CN105475101B - 一种智能浇灌设备、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能浇灌设备、系统及方法，其设备包括无线收发单元，用于与网关进行无线连接，接收浇灌信号；无线射频处理器，用于对浇灌信号进行信号处理，生成控制信号；取电单元，用于对市电进行调压滤波，向无线射频处理器和继电器控制单元供电；继电器控制单元，用于根据控制信号进行导通或断开。相对现有技术，本发明控制方便、不易受环境影响、性能稳定。

Description

一种智能浇灌设备、系统及方法

技术领域

本发明涉及智能家居技术领域，特别涉及一种智能浇灌设备、系统及方法。

背景技术

随着智能家居的快速发展，人民生活水平、生活质量的不断提高，先富起来的人已经住上了别墅，拥有自己独立美丽的小花园，种植了各种喜爱的花草；当长时间外出旅游、休假、出差时，使得喜爱的花草无人照料，所以有必要对这些问题进行解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种控制方便、不易受环境影响、性能稳定的智能浇灌设备、系统及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种智能浇灌设备，包括

无线收发单元，用于与网关进行无线连接，接收浇灌信号；

无线射频处理器，用于对浇灌信号进行信号处理，生成控制信号；

取电单元，用于对市电进行调压滤波，向无线射频处理器和继电器控制单元供电；

继电器控制单元，用于根据控制信号进行导通或断开。

本发明的有益效果是：通过无线收发单元、无线射频处理器、取电单元和继电器控制单元协调运作，实现智能通断电，进而自动控制浇灌，提升本装置控制的便利性，不易受环境的影响、性能稳定。

进一步，所述取电单元包括电源单元、二极管D1、电阻R1和滤波电容C1～C3和电容C5，所述二极管D1的正极与火线连接，所述二极管D1的负极经电阻R1与所述电源单元的输入端连接，所述电源单元的第一输出端与所述无线射频处理器连接，所述电源单元的第二输出端与所述继电器控制单元连接，所述滤波电容C1的一端与所述电源单元的输入端连接，另一端接地；所述滤波电容C2的一端与所述电源单元的LDO输入端连接，另一端接地，所述滤波电容C3的一端与所述电源单元的第一输出端连接，另一端接地，所述电源单元的接地端接地；所述电容C5的一端与所述电源单元第二输出端连接，另一端接地。

采用上述进一步方案的有益效果是：电源单元具有转换效率高、体积小、高低温度特性好、带负载能力强；电阻R1为限流电阻，保护模块电流过大；电容C1～C3能降低静态电流。

进一步，所述电源单元还包括防雷管D2，所述防雷管D2的正极接地，所述防雷管D2的负极与所述二极管D1的正极连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：防雷管D2适用于浪涌电压较大电路，能对本装置进行有效的防雷保护，提升本装置在户外的安全性。

进一步，所述电源单元还包括EMC滤波电路，所述EMC滤波电路包括电感L和滤波电容C4，所述电感L串联在所述电阻R1和所述电源单元的输入端之间，所述滤波电容C4的一端与所述电源单元的输入端连接，另一端接地。

采用上述进一步方案的有益效果是：EMC滤波电路能进行滤波，使得本装置能适应电磁兼容恶劣的环境。

进一步，所述电源单元还包括瞬态二极管D3，所述瞬态二极管D3的负极与所述电源单元的第一输出端连接，所述瞬态二极管D3的正极接地。

采用上述进一步方案的有益效果是：防止本装置在异常后保护后级电路。

优选的，所述继电器控制单元包括限流电阻R2～R3、三极管T1、续流二极管D4、保护电容C6、继电器KV和自恢复保险F，所述限流电阻R2的一端与所述无线射频处理器连接，另一端与三极管T1的基极连接，所述三极管T1的发射极接地，其集电极与续流二极管D4的正极连接，所述续流二极管D4的负极接电源，所述限流电阻R3和保护电容C6串联，所述限流电阻R3和保护电容C6的串联支路与所述续流二极管D4并联；所述继电器KV的信号端与续流二极管D4的两端连接，所述继电器KV的输入端接入电压，所述继电器KV的输出端与自恢复保险F连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：继电器控制单元通过限流电阻R2～R3、三极管T1、续流二极管D4、保护电容C6、继电器KV和自恢复保险F的协调运作，提升本装置的信号处理的效率，续流二极管D4、限流电阻R3和保护电容C6构成消火花电路，能有效保护电路，提升本装置的稳定性。

