CN205143091U - 一种新型智能控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型智能控制装置，包括上位机、手机客户端、智能节水灌溉装置主机、智能节水灌溉装置分机和无线传感器节点模块以及无线控制外设装置，上位机和手机客户端分别通过有线网络和无线网络与智能节水灌溉装置主机相连接，智能节水灌溉装置主机与智能节水灌溉装置分机相连接，智能节水灌溉装置分机通过无线网络信号分别与无线传感器节点模块和无线控制外设装置相连接。所述的一种新型智能控制装置，采用此种控制器，能够实现远程智能控制，响应速度快，能够在使用过程中节约能耗，避免出现能耗的浪费，使用寿命长，应用领域范围广，维修成本低，可靠性高。

Description

一种新型智能控制装置

技术领域

本实用新型涉及供水技术的领域，尤其是一种新型智能控制装置。

背景技术

传统的植物浇灌由工人凭经验观察进行，这种方法对工人的经验要求非常高，一些珍贵苗木对环境的温湿度十分敏感，错误的判断将不利于植物的生长，甚至会对植物的培养造成重大损伤。此外，通过人工来控制温湿度，不能确保及时有效的控制温湿度，还会造成大量的水资源浪费。

随着经济社会的不断发展，各个城市纷纷绿化市容，改善生态、生活环境，苗木花卉呈热销之势，人们对一种能够实现智能化灌溉的控制装置需求日益明显。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：为了克服上述中存在的问题，提供一种新型智能控制装置，其设计结构合理、响应速度快、运行成本低，且实现了无线控制的功能。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型智能控制装置，包括上位机、手机客户端、智能节水灌溉装置主机、智能节水灌溉装置分机和无线传感器节点模块以及无线控制外设装置，上位机和手机客户端分别通过有线网络和无线网络与智能节水灌溉装置主机相连接，智能节水灌溉装置主机与智能节水灌溉装置分机相连接，智能节水灌溉装置分机通过无线网络信号分别与无线传感器节点模块和无线控制外设装置相连接。

所述的智能节水灌溉装置主机包括第一短距离无线射频模块、GSM通信模块、微型红外雨量传感模块、第一掉电存储模块和第一中央处理单元，第一中央处理单元分别与第一短距离无线射频模块、GSM通信模块、微型红外雨量传感模块以及第一掉电存储模块相连接，第一短距离无线射频模块主要实现智能节水灌溉装置主机和各个智能节水灌溉装置分机交换数据，使主机能收集他们的数据并控制他们的运行状态，主要电路包括了两个：一是基本发射接收电路，二是无线发射功率放大电路；GSM通信模块主要用于上位机离开互联网时，还能使智能节水灌溉装置主机与管理员手机的数据交换，管理员可以通过发送相应的指令获取每个分机所管理的灌溉环境信息同时也可以控制分机的各个外设模块（电控流量水阀）。主要包括GSM通讯模块一个电路；微型红外雨量传感模块主要用于环境气候的检测，用与给整个***提供气候数据，该模块主要包括：一是传感器模块，当玻璃面干燥时红外发射管发出的大部分光线会经玻璃表面反射进接收管，如果玻璃表面有水滴红外光通过雨滴表面是会经过发射从而大大降级反射进接收管的光线亮，因此通过接收管收到光线的大小就可以判断雨量的大小，二是信号调理电路由于红外光线存在于各种光线中所以需要调理，电路将有用的信号筛选出来滤除干扰与噪声，较好地反映出信号的变化，三是信号放大电路，我们在红外接收管上接收到的信号是非常小的，小信号不便于处理所以我们在此模块中加入放大电路，使信号更加准确，四是AD模块，将小信号放大后需要将当前的电压值转换成数字信号送入单片机处理；第一掉电存储模块在***掉电的时候可以保存控制器掉电前，***设置的各个参数。使控制器在遇到突发问题时可以保存之前设置的参数；第一中央处理单元的主控芯片选用ARM构架的STM32F103，该芯片抗干扰能力强工作稳定可以给，***提供极强的稳定性，同时高达62Mhz的主频，可以满足***高强度的运算，让***反应速度更快。

