基于nfc低功耗灌溉设施的通信装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于NFC低功耗灌溉设施的通信装置及方法，装置包括主控MCU、电磁驱动阀、稳压及升压电路，所述主控MCU分别于驱动电磁阀和稳压及升压电路连接，还包括用于接收调控参量更新的NFC存储单元，所述NFC存储器单元通过内部集成的I2C通讯接口与主控MCU进行内部数据传输，通过内部集成的RF接口与外部感应天线连接。本发明在进行灌溉调控参数更新时，装置中的NFC存储器即目标设备处于射频卡模拟模式，不必主动产生射频场，而使用负载调制技术将灌溉参数传回NFC发起设备，同时可以通过NFC发起设备快速写入灌溉参数，实现灌溉参量设置的及时更新。与此，当NFC存储器的能量捕获功能处于工作状态，NFC存储器可以将捕获的多余的能量提供给其他器件工作。
【专利说明】基于NFC低功耗灌溉设施的通信装置及方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及农业智能灌溉领域，主体内容是一种基于NFC (Near FieldCommunication近场通信)低功耗灌溉设施通讯装置及方法。
【背景技术】
[0002]低功耗灌溉控制装置具有体积小且功耗低的特征，适合在地形复杂、环境恶劣的果园中灵活部署与管理。在传统灌溉系统中加装智能灌溉控制装置后，可实现对果树进行定时定量滴灌，既节约农业灌溉用水量，又提高农业灌溉用水的利用率。
[0003]目前，常用的智能灌溉控制装置通常由单片机、电源电路、人机交互界面、交/直流电磁阀及驱动电路等结构组成，常见灌溉装置一般使用按键或触摸屏实现对灌溉控制参数的设定，从而完成智能滴灌的人机交互设置；这种灌溉装置在设定滴灌参数时，设置步骤相对复杂，对实施操作的人员的文化水平与技术性要求较高。另一方面，灌溉控制装置根据农业生产需求，往往必须放置在环境恶劣的农田或者山地果园，由于种植面积大所以装置的数量也庞大，当作物生长参数或气象条件发生变化时候，灌溉控制装置实际中不可能及时的批量取回进行维护设定，最适宜植物生长的滴灌参量不能及时设置进入控制装置，影响了滴灌系统的智能化与实时性。综上所述，低功耗智能滴灌控制装置在灌溉过程中受到环境、人员、数量或其他方面的影响，导致控制参数实时快速更改的困难，为实现滴灌控制装置操作的方便，当前迫切需要寻找一种能够快速设置/修改灌溉调控参数的装置及方法。
[0004]低功耗灌溉系统装置就是在设计中，软件采用高效简洁的程序设计方案，硬件使用超低功耗的微控芯片，在灌溉装置正常工作的基础上尽可能降低整个系统的耗能，延长电池的使用寿命，节省人工，减少投入成本。使用按键或触摸屏设置灌溉控制参数过程中会产生瞬时功耗，增加按键的使用次数，导致降低装置的使用年限，一种常见的解决方案是基于红外收发模块的灌溉参数编程器，该方案不仅产生功耗较大，另一方面，还需要给红外接收头配置专用的防尘保护盖，不是最理想的解决方案。
[0005]因此，在尽可能不增加低功耗灌溉控制装置功耗的基础上，需要设计一种效率高、可靠性强的快速智能灌溉调控参数更新装置及方法，其具有很高的应用推广价值。
[0006]NFC近场通信是一种短距离高频无线通信技术，具有距离近、带宽高、能耗低等优点，允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输。NFC是解决设备间近距离快速、安全、私密通信的重要技术，其应用业务从手机支付到停车收费、产品信息查询都有广泛的应用前景。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于NFC的低功耗灌溉设施通讯装置。
[0008]本发明的另一目的在于，提供一种基于NFC的低功耗灌溉设施通讯方法。[0009]为了达到上述第一目的，本发明采用以下技术方案:
[0010]一种基于NFC低功耗灌溉设施的通信装置，包括主控MCU、电磁驱动阀、稳压及升压电路，所述主控MCU分别于驱动电磁阀和稳压及升压电路连接，还包括用于接收调控参量更新的NFC存储器，所述NFC存储器通过内部集成的I2C通讯接口与主控MCU进行内部数据传输，通过内部集成的RF接口与外部感应天线连接，实现与外部NFC移动终端的数据交换。
