检测控制开关旋转至手动滴灌启动指示标识处，通过控制水路电磁阀的开关即可；或者，将水肥启动及电量检测控制开关旋转至清水滴灌启动时间刻度值指示标识的对应值处，即可控制水路电磁阀的定时开启，进而控制定时清水灌溉。本发明的果园水肥一体化滴灌自动控制装置，以单片机作为主控器，利用其内部集成的实时时钟实现计时功能，并充分利用单片机的休眠-唤醒机制，以及分时分区供电的电源管理策略等低功耗设计手段，最大程度地降低了装置的功耗，以延长电池的寿命。通过控制面板设定滴灌的启动时间、间隔天数、滴灌时长等控制参数，以及自动、手动、水肥一体化滴灌等功能。当进行水肥一体化滴灌时，先打开控制水路电磁阀灌水一段时间以浸润土壤，然后关闭该电磁阀，并打开控制液肥电磁阀灌肥一段时间，最后关闭此电磁阀，并打开控制水路电磁阀一段时间后再关闭，以清洗滴灌管道，避免滴头堵塞。与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果以电池供电，功耗低，适合应用于无电地区的果园；成本低，能直接在原来的滴灌管道上安装，不需要花费额外成本；操作简单，即使是低知识层次的果农也能轻易使用；既能进行水的滴灌，又能进行水肥一体化滴灌，此外还可将该装置分别安装在大型果园的各个灌溉小区进行轮灌，实用性强。
图1是本发明装置的总体结构框图。图2是图1所示装置的结构示意图。图3是图2所示控制器的结构示意图。图4是图1所示电源电路的示意图。图5是图1所示电量检测电路的示意图。图6是图1所示电磁阀驱动电路的示意图。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例1图1 图6示出了本实施例的具体结构示意图，如图1所示，本果园水肥一体化滴灌自动控制装置，包括控制器5、水路电磁阀3、液肥电磁阀6、控制面板、水路管道2、液肥管道和主干滴灌管4，所述控制器5包括壳体以及置于壳体内的电量检测电路、电池、电源电路、单片机和电磁阀驱动电路，电量检测电路分别连接电池、单片机；所述控制面板设于所述壳体的外表面上，且分别连接电源电路、单片机；电源电路分别与电磁阀驱动电路、水路电磁阀3、液肥电磁阀6连接；所述电池、电源电路、单片机、电磁阀驱动电路依次连接，电磁阀驱动电路分别与水路电磁阀3、液肥电磁阀6连接，水路电磁阀3、液肥电磁阀6分别通过水路管道2、液肥管道外接清水池1、液肥池7 ；如图3所示，所述壳体的下方两侧分别设有管道接口 11、管道接口 12，且其内部设有与所述管道接口 11、管道接口 12连通的管道；如图2所示，所述主干滴灌管4同时连接壳体一侧的管道接口 12及水路电磁阀3， 所述壳体另一侧的管道接口 11连接液肥电磁阀6。壳体为长方体壳体，其内安装有电池、电子线路板及相关元器件等，在长方体壳体的一侧有用于与电磁阀相连接的接线端口，长方体壳体中下部的两侧分别与管道接口相连，管道接口的直径为63mm，它与外部管道的接口形式可以是内螺纹，两个管道接口在长方体壳体内部是以与管道接口相同直径的通孔相连通的。整个外壳是塑料材质的，长方体壳体与管道接口是一体化成型的，具有防水防潮的功能，适合在野外应用，而且这种结构便于在主干滴灌管4上安装，又能防止野外应用时轻易被盗。所述水路电磁阀3、液肥电磁阀6均为脉冲电磁阀，接口尺寸为63mm的内螺纹，水路电磁阀3用来控制水路，液肥电磁阀6用来控制液肥通路，通过两个电磁阀的组合可实现水肥的一体化控制。该脉冲电磁阀属于低功耗产品，其打开或关闭只需给电磁阀正向或反向通电一个6 MVDC的脉冲电压即可，而且阀门打开或关闭的状态是不需要电能来维持的。因而其电磁阀驱动电路可由MOS管构成的H桥电路来实现，H桥的桥臂控制端分别与单片机的I/O 口相连，通过对单片机I/O 口的操作可控制H桥电路来驱动电磁阀的开关。所述单片机为TI公司的超低功耗16位单片机MSP430F2132，其工作电压为1. 