所述的智能节水灌溉装置分机包括与第一短距离无线射频模块相无线信号连接的第二短距离无线射频模块、内置环境传感装置、内置电控流量控制器、第二掉电存储模块以及第二中央处理单元，第二中央处理单元分别与第二短距离无线射频模块、内置环境传感装置、内置电控流量控制器以及第二掉电存储模块相连接，第二短距离无线射频模块实现智能节水灌溉装置分机与实现智能节水灌溉装置主机交换数据并且通过无线网络连接各类无线传感器（无线土壤湿度传感器、无线土壤温度传感器等）和无线控制外设装置（无线电控流量水阀、无线卷膜器等），使智能节水灌溉装置分机实现传感器或控制对象的灵活连接或转换，主要电路包括了两个：一是基本发射接收电路，二是无线发射功率放大电路；内置环境传感装置包括两个DS18B20温度传感器并利用干湿球湿度计的原理利用温差来计算空气流动所带来的水分蒸发速率，同时模糊计算当前环境湿度。还包括一个数字温湿度传感器DHT11，通过对DHT11的数据采集可以得到当前环境湿度的准确百分比。内置土壤湿度传感器接口，通过有线的连接测量土壤湿度；内置电控流量控制器可以便捷连接电控流量水阀，进行水流控制；第二掉电存储模块在***掉电的时候可以保存控制器掉电前***设置的各个参数。使控制器在遇到突发问题时可以保存之前设置的参数；第二中央处理单元中的主控芯片选用ARM构架的STM32F103，该芯片抗干扰能力强工作稳定可以给，***提供极强的稳定性，同时高达62Mhz的主频，可以满足***高强度的运算。让***反应速度更快。

所述的无线传感器节点模块包括太阳能电池板、锂电池、第三短距离无线射频模块以及第三中央处理单元，太阳能电池板与锂电池电连接，锂电池为第三中央处理单元提供电源，第三中央处理单元与第三短距离无线射频模块相连接，第三短距离无线射频模块与第二短距离无线射频模块相无线信号连接，太阳能电池板将光能转化成电能为无线传感器提供电力；锂电池可以储存电能来维持无线传感器的工作。超低功耗单片机使用MSP430超低功耗单片机配合程序达到低功耗的目的；第三短距离无线射频模块主要实现无线传感器与实现智能节水灌溉装置分机机交换数据，使智能节水灌溉装置分机可以无线收集土壤湿度数据，主要电路是基本发射接收电路，为了降低功耗取消了信号功率放大电路。

所述的无线传感器节点模块上连接有若干个土壤温度传感器和若干个土壤湿度传感器，土壤温度传感器和土壤湿度传感器分别与第三中央处理单元相连接。

所述的无线控制外设装置包括无线卷膜器和电控流量水阀，无线卷膜器和电控流量水阀通过第二中央处理单元控制。

本实用新型的有益效果是:所述的一种新型智能控制装置，采用此种控制器，能够实现远程智能控制，响应速度快，能够在使用过程中节约能耗，避免出现能耗的浪费，使用寿命长，应用领域范围广，维修成本低，可靠性高；具有较好的先进性与科学性，将指定环境里的全部灌溉节点接入网，实现节水灌溉装置智能化管理，并且更加节能符合国家政策。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的结构框图。

图2是图1中智能节水灌溉装置主机的结构框图。

图3是图1中智能节水灌溉装置分机的结构框图。

图4是图1中无线传感器节点模块的结构框图。

图5是图1中无线控制外设装置的结构框图。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1所示的一种新型智能控制装置，包括上位机1、手机客户端2、智能节水灌溉装置主机3、智能节水灌溉装置分机4和无线传感器节点模块5以及无线控制外设装置6，上位机1和手机客户端2分别通过有线网络和无线网络与智能节水灌溉装置主机3相连接，智能节水灌溉装置主机3与智能节水灌溉装置分机4相连接，智能节水灌溉装置分机4通过无线网络信号分别与无线传感器节点模块5和无线控制外设装置6相连接。