[0011]优选的，所述NFC存储器采用射频芯片M24LR16E，集成双接口 EEPR0M，双接口为I2C通讯接口和标准的IS015693射频接口。
[0012]优选的，所述NFC存储器还包括13.56MHz的感应天线，主控MCU通过I2C接口与M24LR16E连接，M24LR16E通过射频接口与外部感应天线连接。
[0013]优选的，还包括显示单元和输入按键，所述显示单元和输入按键均与主控MCU连接。
[0014]优选的，主控MCU通过I2C接口读取NFC存储器单元内置EEPROM中被从外部接口RF写入的校准日期、灌溉时间的调控参量数据包，经过MCU处理可获得预设灌溉调控参量值，进而更换初始参数达到更新当前灌溉调控参数的目的。
[0015]为了达到上述第二目的，本发明采用以下技术方案:
[0016]基于NFC低功耗灌溉设施的通信装置的方法，该方法具体包括下述步骤:
[0017](I)根据原有灌溉装置电路，电源电路稳压处理供MCU及电磁阀各部分电路正常工作；
[0018](2)初始化主控MCU，并初始化NFC存储器，初始化后NFC芯片并不会工作在读卡器模式、卡模拟模式、点对点模式中的任何一种；
[0019](3)配置集成在主控板上的NFC存储器为被动模式，也即为卡模拟模式。当前程序启动后，NFC芯片得到由MCU传输过来相应的模式配置参数NFC-A、Listen、被动通信，表示设置NFC工作在卡模拟的模式，也可以给NFC芯片配置多个参数组设置RF协议、传输速率、所能支持的最大负载长度等；
[0020](4)主控MCU通过I2C接口从NFC存储器内置EEPROM中读取灌溉初始参数，并按该参数执行灌溉任务；
[0021](5)用户使用NFC移动终端。靠近该通信装置时，经过步骤(3)NFC芯片的模式配置好后，NFC芯片被配置为卡模拟模式，那么NFC芯片就会等待对方设备发来的命令，当接收到激活信号后，发起设备产生无线射频磁场来初始化通信，该装置的NFC则响应命令并选择负载调制方式进行通信；
[0022](6) NFC移动终端与该装置NFC单元建立数据连接，并读取NFC识别卡信息验证码，然后通过PLMN或无线网络将数据传送至应用处理系统进行验证，此时N F C移动终端显示读到的信息，同时在装置输入界面需要输入验证密码，完成用户身份验证后，通过天线获得新的灌溉任务参数，并写入NFC存储器EEPROM中。
[0023]优选的，所述步骤(3)中，选择NFC为被动工作模式，由NFC发起设备在整个通信过程中提供RF磁场，将数据发送到NFC目标设备，目标设备不需要产生磁场，而是用调制负载技术以相同的速度将数据传回NFC发起设备，可以大幅降低设备功耗并延长电池续航能力。[0024]优选的，步骤(5)中，所述NFC移动终端为具有NFC功能的手机或编程器。
[0025]优选的，还包括对灌溉参数修改的数据，当用户需要修改参数时，通过显示屏和按键灌溉参数进行修改。
[0026]本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果:
[0027]1、本发明提供了基于NFC的低功耗灌溉设施通讯方法，加入了近距离无线通信模块实现非接触式通讯，通过设置NFC存储器为被动模式实现设备间数据传输，对系统的功耗几乎没有增加。
[0028]2、基于NFC存储器的能量捕获功能，不仅能从启动设备获取自身工作能量，而且能将多余的能量用于其他器件的工作。
[0029]3、本发明利用NFC存储器、显示驱动模块、超低功耗芯片等组成控制系统对灌溉的调控参数进行快速的更新设置，批量处理，更新数据稳定可靠。
[0030]4、本发明对使用者来说操作简单实用、节省人力，对于农田及山地果园的灌溉管理高效快捷。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1是本发明装置的总体结构框图；
[0032]图2是本发明通信装置NFC存储器的结构框图；
[0033]图3是本发明通信装置的结构示意图；
[0034]图4是本发明通信方法的流程图。
【具体实施方式】
