CN102679011A - 基于移动通信网络的阀门阵列控制器及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于移动通信网络的阀门阵列控制器及控制方法，其控制器包括主控制器模块和供电电池，以及与主控制器模块相接的无线通信模块和定位模块，无线通信模块上设置有IC卡座，无线通信模块上接有无线通信天线，定位模块上接有定位天线，主控制器模块的输出端接有阀门阵列驱动模块；其控制方法包括步骤：一、组装阀门阵列控制器并连接阀门阵列控制器和阀门阵列；二、对阀门阵列控制器进行初始化，设置“回复号码”和“控制号码”；三、通过外部控制主机和阀门阵列控制器对阀门阵列进行控制。本发明设计新颖合理，实现成本低，操作便捷，性能稳定可靠，可扩展性能好，防盗与防恐怖利用功能强，功耗低，寿命长，维护费用低，便于推广应用。

Description

基于移动通信网络的阀门阵列控制器及控制方法

技术领域

本发明涉及一种阀门控制器，尤其是涉及一种应用于农业、园林节水灌溉使用的基于移动通信网络的阀门阵列控制器及控制方法。

背景技术

节水农业是中国现代农业发展的战略方向，节水农业不仅仅是节约，更重要的是调节，是高效利用。在节水灌溉的管网中，阀门的自动化远程控制是节水灌溉大面积推广的关键，因此，开发一种高效、高可靠性、低成本可远程程序控制的专用阀门阵列控制器是非常必要的。

目前用于节水灌溉工程中的阀门控制器，大都使用通用的短信控制器，这种短信控制器并非为农业节水灌溉专门设计，在使用中需二次开发，可靠性也不高，野外防护效果也差，这样的系统常常使用一个种植季后就因损坏而废弃，使用寿命短。而且，因为是通用控制器，所以极易被人盗取后改作它用，目前查询到的通用及专用阀门控制器功耗较大，需接电线到阀门控制器所在地点供电或使用较大的太阳能电池供电，而太阳能电池板又使设备被盗的可能性加大，维护成本高，耗费人力物力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、设计合理、实现方便且成本低、可扩展性能好的基于移动通信网络的阀门阵列控制器。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于移动通信网络的阀门阵列控制器，其特征在于：包括主控制器模块和为阀门阵列控制器中各用电模块供电的供电电池，以及与主控制器模块相接且用于与外部控制主机无线连接并通信的无线通信模块和用于对所述阀门阵列控制器进行定位的定位模块，所述无线通信模块上设置有用于安装电话IC卡的IC卡座，所述无线通信模块上接有无线通信天线，所述定位模块上接有定位天线，所述主控制器模块的输出端接有用于对阀门阵列进行打开/关闭控制的阀门阵列驱动模块。

上述的基于移动通信网络的阀门阵列控制器，其特征在于：所述主控制器模块的输入端接有A/D转换模块，所述A/D转换模块与布设在所述阀门阵列控制器周围且用于对环境参数进行检测的传感器组相接。

上述的基于移动通信网络的阀门阵列控制器，其特征在于：所述供电电池为充电电池，所述供电电池的输出端接有用于对供电电池的电量进行实时检测的电池电量检测电路模块，所述电池电量检测电路模块的输出端与所述主控制器模块的输入端相接，所述供电电池的输出端通过短路线与所述主控制器模块、无线通信模块、定位模块、阀门阵列驱动模块和A/D转换模块相接。

上述的基于移动通信网络的阀门阵列控制器，其特征在于：所述主控制器模块、供电电池、无线通信模块、定位模块、阀门阵列驱动模块、A/D转换模块和电池电量检测电路模块均设置在防水密封盒内，所述防水密封盒由密封盒体和设置在密封盒体顶端的密封盖构成，所述密封盒体上设置有无线通信天线接插件、定位天线接插件、充电设备接插件、传感器组接插件和阀门阵列接插件，所述无线通信天线通过无线通信天线接插件与所述无线通信模块相接，所述定位天线通过定位天线接插件与所述定位模块相接，所述供电电池通过充电设备接插件和与充电设备接插件相配合的第一防水接插件与充电设备相接，所述阀门阵列通过阀门阵列接插件和与所述阀门阵列接插件相配合的第二防水接插件与所述阀门阵列驱动模块相接，所述传感器组通过传感器组接插件和与所述传感器组接插件相配合的第三防水接插件与所述A/D转换模块相接；所述短路线集成在所述第二防水接插件上。

上述的基于移动通信网络的阀门阵列控制器，其特征在于：所述无线通信模块为GSM模块、GPRS模块、WCDMA模块、CDMA2000模块和3G模块中的一个或多个的组合。

上述的基于移动通信网络的阀门阵列控制器，其特征在于：所述定位模块为北斗定位模块和GPS定位模块中的一个或两个的组合。

上述的基于移动通信网络的阀门阵列控制器，其特征在于：所述传感器组为液体流量传感器、空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、气象传感器、光照传感器和土壤养份传感器中的一个或多个的组合。

本发明还提供了一种使用操作简便、性能稳定可靠且数据处理能力强、防盗与防恐怖利用功能强、具有低功耗功能、功能完备的基于移动通信网络的阀门阵列控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、组装阀门阵列控制器并将组装后的阀门阵列控制器与阀门阵列连接，具体过程如下：

101、打开密封盖，将电话IC卡装入无线通信模块上设置的IC卡座中，然后再将密封盖盖好；

102、将无线通信天线连接在无线通信天线接插件上，将定位天线连接在定位天线接插件上；

103、将阀门阵列通过第二防水接插件连接在阀门阵列接插件上，此时，集成在所述第二防水接插件上的短路线将供电电池的输出端与所述主控制器模块、无线通信模块、阀门阵列驱动模块和A/D转换模块接通，阀门阵列控制器开始工作；