如图2所示的一种新型智能控制装置，智能节水灌溉装置主机3包括第一短距离无线射频模块31、GSM通信模块32、微型红外雨量传感模块33、第一掉电存储模块34和第一中央处理单元35，第一中央处理单元35分别与第一短距离无线射频模块31、GSM通信模块32、微型红外雨量传感模块33以及第一掉电存储模块34相连接，智能节水灌溉装置主机在整个智能节水灌溉***中，处于最顶层，它相当于***的数据交换机，通过无线网络的功能使智能节水灌溉装置主机和智能节水灌溉装置分机有效的连接起来，并通过无线网络可以使智能节水灌溉装置主机接收到智能节水灌溉装置分机上传回的各种数据，除了在***内与智能节水灌溉装置分机通信，智能节水灌溉装置主机还加入了串行接口通信技术，通过串行接口连接电脑，可以在电脑上实时检测各个分机所负责的灌溉区域的各种环境信息以及是否有异常存在，通过上位机的设置，智能节水灌溉装置主机无线指令的传输。可以实现实时修改智能节水灌溉装置分机4参数，手动控制智能节水灌溉装置分机4电控流量水阀的开启大小以及开启时间，同时，上位机的软件与互联网相连接和手机APP形成连接实现手机客户端APP检测及数据修改，智能节水灌溉装置主机包含了雨水检测***，他是整个***的气象站，一旦检测到降雨，自动对所有在线分机下达指令暂停灌水达到节水最大化。

如图3所示的一种新型智能控制装置，智能节水灌溉装置分机4包括与第一短距离无线射频模块31相无线信号连接的第二短距离无线射频模块41、内置环境传感装置42、内置电控流量控制器43、第二掉电存储模块44以及第二中央处理单元45，第二中央处理单元45分别与第二短距离无线射频模块41、内置环境传感装置42、内置电控流量控制器43以及第二掉电存储模块44相连接，智能节水灌溉装置分机4在整个智能节水灌溉***中处于中间层的位置，他可以实时检测植物生长环境，并通过有线或无线外设进行滴灌浇水、喷雾加湿、卷帘控温和通风降温等等，可以说是本智能节水灌溉装置的核心，节水灌溉装置分机4可以断开与智能节水灌溉装置主机3的链接独立工作，本智能节水灌溉***的核心环境算法和水流PID调节算法全部集成在智能节水灌溉装置分机4，节水灌溉装置分机4是整个***的核心，也是智能节水灌溉装置的研发重点，智能节水灌溉装置分机4包含有指令模块可以通过按键设置进行智能节水灌溉装置分机4参数的调节，同时通过无线网络的连接，经过智能节水灌溉装置主机3的指令中转，可以实现远程调节参数。

如图4所示的一种新型智能控制装置，无线传感器节点模块5包括太阳能电池板51、锂电池52、第三短距离无线射频模块54以及第三中央处理单元53，太阳能电池板51与锂电池52电连接，锂电池52为第三中央处理单元53提供电源，第三中央处理单元53与第三短距离无线射频模块54相连接，第三短距离无线射频模块54与第二短距离无线射频模块41相无线信号连接，若干个土壤温度传感器7和若干个土壤湿度传感器8分别与第三中央处理单元53相连接，为了实现无线传感器的灵活性，无线传感器节点模块的供电采用的方案是太阳能电池加锂离子电池组合方案，白天通过太阳能电池给锂电池充电，晚上通过锂电池存储的电能维持无线传感器节点的工作，由于太阳能电池发电功率较低，所以无线传感器节点模块功耗不能太高，无线传感器节点模块采用低功耗设计，硬件方面使用超低功耗单片机MSP430，软件方面结合土壤渗水特性，在不浇水时每15分钟采集一次土壤湿度数据，在浇水过程中每10秒采集一次数据，通过降低传感器工作时间、频率达到低功耗的设计要求。

如图5所示的一种新型智能控制装置，无线控制外设装置6包括无线卷膜器61和电控流量水阀62，无线卷膜器61和电控流量水阀62通过第二中央处理单元45控制。

本实用新型的一种新型智能控制装置的原理：多个土壤温度传感器7和多个土壤湿度传感器8平均分布在需要灌溉的范围内，智能节水灌溉装置通过无线连接到各个传感器节点并读取他们的数据，将读取到的数据传输进智能节水灌溉装置的第三中央处理单元，通过融合算法将当前灌溉区域的环境温湿度及土壤湿度采集出来，智能对比客户设定的参数，采用PID算法精准调节水流量，避免因土壤渗水延迟特点所造成的水资源浪费。

