CN110644442A - 一种高精度水闸控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度智能水闸控制方法，电源部分、驱动部分、电路部分、限位检测开关、手/自动转换开关、手动按钮、编码器、进水水位传感器、排水水位传感器、照相机、闸体。本发明通过GPRS、GPS技术和LoRa技术，结合电机与编码器技术，实现了大闸闸门通过手机或电脑进行高精度位置控制，精度可达1mm，达到了合理利用水资源，节约用水的目的。本发明解决了农业灌溉的水资源流失问题，实现了智能灌溉，即一两个人就能轻松管理整个罐区的成百上千个大闸。

Description

一种高精度水闸控制方法

技术领域

本发明公开了一种高精度智能水闸控制方法，属于农业灌溉领域。

背景技术

传统大闸一类为手动，即用手摇的方式控制大闸闸门上下运行。这种方式不仅效率低，更需要人付出体力，还需要人前往大闸所在地控制大闸。

另一类较先进的大闸是手控电动，即闸门用电机驱动，控制按钮安放在大闸附近。这种方式虽节省了体力，但也需要人前往大闸所在地控制大闸。

这两种方式都会导致农业灌溉期间的控水极为不便，使水资源白白流失。因为即使是手控电动的大闸，仍然需要人前往大闸所在地。而对于大型罐区来说，有成白上千的个大闸，每个大闸相距甚远，需要人来回跑控制大闸，不仅浪费人力和成本，也大大降低了效率。具统计，我国平均每年有80%的用水是通过农业灌溉流失的，就是因为传统大闸不方便控制。

鉴于此，有必要发明一种新型大闸，可实现足不出户、随时随地即可对各个大闸的闸门进行高精度的位置控制，并对各个大闸的情况了如指掌。

发明内容

为了解决水闸普遍存在的缺陷，本发明专利提出了一种高精度智能水闸控制方法。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明公开了一种高精度智能水闸控制方法，包括电源部分、驱动部分、电路部分、限位检测开关、手/自动转换开关、手动按钮、编码器、进水水位传感器、排水水位传感器、照相机、闸体。

作为本发明的一种优选技术方案，电源部分包括市电方案和电池方案，市电方案为市电一路直接给驱动电路供电，另一路通过一个开关电源产生低压直流给电路部分供电；电池方案为光伏板和风机发电通过控制器给电池充电，从而保证电池能长时间稳定的给系统供电，电池一路直接给电路部分供电，另一路通过逆变器产生交流电压给驱动电路供电。

作为本发明的一种优选技术方案，驱动部分包括驱动电路和电机，控制电路或手动按钮输出开运行信号或关运行信号给驱动电路，从而控制驱动电路工作，输出交流电压给电机。

作为本发明的一种优选技术方案，电路部分包括单片机、GPRS模组、PG卡、控制电路、检测电路；单片机负责电池电压的检测、光能电压的检测、风能电压的检测、进水水位的检测、排水水位的检测、手/自动转换开关的检测、限位检测开关的检测、输出使能信号给控制电路、接收来自PG卡的速度及方向信号、控制照相机拍照、通过GPRS模组上传数据、照片、GPS定位信息至服务器、接收来自服务器的命令并执行；GPRS模组负责上传数据、照片、GPS定位信息至服务器，接收来自服务器的命令；PG卡负责接收来自编码器的A、B脉冲，并解调出速度和方向信号给单片机，单片机通过方向信号来核实闸门运行方向是否正确、并通过速度信号的脉冲数来计算闸门运行的距离；控制电路接收来自单片机的方向信号及使能信号，并产生开运行信号或关运行信号给驱动电路，从而控制电机运行，控制电路还负责产生使能信号给逆变器，从而控制逆变器工作；检测电路负责电池电压的取样、光能电压的取样、风能电压的取样，并输送给单片机内部A/D转换电路，由单片机进行A/D转换并计算出实际电压，检测电路还负责与进水水位传感器及排水水位传感器的通讯，从而读出进水水位及排水水位，并上报服务器，检测电路还负责手/自动转换开关的检测，从而判断水闸的运行模式是手动运行模式还是自动运行模式，手动运行模式时，不执行服务器下发的运行命令，只能通过手动按钮来控制闸门运行，自动运行模式时，只能执行来自服务器的运行命令，不支持通过手动按钮来控制闸门运行。

