一种低功耗灌溉系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种低功耗灌溉系统，所述系统包括：数据采集单元、实时时钟单元、直流电磁阀、电磁阀驱动单元、微控制器、存储器、键盘单元、LCD显示单元、RS485单元、GPRS模块、数据导出单元、以及控制各单元电源的功能电源控制单元。本实用新型在低功耗模式下，核心器件如微控制器和实时时钟芯片采用休眠模式，功能单元电源关闭，最大程度的减少功耗；本实用新型可以实现用户现场以无线或有线的方式导出数据至智能手机或U盘中；本实用新型采用MOS管的方式控制功能单元电源，方便以后系统在不增加休眠时功耗的情况下，扩展特殊功能应用。
【专利说明】一种低功耗灌溉系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及自动灌溉系统，特别涉及一种低功耗灌溉系统。
【背景技术】
[0002]农业灌溉用水占总用水量比例最高，用水效率底下是现阶段灌溉中存在的突出问题。为节约用水，自动灌溉控制器得到广泛应用。目前灌溉控制器实现低功耗的方法，是通过对器件休眠控制来实现的，但随着功能增加，系统整体功耗不可避免的增加，且有些功能器件并无休眠功能，为实现系统低功耗，往往是牺牲若干功能。一般灌溉控制器仅能采集若干数字或模拟量、控制电磁阀和远程通信，如对于导出信息，一般通过远程通信实现，并未涉及到用户现场导出数据要求。
实用新型内容
[0003](一)要解决的技术问题
[0004]本实用新型要解决的技术问题是:克服现有实现低功耗的方法，提供一种可实现用户现场导出使用数据的低功耗灌溉系统。
[0005](二)技术方案
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种低功耗灌溉系统，所述系统包括:数据采集单元、实时时钟单元、直流电磁阀、电磁阀驱动单元、微控制器、存储器、键盘单元、LCD显示单元、RS485单元、GPRS模块、数据导出单元、开关电源以及控制各单元电源的功能电源控制单元；所述数据采集单元与微控制器连接，用于采集灌溉现场的信息数据并将所述信息数据向微控制器连接；所述电磁阀驱动单元与微控制器连接，用于驱动直流电磁阀的开合；所述存储器与微控制器连接，用于存储数据采集单元的信息数据、微控制器的处理数据以及实时时钟单元的时间信息；所述键盘与微控制器连接，用于设置灌溉参数；所述LCD单元与微控制器连接，用于提供用户现场操作界面；所述RS-485通过电子开关与微控制器连接，用于与其他执行机构通信；所述GPRS模块通过电子开关与微控制器连接，用于将微控制器处理的数据传送到远程监控平台；所述数据导出单元通过电子开关与微控制器连接，用于根据用户的选择将存储器中的数据传送至外置用户设备；所述功能电源控制单元与上述各单元电源均连接，用于根据微控制器发送的控制信号控制上述各单元电源。所述实时时钟单元与微控制器连接，用于提供系统时间信息；所述开关电源与实时时钟单元和微控制器连接，用于提供系统休眠时的电源。
[0007]其中，所述数据采集单元包括:
[0008]第一采集子单元，与微控制器连接，用于采集开关信号量；
[0009]以及，第二采集子单元，与微控制器连接，用于采集模拟信号量。
[0010]其中，所述第二采集子单元包括:分压电阻、转化电阻、电压采集子单元以及电流采集子单元；
[0011]所述电压采集子单元与分压电阻连接，用于采集模拟电压信号量，经分压电阻降压后，将降压后的电压信号传送至微控制器；
[0012]所述电流采集子单元与转化电阻连接，用于采集模拟电流信号，经转化电阻转换后，将转换后的电压信号传送至电压采集子单元。
[0013]其中，所述功能电源控制单元包括控制IXD电源、存储器电源、RS485电源、数据导出单元电源的第一电源控制单元以及控制GPRS电源、电磁阀电源的第二电源控制单元。
[0014]其中，所述第一电源控制单元包括:串行转并行的转换芯片以及与所述转换芯片连接的MOS管群，所述转换芯片与微控制器连接，用于接收微控制器发送的控制信号并根据控制信号驱动所述MOS管群控制相应单元电源。
[0015]其中，所述第二电源控制单元为与微控制器连接的功率线性电源芯片，用于根据微控制器发送的控制信号控制相应单元电源。
[0016]其中，所述数据采集单元包括光照传感器、空气温湿度传感器、土壤水分传感器、风速传感器以及风向传感器。
[0017]其中，所述电磁阀驱动单元包括至少一路与直流电磁阀连接的驱动芯片和直流电磁阀。
[0018]其中，所述数据导出单元包括蓝牙模块和USB模块，所述蓝牙模块和USB模块均通过与电子开关连接。
[0019](三)有益效果