当节水灌溉装置开始工作的时候，首先采集环境温湿度将数据无线传送值微处理器进行处理，当微处理器运算完毕后发现环境适合植物生长，处理器就进入低功耗待机模式，并在15分钟后自我唤醒进行环境运算，当发现当前环境温湿度已经超过设定的阈值，那么控制器开始进入PID灌水***，此时环境状态毎10秒采集一次，通过较高频率的采集可以很好的进行水流的控制，达到节水灌溉的目的。这种设计的智能控制装置极大的减少水阀工作时的运行功耗，此电控流量水阀62从关闭到开启需要1~2秒种的时间，在这1~2秒钟内水流逐步加大，水流对管道的压力是也逐步增大，这将极大减少传统电磁阀开通瞬间强水流对管道的冲击，极大的增加了管道的可靠性，降低后期维护成本，多点数据采集避免单点数据采集的不准确性和不平均性，此智能控制装置还结合了无线卷膜器61,实现了节水和灌溉的一体化，比如大棚养殖，珍贵苗圃培育等中，可以通过改变传感器及控制器的类型可以自由转变面向对象，从电控流量水阀及卷膜器，转变为热风炉控制和排风机就可以将大棚种植模式切换至甲鱼养殖模式，灵活的应用极大的提高了智能节水灌溉装置的实用性。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种新型智能控制装置，其特征是：包括上位机（1）、手机客户端（2）、智能节水灌溉装置主机（3）、智能节水灌溉装置分机（4）和无线传感器节点模块（5）以及无线控制外设装置（6），上位机（1）和手机客户端（2）分别通过有线网络和无线网络与智能节水灌溉装置主机（3）相连接，智能节水灌溉装置主机（3）与智能节水灌溉装置分机（4）相连接，智能节水灌溉装置分机（4）通过无线网络信号分别与无线传感器节点模块（5）和无线控制外设装置（6）相连接。

2.根据权利要求1所述的一种新型智能控制装置，其特征是：所述的智能节水灌溉装置主机（3）包括第一短距离无线射频模块（31）、GSM通信模块（32）、微型红外雨量传感模块（33）、第一掉电存储模块（34）和第一中央处理单元（35），第一中央处理单元（35）分别与第一短距离无线射频模块（31）、GSM通信模块（32）、微型红外雨量传感模块（33）以及第一掉电存储模块（34）相连接。

3.根据权利要求2所述的一种新型智能控制装置，其特征是：所述的智能节水灌溉装置分机（4）包括与第一短距离无线射频模块（31）相无线信号连接的第二短距离无线射频模块（41）、内置环境传感装置（42）、内置电控流量控制器（43）、第二掉电存储模块（44）以及第二中央处理单元（45），第二中央处理单元（45）分别与第二短距离无线射频模块（41）、内置环境传感装置（42）、内置电控流量控制器（43）以及第二掉电存储模块（44）相连接。

4.根据权利要求3所述的一种新型智能控制装置，其特征是：所述的无线传感器节点模块（5）包括太阳能电池板（51）、锂电池（52）、第三短距离无线射频模块（54）以及第三中央处理单元（53），太阳能电池板（51）与锂电池（52）电连接，锂电池（52）为第三中央处理单元（53）提供电源，第三中央处理单元（53）与第三短距离无线射频模块（54）相连接，第三短距离无线射频模块（54）与第二短距离无线射频模块（41）相无线信号连接。

5.根据权利要求4所述的一种新型智能控制装置，其特征是：所述的无线传感器节点模块（5）上连接有若干个土壤温度传感器（7）和若干个土壤湿度传感器（8），土壤温度传感器（7）和土壤湿度传感器（8）分别与第三中央处理单元（53）相连接。

6.根据权利要求1所述的一种新型智能控制装置，其特征是：所述的无线控制外设装置（6）包括无线卷膜器（61）和电控流量水阀（62），无线卷膜器（61）和电控流量水阀（62）通过第二中央处理单元（45）控制。