作为本发明的一种优选技术方案，限位检测开关，当为自动运行模式时，限位检测开关连接至检测电路，从而当闸门开到位或关到位时，可由单片机控制闸门停止运行；当为手动运行模式时，限位检测开关连接至驱动电路，从而当闸门开到位或关到位时，可由驱动电路控制闸门停止运行。

作为本发明的一种优选技术方案，手/自动转换开关负责五个方面的工作，一是连接手/自动检测电路，从而实时的检测出手/自动转换开关是打在自动运行模式还是打在手动运行模式；二是当为自动运行模式时，限位检测开关连接至检测电路，从而当闸门开到位或关到位时，可由单片机控制闸门停止运行，当为手动运行模式时，限位检测开关连接至驱动电路，从而当闸门开到位或关到位时，可由驱动电路控制闸门停止运行；三是当为自动运行模式时，短接CL2、OL2、ICOM2，从而允许驱动电路正常工作，到位后停止运行的功能由单片机负责；四是当为手动运行模式时，输出逆变使能信号给逆变器，从而控制逆变器工作；五是运行公共端RCOM的连接选择，当为自动运行模式时，连接控制电路的公共端ARCOM至运行公共端，使得只能由电路部分控制运行，当为手动运行模式时，连接手动按钮的公共端MRCOM至运行公共端，使得只能由手动按钮控制运行。

作为本发明的一种优选技术方案，手动按钮，当为手动运行模式时，通过手动按钮输出开运行信号或关运行信号至驱动电路，从而控制闸门运行。

作为本发明的一种优选技术方案，编码器负责输出A、B脉冲给PG卡。

作为本发明的一种优选技术方案，进水水位传感器和排水水位传感器负责检测水渠中的进水水位及排水水位。

作为本发明的一种优选技术方案，照相机按照一定的规则拍照并上传至服务器，使管理人员不用下地就可以及时的看到水闸的状况。

本发明所达到的有益效果是：通过GPRS、GPS技术或LoRa技术，结合电机与编码器技术，实现了大闸闸门可通过手机或电脑进行高精度位置控制（精度可达1mm），达到了合理利用水资源，节约用水的目的。

本发明实现的具体功能：

1、大闸的工作模式分为手动运行模式和自动运行模式。

2、手动运行模式是为了当大闸控制电路板出现故障，不能执行命令时使用的；在手动运行模式下，只要电池电量充足，管理人员即可通过操作按钮来控制闸门运行。

3、自动运行模式下，管理人员可通过手机或电脑下发命令来控制闸门运行，无论身处何地，只要手机有信号或电脑连接至互联网，即可控制。

具体命令如下：

（1）、打开或关闭闸门到位命令，把闸门开到位或关到位；

（2）、打开或关闭闸门N个cm命令，N的取值范围：1-255；

（3）、闸门目的高度命令，希望闸门位于什么高度，直接下令即可；

（4）、停止闸门运行命令，当闸门正在自动运行时，可随时下发停止命令使其停止运行。

4、可连接1到2个水位传感器，对水渠的进水水位或排水水位进行检测。

5、按一定周期上传大闸的所有关键数据至服务器。

6、GPS定位功能，可按一定频率发送GPS定位信息至服务器。

7、拍照功能，可每间隔一段时间拍照或当闸门运行并停止后拍照，再上传照片至服务器。

8、本发明以大容量电池做为备电，另外还可连接市电、太阳能板或风机进行供电和充电，实现了在连续阴雨天的可靠供电，保证大闸长期稳定的工作。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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；可以是机械连接，也可以是电连接；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。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

如图1所示，本发明公开了一种高精度智能水闸控制方法，包括电源部分、驱动部分、电路部分、限位检测开关、手/自动转换开关、手动按钮、编码器、进水水位传感器、排水水位传感器、照相机、闸体。

