CN111642375B - 一种绿化灌溉控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种绿化灌溉控制系统，包括流量检测模块、控制模块和无线传输模块，流量检测模块包括设置在灌溉管道出水口处的流量传感器，流量传感器的检测信号依次送入共模抑制电路和快速放大稳定电路中进行处理，共模抑制电路运用差分放大器原理有效抑制了共模信号，快速放大稳定电路提升对流量检测信号的快速处理能力和良好的自稳定性能，并设置滤波补偿单元有效地降低外界杂波频率对流量检测的干扰，避免信号放大发生漂移造成系统误差；控制模块包括控制器和设置在灌溉管道上的电动调节阀，控制器用于控制电动调节阀的开度，并通过无线传输模块将流量检测数据远程传输到后台管理中心，提升了绿化灌溉控制系统的使用效果。

Description

一种绿化灌溉控制系统
技术领域
本发明涉及智能化灌溉控制技术领域，特别是涉及一种绿化灌溉控制系统。
背景技术
随着经济的发展，对绿化工程水平的要求越来越高。同时，为进一步解决水资源、能源的短缺和人工成本增加等问题，越来越多的绿化工程采用自动控制灌溉系统。绿化灌溉用水控制不仅需要考虑绿化植物的水分需求，以及灌溉系统在输送这些水分时的工作情况，同时也需要考虑由于植物水分需求中的不确定性、风险规避等因素而在管理中施加的额外的水量。例如在灌溉时水中的杂质容易造成输水管道结垢甚至堵塞，造成实际出水量大小与用户设定出水量不匹配，从而在到达灌溉时间后供水不足。为了解决该问题，现有的化灌溉控制系统通常会在灌溉管道上设置流量传感器来对出水量进行监测，通常情况下灌溉管道内流体的流速沿管道中心线的流速最大，管壁处的流速趋近于零，但在弯管和阀门后的流速分布比较复杂，这对流量传感器的快速处理能力和稳定性有非常高的要求，且流量检测信号受外界干扰因素较大，在信号传递过程中容易产生共模干扰，当信号放大发生漂移时，直接造成瞬时、累积流量误差，造成绿化灌溉控制系统实际使用并不理想。
所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种绿化灌溉控制系统。
其解决的技术方案是：一种绿化灌溉控制系统，包括流量检测模块、控制模块和无线传输模块，所述流量检测模块包括设置在灌溉管道出水口处的流量传感器，所述流量传感器的检测信号依次送入共模抑制电路和快速放大稳定电路中进行处理，所述控制模块包括控制器和设置在所述灌溉管道上的电动调节阀，所述控制器用于控制所述电动调节阀的开度，并通过数据串口连接所述无线传输模块；所述快速放大稳定电路包括运放器AR2，运放器AR2的同相输入端通过电阻R5连接所述共模抑制电路的输出端，并通过电容C4接地，运放器AR2的反相输入端通过电阻R6接地，并通过并联的电阻R7、电容C5连接运放器AR2的输出端，运放器AR2的输出端连接三极管VT1的集电极和电阻R8的一端，三极管VT1的基极与电阻R8的另一端连接三极管VT2的集电极，并通过电容C6接地，三极管VT1的发射极连接变阻器RP1的引脚1和电阻R9的一端，变阻器RP1的引脚2连接稳压二极管DZ1的阴极和运放器AR3的同相输入端，变阻器RP1的引脚3接地，电阻R9的另一端连接运放器AR3的反相输入端和电阻R10、电感L1的一端，电阻R10的另一端与稳压二极管DZ1的阳极接地，电感L1的另一端连接所述控制器，并通过并联的电容C9、电阻R14接地。
优选的，所述共模抑制电路包括运放器AR1，运放器AR1的同相输入端连接电阻R1、电容C2的一端，运放器AR1的反相输入端连接电阻R2、R3、R4、电容C3的一端，电阻R3、电容C2、C3的另一端接地，电阻R1的另一端连接电容C1的一端和所述流量传感器的引脚1，电阻R2、电容C1的另一端连接所述流量传感器的引脚2，运放器AR1的输出端连接电阻R4的另一端和放大稳定电路的输入端。
