CN109936638A - 基于农业物联网的低功耗灌溉控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于农业物联网的低功耗灌溉控制器，涉及灌溉控制设备领域。基于农业物联网的低功耗灌溉控制器包括太阳能板、供电电池和无线通信模块，太阳能板与供电电池连接，无线通信模块分别与供电电池、传感器的数据采集电路以及用于驱动电动阀门的电动阀门驱动模块连接；无线通信模块用于在被唤醒后根据接收到的控制指令控制电动阀门驱动模块、读取数据采集电路采集到的传感器数据以及将传感器数据发送给与之通信连接的远程终端。本发明公开的基于农业物联网的低功耗灌溉控制器可根据远程终端可较好的实现对电动阀门及数据采集电路的供电和通讯，无需考虑电池电量不足更换的问题。

Description

基于农业物联网的低功耗灌溉控制器

技术领域

本发明涉及灌溉控制设备领域，尤其是涉及一种基于农业物联网的低功耗灌溉控制器。

背景技术

随着物联网技术快速发展，物联网技术在农业上得到了普遍应用，物联网技术在农业上面临的问题也很突出，比如在大田灌溉控制中，传统的人为手动线程开关阀门已经不再实用，而安装上控制器和传感采集电路以进行自动控制是解决这一问题的办法，但是在广阔的大田中对阀门和传感采集电路的供电和通讯是绕不开的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于农业物联网的低功耗灌溉控制器，以改善上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于农业物联网的低功耗灌溉控制器，包括太阳能板、供电电池和无线通信模块，所述太阳能板与所述供电电池连接，所述无线通信模块分别与所述供电电池、传感器的数据采集电路以及用于驱动电动阀门的电动阀门驱动模块连接；

所述无线通信模块用于在被唤醒后根据接收到的控制指令控制所述电动阀门驱动模块、读取所述数据采集电路采集到的传感器数据以及将所述传感器数据发送给与之通信连接的远程终端。

可选的，所述无线通信模块包括控制电路、H桥芯片、升压电路和电源保护电路，所述控制电路分别与所述H桥芯片和所述电源保护电路连接，所述升压电路分别与所述H桥芯片、所述电源保护电路和所述控制电路连接。

可选的，所述控制电路包括包括处理器芯片、天线芯片、第一射频开关、功放芯片、第二射频开关、发送电路、接收电路和天线接口，所述天线芯片分别与所述处理器芯片和所述第一射频开关连接，所述功放芯片分别与所述第一射频开关、所述第二射频开关和所述发送电路连接，所述接收电路连接于所述第一射频开关与所述第二射频开关之间，所述天线接口与所述第二射频开关连接。

可选的，所述控制电路还包括变压器，所述变压器连接于所述天线芯片与所述第一射频开关之间。

可选的，所述处理器芯片为ATMEGA1284P芯片，所述天线芯片为AT86RF212B。

可选的，所述发送电路包括第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一电容C22、第二电容C23、第三电容C24、第四电容C25、第五电容C26、第六电容C27、第七电容C28、第八电容C29、第九电容C30、第十电容C31和第十一电容C32，所述第一电感L1与所述第三电感L3依次串联于所述功放芯片的第一电源引脚VCC1与所述功放芯片的输出引脚之间，所述第二电感L2与所述第三电感L3依次串联于所述功放芯片的第二电源引脚VCC2与所述功放芯片的输出引脚之间，所述第一电容C22的一端分别与所述第一电感L1和所述第二电感L2连接，所述第一电容C22的另一端与所述第三电感L3连接，所述第二电容C23的一端、所述第三电容C24的一端和所述第四电容C25的一端均连接于所述第一电感L1与所述第一电容C22之间，所述第二电容C23的另一端、所述第三电容C24的另一端和所述第四电容C25的另一端均接地，所述第五电容C26的一端、所述第六电容C27的一端和所述第七电容C28的一端均连接于所述第二电感L2与所述第一电容C22之间，所述第五电容C26的另一端、所述第六电容C27的另一端和所述第七电容C28的另一端均接地，所述第八电容C29的一端、所述第九电容C30的一端、所述第十电容C31的一端和所述第十一电容C32的一端均连接于所述第三电感L3与所述第一电容C22之间，所述第八电容C29的另一端、所述第九电容C30的另一端、所述第十电容C31的另一端和所述第十一电容C32的另一端均接地。

