CN102063072A - 中心支轴式喷灌机控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种中心支轴式喷灌机的控制系统及方法，实现对中心支轴式喷灌机的智能遥控，提高其可靠性和操控性。由手持遥控器、中心控制器和塔架单元控制器组成。通过遥控器的操作界面，可发出对中心支轴式喷灌机的控制命令，中心控制器接收无线发射的控制信号，控制喷灌机的开启、关闭、灌溉速度、正反向行走；塔架单元控制器报告各塔架的状态，特别是检测报警信号并发送到中心控制器，中心控制器再发送给手持遥控器，使操作者方便、及时了解喷灌机的工作情况。

Description

中心支轴式喷灌机控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种灌溉设备控制系统及方法，特别是一种中心支轴式喷灌机控制系统及方法。

背景技术

喷灌设备的类型很多，其中以中心支轴式喷灌机的自动化程度较高。其输水主管装在一列带行走轮的塔架上，各塔架由电动机驱动，绕一端的中心支轴作圆周运动，压力水自中心沿输水主管输送，再沿支管通过各喷头喷出。目前市场上中心支轴式喷灌机的控制系统方法是，在喷灌机中心支架上安装一个中枢控制箱，控制箱内设启动、停止、正\反转、行走速度比例等控制按钮、旋钮及相应接触器、继电器等控制器件和电路。在每一段塔架上，有一个控制箱，由微动开关、接触器、热保护继电器等组成用以控制本段塔架的电机及电机热保护。其中中枢控制箱内的启动开关控制末端塔架电机，末端塔架行走与次末端塔架形成一定角度后，机械机构触动次末端的微动开关，控制次末端塔架电机的接触器吸合，从而带动次末端行走，以此类推逐段实现系统的启动控制。通常操作人员通过手动操作位于中央点的中枢控制柜中的旋钮、开关等来控制圆形喷灌的运行\停止、正\反转、行走速度等参数。当中心支轴式喷灌机某段塔架发生保护时，维护人员要靠肉眼观察位于塔架顶端的报警灯，然后再在故障塔架和中心控制柜间反复走才能排除故障。这样，不仅维护人员劳动强度大，还可能因不能及时处理故障而发生因塔架行走启动传动失灵而产生的前端的塔架行走，后面的塔架未及时启动而使得喷灌输水主管被扭断等更大的故障。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于中心支轴式喷灌机智能控制系统及方法，实现对中心支轴式喷灌机的智能控制，提高其可靠性和操控性。

本发明的技术方案如下：

本发明的中心支轴式喷灌机控制系统100由手持遥控器101、中心控制器102和塔架单元控制器103组成。通过手持遥控器101的操作按钮，实现对中心支轴式喷灌机100的遥控操作，中心控制器102与中心支轴式喷灌机100控制电路相连，实现接收命令和控制喷灌机的功能，塔架单元控制器103可将塔架保护情况通知中心控制器102，进而通过中心控制器102传给手持遥控器103；中心控制器102安装于圆形喷灌系统的中心点控制箱附近，并通过通讯线路104与安装于每一个塔架单元的塔架单元控制器103相连；手持遥控器101与中心控制器102通过无线通讯线路105相连。

其中中心控制器102安装于中心支轴式喷灌机中心支架，由MCU201，隔离驱动电路203、206、207，功率开关器件205、214、215，无线通讯模块217，通讯模块210等芯片和电路单元构成。其无线通讯模块217用以实现与手持遥控器的通讯，通讯模块210用以完成与塔架单元控制器103的连接；MCU201的三条IO线分别接三路隔离驱动电路，隔离驱动电路203连接功率开关器件205，功率开关器件205的常开点连接控制电机正反转的交流接触器的控制端；隔离/驱动电路206连接功率开关器件214，功率开关器件214的常开点连接控制整个系统动力电源的交流接触器的控制端；隔离/驱动电路207连接功率开关器件215，功率开关器件215的常开点连接控制启动喷灌机的交流接触器的控制端。

其中塔架单元控制器103安装于中心支轴式喷灌机塔架单元控制箱，由MCU401、隔离电路403、取样电路404、通讯模块410等芯片和电路单元构成。其中通讯模块410选取和中心控制器102通讯方式相同的模块，用以和中心控制器102的通讯连接；取样电路404与塔架的报警器件并联，当塔架有保护报警时，产生一个电平跳跃，经隔离电路后接MCU401的IO，供MCU401采集报警信号。

