CN201450986U - 嵌入式手持灌溉控制终端及自动灌溉控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种嵌入式手持灌溉控制终端及自动灌溉控制系统。所述嵌入式手持灌溉控制终端包括中央处理单元及分别与其连接的存储单元、人机交互单元和无线通讯单元，其中：所述人机交互单元由显示屏和输入单元组成；所述无线通讯单元由支持TCP/IP协议的GPSR模块和支持无线串口通讯的串口无线数传模块组成；所述GPRS模块和串口无线数传模块同时利用标准的Modbus协议传输控制指令并获取实时数据。本实用新型能够提供远程GPRS和近距离串口无线数传两种通讯方式，满足用户对整个灌溉系统进行远程监控和在灌溉现场近距离对灌溉控制器进行无线控制和管理的需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及灌溉控制设备，特别涉及一种基于GPRS无线通讯和串口无线数据传输的嵌入式手持灌溉控制终端及自动灌溉控制系统。
背景技术
随着信息技术的发展，农业信息化、智能化水平不断提高。在灌溉领域科技人员开发了自动灌溉控制器，如专利号为03228608.2的中国实用新型专利“自动灌溉控制器”公开了一种可根据传感器输入量和预先设定的灌溉模式控制电磁阀以进行灌溉的自动灌溉控制器；另外专利号为200610056942.7的中国实用新型专利“一种温室环境及灌溉自动控制系统和方法”公开了一种可以根据相应的控制逻辑对环境设备以及灌溉进行自动控制并具有有线数据传输和手机无线远程控制功能的温室环境及自动灌溉控制器，该控制器以GSM方式实现对灌溉控制系统的远程控制。以上的灌溉控制器的人机交互单元固定在控制器上，这造成了灌溉控制器的安装位置选择的局限性，同时给工作人员的操作带来不便。目前，科技人员进一步开发了以PC机作为服务器同多个灌溉控制器组成的自动灌溉控制系统，其可通过PC机对灌区整体的灌溉情况进行远程实时监控。但是，利用PC机作为自动灌溉系统的监控单元，工作人员必须在固定的地点对自动灌溉系统进行管理和控制，对灌溉状况的监控受到时间和空间的限制。
实用新型内容
本实用新型的目的在于解决现有的自动灌溉控制器和控制系统的缺点及不足，提供一种可以同时实现近距离无线操作灌溉控制器和远程实时监控灌溉控制系统的、具有良好人机交互界面的嵌入式手持灌溉控制终端。
为实现上述目的，本新型提供了一种嵌入式手持灌溉控制终端，该嵌入式手持灌溉控制终端包括中央处理单元及分别与其连接的存储单元、人机交互单元和无线通讯单元，其中：
所述人机交互单元由显示屏和输入单元组成；
所述无线通讯单元由支持TCP/IP协议的GPSR模块和支持无线串口通讯的串口无线数传模块组成，所述GPRS模块和串口无线数传模块同时利用标准的Modbus协议传输控制指令并获取实时数据。
优选地，所述存储单元包括内部存储器和固化了操作系统和应用程序的NAND Flash存储器。
优选地，所述人机交互单元的显示屏为LCD显示屏，输入单元为触摸屏。
优选地，该嵌入式手持灌溉控制终端还包括与中央处理单元连接的电源、复位模块、RTC时钟模块。
优选地，所述中央处理单元内核采用linux-2.6.22.1的操作系统；
中央处理单元内嵌入手持灌溉控制应用软件，采用Qtopia Core图形界面库；