8 3. 6V，功耗很低，在IMHz频率条件下全速运行时消耗电流为250 μ Α,工作在以32768Hz晶振为时钟源的LPM3休眠模式时消耗电流为0. 8 μ A，并且内部集成有ADC转换器。所述电池为9V碱性电池，以它作为装置的输入电源，所述电源电路由一个9V的升压电路和一个3V的稳压电路组成，用于将所述电池的电压转换成合适的电压供电路中各单元使用，其中，所述9V升压电路用来为脉冲电磁阀驱动电路供电，所述3V稳压电路用来为装置的单片机供电。所述电源电路，它将电池电压转换为9V和3V两个电压支路。其中，9V支路为电磁阀驱动电路供电，它是由高效率升压芯片16(型号LT1961)与阻容元件、电感器、肖特基二极管相连来实现的，其中LT1961的输入电压为3 25V，输出电压误差为士2%，最大输出电流为1.5Α，且具有可控制的低至6μΑ的掉电模式。仅当需要电磁阀动作时，才使能LT1961，并且使LT1961工作约30ms以使大电容27充入一定的电量后，再控制H桥电路进行电磁阀的驱动，这样可防止电磁阀瞬间动作时产生的大电流将电池电压大幅度拉低。3V 支路为单片机及单片机供电，它是由MAX8880外接阻容元件来实现，其中稳压芯片29(型号MAX8880)是一款超低功耗的低压差线性稳压器，其输入电压为2. 5 12V，消耗电流为 3. 5μΑ,输出电压精度为士 1. 5%，最大压差为0. 2V，即当电池下降到3. 2V时还能将电压稳压在3V，很大程度上提高了电池的利用率。具体为所述电源电路包括稳压电路和升压电路，所述稳压电路、升 压电路均与电池连接，且稳压电路与单片机连接，升压电路分别连接电磁阀驱动电路、水路电磁阀3、液肥电磁阀6。如图4所示，所述稳压电路包括稳压芯片29、第一电容28、第六电容30、第一电阻 31和第二电阻32，所述稳压芯片29包括第一输入端39、第二输入端40、第一输出端44、第二输出端43、接地端41和接线端42，接线端42可用于指示稳压芯片的工作状态，当稳压芯片29 (型号ΜΑΧ8880)处于正常稳压工作时，该接线端42为高阻抗，当稳压芯片29 (型号 ΜΑΧ8880)处于掉电模式或其输出端的电压不在所要稳定的电压的范围内时则该接线端42 输出低电平，第一电容28的一端接地，其另一端连接稳压芯片29的第一输入端39 ；所述稳压芯片29的第一输入端39连接电池，其第二输入端40连接第一输入端；所述第一电阻31 的一端连接稳压芯片29的第一输出端44，其另一端连接稳压芯片29的第二输出端43 ；所述第二电阻32的一端连接稳压芯片29的第二输出端43，其另一端接地；第六电容30的一端连接稳压芯片29的第一输出端39，其另一端接地；稳压芯片29的接地端接地，且其第一输出端44连接单片机。如图4所示，所述升压电路包括第二电容15、电源转换器16、第五电阻17、第三电容18、第五电容22、第一电感19、第四电容20、第二电感21、第一二极管23、第三电阻24、 第四电阻25、第八电容26和第九电容27，所述电源转换器16包括第一输入端33、第一输出端36、第二输出端38、第三输出端37、接地端35和接线端34，接线端34与单片机相连， 当接线端34为低电平时电源转换器16进入掉电模式，当接线端34为高电平时使能电源转换器16工作，第二电容15的正极连接电源转换器16的第一输入端Vin，其负极接地；电源转换器16的第一输入端33连接电池，其第一输出端36连接第五电阻17的一端，第五电阻 17的另一端连接第三电容18的一端，第三电容18的另一端接地；第五电容22的一端连接电源转换器16的第一输出端36，其另一端接地；第一电感19的一端连接电源转换器16的第一输入端33，其另一端连接电源转换器16的第二输出端38 ；第四电容20的一端连接电源转换器16的第二输出端38，其另一端连接第二电感21的一端，第二电感21的另一端接地；第一二极管23的正极连接所述第四电容20的另一端，其负极连接第三电阻24的一端， 第三电阻24的另一端连接电源转换器16的第三输出端37 ；第四电阻25的一端连接电源转换器16的第三输出端37，其另一端接地；第八电容26的正极、第九电容27的正极均连接第一二极管23的负极，第八电容26的负极、第九电容27的负极均接地；电源转换器16 的接地端接地，且第一二极管23的负极还分别连接电磁阀驱动电路、水路电磁阀3、液肥电磁阀6。