优选的，所述快速放大稳定电路还设置有滤波补偿单元，所述滤波补偿单元包括运放器AR4、AR5，运放器AR4的反相输入端通过电阻R11连接三极管VT1的发射极，并通过电容C7接地，运放器AR4的同相输入端接地，运放器AR4的输出端通过电阻R12连接运放器AR5的反相输入端和电容C8的一端，运放器AR5的同相输入端接地，运放器AR5的输出端连接电容C8的另一端，并通过电阻R13连接运放器AR2的同相输入端。
优选的，所述控制器选用STM32型单片机。
优选的，所述无线传输模块选用Wi-Fi模块。
优选的，所述流量传感器选用LDG-MIK电磁流量计。
通过以上技术方案，本发明的有益效果为：
1.本发明通过电磁流量计J1对灌溉管道内的水流量进行检测，共模抑制电路运用差分放大器原理有效抑制了电磁流量计J1两个输出引脚对地的共模信号，稳定静态工作点，提升流量检测信号输出信噪比；
2.快速放大稳定电路采用运放器AR2对流量检测信号进行次级放大，并在放大过程中进行相位补偿，改善信号输出波形，避免灌溉管道内的流速不稳定导致流量检测信号发生畸变；
3.AR2的输出信号送入由三极管VT1、VT2形成的组合放大管中进行信号快速提升，同时运放器AR3运用比较器原理将组合放大管输出采样信号反馈至三极管VT2的基极，从而提升对流量检测信号的快速处理能力和良好的自稳定性能；
4.在快速放大稳定电路中设置滤波补偿单元，通过运放器AR4、AR5构成的电压控制反馈滤波回路中进行信号调节，可以有效地降低外界杂波频率对流量检测的干扰，避免信号放大发生漂移造成系统误差，提升系统控制的精确度和可靠性。
附图说明
图1为本发明中共模抑制电路原理图。
图2为本发明中快速放大稳定电路原理图。
图3为本发明的控制原理框图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图3对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。
一种绿化灌溉控制系统，包括流量检测模块、控制模块和无线传输模块，流量检测模块包括设置在灌溉管道出水口处的流量传感器，流量传感器的检测信号依次送入共模抑制电路和快速放大稳定电路中进行处理，控制模块包括控制器和设置在灌溉管道上的电动调节阀，控制器用于控制电动调节阀的开度，具体设置时，控制器选用STM32型单片机，无线传输模块选用Wi-Fi模块，STM32型单片机通过数据串口连接Wi-Fi模块，利用无线传输技术将单片机计算出的实时水量通过Wi-Fi模块远程传输到后台管理中心。
本实施例中流量传感器选用LDG-MIK电磁流量计J1来对灌溉管道内的水流量进行检测，LDG-MIK电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律进行流量测量的流量计，可测量DN10-DN2000范围内的管径，输出信号和被测流量成线性。由于电磁流量计J1输出的检测信号较为微弱，且容易叠加共模干扰，导致信噪比很低，因此首先采用共模抑制电路来对电磁流量计J1的输出信号进行前置放大。如图1所示，共模抑制电路包括运放器AR1，运放器AR1的同相输入端连接电阻R1、电容C2的一端，运放器AR1的反相输入端连接电阻R2、R3、R4、电容C3的一端，电阻R3、电容C2、C3的另一端接地，电阻R1的另一端连接电容C1的一端和流量传感器的引脚1，电阻R2、电容C1的另一端连接流量传感器的引脚2，运放器AR1的输出端连接电阻R4的另一端和放大稳定电路的输入端。其中，电容C1对电磁流量计J1的双线输出信号起到稳定作用，电阻R1、电容C2与电阻R2、电容C3分别形成RC滤波电路对两路输出信号进行低通降噪处理，最后送入运放器AR1中进行前置放大，运放器AR1运用差分放大器原理有效抑制了电磁流量计J1两个输出引脚对地的共模信号，稳定静态工作点，提升流量检测信号输出信噪比。