可选的，所述接收电路包括第十二电容C54、第十三电容C53、第十四电容C52、第十五电容C51、第十六电容C50、第十七电容C49、第十八电容C47、第四电感L4、第五电感L5、第六电感L7、第一二极管D1、第二二极管D2、三极管Q1、电阻R5、SPF5043Z芯片和SF8044芯片，所述第十二电容C54和所述第十三电容C53依次串联于所述第一射频开关与所述SPF5043Z芯片之间，所述第二二极管D2的阳极连接于所述第十二电容C54与所述第十三电容C53之间，所述第五电感L5的一端连接于所述第十二电容C54与所述第二二极管D2的阳极之间，所述第五电感L5的另一端与所述第二二极管D2的阴极连接，所述第五电感L5与所述第二二极管D2的阴极之间接地，所述第四电感L4的一端连接于所述第十三电容C53与所述SPF5043Z芯片之间，所述第四电感L4的另一端与所述三极管Q1的集电极连接，所述第十四电容C52的一端连接于所述第四电感L4与所述三极管Q1集电极之间，所述第十四电容C52的另一端接地，所述第十五电容C51的一端连接于所述第四电感L4与所述三极管Q1集电极之间，所述第十五电容C51的另一端接地，所述电阻R5的两端分别连接于所述三极管Q1的基集与所述处理器芯片电源输出引脚之间，所述三极管Q1发射极连接于所述电阻R5与所述处理器芯片电源输出引脚之间，所述第十七电容C49连接于所述所述处理器芯片电源输出引脚与地之间，所述第十六电容C50连接于所述SPF5043Z芯片与所述SF8044芯片之间，所述第十八电容C47连接于所述SF8044芯片与所述第二射频开关之间，所述第一二极管D1的阳极连接于所述SF8044芯片与所述第十八电容C47之间，所述第一二极管D1的阴极接地，所述第六电感L7的一端连接于所述SF8044芯片与所述第十八电容C47之间，所述第六电感L7的另一端接地。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提供的基于农业物联网的低功耗灌溉控制器可较好的实现对电动阀门及数据采集电路的供电和通讯，无需考虑电池电量不足更换的问题。

附图说明

图1为本发明较佳实施例提供的基于农业物联网的低功耗灌溉控制器的功能模块示意图。

图2为本发明较佳实施例提供的无线通信模块的功能模块示意图。

图3为本发明较佳实施例提供的控制电路的第一部分电路示意图。

图4为本发明较佳实施例提供的控制电路的第二部分电路示意图。

附图标记说明：100-太阳能板；200-供电电池；300-无线通信模块；310-控制电路；320-H桥芯片；330-升压电路；340-电源保护电路。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，本发明实施例提供了一种基于农业物联网的低功耗灌溉控制器，用于控制电动阀门驱动模以及读取和发送传感器采集到的传感器数据。所述基于农业物联网的低功耗灌溉控制器包括有太阳能板100、供电电池200和无线通信模块300，太阳能板100与供电电池200连接，无线通信模块300分别与供电电池200、传感器的数据采集电路以及用于驱动电动阀门的电动阀门驱动模块连接。

无线通信模块300用于在被唤醒后根据接收到的控制指令控制电动阀门驱动模块、读取数据采集电路采集到的传感器数据以及将传感器数据发送给与之通信连接的远程终端。请参阅图2，所述无线通信模块300包括有控制电路310、H桥芯片320、升压电路330和电源保护电路340，控制电路310分别与H桥芯片320和电源保护电路340连接，升压电路330分别与H桥芯片320、电源保护电路340和控制电路310连接。其中，所述控制电路310用于数据传输、控制上下行的数据传输及转发控制命令等。所H桥芯片320用于产生一正反正信号，所述升压电路330接传感器的数据采集电路及电动阀门驱动模块，用于为传感器和电动阀供电。