[0035]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。
[0036]实施例
[0037]如图1所示，基于NFC的低功耗灌溉设施通讯装置，包括主控MCU、电磁驱动阀、稳压及升压电路，所述主控MCU分别于驱动电磁阀和稳压及升压电路连接，还包括用于接收调控参量更新的NFC存储器，所述NFC存储器通过内部集成的I2C通讯接口与主控MCU进行内部数据传输,通过内部集成的RF接口与外部感应天线连接，实现与外部NFC移动终端的数据交换；首先将主控MCU与显示参量变化的显示单元(LCD)、用于输入参量的输入按键依次连接；然后把控制电磁阀的驱动模块以及提供稳定电源的稳压及升压单元连接配置；最后将用于接收调控参量更新的NFC存储器单元与整体灌溉装置连接。
[0038]如图2所示，所述NFC存储器采用射频芯片M24LR16E，集成双接口 EEPR0M，双接口为I2C通讯接口和标准的IS015693射频接口 ；所述NFC存储器还包括13.56MHz的感应天线，主控MCU通过I2C接口与M24LR16E连接，M24LR16E通过射频接口与外部感应天线连接。
[0039]如图3所示，本发明将NFC存储器安装在灌溉控制装置的内部、显示器模块与弹性按键安装在灌溉装置的前段方便手动操作和显示，电源和电磁阀驱动安装在灌溉装置的底部，防止剧烈撞击或渗水。
[0040]本实施例中，所述低功耗微控制器主控单元优选STM32L15X系列单片机，具备超低功耗、低成本、高速的信号处理能力，当然其他同系列的单片机同样适用于本申请，只要能达到本发明的目的即可。
[0041]所述电源升压单元优选采用单端反击式开关电源芯片MAX608、电磁阀驱动单元拟选用L91IOS驱动芯片和脉冲式电磁阀2CS-08P，其中电磁阀驱动电压6V，内阻12 Ω，驱动电路小于1A，脉冲最小持续时间20ms ;优选LM1117-3.3V用于为微控制器供电。
[0042]如图4所示，本实施例基于NFC的低功耗灌溉设施通讯装置的方法，包括下述步骤:
[0043](I)根据原有灌溉装置电路，电源电路稳压处理供MCU及电磁阀各部分电路正常工作；
[0044](2)初始化主控MCU，并初始化NFC存储器，初始化后NFC芯片并不会工作在读卡器模式、卡模拟模式、点对点模式中的任何一种；
[0045](3)配置集成在主控板上的NFC存储器为被动模式，也即为卡模拟模式。当前程序启动后，NFC芯片得到由MCU传输过来相应的模式配置参数NFC-A、Listen、被动通信，表示设置NFC工作在卡模拟的模式，也可以给NFC芯片配置多个参数组设置RF协议、传输速率、所能支持的最大负载长度等；
[0046](4)主控MCU通过I2C接口从NFC存储器内置EEPROM中读取灌溉初始参数，并按该参数执行灌溉任务；
[0047](5)用户使用NFC移动终端，靠近该通信装置时，经过步骤(3)NFC芯片的模式配置好后，NFC芯片被配置为卡模拟模式，那么NFC芯片就会等待对方设备发来的命令，当接收到激活信号后，发起设备产生无线射频磁场来初始化通信，该装置的NFC则响应命令并选择负载调制方式进行通信；
[0048](6) NFC移动终端与该装置NFC单元建立数据连接，并读取NFC识别卡信息验证码，然后通过PLMN或无线网络将数据传送至应用处理系统进行验证，此时N F C移动终端显示读到的信息，同时在装置输入界面需要输入验证密码，完成用户身份验证后，通过天线获得新的灌溉任务参数，并写入NFC存储器EEPROM中。
[0049]所述步骤(3)中，选择NFC为被动工作模式，由NFC发起设备在整个通信过程中提供RF磁场，将数据发送到NFC目标设备，目标设备不需要产生磁场，而是用调制负载技术以相同的速度将数据传回NFC发起设备，可以大幅降低设备功耗并延长电池续航能力。
[0050]步骤(5)中，所述NFC移动终端为具有NFC功能的手机或编程器。
[0051]在本实施例中,还包括对灌溉参数修改的数据，当用户需要修改参数时，通过显示屏和按键灌溉参数进行修改。
[0052]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】
