基于物联网的农业用水计量及自动控制装置的制作方法

本实用新型涉及农业用水控制设备技术领域，具体涉及一种基于物联网的农业用水计量及自动控制装置。

背景技术：

随着我国农业技术的迅猛发展，现有的农业用水管理制度及设备已经不能满足农业生产发展的管理需要。

现有的农业用水管理过于粗放，主要存在以下问题：首先，在农业灌溉中，现有取水以射频卡刷卡方式为主，无法实时及精确计量每户的灌溉用水量；其次，每家农户分别取水，用水数据比较分散，无法统一管理；再次，现有的设备无法与管理人员进行实时交互，不方便及时发现故障信息。

我国水资源匮乏问题由来已久，现有的这种粗放式的农业用水管理方式不符合节约用水的要求。

技术实现要素：

本实用新型提供一种基于物联网的农业用水计量及自动控制装置以解决现有用水设备计量不精准、计量数据分散、无法实时控制的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

设计一种基于物联网的农业用水计量及自动控制装置，包括主控单元、采集单元、传输单元、控制单元；主控单元为ARM处理器，采集单元包括传感器模块、身份识别模块，所述身份识别模块用于读取用户卡的信息，所述传感器模块用于采集该用户卡所对应于的用水量、用电量；传输单元包括局域网传输模块和互联网传输模块，用于传输所述用户卡的信息及与该用户卡对应的用水量、用电量信息；控制单元包括与水泵串联的继电器和接触器，用于控制水泵的运行。

进一步的，身份识别模块包括射频识别组件和二维码识别组件。

更进一步的，上述身份识别模块包括MFRC500射频识别卡。

进一步的，传感器模块包括水流量传感器、压力传感器、电流互感器以及电流转换电路。

进一步的，电流转换电路包括LM324型运算放大器，运算放大器的输入端与压力传感器、电流互感器的输出端相连，输出端与主控模块的输入端相连。

进一步的，局域网传输模块包括RS485通讯接口电路。

更进一步的，RS485通讯接口电路包括隔离电源。

进一步的，互联网传输模块包括4G通讯接口和以太网通讯接口。

进一步的，主控模块的输出端连接有语音输出组件。

进一步的，主控模块为M287核心板。

与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果在于：

1.本实用新型使用流量传感器和电流互感器，能够精确计量用水信息和用电信息，将用水用电信息关联起来，方便用户查看，促进合理用水用电，有利于节约用水以及节约用电。

2.本实用新型通过有线的或者无线的网络接口，能够将获取的水电信息集中传输至一处，方便多台设备，多个时间段的数据查看和管理。

3.本实用新型采用继电器和接触器来控制水泵，能够根据用户发出的控制信号自动动作，实现自动化管理，使用方便。

附图说明

图1为本实用新型基于物联网的农业用水计量及自动控制装置的结构示意图；

图2为本实用新型基于物联网的农业用水计量及自动控制装置的主控模块的电路图；

图3为本实用新型基于物联网的农业用水计量及自动控制装置的电流转换电路的电路图；

图4为本实用新型基于物联网的农业用水计量及自动控制装置的模数转换电路的电路图；

图5为本实用新型基于物联网的农业用水计量及自动控制装置的射频识别组件的电路图；

图6为本实用新型基于物联网的农业用水计量及自动控制装置的显示屏的电路图；

图7为本实用新型基于物联网的农业用水计量及自动控制装置的水泵控制电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本实用新型的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本实用新型，并不以任何方式限制本实用新型的范围。

实施例1：一种基于物联网的农业用水计量及自动控制装置，参见图1，以ARM核心板为主控模块，ARM核心板外接标准输入输出接口（GPIO）、通用串行收发模块（USART）、以及AD转换电路，压力传感器设置于水泵内测量水压，电流互感器则串联在水泵的供电线路上，获取电流信息，得到水泵耗电量，电流互感器和压力传感器的输出信号经4-20mA转电压模块转换为电压信号，之后经AD转换输入核心板；另一方面流量计则通过RS485接口将流量信息传输至核心板。ARM核心板串行接口连接有4G通信模组和标准以太网接口，将数据传输至服务器；另外，核心板还连接射频识别模块，可以识别非接触式磁卡，配合二维码扫码取水，操作方便；核心板的I/O口连接继电器和接触器，用于控制水泵。以下对各单元的具体电路结构加以说明。