请参阅图3和图4，是所述控制电路310(除处理器芯片)的电路示意图，控制电路310包括包括处理器芯片、天线芯片、变压器、第一射频开关、功放芯片、第二射频开关、发送电路、接收电路和天线接口，天线芯片分别与处理器芯片和变压器连接，变压器与第一射频开关连接，功放芯片分别与第一射频开关、第二射频开关和发送电路连接，接收电路连接于第一射频开关与第二射频开关之间，天线接口与第二射频开关连接。

所述处理器芯片采用ATMEGA1284P芯片，所述天线芯片为AT86RF212B。可以理解的，在其他的一些实施例中，所述处理器芯片和所述天线芯片也可采用其他芯片，如处理器芯片还可采用ATMEGA128芯片，天线芯片还可采用AT86RF230芯片。第一射频开关和第二射频开关均采用AS193-73芯片。可以理解的，在其他的一些实施例中，第一射频开关和第二射频开关也可以采用其他芯片，例如还可采用AS179-92SL芯片。

如图3和图4所示，天线芯片的RFP引脚和RFN引脚分别与变压器T的初级绕组的两端连接，天线芯片的RFP引脚与初级绕组之间设置电容C17，天线芯片的RFN引脚与初级绕组之间设置电容C16，变压器T的次级绕组与第一射频开关之间设置电容C18。所述功放芯片的输入引脚与所述第一射频开关连接，且功放芯片的输入引脚与第一射频开关之间设置电容C21，功放芯片的输入引脚与第二射频开关连接，且功放芯片的输入引脚与第二射频开关之间依次串联有电感L6和电容C43。第二射频开关与天线接口之间连接电容C55。

请参阅图3和图4，发送电路包括第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一电容C22、第二电容C23、第三电容C24、第四电容C25、第五电容C26、第六电容C27、第七电容C28、第八电容C29、第九电容C30、第十电容C31和第十一电容C32。第一电感L1与第三电感L3依次串联于功放芯片的第一电源引脚VCC1与功放芯片的输出引脚之间。第二电感L2与第三电感L3依次串联于功放芯片的第二电源引脚VCC2与功放芯片的输出引脚之间。第一电容C22的一端分别与第一电感L1和第二电感L2连接，第一电容C22的另一端与第三电感L3连接。第二电容C23的一端、第三电容C24的一端和第四电容C25的一端均连接于第一电感L1与第一电容C22之间，第二电容C23的另一端、第三电容C24的另一端和第四电容C25的另一端均接地。第五电容C26的一端、第六电容C27的一端和第七电容C28的一端均连接于第二电感L2与第一电容C22之间，第五电容C26的另一端、第六电容C27的另一端和第七电容C28的另一端均接地。第八电容C29的一端、第九电容(C30)的一端、第十电容C31的一端和第十一电容C32的一端均连接于第三电感L3与第一电容C22之间，第八电容C29的另一端、第九电容C30的另一端、第十电容C31的另一端和第十一电容C32的另一端均接地。

接收电路包括第十二电容C54、第十三电容C53、第十四电容C52、第十五电容C51、第十六电容C50、第十七电容C49、第十八电容C47、第四电感L4、第五电感L5、第六电感L7、第一二极管D1、第二二极管D2、三极管Q1、电阻R5、SPF5043Z芯片和SF8044芯片。第十二电容C54和第十三电容C53依次串联于第一射频开关与SPF5043Z芯片之间。第二二极管D2的阳极连接于第十二电容C54与第十三电容C53之间。第五电感L5的一端连接于第十二电容C54与第二二极管D2的阳极之间，第五电感L5的另一端与第二二极管D2的阴极连接，第五电感L5与第二二极管D2的阴极之间接地。第四电感L4的一端连接于第十三电容C53与所述SPF5043Z芯片之间，第四电感L4的另一端与三极管Q1的集电极连接。第十四电容C52的一端连接于第四电感L4与三极管Q1的集电极之间，第十四电容C52的另一端接地。第十五电容C51的一端连接于第四电感L4与三极管Q1的集电极之间，第十五电容C51的另一端接地。电阻R5的两端分别连接于三极管Q1的基集与所理器芯片电源输出引脚之间，三极管Q1发射极连接于电阻R5与处理器芯片电源输出引脚之间，第十七电容C49连接于所述处理器芯片电源输出引脚与地之间。第十六电容C50连接于SPF5043Z芯片与SF8044芯片之间。第十八电容C47连接于SF8044芯片与第二射频开关之间。第一二极管D1的阳极连接于SF8044芯片与第十八电容C47之间，第一二极管D1的阴极接地。第六电感L7的一端连接于SF8044芯片与第十八电容C47之间，第六电感L7的另一端接地。