1.一种基于NFC低功耗灌溉设施的通信装置，包括主控MCU、电磁驱动阀、稳压及升压电路，所述主控MCU分别于驱动电磁阀和稳压及升压电路连接，其特征在于，还包括用于接收调控参量更新的NFC存储器，所述NFC存储器通过内部集成的I2C通讯接口与主控MCU进行内部数据传输,通过内部集成的RF接口与外部感应天线连接，实现与外部NFC移动终端的数据交换。
2.根据权利要求1所述的基于NFC低功耗灌溉设施的通信装置，其特征在于，所述NFC存储器采用射频芯片M24LR16E，集成双接口 EEPROM，双接口为I2C通讯接口和标准的IS015693 射频接口。
3.根据权利要求2所述的基于NFC低功耗灌溉设施的通信装置，其特征在于，所述NFC存储器还包括13.56MHz的感应天线，主控MCU通过I2C接口与M24LR16E连接，M24LR16E通过射频接口与外部感应天线连接。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的基于NFC低功耗灌溉设施的通信装置，其特征在于，还包括显示单元和输入按键，所述显示单元和输入按键均与主控MCU连接。
5.根据权利要求1所述的基于NFC低功耗灌溉设施的通信装置的方法，其特征在于，主控MCU通过I2C 接口读取NFC存储器单元内置EEPROM中被从外部接口 RF写入的校准日期、灌溉时间的调控参量数据包，经过MCU处理可获得预设灌溉调控参量值，进而更换初始参数达到更新当前灌溉调控参数的目的。
6.根据权利要求5所述的基于NFC低功耗灌溉设施的通信装置的方法，其特征在于，该方法具体包括下述步骤: (1)根据原有灌溉装置电路，电源电路稳压处理供MCU及电磁阀各部分电路正常工作； (2)初始化主控MCU，并初始化NFC存储器，初始化后NFC芯片并不会工作在读卡器模式、卡模拟模式、点对点模式中的任何一种； (3)配置集成在主控板上的NFC存储器为被动模式，也即为卡模拟模式。当前程序启动后，NFC芯片得到由MCU传输过来相应的模式配置参数NFC-A、Listen、被动通信，表示设置NFC工作在卡模拟的模式，也可以给NFC芯片配置多个参数组设置RF协议、传输速率、所能支持的最大负载长度等； (4)主控MCU通过I2C接口从NFC存储器内置EEPROM中读取灌溉初始参数，并按该参数执行灌溉任务； (5)用户使用NFC移动终端。靠近该通信装置时，经过步骤(3)NFC芯片的模式配置好后，NFC芯片被配置为卡模拟模式，那么NFC芯片就会等待对方设备发来的命令，当接收到激活信号后，发起设备产生无线射频磁场来初始化通信，该装置的NFC则响应命令并选择负载调制方式进行通信； (6)NFC移动终端与该装置NFC单元建立数据连接，并读取NFC识别卡信息验证码，然后通过PLMN或无线网络将数据传送至应用处理系统进行验证，此时N F C移动终端显示读到的信息，同时在装置输入界面需要输入验证密码，完成用户身份验证后，通过天线获得新的灌溉任务参数，并写入NFC存储器EEPROM中。
7.根据权利要求6所述的基于NFC低功耗灌溉设施的通信装置的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，选择NFC为被动工作模式，由NFC发起设备在整个通信过程中提供RF磁场，将数据发送到NFC目标设备，目标设备不需要产生磁场，而是用调制负载技术以相同的速度将数据传回NFC发起设备，可以大幅降低设备功耗并延长电池续航能力。
8.根据权利要求6所述的基于NFC低功耗灌溉设施的通信装置的方法，其特征在于，步骤(5)中，所述NFC移动终端为具有NFC功能的手机或编程器。
9.根据权利要求6所述的NFC低功耗灌溉设施的通信装置的方法，其特征在于，还包括对灌溉参数修改的数据，当用户需要修改参数时，通过显示屏和按键灌溉参数进行修改。
【文档编号】H04B5/02GK103957038SQ201410203816
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】岳学军, 全东平, 洪添胜, 蔡坤, 朱余清, 刘永鑫, 燕英伟, 吴伟斌, 徐兴, 李震 申请人:华南农业大学