一种智能浇灌系统，包括智能浇灌设备、终端设备和智能网关，所述终端设备用于根据需要浇灌区域的干湿度生成浇灌信号，所述智能网关用于将浇灌信号转发至智能浇灌设备，所述智能浇灌设备根据浇灌信号进行导通或断开，所述智能浇灌设备连接有电动水阀，所述智能浇灌设备控制向所述电动水阀输电，所述电动水阀通电后进行自动浇灌或断电后停止浇灌。

本发明的有益效果是：通过智能浇灌设备、终端设备和智能网关协调运作，实现本装置可进行远程监控，提升本装置的便利性，智能浇灌设备能控制向电动水阀输电，提升本装置的稳定性，控制方便。

进一步，还包括传感设备，所述传感设备用于感应需要浇灌区域的干湿度和雨量，生成干湿度信号和雨量信号传输至智能网关，所述智能网关将干湿度信号和雨量信号传输至终端设备。

采用上述进一步方案的有益效果是：传感设备能有效感应需要浇灌处的干湿度，并通过终端设备进行显示，便于后续浇灌。

一种智能浇灌方法，包括以下步骤：

步骤S1.终端设备生成浇灌信号；

步骤S2.智能网关将浇灌信号转发至智能浇灌设备；

步骤S3.智能浇灌设备根据浇灌信号控制向电动水阀输电；

步骤S4.所述电动水阀通电后进行自动浇灌或断电后停止浇灌。

本发明的有益效果是：通过智能浇灌设备、终端设备和智能网关协调运作，实现本装置可进行远程监控，提升本装置的便利性。

进一步，所述步骤S1的具体实现：所述终端设备定时生成浇灌信号，通过智能网关和智能浇灌设备控制所述电动水阀进行定时浇灌。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过定时浇灌可以避免因遗忘而耽误浇灌，提升便利性。

进一步，还包括以下步骤：

步骤S5.传感设备感应需要浇灌区域的干湿度和雨量，生成干湿度信号和雨量信号；

步骤S6.智能网关将干湿度信号和雨量信号传输至终端设备；

步骤S7.所述终端设备根据干湿度信号和雨量信号生成浇灌信号。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过传感设备、智能浇灌设备、终端设备和智能网关协调运作，实现本装置可进行远程监控，进行自动浇灌，提升本装置的便利性。

附图说明

图1为本发明一种智能浇灌系统的模块框图；

图2为本发明一种智能浇灌设备的模块框图；

图3为取电单元的模块框图；

图4为继电器控制单元的模块框图；

图5为一种智能浇灌方法的模块框图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、终端设备，2、智能网关，3、智能浇灌设备；

31、无线收发单元，32、无线射频处理器；

33、取电单元，331、电源单元，332、EMC滤波电路；

34、继电器控制单元；

4、传感设备，5、电动水阀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图2所示，一种智能浇灌设备，包括

无线收发单元31，用于与网关进行无线连接，接收浇灌信号；

无线收发模块31主要负责与智能网关的无线通信，它包括了一个IEEE802.15.4兼容无线收发器、数据包过滤、地址识别和外围阻抗匹配。无线射频处理器的RF内核控制无线收发模块，并提供了微处理器和无线收发模块之间的一个接口，可以收发命令、读取状态、自动操作和确定事件的顺序。

无线射频处理器32，用于对浇灌信号进行信号处理，生成控制信号；

无线射频处理器是智慧浇灌设备32的核心模块，处理器选用TI公司的ZigBee芯片CC2530,它以8051微处理器为内核，自身携带的射频收发器用来实现网络内的无线通信，在智慧浇灌设备的设计中，无线射频处理器32负责对整个智慧浇灌设备的控制，无线射频处理器通过中断查询判断指令，并进行相关处理。