嵌入式手持灌溉控制终端还包括硬件驱动单元，用于提供显示屏、输入单元、串口无线数传模块、NAND Flash存储器和GPRS模块拨号上网的驱动。
优选地，电源和复位模块包括用于为CPU供电的3.3V电源、为GPRS模块供电的4.2V电源，为串口无线数传模块供电的5V电源和为RTC时钟模块供电的1.7V电源。
优选地，GPRS模块的串口输入输出端直接与中央处理单元的串口输入输出端相连，串口无线数传模块输入输出端与中央处理单元的另一串口输入输出端相连，其中被传输的电平通过MAX3232CSA转换为RS232格式。
优选地，所述GPRS模块为西门子生产的型号为MC39i的GPRS芯片；
所述串口无线数传模块为接口通讯格式为RS232、波特率为2400的无线数传芯片KVL-1020U；
所述中央处理单元采用三星公司生产的型号为ARM9的微处理器S3C2410。
优选地，所述LCD显示屏采用尺寸为3.5寸、分辨率为320×240的真彩色TFT液晶屏。
本实用新型还提供了一种自动灌溉控制系统，该系统包括服务器、灌溉控制器和如权利要求1所述的嵌入式手持灌溉控制终端，所述嵌入式手持灌溉控制终端通过无线移动网络GPRS登陆灌溉服务器，通过服务器转发Modbus协议格式的指令监控灌溉控制器，同时还通过串口无线数据传输方式直接操控灌溉控制器。
利用本实用新型提供的嵌入式手持灌溉控制终端及自动灌溉控制系统，具有以下有益效果：
1)提供GPRS和串口无线数传两种通讯方式，同时满足对自动灌溉系统远程监控和对灌溉控制器现场操作的需要；
2)数据处理单元采用嵌入式linux操作系统和Qtopia Core图形界面库，提供直观的中文图形界面，操作简单方便；
3)使用工业统一标准的Modbus协议，另外提供添加设备类型功能，适用于具有Modbus通讯功能的多种灌溉控制器。
附图说明
图1为本实用新型嵌入式手持灌溉控制终端的硬件结构方框图；
图2为本实用新型嵌入式手持灌溉控制终端的软件结构方框图；
图3A为本实用新型嵌入式手持灌溉控制终端所采用的电源1连接电路图；
图3B为本实用新型嵌入式手持灌溉控制终端所采用的电源2连接电路图；
图3C为本实用新型嵌入式手持灌溉控制终端所采用的电源3连接电路图；
图3D为本实用新型嵌入式手持灌溉控制终端所采用的电源4连接电路图；
图3E为本实用新型嵌入式手持灌溉控制终端的复位电路图；
图4A为本实用新型嵌入式手持灌溉控制终端的GPRS模块与CPU连接电路图；
图4B为本实用新型嵌入式手持灌溉控制终端的GPRS模块启动电路图；
图5为本实用新型嵌入式手持灌溉控制终端的串口无线数传模块与CPU连接电路图；
图6为本实用新型嵌入式手持灌溉控制终端的应用程序主要功能模块方框图。
图7为本实用新型自动灌溉控制系统结构框图。
具体实施方式
本实用新型提出的嵌入式手持灌溉控制终端及自动灌溉控制系统，结合附图和实施例说明如下。
如图1所示，嵌入式手持灌溉控制终端的硬件部分，由CPU和分别与其相连的电源、复位电路、RTC时钟、SRAM内部存储器、NAND Flash外部存储器、显示屏(如LCD显示屏)、输入单元(如触摸屏，键盘，手写笔等)、支持TCP/IP协议的GPRS模块、支持无线串口通讯的串口无线数传模块构成。GPRS模块和串口无线数传模块同时利用标准的Modbus协议传输控制指令并获取实时信息。GPRS模块提供了TCP/IP网络协议，通过无线移动网络GPRS登录灌溉系统的服务器，利用服务器转发控制指令，对整个灌溉系统进行远程监控的功能。串口无线数传单元提供了在灌溉现场近距离对灌溉控制器进行无线控制和管理的功能。