其中手持遥控器由MCU501、扩展RAM503、扩展FlashROM504、无线通讯模块502、键盘扩展505、键盘506、显示驱动507、LCD显示器508等芯片和电路单元构成。其中无线通讯模块502与中心控制器102采用相同通讯方式，用以实现手持遥控器101与中心控制器102的通讯连接，键盘506通过键盘扩展电路与MCU501相连，LCD显示器508通过显示驱动芯片507与MCU501相连。

系统使用方法为：

步骤一、中心控制器使用干电池或蓄电池供电，并保持开机状态；

步骤二、检测中心支轴式喷灌机运行状态：

打开手持遥控器电源，系统自动检查遥控器与中心控制器无线通讯状态，如通讯状态不正常，在遥控器显示器上显示相应提示；如通讯状态正常，则显示喷灌机当前是否运行，如在运行状态下则显示运行方向和速度。

步骤三、控制中心支轴式喷灌机：

在步骤二基础上，进入下面步骤：

1、开/关喷灌机三相电源：在喷灌机三相电断开状态下，按下遥控器“电源开/关”按钮，喷灌机三相电上电，反之，按下按下遥控器“电源开/关”按钮，喷灌机三相电断电；

2、启动喷灌：按遥控器“正转”或“反转”按钮选择正/反转，用“+”、“-”按钮调整行走速度百分比，最后按下遥控器“启动”按钮；

3、停止喷灌：按下遥控器“停止”按钮；

4、改变速度：用“+”、“-”按钮调整行走速度百分比，按下遥控器“启动”按钮；

5、改变运行方向：按遥控器“正转”或“反转”按钮选择正/反转，按下遥控器“启动”按钮；

6、完成控制，系统自动检测喷灌机运行状态并在遥控器显示器上显示。

本发明采用全电子控制，可用手持机进行遥控操作，在塔架单元发生保护时能清楚地告知维护人员故障点。从而提高了劳动生产率、减低了劳动强度，降低了故障率。

附图说明

附图1是圆形喷灌智能控制系统及方法的整体应用示意图

附图2是中心控制器线路框图

附图3是塔架单元控制器线路框图

附图4是手持遥控器线路框图

附图5是中心控制器实施例电路原理图

附图6是中心控制器实施例流程图

附图7是塔架单元控制器实施例电路原理图

附图8是塔架单元控制器实施例流程图

附图9是手持遥控器实施例线路原理图

附图10是手持遥控器实施例流程图

具体实施方式

附图5为中心控制器实施例的电路原理图。

其MCU采用ATMEGA165P(U4)；光电隔离电路U1、U2、U3输入端分别经上拉电阻R4、R5、R6与U4的I/O口PA1、PA2、PA3相连；U1、U2、U3输出端分别经上拉电阻R1、R2、R3与功率开关器件RL1、RL2、RL3的电磁线圈相连，功率开关器件RL1、RL2、RL3的常开触点经J2引出，用以分别控制系统三箱电源接触器、水泵开关的接触器和控制正反转的接触器；串行通讯模块采用MAX487，其RO端接U4的RXD0，DI端接U4的TXD0；无线通讯模块U6选用提供透明传输功能并提供串行通讯口的成品模块，其串行接收端接U4的TXD1，其发送端接U4的RXD1。

附图6是中心控制器实施例的流程图。

系统初始化后依次询问每个塔架控制器的工作状态，根据有无报警进行处理，然后将喷灌机状态报告手持遥控器，再等待接受手持遥控器的控制命令对喷灌机进行控制。

附图7为塔架单元控制器实施例的电路原理图。

其MCU(U8)采用ATMEGA48：串行通讯模块U11采用MAX487，其RO端接U8的TXD、DI端接U8的RXD、RE与DE接U8的PD2，用以与主控制器通讯连接；J22的1和3与原塔架单元的报警灯并联，当有报警时取得220V的交流信号，经BR21整流，R21、C23、 D21稳压滤波。这样，当报警回路接通时，D21上的稳定压降使得光电隔离U9导通，使得PC0上采集到的信号由低电平变为高电平，据此MCU判断本单元发生报警，从而通过通讯线报告给中心控制器。

附图8是塔架单元控制器实施例流程图。

系统初始化后采集报警信号，如有报警则向中心控制器报告本塔架发生报警。

如图9为手持遥控器实施例线路图。

其MCU采用ATMEGA165P(U34)。U34的PC0-PC7分别经上拉电阻R37-R44接键盘KPBUT2的八个输入端，分别接收来自八个键的输入；LCD驱动及显示模块PG12854F(LCD2)的D0-D7分别接U34的PB0-PB7；串行通讯模块采用MAX487，其RO端接U4的RXD0，DI端接U4的TXD0；无线通讯模块U15选用与U6同样通讯方式的成品模块，其串行接收端接U34的TXD1，其发送端接U34的RXD1。