取电单元33，用于对市电进行调压滤波，向无线射频处理器32和继电器控制单元34供电；

继电器控制单元34，用于根据控制信号进行导通或断开。

优选的，如图3所示，所述取电单元33包括电源单元331、二极管D1、电阻R1和滤波电容C1～C3和电容C5，所述二极管D1的正极与火线连接，所述二极管D1的负极经电阻R1与所述电源单元331的输入端连接，所述电源单元331的第一输出端与所述无线射频处理器32连接，所述电源单元331的第二输出端与所述继电器控制单元34连接，所述滤波电容C1的一端与所述电源单元331的输入端连接，另一端接地；所述滤波电容C2的一端与所述电源单元331的LDO输入端连接，另一端接地，所述滤波电容C3的一端与所述电源单元331的第一输出端连接，另一端接地，所述电源单元331的接地端接地；所述电容C5的一端与所述电源单元331第二输出端连接，另一端接地。

优选的，所述电源单元331还包括防雷管D2，所述防雷管D2的正极接地，所述防雷管D2的负极与所述二极管D1的正极连接。

优选的，所述电源单元331还包括EMC滤波电路332，所述EMC滤波电路332包括电感L和滤波电容C4，所述电感L串联在所述电阻R1和所述电源单元331的输入端之间，所述滤波电容C4的一端与所述电源单元331的输入端连接，另一端接地。

优选的，所述电源单元331还包括瞬态二极管D3，所述瞬态二极管D3的负极与所述电源单元331的第一输出端连接，所述瞬态二极管D3的正极接地。

优选的，如图4所示，所述继电器控制单元34包括限流电阻R2～R3、三极管T1、续流二极管D4、保护电容C6、继电器KV和自恢复保险F，所述限流电阻R2的一端与所述无线射频处理器32连接，另一端与三极管T1的基极连接，所述三极管T1的发射极接地，其集电极与续流二极管D4的正极连接，所述续流二极管D4的负极接电源，所述限流电阻R3和保护电容C6串联，所述限流电阻R3和保护电容C6的串联支路与所述续流二极管D4并联；所述继电器KV的信号端与续流二极管D4的两端连接，所述继电器KV的输入端接入电压，所述继电器KV的输出端与自恢复保险F连接。

浇灌通断控制数据由无线射频处理器32输出控制信号，当需要浇灌开启时，控制信号为高电平，NPN三极管T1导通，触发继电器导通，输出直流12V电源，外部电动水阀获取12V电源，接通，水阀开启，开始浇灌。

当需要浇灌关闭时，控制信号为低电平，NPN三极管T1截止，触发继电器KV截止，断开直流12V电源，外部电动水阀无电源，断开，水阀关闭，停止浇灌。

本模块设计时对继电器进行了保护设计，在继电器线圈端安装了续流二极管D4、RC消火花电路。

继电器内部具有线圈的结构，所以它在断电时会产生电压很大的反向电动势，会击穿继电器KV的驱动三极管T1，为此要在继电器KV驱动电路中设置二极管D4保护电路，以保护继电器KV驱动管。

限流电阻R3和保护电容C6构成继电器内部开关触点的消火花电路。

继电器KV内部有一组线圈，在继电器断电前，流过继电器线圈的电流方向为从上而下，在断电后线圈产生反向电动势阻碍这一电流变化，即产生一个从下而上流过的电流。反向电动势在线圈上的极性为下正上负。正常通电情况下直流电压+V加到续流二极管负极，续流二极管处于截止状态，续流二极管内阻相当大，所以二极管在电路中不起任何作用，也不影响其他电路工作。电路断电瞬间继电器两端产生下正上负、幅度很大的反向电动势，这一反向电动势正极加在二极管正极上，负极加在二极管负极上，使二极管处于正向导通状态，反向电动势产生的电流通过内阻很小的二极管构成回路。二极管导通后的管压降很小，这样继电器两端的反向电动势幅度被大大减小，达到保护NPN三极管的目的。