运放器AR1的输出信号送入快速放大稳定电路中进一步放大处理，如图2所示，快速放大稳定电路包括运放器AR2，运放器AR2的同相输入端通过电阻R5连接共模抑制电路的输出端，并通过电容C4接地，运放器AR2的反相输入端通过电阻R6接地，并通过并联的电阻R7、电容C5连接运放器AR2的输出端，运放器AR2的输出端连接三极管VT1的集电极和电阻R8的一端，三极管VT1的基极与电阻R8的另一端连接三极管VT2的集电极，并通过电容C6接地，三极管VT1的发射极连接变阻器RP1的引脚1和电阻R9的一端，变阻器RP1的引脚2连接稳压二极管DZ1的阴极和运放器AR3的同相输入端，变阻器RP1的引脚3接地，电阻R9的另一端连接运放器AR3的反相输入端和电阻R10、电感L1的一端，电阻R10的另一端与稳压二极管DZ1的阳极接地，电感L1的另一端连接控制器，并通过并联的电容C9、电阻R14接地。
在快速放大稳定电路的处理过程中，电阻R5与电容C4形成RC滤波对运放器AR1的输出信号进行稳定后，送至运放器AR2中进行次级放大，电阻R7与电容C5在运放器AR2的反馈端起到阻容反馈补偿的作用，当灌溉管道内的流速出现不稳定现象导致流量检测信号输出畸变时，阻容反馈调节可以很好地对检测信号进行相位补偿，改善信号输出波形。运放器AR2的输出信号送入由三极管VT1、VT2形成的组合放大管中进行信号快速提升，为了保证信号在快速放大过程中保持良好的稳定性，将三极管VT1的输出信号经电阻R9、R10分流后形成采样信号送入运放器AR3中进行比较放大，稳压二极管DZ1对运放器AR3同相输入端的比较电压起到稳定作用，因此运放器AR3的比较输出电压对三极管VT2的基极电位具有很好的稳定作用，从而在快速放大的同时也保证了信号输出的稳定性。最后由电感L1与电容C9形成的LC滤波对放大后的检测信号进行精确滤波后再送入控制器中进行流量计算。
为了进一步提升流量检测的精准度，降低系统误差，本发明在快速放大稳定电路中还设置有滤波补偿单元，滤波补偿单元包括运放器AR4、AR5，运放器AR4的反相输入端通过电阻R11连接三极管VT1的发射极，并通过电容C7接地，运放器AR4的同相输入端接地，运放器AR4的输出端通过电阻R12连接运放器AR5的反相输入端和电容C8的一端，运放器AR5的同相输入端接地，运放器AR5的输出端连接电容C8的另一端，并通过电阻R13连接运放器AR2的同相输入端。其中，电阻R11与电容C7形成RC滤波对组合放大管的输出信号进行处理后，送入由运放器AR4、AR5构成的电压控制反馈滤波回路中进行信号调节，可以有效地降低外界杂波频率对流量检测的干扰，同时运放器AR5的输出信号反馈至运放器AR2的同相输入端，利用零点自动补偿原理对系统噪声起到很好的抑制作用，避免信号放大发生漂移造成系统误差。
本发明在具体使用时，利用电磁流量计J1对灌溉管道内的水流量进行检测，共模抑制电路运用差分放大器原理有效抑制了电磁流量计J1两个输出引脚对地的共模信号，稳定静态工作点，提升流量检测信号输出信噪比。快速放大稳定电路采用运放器AR2对流量检测信号进行次级放大，并在放大过程中进行相位补偿，改善信号输出波形。AR2的输出信号送入由三极管VT1、VT2形成的组合放大管中进行信号快速提升，同时运放器AR3运用比较器原理将组合放大管输出采样信号反馈至三极管VT2的基极，从而提升对流量检测信号的快速处理能力和良好的自稳定性能。在快速放大稳定电路中设置滤波补偿单元，通过运放器AR4、AR5构成的电压控制反馈滤波回路中进行信号调节，可以有效地降低外界杂波频率对流量检测的干扰，避免信号放大发生漂移造成系统误差，有效提升系统控制的精确度和可靠性。