如图5所示，所述电量检测电路包括第一场效应管48、第六电阻47、第二场效应管 46、第七电阻45和分压电路，第一场效应管48的源极55连接电池，其漏极56连接分压电路，其栅极54连接第二场效应管46的漏极52 ；第六电阻47的一端连接第一场效应管48的源极55，其另一端连接第二场效应管46的漏极52 ；第二场效应管46的源极53接地，其栅极51连接单片机；所述第七电阻45的一端连接第二场效应管46的栅极51，其另一端连接第二场效应管46的源极53 ；分压电路还连接单片机，且接地。如图5所示，所述分压电路包括第八电阻49和第九电阻50，第八电阻49的一端连接第一场效应管48的漏极，其另一端分别连接单片机、第九电阻50的一端；第九电阻50 的另一端接地。如图6所示，所述电磁阀驱动电路包括第十电阻57、第三场效应管58、第十一电阻 59、第四场效应管60、第十二电阻62、第五场效应管61、第二二极管64、第三二极管63、第六场效应管65、第十三电阻66、第七场效应管67、第十四电阻68、第八场效应管69和第十五电阻70，第十电阻57的一端与第三场效应管58的栅极连接，其另一端与第三场效应管58 的源极连接；第三场效应管58的源极接地，其漏极连接第四场效应管60的栅极；第四场效应管60的源极连接升压电路的第一二极管23的负极，其漏极连接第五场效应管61的漏极；第十一电阻59的一端连接第四场效应管60的栅极，其另一端连接第四场效应管60的源极；第十二电阻62的一端连接第五场效应管61的栅极，其另一端连接第四场效应管60 的源极；第五场效应管61的源极接地；第三二极管63的正极连接第四场效应管60的漏极， 其负极连接第二二极管64的负极连接；第二二极管64的正极连接第六场效应管65的漏极，第六场效应管65的源极连接升压电路的第一二极管23的负极，其漏极连接第八场效应管69的漏极；第十三电阻66的一端连接第六场效应管65的栅极，其另一端连接第六场效应管65的源极；第七场效应管67的漏极连接第六场效应管65的栅极，其源极接地；第十四电阻68的一端连接第七场效应管67的栅极，其另一端连接第七场效应管67的源极；第八场效应管69的源极接地；第十五电阻70的一端连接第八场效应管69的栅极，其另一端连接第八场效应管69的源极；第三场效应管58的栅极、第五场效应管61的栅极、第七场效应管67的栅极、第八场效应管69的栅极分别与单片机连接；第二二极管64的正极、第三二极管63的正极均与水路电磁阀或液肥电磁阀连接。所述电量检测电路先由第八电阻49和第九电阻50组成分压电路对电池电压进行分压，再将分压后的电压送至单片机内部集成的ADC转换器进行电压检测，然后根据电阻分压电路的分压比值，将该检测结果换算成电池的实际电压。若检测的电池电压小于4V时则认为电池电量不足，并通过单片机控制电量指示灯9发红光指示，否则认为电池电量充足，并使电量指示灯9发绿光指示。图中的第二场效应管46、第一场效应管48分别为N沟道路和P沟道MOS管，第二场效应管46的控制端(栅极)与单片机的I/O 口相连，通过单片机控制第二场效应管46的导通与截止，可以控制第一场效应管48的导通与截止，从而可以控制第八电阻49与第九电阻50组成的电阻分压电路与电池的连接与断开。只有当需要检测电池电量时，才将该分压电路与电池相接，以避免该支路平时消耗电流。 