参照图2，嵌入式手持灌溉控制终端的软件部分，由linux-2.6.22.1内核与cramfs只读文件系统、yaffs读写文件系统构成操作系统层，由NAND Flash存储器驱动、LCD显示屏驱动、触摸屏驱动、串口无线数传模块驱动和GPRS模块拨号上网驱动构成硬件驱动层，以Otopia Core-4.3.5作为图形界面库，以手持灌溉控制软件作为应用程序层。应用程序层分别提供了采用GPRS通讯和串口无线通讯的中文显示灌溉控制软件。
在本实用新型嵌入式手持灌溉控制终端的实施例中，参照图3A，电源1通过芯片AMS1117-3.3转换外部电源电压产生3.3V电压，为CPU、存储单元、触摸屏等供电；AMS1117-3.3与外部电源之间通过器件F1对整个电路进行过流保护。如图3B所示，电源2通过芯片L7805芯片将外部电源电压转换为5V，为串口无线数传模块供电。如图3C所示，电源3将5V电压通过芯片R1224N102E转换为4.2V，为GPRS模块供电，其中电阻R4、R5调节输出电压，CEM9435A为金属氧化物半导体场效应晶体管，其源极与5V电源相连，栅极与R1224N102E的电源输入管脚(Vin)相连，漏极输出4.2V电压。如图3D所示，电源4是为CPU片内的RTC时钟供电的电源电路，BAT1为3V纽扣电池，通过两个二极管D3、D4降压后产生1.7V左右电压，与CPU的VDDRTC管脚相连。如3E所示，复位电路采用型号为MAX708ESA的复位芯片，芯片MAX708ESA的RESET和nRESET输出端分别与CPU的RESET和nRESET管脚相连，当开关S2被按下后，芯片MAX708ESA的RESET和nRESET管脚产生复位信号，使CPU复位。
在本实用新型嵌入式手持灌溉控制终端的实施例中，如图4A所示，GPRS模块与CPU的连接电路1中CPU采用型号为S3C2410的芯片U1，GPRS模块采用型号为MC39i的模块MCU。GPRS模块与CPU的连接通过MC39i的TXD0管脚和RXD0管脚分别与S3C2410上的TXD2(K13)管脚和RXD2(K12)管脚相连，使GPRS模块与S3C2410的串口通讯。MC39i的其他串口管脚DCD0、DTR0、RTS0、CTS0、RING0和DSR0通过1KΩ的电阻接地。如图4B所示，GPRS模块上电后，IGT引脚设置低电平超过100ms来启动GPRS模块，GPRS模块上电自动启动电路2，提供了延迟功能，上电后在IGT输出端产生低电平，启动GPRS模块。
在本实用新型嵌入式手持灌溉控制终端的实施例中，如图5所示，无线数传模块型号为KVL-1020U，本实施例嵌入式手持灌溉控制终端采用RS232格式与无线数传模块连接，芯片MAX3232CSA将CPU串口输出的TLL电平转换为RS232格式，其T1IN和R1OUT管脚分别与CPU的TXD1和RXD1管脚相连，T1OUT、R1IN管脚分别与KVL-1020U的数据输入端A、B相连.