如图1所示，一种智能浇灌系统，包括智能浇灌设备3、终端设备1和智能网关2，所述终端设备1用于根据需要浇灌区域的干湿度生成浇灌信号，所述智能网关2用于将浇灌信号转发至智能浇灌设备3，所述智能浇灌设备3根据浇灌信号进行导通或断开，所述智能浇灌设备3连接有电动水阀5，所述智能浇灌设备3控制向所述电动水阀5输电，所述电动水阀5通电后进行自动浇灌或断电后停止浇灌。

本系统采用无线ZigBee通信技术，通过系统实现对智能浇灌设备3的远程或本地控制；智能浇灌设备3处在智能网关2与电动水阀5之间，负责接收由智能网关2发送来的ZigBee信号，解析相应的控制指令，控制继电器控制单元34的导通和断开，达到控制电动水阀5的目的；智能浇灌设备3具有协议解析、控制继电器控制单元34的通断、数据存储等功能。

智能网关2是系统的控制中心设备，负责系统组网、数据收发控制、数据存储等。

智能浇灌设备3通过交流取电为设备供电，保证设备正常工作，及时响应智能网关发送的控制指令，并作出相关动作及应答。

终端设备1的应用程序通过网络发送浇灌指令到智能网关2，智能网关2接收指令，通过无线射频处理器32采用ZigBee无线通信技术将浇灌指令发射到智能浇灌设备3，智能浇灌设备3接收到浇灌指令后，控制继电器控制单元34的导通和断开，控制完成后，智能浇灌设备3将浇灌状态回传到智能网关2进行存储；实现了对电动水阀5的通断控制，进而实现对家庭种植的智慧浇灌。

电动水阀5通过有线与智能浇灌设备3连接，在智能浇灌设备3控制继电器控制单元34导通的情况下，电动水阀5导通，给水；在智能浇灌设备3控制继电器控制单元34关闭的情况下，外部电动水阀关闭，关水。

优选的，还包括传感设备4，所述传感设备4用于感应需要浇灌区域的干湿度和雨量，生成干湿度信号和雨量信号传输至智能网关2，所述智能网关2将干湿度信号和雨量信号传输至终端设备1。

传感设备4包括温湿度传感器、雨量传感器，通过传感设备4采集到的环境参数，上传到智能网关2，智能网关2根据当前环境参数给出智能判断，是否下发指令给智能浇灌设备3进行浇灌的动作。

如图5所示，一种智能浇灌方法，包括以下步骤：

步骤S1.终端设备1生成浇灌信号；

步骤S2.智能网关2将浇灌信号转发至智能浇灌设备3；

步骤S3.智能浇灌设备3根据浇灌信号控制向电动水阀5输电；

步骤S4.所述电动水阀5通电后进行自动浇灌或断电后停止浇灌。

优选的，所述步骤S1的具体实现：所述终端设备1定时生成浇灌信号，通过智能网关2和智能浇灌设备3控制所述电动水阀5进行定时浇灌。

优选的，还包括以下步骤：

步骤S5.传感设备4感应需要浇灌区域的干湿度和雨量，生成干湿度信号和雨量信号；

步骤S6.智能网关2将干湿度信号和雨量信号传输至终端设备1；

步骤S7.所述终端设备1根据干湿度信号和雨量信号生成浇灌信号。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种智能浇灌设备，其特征在于：包括

无线收发单元(31)，用于与网关进行无线连接，接收浇灌信号；

无线射频处理器(32)，用于对浇灌信号进行信号处理，生成控制信号；

取电单元(33)，用于对市电进行调压滤波，向无线射频处理器(32)和继电器控制单元(34)供电；

继电器控制单元(34)，用于根据控制信号进行导通或断开；

所述继电器控制单元(34)包括限流电阻R2～R3、三极管T1、续流二极管D4、保护电容C6、继电器KV和自恢复保险F，所述限流电阻R2的一端与所述无线射频处理器(32)连接，另一端与三极管T1的基极连接，所述三极管T1的发射极接地，其集电极与续流二极管D4的正极连接，所述续流二极管D4的负极接电源，所述限流电阻R3和保护电容C6串联，所述限流电阻R3和保护电容C6的串联支路与所述续流二极管D4并联；所述继电器KV的信号端与续流二极管D4的两端连接，所述继电器KV的输入端接入电压，所述继电器KV的输出端与自恢复保险F连接。