电量检测电路用来检测电池的电压，它是通过一个电阻分压电路对电池电压进行分压，然后再送到单片机内部集成的ADC转换器进行检测来实现的。控制面板用来进行人机交互式操作，它上面有两个多档位旋钮开关(即滴灌时间控制开关8、水肥启动及电量检测控制开关10)，两个旋钮开关均有12个档位，旋钮开关的每一个档位所指示的功能或信息在控制面板上对应着有刻度标识(包括刻度、数值或文字)，通过对旋钮开关的操作可设定装置的控制参数及功能；此外所述控制面板上还有一个红绿双色LED指示灯(电量指示灯9)，分别用不同的颜色来表示电池电量的充足与不足， LED发绿光表示电池电量充足，当LED发绿光时表示电池电量不足，需要更换电池。具体为如图3所示，所述控制面板上设有滴灌时间控制开关8、水肥启动及电量检测控制开关10和电量指示灯9，所述水路控制开关8、液肥控制开关10、电量指示灯9均与单片机连接，且电量指示灯9与电源电路连接；所述滴灌时间控制开关的四周设有有滴灌时长时间刻度值指示标识13以及滴灌间隔时间刻度值指示标识14，所述水肥启动及电量检测控制开关的四周设有水肥滴灌启动指示标识、电量检测启动指示标识、清水滴灌启动时间刻度值指示标识71以及手动滴灌启动指示标识。通过所述控制面板可设定滴灌的启动时刻、滴灌时长和间隔天数等自动控制参数，以及选择自动定时滴灌、手动控制、水肥一体化滴灌、电池电量检测等功能。此外通过对所述控制面板的操作还可实现装置在上电瞬间设定实时时钟。旋钮开关的档位的识别是通过对由13只相同阻值的电阻串联而成的电阻分压电路进行电压检测来实现的，旋钮开关的公共端与单片机的ADC接口相连，旋钮开关的各个档位分别与依次连接的12只电阻相连，通过单片机ADC转换结果就可知道旋钮开关旋到哪个档位。此外，该电阻分压电路还与一只MOS管(场效应管)相串联，MOS管的控制端与单片机的I/O 口相连，只有当需要检测旋钮开关档位才使MOS管导通，否则使MOS管截止，以使电阻分压电路在平时不消耗电流。控制器5的壳体除了用来密封安装各电路及相关元器件，还用来将整个装置安装在水路管道2或液肥管道上，所述壳体的一端与脉冲电磁阀相连，另一端与管道相连，这样就可将整个装置固定于管道上，既便于使用时安装，又可防止野外应用时被盗。水路电磁阀3与液肥电磁阀6分别安装在清水池1、液肥池7的出水管道上，水路电磁阀3与液肥电磁阀6的出水口通过管道都连接到滴灌的主干滴灌管4道上，控制器5 串联安装在水路电磁阀3的出水口管道上，水路通过控制线分别与水路电磁阀3、液肥电磁阀6进行电气连接。通过对两个电磁阀的开关控制，可分别控制清水池1和液肥池7的出流量，从而可控制是灌水还是灌肥。若确实不需要灌溉施肥，只需要安装水路电磁阀3即可。上述果园水肥一体化滴灌自动控制装置的控制方法，包括如下步骤(1)电源电路将电池的电压进行稳压处理，并将处理后的电压信号供电给单片机使用；同时，电源电路将电池的电压进行升压处理，并将处理后的电压信号供电给电磁阀驱动电路使用；(2)初始化单片机、电磁阀驱动电路、水路电磁阀3以及液肥电磁阀6的相关参数；(3)当需要检测电池电量时，旋转水肥启动及电量检测控制开关10，以使单片机向电量检测电路发送电量检测启动信号(即将水肥启动及电量检测控制开关旋转指向电量检测启动指示标识，以使单片机接通电量检测电路)，启动电量检测电路，以使电量检测电路采集电池的电压；电量检测电路将电池的电压信号进行分压处理后，发送到单片机中， 由单片机对电池的电压信号进行检测；若单片机检测到所述电压信号低于设定的电压值， 则向控制面板的电量指示灯9发送控制信号，通过电量指示灯9显示电池电量不足；若单片机检测到电压信号高于设定的电压值，则向控制面板的电量指示灯9发送控制信号，通过电量指示灯9显示电池电量充足；(4)根据果园的实际滴灌需要，旋转滴灌时间控制开关8，设定滴灌时长以及滴灌的间隔时间(即将滴灌时间控制开关旋转指向需要的滴灌时长时间刻度值指示标识以及滴灌间隔时间刻度值指示标识，单片机根据滴灌时间控制开关的位置信号，以设定滴灌时长以及滴灌的间隔时间)；同时，旋转水肥启动及电量检测控制开关10，以使水肥启动及电量检测控制开关向单片机发送水肥滴灌启动信号(即水肥启动及 