下面对本实用新型嵌入式手持灌溉控制终端的应用程序功能模块进行说明。如图6所示，应用程序模块主要由通讯方式选择模块、控制器选择模块、实时监控模块、灌溉参数设置模块、高级设置模块、历史纪录模块六个主要的功能模块组成。其中，通讯方式选择模块提供了GPRS通讯方式和无线数据通讯方式的选择功能。控制器选择模块显示灌区内有效的灌溉控制器供用户选择。实时监控模块包括对控制器运行和灌溉状态进行监控的控制器状态控制模块，显示灌溉控制器上轮灌状态的轮灌组状态显示模块，对有效的轮灌组进行手动控制的手动控制模块和现实灌溉控制器上传感器采集的环境信息的传感器信息显示模块。灌溉参数设置模块包括对整机灌溉参数进行设置的整机灌溉参数设置模块，分别设置灌溉控制器上的轮灌组的灌溉参数的分组参数设置模块。高级设置模块包括通讯参数设置模块，控制器时间设置模块和设置嵌入式手持灌溉控制终端所访问的服务器IP地址的IP地址设置模块。
本实用新型自动灌溉控制系统如图7所示，自动灌溉控制系统由服务器102、灌溉控制器103和嵌入式手持灌溉控制终端101组成，本实用新型嵌入式手持灌溉控制终端101可通过无线移动网络GPRS登陆灌溉系统服务器102，通过服务器转发Modbus协议格式的指令监控灌溉控制器103，同时本实用新型嵌入式手持灌溉控制终端101还可以通过串口无线数据传输方式直接操控灌溉控制器103。使用工业统一标准的Modbus协议，具有另外提供添加设备类型功能，适用于具有Modbus通讯功能的多种灌溉控制器。该系统能够提供远程GPRS和近距离串口无线数传两种通讯方式，满足用户对整个灌溉系统进行远程监控和在灌溉现场近距离对灌溉控制器进行无线控制和管理的需求。
以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (10)
1.一种嵌入式手持灌溉控制终端，其特征在于，该嵌入式手持灌溉控制终端包括中央处理单元及分别与其连接的存储单元、人机交互单元和无线通讯单元，其中：
所述人机交互单元由显示屏和输入单元组成；
所述无线通讯单元由支持TCP/IP协议的GPSR模块和支持无线串口通讯的串口无线数传模块组成，所述GPRS模块和串口无线数传模块同时利用标准的Modbus协议传输控制指令并获取实时数据。
2.根据权利要求1所述的嵌入式手持灌溉控制终端，其特征在于，所述存储单元包括内部存储器和固化了操作系统和应用程序的NAND Flash存储器。
3.根据权利要求1所述的嵌入式手持灌溉控制终端，其特征在于，所述人机交互单元的显示屏为LCD显示屏，输入单元为触摸屏。
4.根据权利要求1所述的嵌入式手持灌溉控制终端，其特征在于，该嵌入式手持灌溉控制终端还包括与中央处理单元连接的电源、复位模块、RTC时钟模块。
5.根据权利要求2所述的嵌入式手持灌溉控制终端，其特征在于，所述中央处理单元内核采用linux-2.6.22.1的操作系统；
中央处理单元内嵌入手持灌溉控制应用软件，采用Qtopia Core图形界面库；
嵌入式手持灌溉控制终端还包括硬件驱动单元，用于提供显示屏、输入单元、串口无线数传模块、NAND Flash存储器和GPRS模块拨号上网的驱动。
6.根据权利要求4所述的嵌入式手持灌溉控制终端，其特征在于，电源和复位模块包括用于为CPU供电的3.3V电源、为GPRS模块供电的4.2V电源，为串口无线数传模块供电的5V电源和为RTC时钟模块供电的1.7V电源。
7.根据权利要求1所述的嵌入式手持灌溉控制终端，其特征在于，GPRS模块的串口输入输出端直接与中央处理单元的串口输入输出端相连，串口无线数传模块输入输出端与中央处理单元的另一串口输入输出端相连，其中被传输的电平通过MAX3232CSA转换为RS232格式。
8.根据权利要求1所述的嵌入式手持灌溉控制终端，其特征在于，所述GPRS模块为西门子生产的型号为MC39i的GPRS芯片；
所述串口无线数传模块为接口通讯格式为RS232、波特率为2400的无线数传芯片KVL-1020U；
所述中央处理单元采用三星公司生产的型号为ARM9的微处理器S3C2410。
9.根据权利要求3所述的嵌入式手持灌溉控制终端，其特征在于，所述LCD显示屏采用尺寸为3.5寸、分辨率为320×240的真彩色TFT液晶屏。
10.一种自动灌溉控制系统，其特征在于，该系统包括服务器、灌溉控制器和如权利要求1所述的嵌入式手持灌溉控制终端，所述嵌入式手持灌溉控制终端通过无线移动网络GPRS登陆灌溉服务器，通过服务器转发Modbus协议格式的指令监控灌溉控制器，同时还通过串口无线数据传输方式直接操控灌溉控制器。
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