步骤二、对所述阀门阵列控制器进行初始化，设置“回复号码”和“控制号码”，其设置过程如下：

201、使用外部控制主机并通过“设置母号”编辑设置“回复号码”的设置类指令向阀门阵列控制器发送，阀门阵列控制器内安装的无线通信模块通过移动通信网络基站、无线通信天线和安装在IC卡座上的电话IC卡接收设置“回复号码”的设置类指令并输出给主控制器模块，主控制器模块对无线通信模块输出的设置“回复号码”的设置类指令进行分析处理并存储，完成“回复号码”的设置；

202、“回复号码”设置完成后，主控制器模块控制无线通信模块自动向安装有“回复号码”的外部控制主机发送一条回复指令，通知外部控制主机“回复号码”设置成功与否；

203、使用外部控制主机并通过“设置母号”编辑设置“控制号码”的设置类指令向阀门阵列控制器发送，阀门阵列控制器内安装的无线通信模块通过移动通信网络基站、无线通信天线和安装在IC卡座上的电话IC卡接收设置“控制号码”的设置类指令并输出给主控制器模块，主控制器模块对无线通信模块输出的设置“控制号码”的设置类指令进行分析处理并存储，完成“控制号码”的设置；

204、“控制号码”设置完成后，主控制器模块控制无线通信模块自动向安装有“回复号码”的外部控制主机发送一条回复指令，通知外部控制主机“控制号码”设置成功与否；

步骤三、通过外部控制主机和阀门阵列控制器对阀门阵列进行控制：使用外部控制主机并通过“设置母号”或“控制号码”向阀门阵列控制器发送“控制阀门动作”、“上传定位信息”或“启动休眠”的动作类指令，阀门阵列控制器内安装的无线通信模块通过移动通信网络基站、无线通信天线和安装在IC卡座上的电话IC卡接收外部控制主机发送的动作类指令并输出给主控制器模块，主控制器模块对无线通信模块输出的动作类指令进行解析判断，首先判断是否是由外部控制主机通过“设置母号”或“控制号码”发出的指令，当是由外部控制主机通过“设置母号”或“控制号码”发出的指令时，再判断指令类型，进而根据指令类型执行相应的动作，根据指令类型执行相应动作的具体过程如下：

301、当指令类型为“控制阀门动作”的指令时，主控制器模块通过阀门阵列驱动模块控制阀门阵列中各阀门的关闭或打开，然后主控制器模块生成回复指令并控制无线通信模块自动向安装有“回复号码”的外部控制主机发送一条回复指令，通知外部控制主机阀门阵列中各阀门的关闭或打开成功与否；

302、当指令类型为“上传定位信息”的指令时，主控制器模块启动定位模块工作并将定位模块通过定位天线接收到的数据取回，然后主控制器模块生成回复指令并控制无线通信模块自动向安装有“回复号码”的外部控制主机发送一条回复指令，通知外部控制主机定位信息上传成功与否；

303、当指令类型为“启动休眠”的指令时，主控制器模块根据指令中设定的休眠时间使阀门阵列控制器进入休眠状态，在启动休眠前主控制器模块生成回复指令并控制无线通信模块自动向安装有“回复号码”的外部控制主机发送一条回复指令，通知外部控制主机阀门阵列控制器休眠成功与否，休眠时间到后，主控制器模块使阀门阵列控制器进入待命状态；

当不是由外部控制主机通过“设置母号”或“控制号码”发出的指令时，即为无效指令，主控制器模块删除无线通信模块输出的指令；

上述的基于移动通信网络的阀门阵列控制方法，其特征在于：步骤一中还需连接阀门阵列控制器和传感器组：将传感器组通过第三防水接插件连接在传感器组接插件上；

步骤二中对所述阀门阵列控制器进行初始化，还需设置“报警电压”，其设置过程如下：

205、使用外部控制主机并通过“设置母号”编辑设置“报警电压”的设置类指令向阀门阵列控制器发送，阀门阵列控制器内安装的无线通信模块通过移动通信网络基站、无线通信天线和安装在IC卡座上的电话IC卡接收设置“报警电压”的设置类指令并输出给主控制器模块，主控制器模块对无线通信模块输出的设置“报警电压”的设置类指令进行分析处理并存储，完成“报警电压”的设置；

206、“报警电压”设置完成后，主控制器模块控制无线通信模块自动向安装有“回复号码”的外部控制主机发送一条回复指令，通知外部控制主机“报警电压”设置成功与否；

步骤三中通过外部控制主机和阀门阵列控制器对阀门阵列进行控制的过程还包括：使用外部控制主机并通过“设置母号”或“控制号码”向阀门阵列控制器发送“检测环境参数”的测试类指令，阀门阵列控制器内安装的无线通信模块通过移动通信网络基站、无线通信天线和安装在IC卡座上的电话IC卡接收外部控制主机发送的测试类指令并输出给主控制器模块，主控制器模块对无线通信模块输出的测试类指令进行解析判断，判断是否是由外部控制主机通过“设置母号”或“控制号码”发出的指令，当是由外部控制主机通过“设置母号”或“控制号码”发出的指令时，再判断指令类型，进而根据指令类型执行相应的动作：主控制器模块启动传感器组，传感器组对所述阀门阵列控制器周围的环境参数进行实时检测并将所检测到的信号输出给A/D转换模块，A/D转换模块对传感器组所检测到的信号进行A/D转换后输出给主控制器模块，主控制器模块接收A/D转换模块所输出的信号并进行分析处理后存储，然后主控制器模块生成回复指令并控制无线通信模块自动向安装有“回复号码”的外部控制主机发送一条回复指令，通知外部控制主机通过传感器组检测得到的环境参数数据给主控制器模块发送成功与否；