电量检测控制开关10指向水肥滴灌启动指示标识，单片机根据水肥启动及电量检测控制开关的位置状态信号，使得整个装置处于水肥滴灌自动控制状态)；(5)单片机根据水肥滴灌启动信号，向电磁阀驱动电路发送信号，通过电磁阀驱动电路根据水路控制信号，驱动并打开水路电磁阀3，以使清水池1中的水沿水路管道2流至主干滴灌管4，并由主干滴灌管4灌溉在果园土壤上，进而以使果园土壤湿润；当滴灌时长达到步骤(4)设定的滴灌时长后(1小时后)，通过电磁阀驱动电路关闭水路电磁阀3，进而控制停止清水滴灌；(6)清水滴灌完成后，再通过电磁阀驱动电路，驱动并打开液肥电磁阀6，以使液肥池7中的液肥沿液肥管道流至主干滴灌管4，并由主干滴灌管4灌溉在果园土壤上，进而向果园土壤施肥，实现水肥一体化灌溉；当滴灌时长达到步骤(4)设定的滴灌时长后(1小时后)，通过电磁阀驱动电路关闭液肥电磁阀6，进而控制停止液肥滴灌；(7)液肥滴灌完成后，电磁阀驱动电路再次驱动并打开水路电磁阀3，以使清水池 1中的水沿水路管道2流至主干滴灌管4，以清洗主干滴灌管4 ；当滴灌时长达到步骤(4)设定的滴灌时长后(1小时后)，电磁阀驱动电路关闭水路电磁阀3 ；完成单次水肥一体化滴灌作业；(8)根据步骤⑷设定的滴灌的间隔时间，依次循环执行步骤(5) 步骤(7)，实现循环滴灌作业。当仅需进行水的滴灌时，只需按照设定的定时参数，将水肥启动及电量检测控制开关旋转至手动滴灌启动指示标识处，通过控制水路电磁阀3的开关即可；或者，将水肥启动及电量检测控制开关旋转至清水滴灌启动时间刻度值指示标识的对应值处，即可控制水路电磁阀的定时开启，进而控制定时清水灌溉。在装置的整个运行过程中，充分利用单片机的休眠_唤醒机制，以及分时分区供电的电源管理策略等低功耗设计手段，最大程度地降低了装置的功耗，以延长电池的寿命。 本发明装置的静态电流小于10uA，一节9V碱性电池至少可使用1年以上。实施例2本实施例除下述特征外其他特征同实施例1 主干滴灌管同时连接壳体一侧的管道接口及液肥电磁阀，所述壳体另一侧的管道接口连接水路电磁阀。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.果园水肥一体化滴灌自动控制装置，其特征在于包括控制器、水路电磁阀、液肥电磁阀、控制面板、水路管道、液肥管道和主干滴灌管，所述控制器包括壳体以及置于壳体内的电量检测电路、电池、电源电路、单片机和电磁阀驱动电路，电量检测电路分别连接电池、 单片机；所述控制面板设于所述壳体的外表面上，且分别连接电源电路、单片机；电源电路分别与电磁阀驱动电路、水路电磁阀、液肥电磁阀连接；所述电池、电源电路、单片机、电磁阀驱动电路依次连接，电磁阀驱动电路分别与水路电磁阀、液肥电磁阀连接，水路电磁阀、 液肥电磁阀分别通过水路管道、液肥管道外接清水池、液肥池；所述壳体的下方两侧分别设有管道接口，且其内部设有与所述管道接口连通的管道；所述主干滴灌管同时连接壳体一侧的管道接口及水路电磁阀，所述壳体另一侧的管道接口连接液肥电磁阀；或者，主干滴灌管同时连接壳体一侧的管道接口及液肥电磁阀，所述壳体另一侧的管道接口连接水路电磁阀。
2.根据权利要求1所述的果园水肥一体化滴灌自动控制装置，其特征在于所述水路电磁阀、液肥电磁阀均为脉冲电磁阀。
3.根据权利要求1所述的果园水肥一体化滴灌自动控制装置，其特征在于所述电源电路包括稳压电路和升压电路，所述稳压电路、升压电路均与电池连接，且稳压电路与单片机连接，升压电路分别连接电磁阀驱动电路、水路电磁阀、液肥电磁阀。