电源部分包括市电方案和电池方案，市电方案为市电一路直接给驱动电路供电，另一路通过一个开关电源产生低压直流给电路部分供电；电池方案为光伏板和风机发电通过控制器给电池充电，从而保证电池能长时间稳定的给系统供电，电池一路直接给电路部分供电，另一路通过逆变器产生交流电压给驱动电路供电。

驱动部分包括驱动电路和电机，控制电路或手动按钮输出开运行信号或关运行信号给驱动电路，从而控制驱动电路工作，输出交流电压给电机。

电路部分包括单片机、GPRS模组、PG卡、控制电路、检测电路；单片机负责电池电压的检测、光能电压的检测、风能电压的检测、进水水位的检测、排水水位的检测、手/自动转换开关的检测、限位检测开关的检测、输出使能信号给控制电路、接收来自PG卡的速度及方向信号、控制照相机拍照、通过GPRS模组上传数据、照片、GPS定位信息至服务器、接收来自服务器的命令并执行；GPRS模组负责上传数据、照片、GPS定位信息至服务器，接收来自服务器的命令；PG卡负责接收来自编码器的A、B脉冲，并解调出速度和方向信号给单片机，单片机通过方向信号来核实闸门运行方向是否正确、并通过速度信号的脉冲数来计算闸门运行的距离；控制电路接收来自单片机的方向信号及使能信号，并产生开运行信号或关运行信号给驱动电路，从而控制电机运行，控制电路还负责产生使能信号给逆变器，从而控制逆变器工作；检测电路负责电池电压的取样、光能电压的取样、风能电压的取样，并输送给单片机内部A/D转换电路，由单片机进行A/D转换并计算出实际电压，检测电路还负责与进水水位传感器及排水水位传感器的通讯，从而读出进水水位及排水水位，并上报服务器，检测电路还负责手/自动转换开关的检测，从而判断水闸的运行模式是手动运行模式还是自动运行模式，手动运行模式时，不执行服务器下发的运行命令，只能通过手动按钮来控制闸门运行，自动运行模式时，只能执行来自服务器的运行命令，不支持通过手动按钮来控制闸门运行。

限位检测开关，当为自动运行模式时，限位检测开关连接至检测电路，从而当闸门开到位或关到位时，可由单片机控制闸门停止运行；当为手动运行模式时，限位检测开关连接至驱动电路，从而当闸门开到位或关到位时，可由驱动电路控制闸门停止运行。

手/自动转换开关负责五个方面的工作，一是连接手/自动检测电路，从而实时的检测出手/自动转换开关是打在自动运行模式还是打在手动运行模式；二是当为自动运行模式时，限位检测开关连接至检测电路，从而当闸门开到位或关到位时，可由单片机控制闸门停止运行，当为手动运行模式时，限位检测开关连接至驱动电路，从而当闸门开到位或关到位时，可由驱动电路控制闸门停止运行；三是当为自动运行模式时，短接CL2、OL2、ICOM2，从而允许驱动电路正常工作，到位后停止运行的功能由单片机负责；四是当为手动运行模式时，输出逆变使能信号给逆变器，从而控制逆变器工作；五是运行公共端RCOM的连接选择，当为自动运行模式时，连接控制电路的公共端ARCOM至运行公共端，使得只能由电路部分控制运行，当为手动运行模式时，连接手动按钮的公共端MRCOM至运行公共端，使得只能由手动按钮控制运行。

手动按钮，当为手动运行模式时，通过手动按钮输出开运行信号或关运行信号至驱动电路，从而控制闸门运行。

编码器负责输出A、B脉冲给PG卡。

进水水位传感器和排水水位传感器负责检测水渠中的进水水位及排水水位。

照相机按照一定的规则拍照并上传至服务器，使管理人员不用下地就可以及时的看到水闸的状况。

最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (1)