以上步骤二至步骤三的全部工作过程中，电池电量检测电路模块实时检测供电电池的电量并将所检测到的信号输出给主控制器模块，主控制器模块接收电池电量检测电路模块所输出的信号并进行分析处理，在电压低于默认报警电压或步骤三中所设定的“报警电压”时，主控制器模块生成电量低的报警信息并控制无线通信模块向安装有“回复号码”的外部控制主机发送电量低的报警信息；

以上步骤二至步骤三的全部工作过程中，当需要阀门阵列控制器复位时，使用外部控制主机并通过“设置母号”向阀门阵列控制器发送复位指令，阀门阵列控制器内安装的无线通信模块通过移动通信网络基站、无线通信天线和安装在IC卡座上的电话IC卡接收外部控制主机发送的复位指令并输出给主控制器模块，主控制器模块根据复位指令执行复位，阀门阵列控制器重新从步骤二开始执行。

上述的基于移动通信网络的阀门阵列控制方法，其特征在于：步骤301中所述“控制阀门动作”的指令由头标识、协议编码和协议内容三部分组成，所述协议编码对阀门阵列中哪个阀门动作和执行关闭还是打开的动作进行了设定，所述协议内容中对控制阀门阵列中各阀门动作的电压脉冲宽度时间参数进行了设定，所述电压脉冲宽度时间参数的设定范围为50ms～30s，其中，时间参数为5s～30s的电压脉冲宽度用于对电机拖动阀门进行控制，时间参数为50ms～150ms的电压脉冲宽度用于对电磁阀门进行控制。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明阀门阵列控制器采用集成化、模块化的设计，结构简单，设计新颖合理，实现方便且实现成本低。

2、本发明无线通信所使用的网络平台可以是GSM网络、GPRS网络、WCDMA网络、CDMA2000网络、3G网络和使用IP地址的网络中的一种或多种的组合，由于GSM网络、GPRS网络、WCDMA网络、CDMA2000网络、3G网络和使用IP地址的网络已在全国范围内实现了联网和漫游，避免了通信线缆铺设带来的人力、物力成本的增加，因而本发明具有网络通讯能力强、双向数据传输功能、性能稳定可靠、费用低廉等优点。

3、本发明可同时输出1～8路控制信号，有16条对应的“控制阀门动作”的指令，同时实现了对1～8路阀门关闭或打开的控制，基于本发明并经过简单的扩展，还能实现对16路甚至更多路阀门关闭或打开的控制。

4、本发明定义了一套完整的传输层协议，在协议中定义了“阀门阵列控制器”指令的格式与功能，协议包括五大类别：设置类指令，动作类指令，测试类指令，报警类指令，回复类指令，主控制器模块负责解析并执行所有接收到的指令，并给出回复指令。

5、本发明设有远程指令控制的休眠功能，阀门阵列控制器收到休眠指令后进入休眠状态，指令中设置的休眠时间到达时可自动唤醒并进入工作状态，休眠期间阀门阵列控制器的工作电流小于100uA，具有低功耗的功能；用此方法，可使阀门阵列控制器工作8个月时间，完全满足一个农业作物生长期的需求。依据此省电策略，在配置太阳能充电器时，可选择更小面积的太阳能充电器，较没有休眠电路的阀门控制器所用太阳能电池面积可缩小至十分之一。

6、本发明的功能完备，阀门阵列中每路阀门的控制信号为脉宽可设定的电压脉冲，通过指令可以设置电压脉冲的时长及电压等级，可实现对电磁阀门、电机拖动阀门的打开和关闭控制。

7、本发明阀门阵列控制器内安装有定位模块，定位数据可按指令通过无线网络上传，这个功能对农田数字化整理非常有利，利用数字地图系统可将每只阀门阵列控制器的位置清楚地显示在地图上。

8、本发明设计有一套切实可行的安全策略，按此策略，阀门阵列控制器只接受由“设置母号”发来的设置指令，只接受由“设置母号”或“控制号码”发来的动作指令与测试指令，阀门阵列控制器的回复命令只发往内置好的“回复号码”，按此策略阀门阵列控制器被盗后，无法被二次开发使用，也就无法用作它用，具备良好的防盗与防恐怖利用功能。

9、本发明阀门阵列控制器可选择连接外部传感器组，外部传感器组可以选择液体流量、空气温湿度、土壤温湿度、气象、光照、土壤养份等传感器中的一个或多个的组合，传感器数据可被阀门阵列控制器采集并按指令要求通过移动通信网络发送。

10、本发明中的主控制器模块、供电电池、无线通信模块、定位模块、阀门阵列驱动模块、A/D转换模块和电池电量检测电路模块均设置在防水密封盒内，且通过防水接插件连接充电设备、阀门阵列和传感器组，防水等级达到了IP67，非常适合野外大田或园林的节水灌溉使用。

11、本发明阀门阵列控制器使用外接短路线作为电源开关，这一短路线集成在用于连接阀门阵列的第二防水接插件上，当将阀门阵列通过阀门阵列接插件和与所述阀门阵列接插件相配合的第二防水接插件与所述阀门阵列驱动模块连接上时，这一短路线将供电电池的输出端与所述主控制器模块、无线通信模块、定位模块、阀门阵列驱动模块和A/D转换模块接通，相当于打开了阀门阵列控制器的电源开关，阀门阵列控制器开始工作。

综上所述，本发明设计新颖合理，实现方便且成本低，使用操作便捷，性能稳定可靠，可扩展性能好，功能完备，防盗与防恐怖利用功能强，具有低功耗功能，使用寿命长，维护费用低，便于推广应用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明阀门阵列控制器的电路原理框图。

图2为本发明阀门阵列控制器的结构示意图。

图3本发明控制方法的方法流程图。

附图标记说明:

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的基于移动通信网络的阀门阵列控制器，包括主控制器模块1和为阀门阵列控制器中各用电模块供电的供电电池2，以及与主控制器模块1相接且用于与外部控制主机13无线连接并通信的无线通信模块3和用于对所述阀门阵列控制器进行定位的定位模块4，所述无线通信模块3上设置有用于安装电话IC卡的IC卡座，所述无线通信模块3上接有无线通信天线5，所述定位模块4上接有定位天线6，所述主控制器模块1的输出端接有用于对阀门阵列8进行打开/关闭控制的阀门阵列驱动模块7。

本实施例中，所述主控制器模块1的输入端接有A/D转换模块9，所述A/D转换模块9与布设在所述阀门阵列控制器周围且用于对环境参数进行检测的传感器组10相接。所述供电电池2为充电电池，所述供电电池2的输出端接有用于对供电电池2的电量进行实时检测的电池电量检测电路模块11，所述电池电量检测电路模块11的输出端与所述主控制器模块1的输入端相接，所述供电电池2的输出端通过短路线12与所述主控制器模块1、无线通信模块3、定位模块4、阀门阵列驱动模块7和A/D转换模块9相接。具体的，所述充电电池可以使用一节或多节安全型锂离子充电电池，也可以使用电压范围在3.5V～4.1V、容量为1Ah～10Ah的其它蓄电池或蓄电池组。所述主控制器模块1可以采用单片机来实现。

结合图2，本实施例中，所述主控制器模块1、供电电池2、无线通信模块3、定位模块4、阀门阵列驱动模块7、A/D转换模块9和电池电量检测电路模块11均设置在防水密封盒内，所述防水密封盒由密封盒体14-1和设置在密封盒体14-1顶端的密封盖14-2构成，所述密封盒体14-1上设置有无线通信天线接插件15、定位天线接插件16、充电设备接插件17、传感器组接插件18和阀门阵列接插件19，所述无线通信天线5通过无线通信天线接插件15与所述无线通信模块3相接，所述定位天线6通过定位天线接插件16与所述定位模块4相接，所述供电电池2通过充电设备接插件17和与充电设备接插件17相配合的第一防水接插件20与充电设备相接，所述阀门阵列8通过阀门阵列接插件19和与所述阀门阵列接插件19相配合的第二防水接插件21与所述阀门阵列驱动模块7相接，所述传感器组10通过传感器组接插件18和与所述传感器组接插件18相配合的第三防水接插件22与所述A/D转换模块9相接；所述短路线12集成在所述第二防水接插件21上。具体地，所述充电设备为独立设置的太阳能充电器或与外部电源相接的交流电源充电器，当使用太阳能充电器时，可实现免维护长期供电。所述防水密封盒、第一防水接插件20、第二防水接插件21和第三防水接插件22的防水等级达到了IP67，非常适合野外大田或园林的节水灌溉使用。

本实施例中，所述无线通信模块3为GSM模块、GPRS模块、WCDMA模块、CDMA2000模块和3G模块中的一个或多个的组合。无线通信模块3通信所使用的网络平台可以是GSM网络、GPRS网络、WCDMA网络、CDMA2000网络、3G网络和使用IP地址的网络中的一种或多种的组合。所述定位模块4为北斗定位模块和GPS定位模块中的一个或两个的组合。所述传感器组10为液体流量传感器、空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、气象传感器、光照传感器和土壤养份传感器中的一个或多个的组合。

结合图3，本发明所述的基于移动通信网络的阀门阵列控制方法，包括以下步骤：

步骤一、组装阀门阵列控制器并将组装后的阀门阵列控制器与阀门阵列8连接，具体过程如下：

101、打开密封盖14-2，将电话IC卡装入无线通信模块3上设置的IC卡座中，然后再将密封盖14-2盖好；

102、将无线通信天线5连接在无线通信天线接插件15上，将定位天线6连接在定位天线接插件16上；

103、将阀门阵列8通过第二防水接插件21连接在阀门阵列接插件19上，此时，集成在所述第二防水接插件21上的短路线12将供电电池2的输出端与所述主控制器模块1、无线通信模块3、定位模块4、阀门阵列驱动模块7和A/D转换模块9接通，阀门阵列控制器开始工作；

步骤二、对所述阀门阵列控制器进行初始化，设置“回复号码”和“控制号码”，其设置过程如下：

201、使用外部控制主机13并通过“设置母号”编辑设置“回复号码”的设置类指令向阀门阵列控制器发送，阀门阵列控制器内安装的无线通信模块3通过移动通信网络基站、无线通信天线5和安装在IC卡座上的电话IC卡接收设置“回复号码”的设置类指令并输出给主控制器模块1，主控制器模块1对无线通信模块3输出的设置“回复号码”的设置类指令进行分析处理并存储，完成“回复号码”的设置；具体地，设置“回复号码”的设置类指令由头标识、协议编码和协议内容三部分组成，如*YHNYS0313909209220，其中，*YHNY为头标识，S03为协议编码，13909209220为协议内容，表示此后所有命令向号码13909209220回复；

202、“回复号码”设置完成后，主控制器模块1控制无线通信模块3自动向安装有“回复号码”的外部控制主机13发送一条回复指令，通知外部控制主机13“回复号码”设置成功与否；

203、使用外部控制主机13并通过“设置母号”编辑设置“控制号码”的设置类指令向阀门阵列控制器发送，阀门阵列控制器内安装的无线通信模块3通过移动通信网络基站、无线通信天线5和安装在IC卡座上的电话IC卡接收设置“控制号码”的设置类指令并输出给主控制器模块1，主控制器模块1对无线通信模块3输出的设置“控制号码”的设置类指令进行分析处理并存储，完成“控制号码”的设置；具体地，设置“控制号码”的设置类指令由头标识、协议编码和协议内容三部分组成，如*YHNYS0213909209221，其中，*YHNY为头标识，S02为协议编码，13909209221为协议内容，表示设置号码13909209221为控制号码；