[0020]本实用新型考虑到系统扩展功能对于整体功耗的影响，通过功能电源控制单元控制各单元电源，方便以后系统中在不增加休眠时功耗的情况下，扩展特殊功能应用。在实现传统灌溉控制器采集、控制和远程通信功能的基础上，进一步满足了用户现场导出数据的需求，具有功能全面，适应性强、应用范围广等特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是按照本实用新型一种实施方式的低功耗灌溉系统的结构框图；
[0022]图2是按照本实用新型一种实施例的低功耗灌溉系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]为使本实用新型的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
[0024]图1是按照本实用新型一种实施方式的低功耗灌溉系统的结构框图。参照图1，所述系统包括:数据采集单元、实时时钟单元、电磁阀驱动单元、微控制器、存储器、开关电源、功能电源控制单元、GPRS模块、IXD显示单元、RS485单元、数据导出单元、键盘单元。数据采集单元、实时时钟单元、电磁阀驱动单元、存储器、功能电源控制单元和LCD显示单元与微控制器直接相连；GPRS模块、RS485单元、数据导出单元和电子开关芯片相连，开关芯片与微控制器相连。所述实时时钟单元与微控制器连接，用于提供系统时间信息。开关电源模块为系统中的微控制器和实时时钟单元进行供电。
[0025]在本系统中，所述数据采集单元用于采集灌溉现场的信息数据并将所述信息数据向微控制器连接。[0026]所述实时时钟单元用于提供系统时间信息。
[0027]所述电磁阀驱动单元用于驱动直流电磁阀的开合。
[0028]所述存储器用于存储数据采集单元的信息数据、微控制器的处理数据以及实时时钟单元的时间信息。
[0029]所述键盘用于设置灌溉参数。
[0030]所述IXD单元用于提供用户现场操作界面。
[0031]所述RS-485用于与其他执行机构通信。
[0032]所述GPRS模块用于将微控制器处理的数据传送到远程监控平台。
[0033]所述数据导出单元用于根据用户的选择将存储器中的数据传送至外置用户设备。
[0034]所述功能电源控制单元与上述各单元电源均连接，用于根据微控制器发送的控制信号控制上述各单元电源。
[0035]数据采集单元包括各种环境传感器，如:光照强度、水表、空气温湿度、土壤水分，风速风向等传感器。数据采集单元包括第一采集子单元以及第二采集子单元。第一采集子单元采集8路开关量信号，第二采集子单元采集4路模拟电压或模拟电流信号量。开关量信号直接与微控制器相连；模拟电压信号通过分压电阻降压到0-1.65V后，再送到微控制器的模拟端口 ；模拟电流信号需先经由转化电阻转换为电压信号，再送到电压采集子单元。
[0036]功能电源控制单元包括第一电源控制单元和第二电源控制单元，其中第一电源控制单元用于控制GPRS电源、电磁阀电源、LCD电源、存储器电源、RS485电源、蓝牙电源、USB电源，第二电源控制单元用于控制GPRS模块电源和直流电磁阀电源，其中GPRS与电磁阀电源是分别通过2片功率线性电源芯片(型号:MIC29302WT)控制的，功率线性电源与微控制器相连；其余电源控制通过串行转并行芯片(型号:74HC595)驱动MOS管(型号:SI2305)的方式来实现的，微控制器与串行转并行芯片相连。在低功耗模式下，可将功能电源控制单元中所有电源切断，此部分达到零消耗，此时整体系统仅保留开关电源和核心电源在工作。
[0037]电磁阀驱动单元包括4路驱动芯片(型号:L9110)和直流电磁阀，驱动芯片与微控制器相连，驱动芯片分别与各灌溉管道的直流电磁阀相连接。
[0038]数据导出单元包括蓝牙模块和USB模块，与电子开关芯片(型号:SN74CBTLV3253)连接，开关芯片与微控制器相连。
[0039]所述IXD模块、存储器(型号:FM24V10)、开关电源(型号:LT1934)与微控制器(型号:C8051F964)直接相连；RS485模块和GPRS模块与电子开关芯片连接，开关芯片与微控制器相连。
[0040]本实用新型充分考虑到农田灌溉中功耗对使用效果的影响，在待机时电流不超过15 μ A，提高了电池使用寿命；功能齐备，除提供传统灌溉控制器的采集、控制功能外，还支持远程监控和用户现场数据导出，具有通用性强、适应性广、应用范围大等特点。
[0041]本实施方式的系统与现有技术相比具有如下优点:
[0042]1、本系统在低功耗模式下，核心器件如微控制器和实时时钟芯片采用休眠模式，功能单元电源关闭，最大程度的减少功耗。
[0043]2、本系统可以实现用户现场以无线或有线的方式导出数据至智能手机或U盘中。
[0044]3、本系统采用MOS管的方式控制功能单元电源，方便以后系统在不增加休眠时功耗的情况下，扩展特殊功能应用。[0045]实施例