在通过基于农业物联网的低功耗灌溉控制器进行大田灌溉控制时，由无线通信模块300的处理器芯片来控制外围电路的工作于供电，在基于农业物联网的低功耗灌溉控制器休眠时，处理器芯片通过控制关断天线芯片电源、电动阀门驱动模块电源、H桥芯片电源来达到降低电流消耗的目的，同时通过设置天线芯片工作模式，让无线通信模块本身进入低功耗休眠模式，让整个设备的功耗降低到微安级，大大减少对电池电量的消耗。同时，基于农业物联网的低功耗灌溉控制器采用太阳能供电方式，内部集成锂电池，可以长期工作，无需考虑电池电量不足更换的问题。基于农业物联网的低功耗灌溉控制器的处理器芯片采用深度休眠，定时监听模式工作，可每一秒醒来监听唤醒信号一次，监听的时长可以为10ms，当监听到有唤醒信号立即进入工作模式，等待远程终端发送指令，并根据获得的远程终端的控制指令控制电动阀门驱动模块以控制电动阀门驱动模块、读取数据采集电路采集到的传感器数据以及将传感器数据发送给远程终端等操作，当完成操作应答远程终端后，再次进入低功耗模式，并定时监听。

综上所述，本发明提供的基于农业物联网的低功耗灌溉控制器可较好的实现对电动阀门及数据采集电路的供电和通讯，大大减少对电池电量的消耗，同时基于农业物联网的低功耗灌溉控制器采用太阳能供电方式，内部集成锂电池，可以长期工作，无需考虑电池电量不足更换的问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (7)

1.一种基于农业物联网的低功耗灌溉控制器，其特征在于，包括太阳能板、供电电池和无线通信模块，所述太阳能板与所述供电电池连接，所述无线通信模块分别与所述供电电池、传感器的数据采集电路以及用于驱动电动阀门的电动阀门驱动模块连接；

所述无线通信模块用于在被唤醒后根据接收到的控制指令控制所述电动阀门驱动模块、读取所述数据采集电路采集到的传感器数据以及将所述传感器数据发送给与之通信连接的远程终端。

2.根据权利要求1所述的基于农业物联网的低功耗灌溉控制器，其特征在于，所述无线通信模块包括控制电路、H桥芯片、升压电路和电源保护电路，所述控制电路分别与所述H桥芯片和所述电源保护电路连接，所述升压电路分别与所述H桥芯片、所述电源保护电路和所述控制电路连接。

3.根据权利要求2所述的基于农业物联网的低功耗灌溉控制器，其特征在于，所述控制电路包括包括处理器芯片、天线芯片、第一射频开关、功放芯片、第二射频开关、发送电路、接收电路和天线接口，所述天线芯片分别与所述处理器芯片和所述第一射频开关连接，所述功放芯片分别与所述第一射频开关、所述第二射频开关和所述发送电路连接，所述接收电路连接于所述第一射频开关与所述第二射频开关之间，所述天线接口与所述第二射频开关连接。