如图10是手持遥控器实施例流程图。

系统初始化后测试与中心控制器的通讯，通讯正常则取得喷灌机当前状态并显示，然后等待接收键盘输入，并将控制命令传给中心控制器，再取得中心控制器返回的喷灌机状态信息并显示在手持遥控器上。

Claims (9)

1.一种中心支轴式喷灌机控制系统，其特征在于由手持遥控器(101)、中心控制器(102)和塔架单元控制器(103)组成，手持遥控器(101)与中心控制器(102)通过通讯线路(104)连接，塔架单元控制器(103)和中心控制器(102)通过通讯线路(105)相连。

2.如权利要求1所述中心支轴式喷灌机控制系统，其特征在于：通讯线路(104)可以是但不限于GPRS、3G、WiFi、WLAN、Zigbee等可靠通讯距离能够大于中心支轴式喷灌机最大半径的无线通讯方式。

3.如权利要求1所述中心支轴式喷灌机控制系统，其特征在于：通讯线路(105)可以是但不限于工业控制总线、串行通讯总线或无线通讯，其可靠通讯距离应大于中心支轴式喷灌机最大半径。

4.如权利要求1所述中心支轴式喷灌机控制系统，其特征在于：中心控制器(102)由MCU(201)、隔离驱动电路(203)(206)(207)、功率开关(205)(214)(215)、无线通讯模块(217)、通讯模块(210)等芯片和电路单元构成，其无线通讯模块(217)用以实现与手持遥控器(101)的通讯，通讯模块(210)用以完成与塔架单元控制器(103)的连接，MCU(201)的三条IO线经隔离驱动电路(203)(206)(207)后，分别连接功率开关电路(205)(214)(215)。

5.如权利要求1所述的中心支轴式喷灌机控制系统，其特征在于：塔架单元控制器(103)由MCU(401)、隔离电路(403)、取样电路(404)、通讯模块(410)等芯片和电路单元构成，其中通讯模块(410)与中心控制器(102)的通讯模块(210)配对，用以和中心控制器(102)的通讯连接，取样电路(404)通过隔离电路(403)连接于MCU(401)的IO线。

6.如权利要求1所述的中心支轴式喷灌机控制系统，其特征在于：手持遥控器(101)由无线通讯模块(502)、键盘扩展(505)、键盘(506)、显示驱动(507)、LCD显示器(508)等芯片和电路单元构成，其中无线通讯模块(502)与中心控制器(102)的无线通讯模块(217)配对，用以实现手持遥控器(101)与中心控制器(102)的通讯连接，键盘(506)通过键盘扩展电路与MCU(501)相连，LCD显示器(508)通过显示驱动芯片(507)与MCU(501)相连。

7.如权利要求1所述中心支轴式喷灌机控制系统，其特征在于：中心控制器(102)安装在中心支轴式喷灌机的中心支架，其功率开关电路(205)(14)(215)分别控制喷灌机三相动力电源开关、启动/关闭和正/反转。

8.如权利要求1所述中心支轴式喷灌机控制系统，其特征在于：塔架单元控制器(103)安装于每一个塔架的控制箱，其取样电路(404)并联于塔架控制箱的报警设备。

9.一种中心支轴式喷灌机控制方法，其特征在于：

系统使用方法为：

步骤一、中心控制器使用干电池或蓄电池供电，并保持开机状态；

步骤二、检测中心支轴式喷灌机运行状态： 

打开手持遥控器电源，系统自动检查遥控器与中心控制器无线通讯状态，如通讯状态不正常，在遥控器显示器上显示相应提示；如通讯状态正常，则显示喷灌机当前是否运行，如在运行状态下则显示运行方向和速度。

步骤三、控制中心支轴式喷灌机：

在步骤二基础上，进入下面步骤：

1、开喷灌机三相电源：按下遥控器“开喷灌机电源”按钮；

2、启动喷灌：按遥控器“正转”或“反转”按钮选择正/反转，用“+”、“-”按钮调整行走速度百分比，最后按下遥控器“启动”按钮；

3、停止喷灌：按下遥控器“停止”按钮；

4、改变速度：用“+”、“-”按钮调整行走速度百分比，按下遥控器“启动”按钮；

5、改变运行方向：按遥控器“正转”或“反转”按钮选择正/反转，按下遥控器“启动”按钮；

6、完成控制，系统自动检测喷灌机运行状态并在遥控器显示器上显示。 

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