[0046]如图2所示，本实施例的灌溉控制器安置在大田中，对田间作物进行需水监测，并执行灌溉。
[0047]本实施例中，所述数据采集单元的信号输入端与所述水表、光照度传感器、土壤水分、风速、空气温湿度传感器等连接。
[0048]本实施例中，所述电磁阀驱动电路的信号输出端与直流电磁阀连接。
[0049]本实施例中，所述GPRS模块通过GPRS协议连接至以太网中。
[0050]本实施例中，所述蓝牙模块通过无线方式与智能手机连接。
[0051]本实施例中，所述USB模块通过有线方式与U盘连接。
[0052]本实施例中，系统采集空气温湿度，风速风向和光照强度等田间气象数据、土壤水分信息，通过按键的设置和实时时钟模块提供的时间信息，根据作物生长发育模型，经由驱动电路控制电磁阀的闭合来对不同作物进行灌溉。采集、灌溉和时间信息一方面存储在Flash存储器中，一方面由GPRS模块传送至远程控制平台。用户在现场可通过智能手机或U盘获取Flash中的数据。
[0053]以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的【技术领域】，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【权利要求】
1.一种低功耗灌溉系统，其特征在于，所述系统包括:数据采集单元、实时时钟单元、直流电磁阀、电磁阀驱动单元、微控制器、存储器、键盘单元、IXD显示单元、RS485单元、GPRS模块、数据导出单元、开关电源以及控制各单元电源的功能电源控制单元； 所述数据采集单元与微控制器连接，用于采集灌溉现场的信息数据并将所述信息数据向微控制器连接；所述电磁阀驱动单元与微控制器连接，用于驱动直流电磁阀的开合；所述存储器与微控制器连接，用于存储数据采集单元的信息数据、微控制器的处理数据以及实时时钟单元的时间信息；所述键盘与微控制器连接，用于设置灌溉参数；所述LCD单元与微控制器连接，用于提供用户现场操作界面；所述RS-485通过电子开关与微控制器连接，用于与其他执行机构通信；所述GPRS模块通过电子开关与微控制器连接，用于将微控制器处理的数据传送到远程监控平台；所述数据导出单元通过电子开关与微控制器连接，用于根据用户的选择将存储器中的数据传送至外置用户设备；所述功能电源控制单元与上述各单元电源均连接，用于根据微控制器发送的控制信号控制上述各单元电源；所述实时时钟单元与微控制器连接，用于提供系统时间信息；所述开关电源与实时时钟单元和微控制器连接，用于提供系统休眠时的电源。
2.根据权利要求1所述的灌溉系统，其特征在于，所述数据采集单元包括: 第一采集子单元，与微控制器连接，用于采集开关信号量； 以及，第二采集子单元，与微控制器连接，用于采集模拟信号量。
3.根据权利要求2所述的灌溉系统，其特征在于，所述第二采集子单元包括:分压电阻、转化电阻、电压采集子单元以及电流采集子单元； 所述电压采集子单元与分压电阻连接，用于采集模拟电压信号量，经分压电阻降压后，将降压后的电压信号传送至微控制器； 所述电流采集子单元与转化电阻连接，用于采集模拟电流信号，经转化电阻转换后，将转换后的电压信号传送至电压采集子单元。
4.根据权利要求1所述的灌溉系统，其特征在于，所述功能电源控制单元包括控制LCD电源、存储器电源、RS485电源、数据导出单元电源的第一电源控制单元以及控制GPRS电源、电磁阀电源的第二电源控制单元。
5.根据权利要求4所述的灌溉系统，其特征在于，所述第一电源控制单元包括:串行转并行的转换芯片以及与所述转换芯片连接的MOS管群，所述转换芯片与微控制器连接，用于接收微控制器发送的控制信号并根据控制信号驱动所述MOS管群控制相应单元电源。
6.根据权利要求4所述的灌溉系统，其特征在于，所述第二电源控制单元为与微控制器连接的功率线性电源芯片，用于根据微控制器发送的控制信号控制相应单元电源。
7.根据权利要求1所述的灌溉系统，其特征在于，所述数据采集单元包括光照传感器、空气温湿度传感器、土壤水分传感器、风速传感器以及风向传感器。
8.根据权利要求1所述的灌溉系统，其特征在于，所述电磁阀驱动单元包括至少一路与直流电磁阀连接的驱动芯片和直流电磁阀。
9.根据权利要求1所述的灌溉系统，其特征在于，所述数据导出单元包括蓝牙模块和USB模块，所述蓝牙模块和USB模块均通过与电子开关连接。
【文档编号】A01G25/16GK203575260SQ201320778766
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】王明飞, 申长军, 郑文刚, 田宏武, 邢振, 张馨, 鲍锋, 李金雷, 梁居宝 申请人:北京农业信息技术研究中心