4.根据权利要求3所述的果园水肥一体化滴灌自动控制装置，其特征在于所述稳压电路包括稳压芯片、第一电容、第六电容、第一电阻和第二电阻，所述稳压芯片包括第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端和接地端，第一电容的一端接地，其另一端连接稳压芯片的第一输入端；所述稳压芯片的第一输入端连接电池，其第二输入端连接第一输入端；所述第一电阻的一端连接稳压芯片的第一输出端，其另一端连接稳压芯片的第二输出端；所述第二电阻的一端连接稳压芯片的第二输出端，其另一端接地；第六电容的一端连接稳压芯片的第一输出端，其另一端接地；稳压芯片的接地端接地，且其第一输出端连接单片机。
5.根据权利要求3所述的果园水肥一体化滴灌自动控制装置，其特征在于所述升压电路包括第二电容、电源转换器、第五电阻、第三电容、第五电容、第一电感、第四电容、第二电感、第一二极管、第三电阻、第四电阻、第八电容和第九电容，所述电源转换器包括第一输入端、第一输出端、第二输出端、第三输出端和接地端，第二电容的正极连接电源转换器的第一输入端，其负极接地；电源转换器的第一输入端连接电池，其第一输出端连接第五电阻的一端，第五电阻的另一端连接第三电容的一端，第三电容的另一端接地；第五电容的一端连接电源转换器的第一输出端，其另一端接地；第一电感的一端连接电源转换器的第一输入端，其另一端连接电源转换器的第二输出端；第四电容的一端连接电源转换器的第二输出端，其另一端连接第二电感的一端，第二电感的另一端接地；第一二极管的正极连接所述第四电容的另一端，其负极连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接电源转换器的第三输出端；第四电阻的一端连接电源转换器的第三输出端，其另一端接地；第八电容的正极、第九电容的正极均连接第一二极管的负极，第八电容的负极、第九电容的负极均接地； 电源转换器的接地端接地，且第一二极管的负极连接电磁阀驱动电路。
6.根据权利要求5所述的果园水肥一体化滴灌自动控制装置，其特征在于所述电磁阀驱动电路包括第十电阻、第三场效应管、第十一电阻、第四场效应管、第十二电阻、第五场效应管、第二二极管、第三二极管、第六场效应管、第十三电阻、第七场效应管、第十四电阻、 第八场效应管和第十五电阻，第十电阻的一端与第三场效应管的栅极连接，其另一端与第三场效应管的源极连接；第三场效应管的源极接地，其漏极连接第四场效应管的栅极；第四场效应管的源极连接升压电路的第一二极管的负极，其漏极连接第五场效应管的漏极； 第十一电阻的一端连接第四场效应管的栅极，其另一端连接第四场效应管的源极；第十二电阻的一端连接第五场效应管的栅极，其另一端连接第四场效应管的源极；第五场效应管的源极接地；第三二极管的正极连接第四场效应管的漏极，其负极连接第二二极管的负极连接；第二二极管的正极连接第六场效应管的漏极，第六场效应管的源极连接升压电路的第一二极管的负极，其漏极连接第八场效应管的漏极；第十三电阻的一端连接第六场效应管的栅极，其另一端连接第六场效应管的源极；第七场效应管的漏极连接第六场效应管的栅极，其源极接地；第十四电阻的一端连接第七场效应管的栅极，其另一端连接第七场效应管的源极；第八场效应管的源极接地；第十五电阻的一端连接第八场效应管的栅极，其另一端连接第八场效应管的源极；第三场效应管的栅极、第五场效应管的栅极、第七场效应管的栅极、第八场效应管的栅极分别与单片机连接；第二二极管的正极、第三二极管的正极均与水路电磁阀或液肥电磁阀连接。
7.根据权利要求1所述的果园水肥一体化滴灌自动控制装置，其特征在于所述电量检测电路包括第一场效应管、第六电阻、第二场效应管、第七电阻和分压电路，第一场效应管的源极连接电池，其漏极连接分压电路，其栅极连接第二场效应管的漏极；第六电阻的一端连接第一场效应管的源极，其另一端连接第二场效应管的漏极；第二场效应管的源极接地，其栅极连接单片机；所述第七电阻的一端连接第二场效应管的栅极，其另一端连接第二场效应管的源极；分压电路还连接单片机，且接地。