204、“控制号码”设置完成后，主控制器模块1控制无线通信模块3自动向安装有“回复号码”的外部控制主机13发送一条回复指令，通知外部控制主机13“控制号码”设置成功与否；

步骤三、通过外部控制主机13和阀门阵列控制器对阀门阵列8进行控制：使用外部控制主机13并通过“设置母号”或“控制号码”向阀门阵列控制器发送“控制阀门动作”、“上传定位信息”或“启动休眠”的动作类指令，阀门阵列控制器内安装的无线通信模块3通过移动通信网络基站、无线通信天线5和安装在IC卡座上的电话IC卡接收外部控制主机13发送的动作类指令并输出给主控制器模块1，主控制器模块1对无线通信模块3输出的动作类指令进行解析判断，首先判断是否是由外部控制主机13通过“设置母号”或“控制号码”发出的指令，当是由外部控制主机13通过“设置母号”或“控制号码”发出的指令时，再判断指令类型，进而根据指令类型执行相应的动作，根据指令类型执行相应动作的具体过程如下：

301、当指令类型为“控制阀门动作”的指令时，主控制器模块1通过阀门阵列驱动模块7控制阀门阵列8中各阀门的关闭或打开，然后主控制器模块1生成回复指令并控制无线通信模块3自动向安装有“回复号码”的外部控制主机13发送一条回复指令，通知外部控制主机13阀门阵列8中各阀门的关闭或打开成功与否；回复指令由头标识、协议编码和协议内容三部分组成，如*YHNYRA01A,123456，其中，*YHNY为头标识，RA01为协议编码，表示对打开阀门阵列8中的一号阀门进行回复，A,123456为协议内容，表示开阀成功；如*YHNYRA01V,123456，其中，*YHNY为头标识，RA01为协议编码，表示对打开阀门阵列8中的一号阀门进行回复，V,123456为协议内容，表示开阀失败；本发明可同时输出1～8路控制信号，有16条对应的“控制阀门动作”的指令，同时实现了对1～8路阀门关闭或打开的控制，基于本发明并经过简单的扩展，还能实现对16路甚至更多路阀门关闭或打开的控制。

302、当指令类型为“上传定位信息”的指令时，主控制器模块1启动定位模块4工作并将定位模块4通过定位天线6接收到的数据取回，然后主控制器模块1生成回复指令并控制无线通信模块3自动向安装有“回复号码”的外部控制主机13发送一条回复指令，通知外部控制主机13定位信息上传成功与否；“上传定位信息”的指令由头标识、协议编码和协议内容三部分组成，如*YHNYT03,其中，*YHNY为头标识，T03为协议编码，协议内容为空；回复指令由头标识、协议编码和协议内容三部分组成，如*YHNYRT03,P，其中，*YHNY为头标识，RT03为协议编码，P为协议内容，表示阀门阵列控制器当前位置的经纬度值，P的格式为ddmm.mmmm,N,dddmm.mmmm,E；上传定位信息的功能对农田数字化整理非常有利，利用数字地图系统可将每个布设在农田中的阀门阵列控制器的位置清楚地显示在地图上。

303、当指令类型为“启动休眠”的指令时，主控制器模块1根据指令中设定的休眠时间使阀门阵列控制器进入休眠状态，在启动休眠前主控制器模块1生成回复指令并控制无线通信模块3自动向安装有“回复号码”的外部控制主机13发送一条回复指令，通知外部控制主机13阀门阵列控制器休眠成功与否，休眠时间到后，主控制器模块1使阀门阵列控制器进入待命状态；“启动休眠”的指令由头标识、协议编码和协议内容三部分组成，如*YHNYA20，120，其中，*YHNY为头标识，A20为协议编码，120为协议内容，表示休眠120分钟；具体地，当阀门阵列控制器进入休眠状态时，阀门阵列控制器的工作电流小于100uA，可使阀门阵列控制器一次充电，连续工作8个月时间，完全满足一个农业作物生长期的需求。依据此省电策略，在配置太阳能充电器时，可选择更小面积的太阳能充电器（较没有休眠状态的阀门控制器所用太阳能电池面积可缩小至十分之一）。

当不是由外部控制主机13通过“设置母号”或“控制号码”发出的指令时，即为无效指令，主控制器模块1删除无线通信模块3输出的指令；

本实施例中，步骤一中还需连接阀门阵列控制器和传感器组10：将传感器组10通过第三防水接插件22连接在传感器组接插件18上；

步骤二中对所述阀门阵列控制器进行初始化，还需设置“报警电压”，其设置过程如下：

205、使用外部控制主机13并通过“设置母号”编辑设置“报警电压”的设置类指令向阀门阵列控制器发送，阀门阵列控制器内安装的无线通信模块3通过移动通信网络基站、无线通信天线5和安装在IC卡座上的电话IC卡接收设置“报警电压”的设置类指令并输出给主控制器模块1，主控制器模块1对无线通信模块3输出的设置“报警电压”的设置类指令进行分析处理并存储，完成“报警电压”的设置；设置“报警电压”的设置类指令由头标识、协议编码和协议内容三部分组成，如*YHNYS04,V，其中，*YHNY为头标识，S04为协议编码，V为协议内容，表示设置的4位十进制电压值，单位为mV（默认报警电压最小值为3400）；

206、“报警电压”设置完成后，主控制器模块1控制无线通信模块3自动向安装有“回复号码”的外部控制主机13发送一条回复指令，通知外部控制主机13“报警电压”设置成功与否；