4.根据权利要求3所述的基于农业物联网的低功耗灌溉控制器，其特征在于，所述控制电路还包括变压器，所述变压器连接于所述天线芯片与所述第一射频开关之间。

5.根据权利要求3所述的基于农业物联网的低功耗灌溉控制器，其特征在于，所述处理器芯片为ATMEGA1284P芯片，所述天线芯片为AT86RF212B。

6.根据权利要求3所述的基于农业物联网的低功耗灌溉控制器，其特征在于，所述发送电路包括第一电感(L1)、第二电感(L2)、第三电感(L3)、第一电容(C22)、第二电容(C23)、第三电容(C24)、第四电容(C25)、第五电容(C26)、第六电容(C27)、第七电容(C28)、第八电容(C29)、第九电容(C30)、第十电容(C31)和第十一电容(C32)，所述第一电感(L1)与所述第三电感(L3)依次串联于所述功放芯片的第一电源引脚(VCC1)与所述功放芯片的输出引脚之间，所述第二电感(L2)与所述第三电感(L3)依次串联于所述功放芯片的第二电源引脚(VCC2)与所述功放芯片的输出引脚之间，所述第一电容(C22)的一端分别与所述第一电感(L1)和所述第二电感(L2)连接，所述第一电容(C22)的另一端与所述第三电感(L3)连接，所述第二电容(C23)的一端、所述第三电容(C24)的一端和所述第四电容(C25)的一端均连接于所述第一电感(L1)与所述第一电容(C22)之间，所述第二电容(C23)的另一端、所述第三电容(C24)的另一端和所述第四电容(C25)的另一端均接地，所述第五电容(C26)的一端、所述第六电容(C27)的一端和所述第七电容(C28)的一端均连接于所述第二电感(L2)与所述第一电容(C22)之间，所述第五电容(C26)的另一端、所述第六电容(C27)的另一端和所述第七电容(C28)的另一端均接地，所述第八电容(C29)的一端、所述第九电容(C30)的一端、所述第十电容(C31)的一端和所述第十一电容(C32)的一端均连接于所述第三电感(L3)与所述第一电容(C22)之间，所述第八电容(C29)的另一端、所述第九电容(C30)的另一端、所述第十电容(C31)的另一端和所述第十一电容(C32)的另一端均接地。

7.根据权利要求3所述的基于农业物联网的低功耗灌溉控制器，其特征在于，所述接收电路包括第十二电容(C54)、第十三电容(C53)、第十四电容(C52)、第十五电容(C51)、第十六电容(C50)、第十七电容(C49)、第十八电容(C47)、第四电感(L4)、第五电感(L5)、第六电感(L7)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、三极管(Q1)、电阻(R5)、SPF5043Z芯片和SF8044芯片，所述第十二电容(C54)和所述第十三电容(C53)依次串联于所述第一射频开关与所述SPF5043Z芯片之间，所述第二二极管(D2)的阳极连接于所述第十二电容(C54)与所述第十三电容(C53)之间，所述第五电感(L5)的一端连接于所述第十二电容(C54)与所述第二二极管(D2)的阳极之间，所述第五电感(L5)的另一端与所述第二二极管(D2)的阴极连接，所述第五电感(L5)与所述第二二极管(D2)的阴极之间接地，所述第四电感(L4)的一端连接于所述第十三电容(C53)与所述SPF5043Z芯片之间，所述第四电感(L4)的另一端与所述三极管(Q1)的集电极连接，所述第十四电容(C52)的一端连接于所述第四电感(L4)与所述三极管(Q1)的集电极之间，所述第十四电容(C52)的另一端接地，所述第十五电容(C51)的一端连接于所述第四电感(L4)与所述三极管(Q1)的集电极之间，所述第十五电容(C51)的另一端接地，所述电阻(R5)的两端分别连接于所述三极管(Q1)的基集与所述处理器芯片电源输出引脚之间，所述三极管(Q1)发射极连接于所述电阻(R5)与所述处理器芯片电源输出引脚之间，所述第十七电容(C49)连接于所述所述处理器芯片电源输出引脚与地之间，所述第十六电容(C50)连接于所述SPF5043Z芯片与所述SF8044芯片之间，所述第十八电容(C47)连接于所述SF8044芯片与所述第二射频开关之间，所述第一二极管(D1)的阳极连接于所述SF8044芯片与所述第十八电容(C47)之间，所述第一二极管(D1)的阴极接地，所述第六电感(L7)的一端连接于所述SF8044芯片与所述第十八电容(C47)之间，所述第六电感(L7)的另一端接地。