本实施例可分为四个单元，分别为主控单元、采集单元、传输单元、控制单元。主控单元参见图2，使用M287核心板，图中标出了核心板各引脚的功能，分别为PWR（电源）、GPIO（通用I/O口）、USRT（串行收发模块）、JTAG（测试口）、SPI（标准串行接口），ENET（以太网接口）；核心板作为处理器，接收传感器部件采集的环境信息，并与上位机进行通信，产生控制信号控制外接设备。采集单元包括传感器模块和身份识别模块，传感器模块采用安科瑞AKH-0.66型电流互感器、红旗YTP-60型压力传感器、OW-LDE型水流量计，其中电流互感器串联在水泵的供电线路上，测量水泵运行时的电流，由于供电电压恒定，得到电流即得到了消耗的功率；压力传感器安装在水泵的内部，测量水泵内的水压，当压力过大时向主控单元发出表示异常的信号；电流互感器、压力传感器的感应信号经过图3所示的电流转换电路，由PAD1和PAD2输出，AD1和AD2输出，LM324将传感器的微弱信号放大到处理器能够识别的大小，然后由ADC0809进行AD转换后输入核心板，参见图4，ADC0809的27脚、28脚为信号输入端，与传感器相连，D0至D7为输出端，与核心板的ADC接口相连；另外，流量计则通过USART4上连接的标准485通讯接口将用水量信息传输至核心板。

采集单元还包括识别用户信息的射频识别组件和二维码识别组件，其中二维码识别组件是核心板USART1接口连接的标准4G通讯模组的识别码，用户通过手持终端扫描认证即可与核心板通过4G网络进行通信；而射频识别组件则参见图5，采用MFRC522专用识别芯片，与核心板的USART2接口相连，用户将射频卡靠近识别芯片即可自动读取卡内用户信息，实现非接触式刷卡取水。

传输单元则包括有线传输与无线传输，有线传输包括上述核心板USART4连接的通用485通讯接口，以及核心板的79至95引脚连接的标准以太网接口，以太网采用专用芯片RTL8019AS，无线通讯则指上述标准4G通讯模组。传输单元可以将用户信息（包括身份信息和余额信息）以及用水用电量信息传输至互联网服务器。另外，在核心板的输出端连接LCD显示屏，参见图6，液晶屏由HT1621驱动，COM和SEG分别连接液晶屏的公共端和扫描端，输入端则连接核心板的标准I/O口，液晶屏能够显示用户信息以及用水用电量。

控制单元包括水泵控制以及语音输出，语音输出采用ITC扬声器，直接与核心板的12C1接口相连，可以提示用户操作，更加人性化，水泵控制参见图7，水泵M通过接触器触点KM1和380V三相交流电相连，而KM1的线圈KM则由继电器KA控制，继电器KA与核心板的GPIO口相连，SB1为停止按钮，SB2为启动按钮， 按钮SB2接通后自动弹起，在此之前核心板控制继电器KA接通，接触器线圈KM得电，触点KM1吸合，水泵M工作；当KA断开时，KM失电，KM1断开，水泵M停止运行。

本实施例设备支持射频卡刷卡取水和手机扫码取水两种方式，用户身份识别之后，当额度大于0，ARM核心板通过GPIO1打开继电器，驱动3相接触器，给水泵通电。同时，ARM核心板通过USART4读取流量计流量数据，以及AD电压采集当前管道的水压力和通过电流互感器获得当前水泵运行的电流大小，通过电流计算实时的电量。ARM核心板内的嵌入式系统将实时的流量、电流、电压通过以太网接口或4G通信模组发送到服务器。同时用户也可以通过4G通信模组远程发送控制指令，操作方便。

上面结合附图和实施例对本实用新型作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本实用新型宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本实用新型的常见变化范围，在此不再一一详述。