步骤三中通过外部控制主机13和阀门阵列控制器对阀门阵列8进行控制的过程还包括：使用外部控制主机13并通过“设置母号”或“控制号码”向阀门阵列控制器发送“检测环境参数”的测试类指令，阀门阵列控制器内安装的无线通信模块3通过移动通信网络基站、无线通信天线5和安装在IC卡座上的电话IC卡接收外部控制主机13发送的测试类指令并输出给主控制器模块1，主控制器模块1对无线通信模块3输出的测试类指令进行解析判断，判断是否是由外部控制主机13通过“设置母号”或“控制号码”发出的指令，当是由外部控制主机13通过“设置母号”或“控制号码”发出的指令时，再判断指令类型，进而根据指令类型执行相应的动作：主控制器模块1启动传感器组10，传感器组10对所述阀门阵列控制器周围的环境参数进行实时检测并将所检测到的信号输出给A/D转换模块9，A/D转换模块9对传感器组10所检测到的信号进行A/D转换后输出给主控制器模块1，主控制器模块1接收A/D转换模块9所输出的信号并进行分析处理后存储，然后主控制器模块1生成回复指令并控制无线通信模块3自动向安装有“回复号码”的外部控制主机13发送一条回复指令，通知外部控制主机13通过传感器组10检测得到的环境参数数据给主控制器模块1发送成功与否；

以上步骤二至步骤三的全部工作过程中，电池电量检测电路模块11实时检测供电电池2的电量并将所检测到的信号输出给主控制器模块1，主控制器模块1接收电池电量检测电路模块11所输出的信号并进行分析处理，在电压低于默认报警电压或步骤三中所设定的“报警电压”时，主控制器模块1生成电量低的报警信息并控制无线通信模块3向安装有“回复号码”的外部控制主机13发送电量低的报警信息；

以上步骤二至步骤三的全部工作过程中，当需要阀门阵列控制器复位时，使用外部控制主机13并通过“设置母号”向阀门阵列控制器发送复位指令，阀门阵列控制器内安装的无线通信模块3通过移动通信网络基站、无线通信天线5和安装在IC卡座上的电话IC卡接收外部控制主机13发送的复位指令并输出给主控制器模块1，主控制器模块1根据复位指令执行复位，阀门阵列控制器重新从步骤二开始执行。

本实施例中，步骤301中所述“控制阀门动作”的指令由头标识、协议编码和协议内容三部分组成，如*YHNYA01150,12345，其中，*YHNY为头标识，A01为协议编码，表示打开阀门阵列8中的一号阀门，150,12345为协议内容，由脉冲宽度150（单位为ms）加标识串码12345构成；所述协议编码对阀门阵列8中哪个阀门动作和执行关闭还是打开的动作进行了设定，所述协议内容中对控制阀门阵列8中各阀门动作的电压脉冲宽度时间参数进行了设定，所述电压脉冲宽度时间参数的设定范围为50ms～30s，其中，时间参数为5s～30s的电压脉冲宽度用于对电机拖动阀门进行控制，时间参数为50ms～150ms的电压脉冲宽度用于对电磁阀门进行控制。通过“控制阀门动作”指令可以设置电压脉冲的时长及电压等级，可实现对电磁阀门、电机拖动阀门的打开和关闭控制。

综上所述，本发明为了使阀门阵列控制器正常工作，为阀门阵列控制器定义了一套完整的传输层协议，在协议中定义了“阀门阵列控制器”指令的格式、功能与安全策略，协议包括五大类别：设置“回复号码”、“控制号码”和“报警电压”的设置类指令，“控制阀门动作”、“上传定位信息”和“启动休眠”的动作类指令，“检测环境参数”的测试类指令，电池电量低的报警类指令，以及回复各种设置、测试和动作成功与否的回复类指令。当无线通信模块3接收到短信指令时，阀门阵列控制器中主控制器模块1内的软件负责解析并执行所有接收到的指令，并给出回复指令。出于对安全性的考虑，传输层协议中制订了安全策略，阀门阵列控制器内部软件中预设有一组“设置母号”，阀门阵列控制器只接受从“设置母号”发来的设置类短信指令，“设置母号”可发出设置类指令对阀门阵列控制器进行初始化。在阀门阵列控制器内还设置了一组“控制号码”，“控制号码”可以通过“设置母号”发送的传输层协议中的设置类指令设定，只有通过“设置母号”或“控制号码”发送的传输层协议中的动作类指令、测试类指令才能被阀门阵列控制器执行。在阀门阵列控制器内还设置了一组“回复号码”，“回复号码”可以通过“设置母号”发送的传输层协议中的设置类指令设定，一但设定了“回复号码”，从阀门阵列控制器发出的所有回复指令都会发往优先级别最高的“回复号码”。按此安全策略，阀门阵列控制器被盗后，无法被二次开发使用，也就无法用作它用，具备良好的防盗与防恐怖利用功能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于移动通信网络的阀门阵列控制器，其特征在于：包括主控制器模块（1）和为阀门阵列控制器中各用电模块供电的供电电池（2），以及与主控制器模块（1）相接且用于与外部控制主机（13）无线连接并通信的无线通信模块（3）和用于对所述阀门阵列控制器进行定位的定位模块（4），所述无线通信模块（3）上设置有用于安装电话IC卡的IC卡座，所述无线通信模块（3）上接有无线通信天线（5），所述定位模块（4）上接有定位天线（6），所述主控制器模块（1）的输出端接有用于对阀门阵列（8）进行打开/关闭控制的阀门阵列驱动模块（7）。

2.按照权利要求1所述的基于移动通信网络的阀门阵列控制器，其特征在于：所述主控制器模块（1）的输入端接有A/D转换模块（9），所述A/D转换模块（9）与布设在所述阀门阵列控制器周围且用于对环境参数进行检测的传感器组（10）相接。