1.本发明公开了一种高精度智能水闸控制方法，包括电源部分、驱动部分、电路部分、限位检测开关、手/自动转换开关、手动按钮、编码器、进水水位传感器、排水水位传感器、照相机、闸体；

所述电源部分包括市电方案和电池方案，所述市电方案为市电一路直接给驱动电路供电，另一路通过一个开关电源产生低压直流给电路部分供电；所述电池方案为光伏板和风机发电通过控制器给电池充电，从而保证电池能长时间稳定的给系统供电，电池一路直接给电路部分供电，另一路通过逆变器产生交流电压给驱动电路供电；

所述驱动部分包括驱动电路和电机，控制电路或手动按钮输出开运行信号或关运行信号给驱动电路，从而控制驱动电路工作，输出交流电压给电机；

所述电路部分包括单片机、GPRS模组、PG卡、控制电路、检测电路；所述单片机负责电池电压的检测、光能电压的检测、风能电压的检测、进水水位的检测、排水水位的检测、手/自动转换开关的检测、限位检测开关的检测、输出使能信号给控制电路、接收来自PG卡的速度及方向信号、控制照相机拍照、通过GPRS模组上传数据、照片、GPS定位信息至服务器、接收来自服务器的命令并执行；所述GPRS模组负责上传数据、照片、GPS定位信息至服务器，接收来自服务器的命令；所述PG卡负责接收来自编码器的A、B脉冲，并解调出速度和方向信号给单片机，单片机通过方向信号来核实闸门运行方向是否正确、并通过速度信号的脉冲数来计算闸门运行的距离；所述控制电路接收来自单片机的方向信号及使能信号，并产生开运行信号或关运行信号给驱动电路，从而控制电机运行，控制电路还负责产生使能信号给逆变器，从而控制逆变器工作；所述检测电路负责电池电压的取样、光能电压的取样、风能电压的取样，并输送给单片机内部A/D转换电路，由单片机进行A/D转换并计算出实际电压，检测电路还负责与进水水位传感器及排水水位传感器的通讯，从而读出进水水位及排水水位，并上报服务器，检测电路还负责手/自动转换开关的检测，从而判断水闸的运行模式是手动运行模式还是自动运行模式，手动运行模式时，不执行服务器下发的运行命令，只能通过手动按钮来控制闸门运行，自动运行模式时，只能执行来自服务器的运行命令，不支持通过手动按钮来控制闸门运行；

所述限位检测开关，当为自动运行模式时，限位检测开关连接至检测电路，从而当闸门开到位或关到位时，可由单片机控制闸门停止运行；当为手动运行模式时，限位检测开关连接至驱动电路，从而当闸门开到位或关到位时，可由驱动电路控制闸门停止运行；

所述手/自动转换开关负责五个方面的工作，一是连接手/自动检测电路，从而实时的检测出手/自动转换开关是打在自动运行模式还是打在手动运行模式；二是当为自动运行模式时，限位检测开关连接至检测电路，从而当闸门开到位或关到位时，可由单片机控制闸门停止运行，当为手动运行模式时，限位检测开关连接至驱动电路，从而当闸门开到位或关到位时，可由驱动电路控制闸门停止运行；三是当为自动运行模式时，短接CL2、OL2、ICOM2，从而允许驱动电路正常工作，到位后停止运行的功能由单片机负责；四是当为手动运行模式时，输出逆变使能信号给逆变器，从而控制逆变器工作；五是运行公共端RCOM的连接选择，当为自动运行模式时，连接控制电路的公共端ARCOM至运行公共端，使得只能由电路部分控制运行，当为手动运行模式时，连接手动按钮的公共端MRCOM至运行公共端，使得只能由手动按钮控制运行；

所述手动按钮，当为手动运行模式时，通过手动按钮输出开运行信号或关运行信号至驱动电路，从而控制闸门运行；

所述编码器负责输出A、B脉冲给PG卡；

所述进水水位传感器和排水水位传感器负责检测水渠中的进水水位及排水水位；

所述照相机按照一定的规则拍照并上传至服务器，使管理人员不用下地就可以及时的看到水闸的状况。

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