2.根据权利要求1所述一种智能浇灌设备，其特征在于：所述取电单元(33)包括电源单元(331)、二极管D1、电阻R1和滤波电容C1～C3和电容C5，所述二极管D1的正极与火线连接，所述二极管D1的负极经电阻R1与所述电源单元(331)的输入端连接，所述电源单元(331)的第一输出端与所述无线射频处理器(32)连接，所述电源单元(331)的第二输出端与所述继电器控制单元(34)连接，所述滤波电容C1的一端与所述电源单元(331)的输入端连接，另一端接地；所述滤波电容C2的一端与所述电源单元(331)的LDO输入端连接，另一端接地，所述滤波电容C3的一端与所述电源单元(331)的第一输出端连接，另一端接地，所述电源单元(331)的接地端接地；所述电容C5的一端与所述电源单元(331)第二输出端连接，另一端接地。

3.根据权利要求2所述一种智能浇灌设备，其特征在于：所述电源单元(331)还包括防雷管D2，所述防雷管D2的正极接地，所述防雷管D2的负极与所述二极管D1的正极连接；所述电源单元(331)还包括EMC滤波电路(332)，所述EMC滤波电路(332)包括电感L和滤波电容C4，所述电感L串联在所述电阻R1和所述电源单元(331)的输入端之间，所述滤波电容C4的一端与所述电源单元(331)的输入端连接，另一端接地。

4.根据权利要求2所述一种智能浇灌设备，其特征在于：所述电源单元(331)还包括瞬态二极管D3，所述瞬态二极管D3的负极与所述电源单元(331)的第一输出端连接，所述瞬态二极管D3的正极接地。

5.一种智能浇灌系统，其特征在于：包括权利要求1至4任一项所述的一种智能浇灌设备(3)、终端设备(1)和智能网关(2)，所述终端设备(1)用于根据需要浇灌区域的干湿度生成浇灌信号，所述智能网关(2)用于将浇灌信号转发至智能浇灌设备(3)，所述智能浇灌设备(3)根据浇灌信号进行导通或断开，所述智能浇灌设备(3)连接有电动水阀(5)，所述智能浇灌设备(3)控制向所述电动水阀(5)输电，所述电动水阀(5)通电后进行自动浇灌或断电后停止浇灌。

6.根据权利要求5所述一种智能浇灌系统，其特征在于：还包括传感设备(4)，所述传感设备(4)用于感应需要浇灌区域的干湿度和雨量，生成干湿度信号和雨量信号传输至智能网关(2)，所述智能网关(2)将干湿度信号和雨量信号传输至终端设备(1)。

7.一种根据权利要求5或6所述的智能浇灌系统的智能浇灌方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1.终端设备(1)生成浇灌信号；

步骤S2.智能网关(2)将浇灌信号转发至智能浇灌设备(3)；

步骤S3.智能浇灌设备(3)根据浇灌信号控制向电动水阀(5)输电；

步骤S4.所述电动水阀(5)通电后进行自动浇灌或断电后停止浇灌。

8.根据权利要求7所述一种智能浇灌方法，其特征在于，所述步骤S1的具体实现：所述终端设备(1)定时生成浇灌信号，通过智能网关(2)和智能浇灌设备(3)控制所述电动水阀(5)进行定时浇灌。

9.根据权利要求7或8所述一种智能浇灌方法，其特征在于，还包括以下步骤：

步骤S5.传感设备(4)感应需要浇灌区域的干湿度和雨量，生成干湿度信号和雨量信号；

步骤S6.智能网关(2)将干湿度信号和雨量信号传输至终端设备(1)；

步骤S7.所述终端设备(1)根据干湿度信号和雨量信号生成浇灌信号。