3.按照权利要求2所述的基于移动通信网络的阀门阵列控制器，其特征在于：所述供电电池（2）为充电电池，所述供电电池（2）的输出端接有用于对供电电池（2）的电量进行实时检测的电池电量检测电路模块（11），所述电池电量检测电路模块（11）的输出端与所述主控制器模块（1）的输入端相接，所述供电电池（2）的输出端通过短路线（12）与所述主控制器模块（1）、无线通信模块（3）、定位模块（4）、阀门阵列驱动模块（7）和A/D转换模块（9）相接。

4.按照权利要求3所述的基于移动通信网络的阀门阵列控制器，其特征在于：所述主控制器模块（1）、供电电池（2）、无线通信模块（3）、定位模块（4）、阀门阵列驱动模块（7）、A/D转换模块（9）和电池电量检测电路模块（11）均设置在防水密封盒内，所述防水密封盒由密封盒体（14-1）和设置在密封盒体（14-1）顶端的密封盖（14-2）构成，所述密封盒体（14-1）上设置有无线通信天线接插件（15）、定位天线接插件（16）、充电设备接插件（17）、传感器组接插件（18）和阀门阵列接插件（19），所述无线通信天线（5）通过无线通信天线接插件（15）与所述无线通信模块（3）相接，所述定位天线（6）通过定位天线接插件（16）与所述定位模块（4）相接，所述供电电池（2）通过充电设备接插件（17）和与充电设备接插件（17）相配合的第一防水接插件（20）与充电设备相接，所述阀门阵列（8）通过阀门阵列接插件（19）和与所述阀门阵列接插件（19）相配合的第二防水接插件（21）与所述阀门阵列驱动模块（7）相接，所述传感器组（10）通过传感器组接插件（18）和与所述传感器组接插件（18）相配合的第三防水接插件（22）与所述A/D转换模块（9）相接；所述短路线（12）集成在所述第二防水接插件（21）上。

5.按照权利要求1～4中任一权利要求所述的基于移动通信网络的阀门阵列控制器，其特征在于：所述无线通信模块（3）为GSM模块、GPRS模块、WCDMA模块、CDMA2000模块和3G模块中的一个或多个的组合。

6.按照权利要求1～4中任一权利要求所述的基于移动通信网络的阀门阵列控制器，其特征在于：所述定位模块（4）为北斗定位模块和GPS定位模块中的一个或两个的组合。

7.按照权利要求2～4中任一权利要求所述的基于移动通信网络的阀门阵列控制器，其特征在于：所述传感器组（10）为液体流量传感器、空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、气象传感器、光照传感器和土壤养份传感器中的一个或多个的组合。

8.一种利用如权利要求4所述控制器的基于移动通信网络的阀门阵列控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、组装阀门阵列控制器并将组装后的阀门阵列控制器与阀门阵列（8）连接，具体过程如下：

101、打开密封盖（14-2），将电话IC卡装入无线通信模块（3）上设置的IC卡座中，然后再将密封盖（14-2）盖好；

102、将无线通信天线（5）连接在无线通信天线接插件（15）上，将定位天线（6）连接在定位天线接插件（16）上；

103、将阀门阵列（8）通过第二防水接插件（21）连接在阀门阵列接插件（19）上，此时，集成在所述第二防水接插件（21）上的短路线（12）将供电电池（2）的输出端与所述主控制器模块（1）、无线通信模块（3）、定位模块（4）、阀门阵列驱动模块（7）和A/D转换模块（9）接通，阀门阵列控制器开始工作；

步骤二、对所述阀门阵列控制器进行初始化，设置“回复号码”和“控制号码”，其设置过程如下：

201、使用外部控制主机（13）并通过“设置母号”编辑设置“回复号码”的设置类指令向阀门阵列控制器发送，阀门阵列控制器内安装的无线通信模块（3）通过移动通信网络基站、无线通信天线（5）和安装在IC卡座上的电话IC卡接收设置“回复号码”的设置类指令并输出给主控制器模块（1），主控制器模块（1）对无线通信模块（3）输出的设置“回复号码”的设置类指令进行分析处理并存储，完成“回复号码”的设置；

202、“回复号码”设置完成后，主控制器模块（1）控制无线通信模块（3）自动向安装有“回复号码”的外部控制主机（13）发送一条回复指令，通知外部控制主机（13）“回复号码”设置成功与否；

203、使用外部控制主机（13）并通过“设置母号”编辑设置“控制号码”的设置类指令向阀门阵列控制器发送，阀门阵列控制器内安装的无线通信模块（3）通过移动通信网络基站、无线通信天线（5）和安装在IC卡座上的电话IC卡接收设置“控制号码”的设置类指令并输出给主控制器模块（1），主控制器模块（1）对无线通信模块（3）输出的设置“控制号码”的设置类指令进行分析处理并存储，完成“控制号码”的设置；

204、“控制号码”设置完成后，主控制器模块（1）控制无线通信模块（3）自动向安装有“回复号码”的外部控制主机（13）发送一条回复指令，通知外部控制主机（13）“控制号码”设置成功与否；

步骤三、通过外部控制主机（13）和阀门阵列控制器对阀门阵列（8）进行控制：使用外部控制主机（13）并通过“设置母号”或“控制号码”向阀门阵列控制器发送“控制阀门动作”、“上传定位信息”或“启动休眠”的动作类指令，阀门阵列控制器内安装的无线通信模块（3）通过移动通信网络基站、无线通信天线（5）和安装在IC卡座上的电话IC卡接收外部控制主机（13）发送的动作类指令并输出给主控制器模块（1），主控制器模块（1）对无线通信模块（3）输出的动作类指令进行解析判断，首先判断是否是由外部控制主机（13）通过“设置母号”或“控制号码”发出的指令，当是由外部控制主机（13）通过“设置母号”或“控制号码”发出的指令时，再判断指令类型，进而根据指令类型执行相应的动作，根据指令类型执行相应动作的具体过程如下：