快速放大稳定电路输出的流量检测信号送入STM32型单片机中进行A/D转换成数字量，并通过与系统预设值进行比较判断当前系统流量大小。当流量检测值大于系统预设值时，STM32型单片机控制电动调节阀的开度减小，从而降低水流量；当流量检测值小于系统预设值时，STM32型单片机控制电动调节阀的开度增大，从而增大水流量。同时，STM32型单片将流量检测数据通过Wi-Fi模块远程传输到后台管理中心，方便管理人员对水流量进行实时查看，当流量检测数据出现异常时可以及时对灌溉系统进行检修，很好的提升了绿化灌溉控制系统的使用效果。
以上所述是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种绿化灌溉控制系统，包括流量检测模块、控制模块和无线传输模块，其特征在于：所述流量检测模块包括设置在灌溉管道出水口处的流量传感器，所述流量传感器的检测信号依次送入共模抑制电路和快速放大稳定电路中进行处理，所述控制模块包括控制器和设置在所述灌溉管道上的电动调节阀，所述控制器用于控制所述电动调节阀的开度，并通过数据串口连接所述无线传输模块；
所述快速放大稳定电路包括运放器AR2，运放器AR2的同相输入端通过电阻R5连接所述共模抑制电路的输出端，并通过电容C4接地，运放器AR2的反相输入端通过电阻R6接地，并通过并联的电阻R7、电容C5连接运放器AR2的输出端，运放器AR2的输出端连接三极管VT1的集电极和电阻R8的一端，三极管VT1的基极与电阻R8的另一端连接三极管VT2的集电极，并通过电容C6接地，三极管VT1的发射极连接变阻器RP1的引脚1和电阻R9的一端，变阻器RP1的引脚2连接稳压二极管DZ1的阴极和运放器AR3的同相输入端，变阻器RP1的引脚3接地，电阻R9的另一端连接运放器AR3的反相输入端和电阻R10、电感L1的一端，电阻R10的另一端与稳压二极管DZ1的阳极接地，电感L1的另一端连接所述控制器，并通过并联的电容C9、电阻R14接地。
2.根据权利要求1所述的绿化灌溉控制系统，其特征在于：所述共模抑制电路包括运放器AR1，运放器AR1的同相输入端连接电阻R1、电容C2的一端，运放器AR1的反相输入端连接电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C3的一端，电阻R3、电容C2、电容C3的另一端接地，电阻R1的另一端连接电容C1的一端和所述流量传感器的引脚1，电阻R2、电容C1的另一端连接所述流量传感器的引脚2，运放器AR1的输出端连接电阻R4的另一端和快速放大稳定电路的输入端。
3.根据权利要求2所述的绿化灌溉控制系统，其特征在于：所述快速放大稳定电路还设置有滤波补偿单元，所述滤波补偿单元包括运放器AR4和运放器AR5，运放器AR4的反相输入端通过电阻R11连接三极管VT1的发射极，并通过电容C7接地，运放器AR4的同相输入端接地，运放器AR4的输出端通过电阻R12连接运放器AR5的反相输入端和电容C8的一端，运放器AR5的同相输入端接地，运放器AR5的输出端连接电容C8的另一端，并通过电阻R13连接运放器AR2的同相输入端。
4.根据权利要求1所述的绿化灌溉控制系统，其特征在于：所述控制器选用STM32型单片机。
5.根据权利要求4所述的绿化灌溉控制系统，其特征在于：所述无线传输模块选用Wi-Fi模块。
6.根据权利要求1所述的绿化灌溉控制系统，其特征在于：所述流量传感器选用电磁流量计。
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