8.根据权利要求7所述的果园水肥一体化滴灌自动控制装置，其特征在于所述分压电路包括第八电阻和第九电阻，第八电阻的一端连接第一场效应管的漏极，其另一端分别连接单片机、第九电阻的一端；第九电阻的另一端接地。
9.根据权利要求1所述的果园水肥一体化滴灌自动控制装置，其特征在于所述控制面板上设有滴灌时间控制开关、水肥启动及电量检测控制开关和电量指示灯，所述滴灌时间控制开关、水肥启动及电量检测控制开关、电量指示灯均与单片机连接，且电量指示灯与电源电路连接。
10.权利要求9所述果园水肥一体化滴灌自动控制装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤(1)电源电路将电池的电压进行稳压处理，并将处理后的电压信号供电给单片机使用； 同时，电源电路将电池的电压进行升压处理，并将处理后的电压信号供电给电磁阀驱动电路使用；(2)初始化单片机、电磁阀驱动电路、水路电磁阀以及液肥电磁阀的相关参数；(3)当需要检测电池电量时，旋转水肥启动及电量检测控制开关，以使单片机向电量检测电路发送电量检测启动信号，启动电量检测电路，以使电量检测电路采集电池的电压；电量检测电路将电池的电压信号进行分压处理后，发送到单片机中，由单片机对电池的电压信号进行检测；若单片机检测到所述电压信号低于设定的电压值，则向控制面板的电量指示灯发送控制信号，电量指示灯显示电池电量不足；若单片机检测到电压信号高于设定的电压值，则向控制面板的电量指示灯发送控制信号，电量指示灯显示电池电量充足；(4)旋转滴灌时间控制开关，设定滴灌时长以及滴灌的间隔时间；同时，旋转水肥启动及电量检测控制开关，以使水肥启动及电量检测控制开关向单片机发送水肥滴灌启动信号；(5)单片机根据水肥滴灌启动信号，向电磁阀驱动电路发送信号，通过电磁阀驱动电路先驱动并打开水路电磁阀，以使清水池中的水沿水路管道流至主干滴灌管，并由主干滴灌管灌溉在果园土壤上，进而以使果园土壤湿润；当滴灌时长达到步骤(4)设定的滴灌时长后，通过电磁阀驱动电路关闭水路电磁阀，进而控制停止清水滴灌；(6)清水滴灌完成后，再通过电磁阀驱动电路驱动并打开液肥电磁阀，以使液肥池中的液肥沿液肥管道流至主干滴灌管，并由主干滴灌管灌溉在果园土壤上，进而向果园土壤施肥，实现水肥一体化灌溉；当滴灌时长达到步骤(4)设定的滴灌时长后，通过电磁阀驱动电路关闭液肥电磁阀，进而控制停止液肥滴灌；(7)液肥滴灌完成后，电磁阀驱动电路再次驱动并打开水路电磁阀，以使清水池中的水沿水路管道流至主干滴灌管，以清洗主干滴灌管；当滴灌时长达到步骤(4)设定的滴灌时长后，电磁阀驱动电路关闭水路电磁阀；完成单次水肥一体化滴灌作业；(8)根据步骤(4)设定的滴灌的间隔时间，依次循环执行步骤(5) 步骤(7)，实现循环滴灌作业。
全文摘要
本发明提供了果园水肥一体化滴灌自动控制装置及其控制方法，该装置包括控制器、水路电磁阀、液肥电磁阀、控制面板、水路管道、液肥管道和主干滴灌管，控制器包括壳体以及置于壳体内的电量检测电路、电池、电源电路、单片机和电磁阀驱动电路，电量检测电路连接电池、单片机；控制面板连接电源电路、单片机；电源电路与电磁阀驱动电路、水路电磁阀、液肥电磁阀连接；电池、电源电路、单片机、电磁阀驱动电路依次连接，电磁阀驱动电路与水路电磁阀、液肥电磁阀连接；壳体的下方两侧分别设有管道接口，主干滴灌管同时连接壳体一侧的管道接口及水路电磁阀，所述壳体另一侧的管道接口连接液肥电磁阀。本发明功耗低，适合应用于无电地区的果园。
文档编号A01G25/16GK102301942SQ20111019198
公开日2012年1月4日 申请日期2011年7月11日 优先权日2011年7月11日
发明者冯瑞珏, 岳学军, 李加念, 洪添胜, 罗瑜清 申请人:华南农业大学