301、当指令类型为“控制阀门动作”的指令时，主控制器模块（1）通过阀门阵列驱动模块（7）控制阀门阵列（8）中各阀门的关闭或打开，然后主控制器模块（1）生成回复指令并控制无线通信模块（3）自动向安装有“回复号码”的外部控制主机（13）发送一条回复指令，通知外部控制主机（13）阀门阵列（8）中各阀门的关闭或打开成功与否；

302、当指令类型为“上传定位信息”的指令时，主控制器模块（1）启动定位模块（4）工作并将定位模块（4）通过定位天线（6）接收到的数据取回，然后主控制器模块（1）生成回复指令并控制无线通信模块（3）自动向安装有“回复号码”的外部控制主机（13）发送一条回复指令，通知外部控制主机（13）定位信息上传成功与否；

303、当指令类型为“启动休眠”的指令时，主控制器模块（1）根据指令中设定的休眠时间使阀门阵列控制器进入休眠状态，在启动休眠前主控制器模块（1）生成回复指令并控制无线通信模块（3）自动向安装有“回复号码”的外部控制主机（13）发送一条回复指令，通知外部控制主机（13）阀门阵列控制器休眠成功与否，休眠时间到后，主控制器模块（1）使阀门阵列控制器进入待命状态；

当不是由外部控制主机（13）通过“设置母号”或“控制号码”发出的指令时，即为无效指令，主控制器模块（1）删除无线通信模块（3）输出的指令；

9.按照权利要求8所述的基于移动通信网络的阀门阵列（8）控制方法，其特征在于：步骤一中还需连接阀门阵列控制器和传感器组（10）：将传感器组（10）通过第三防水接插件（22）连接在传感器组接插件（18）上；

步骤二中对所述阀门阵列控制器进行初始化，还需设置“报警电压”，其设置过程如下：

205、使用外部控制主机（13）并通过“设置母号”编辑设置“报警电压”的设置类指令向阀门阵列控制器发送，阀门阵列控制器内安装的无线通信模块（3）通过移动通信网络基站、无线通信天线（5）和安装在IC卡座上的电话IC卡接收设置“报警电压”的设置类指令并输出给主控制器模块（1），主控制器模块（1）对无线通信模块（3）输出的设置“报警电压”的设置类指令进行分析处理并存储，完成“报警电压”的设置；

206、“报警电压”设置完成后，主控制器模块（1）控制无线通信模块（3）自动向安装有“回复号码”的外部控制主机（13）发送一条回复指令，通知外部控制主机（13）“报警电压”设置成功与否；

步骤三中通过外部控制主机（13）和阀门阵列控制器对阀门阵列（8）进行控制的过程还包括：使用外部控制主机（13）并通过“设置母号”或“控制号码”向阀门阵列控制器发送“检测环境参数”的测试类指令，阀门阵列控制器内安装的无线通信模块（3）通过移动通信网络基站、无线通信天线（5）和安装在IC卡座上的电话IC卡接收外部控制主机（13）发送的测试类指令并输出给主控制器模块（1），主控制器模块（1）对无线通信模块（3）输出的测试类指令进行解析判断，判断是否是由外部控制主机（13）通过“设置母号”或“控制号码”发出的指令，当是由外部控制主机（13）通过“设置母号”或“控制号码”发出的指令时，再判断指令类型，进而根据指令类型执行相应的动作：主控制器模块（1）启动传感器组（10），传感器组（10）对所述阀门阵列控制器周围的环境参数进行实时检测并将所检测到的信号输出给A/D转换模块（9），A/D转换模块（9）对传感器组（10）所检测到的信号进行A/D转换后输出给主控制器模块（1），主控制器模块（1）接收A/D转换模块（9）所输出的信号并进行分析处理后存储，然后主控制器模块（1）生成回复指令并控制无线通信模块（3）自动向安装有“回复号码”的外部控制主机（13）发送一条回复指令，通知外部控制主机（13）通过传感器组（10）检测得到的环境参数数据给主控制器模块（1）发送成功与否；

以上步骤二至步骤三的全部工作过程中，电池电量检测电路模块（11）实时检测供电电池（2）的电量并将所检测到的信号输出给主控制器模块（1），主控制器模块（1）接收电池电量检测电路模块（11）所输出的信号并进行分析处理，在电压低于默认报警电压或步骤三中所设定的“报警电压”时，主控制器模块（1）生成电量低的报警信息并控制无线通信模块（3）向安装有“回复号码”的外部控制主机（13）发送电量低的报警信息；

以上步骤二至步骤三的全部工作过程中，当需要阀门阵列控制器复位时，使用外部控制主机（13）并通过“设置母号”向阀门阵列控制器发送复位指令，阀门阵列控制器内安装的无线通信模块（3）通过移动通信网络基站、无线通信天线（5）和安装在IC卡座上的电话IC卡接收外部控制主机（13）发送的复位指令并输出给主控制器模块（1），主控制器模块（1）根据复位指令执行复位，阀门阵列控制器重新从步骤二开始执行。

10.按照权利要求9所述的基于移动通信网络的阀门阵列（8）控制方法，其特征在于：步骤301中所述“控制阀门动作”的指令由头标识、协议编码和协议内容三部分组成，所述协议编码对阀门阵列（8）中哪个阀门动作和执行关闭还是打开的动作进行了设定，所述协议内容中对控制阀门阵列（8）中各阀门动作的电压脉冲宽度时间参数进行了设定，所述电压脉冲宽度时间参数的设定范围为50ms～30s，其中，时间参数为5s～30s的电压脉冲宽度用于对电机拖动阀门进行控制，时间参数为50ms～150ms的电压脉冲宽度用于对电磁阀门进行控制。

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