CN201869634U - 一种节能型滴灌自动控制装置 - Google Patents

Abstract

一种节能型滴灌自动控制装置，包括单片机、电源电路、双稳态脉冲电磁阀、双稳态脉冲电磁阀驱动电路和人机接口电路；单片机的输出端与双稳态脉冲电磁阀驱动电路的输入端相接，双稳态脉冲电磁阀驱动电路的输出端与双稳态脉冲电磁阀相接，波段开关电路的输出端与单片机的ADC转换接口相接，波段开关的输入端与刻度面板相接，波段开关电路包括波段开关和电阻分压电路，电阻分压电路由N(N＞1)只相同阻值的电阻串联组成，波段开关的挡位分别与N只电阻相接，波段开关的公共端与单片机的ADC转换接口相接；电源电路包括干电池和与干电池连接的稳压电路。本实用新型与现有技术相比，具有低成本、低功耗、结构简单、易于操作特点，同时还便于推广及应用。

Description

一种节能型滴灌自动控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种节水灌溉控制装置，特别是涉及一种节能型滴灌自动控制装置，主要适用于果树、苗圃、盆栽植物以及其它需要节水灌溉控制装置的领域。

背景技术

电磁阀是滴灌控制装置中最主要的消耗电能的器件，传统的滴灌定时控制装置采用的电磁阀的工作电压较高，一般为直流9V以上或交流220V，其阀门打开或关闭的状态需要电能来维持，功耗较大，不适用于电池供电；而且还需要专门的显示器，以及配合按键的操作来进行时间的设定，增加了成本和功耗，而且其操作相对于果农、农户等低层次知识分子而言有些复杂；此外，用户只能在时间到达控制器所设定的滴灌启动时刻或停止时刻，才能直观地看到滴灌的开启或停止，不能随时地直观了解控制器的工作过程、以及对控制器进行检验或测试。目前也有用电池供电的低功耗滴灌定时控制器，但其价格较高，难以在农业领域推广应用。

因此，针对现有技术中的不足，亟需提供一种低成本、低功耗、结构简单、易于操作，且便于推广及应用的节能型滴灌自动控制装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种低成本、低 功耗、结构简单、易于操作，且便于推广及应用的节能型滴灌自动控制装置。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

提供一种节能型滴灌自动控制装置，包括有单片机、电源电路、双稳态脉冲电磁阀、双稳态脉冲电磁阀驱动电路和人机接口电路；所述人机接口电路包括有波段开关电路和刻度面板；

所述单片机的输出端与所述双稳态脉冲电磁阀驱动电路的输入端相接，所述双稳态脉冲电磁阀驱动电路的输出端与所述双稳态脉冲电磁阀的控制端相接，所述波段开关电路的输出端与所述单片机的ADC转换接口相接，所述波段开关的输入端与刻度面板相接，所述电源电路的输出端分别与所述单片机的电源端口、所述双稳态脉冲电磁阀的电源接口、所述双稳态脉冲电磁阀驱动电路的电源端口以及所述波段开关电路的电源端口相接；

所述波段开关电路包括有波段开关和电阻分压电路，所述电阻分压电路由N(N＞1)只相同阻值的电阻串联组成，所述波段开关的挡位分别与所述N只电阻相接，所述波段开关的公共端与所述单片机的ADC转换接口相接；

所述电源电路包括有干电池和与所述干电池连接的稳压电路。

优选的，上述双稳态脉冲电磁阀驱动电路包括有由电阻R1、R2、R3、R4、R11、R21、R31、R41，P型MOS管Q1、Q2，N型MOS管Q3、Q4组成的H桥驱动电路，以及稳压管D1、D2；所述稳压管D1的阴极与所述稳压管D2的阴极相接。

更加优选的，上述D1、D2为5V稳压管。

另一优选的，上述稳压电路包括有稳压芯片、电容C5和电容C6，所述稳压芯片的输入端与电容C6的一端、所述干电池的正极相接，所述稳压芯片的输出 端与电容C5的一端、所述稳压电路的5V输出端相接，所述电容C5的另一端、所述电容C6的另一端、所述干电池的负极、所述稳压芯片的接地端与地相接，其中，所述电容C5为大容量的电解电容。

更加优选的，上述稳压芯片的型号为LT1129I5，其静态电流为50uA，最大输出电流为700mA，输入电压为0～30V，输入与输出电压的压差最大为0.4V。

另一更加优选的，上述电容C5的容量为3300uF。

另一优选的，上述波段开关设置为两个。

更加优选的，上述波段开关为12挡位的旋钮式开关。

另一优选的，上述干电池的电压为9V或者12V。

以上的，上述单片机的型号为ATMega8L。

本实用新型的有益效果：本实用新型包括有单片机、电源电路、双稳态脉冲电磁阀、双稳态脉冲电磁阀驱动电路和人机接口电路；人机接口电路包括有波段开关电路和刻度面板；单片机的输出端与双稳态脉冲电磁阀驱动电路的输入端相接，双稳态脉冲电磁阀驱动电路的输出端与双稳态脉冲电磁阀的控制端相接，波段开关电路的输出端与单片机的ADC转换接口相接，波段开关的输入端与刻度面板相接，电源电路的输出端分别与单片机的电源端口、双稳态脉冲电磁阀的电源接口、双稳态脉冲电磁阀驱动电路的电源端口以及波段开关电路的电源端口相接；波段开关电路包括有波段开关和电阻分压电路，电阻分压电路由N(N＞1)只相同阻值的电阻串联组成，波段开关的挡位分别与N只电阻相接，波段开关的公共端与单片机的ADC转换接口相接；电源电路包括有干电池和与干电池连接的稳压电路。本实用新型与现有技术相比，具有低成本、低功 耗、结构简单、易于操作的特点，同时还便于推广及应用。

附图说明

利用附图对本实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制。

图1是本实用新型的一种节能型滴灌自动控制装置的系统框图；

图2是本实用新型的一种节能型滴灌自动控制装置的系统框图；

图3是本实用新型的一种节能型滴灌自动控制装置的波段开关电路系统框图；

图4是本实用新型的一种节能型滴灌自动控制装置的双稳态脉冲电磁阀驱动电路原理图；

图5是本实用新型的一种节能型滴灌自动控制装置的稳压电路原理图；

图6是本实用新型的一种节能型滴灌自动控制装置的刻度面板的结构示意图。

在图1、图2、图3、图4、图5和图6中包括：

1——人机接口电路、11——刻度面板、12——波段开关电路、121——波段开关、122——电阻分压电路、2——单片机、3——双稳态脉冲电磁阀驱动电路、4——双稳态脉冲电磁阀、5——电源电路、51——稳压电路、52——干电池。

具体实施方式

结合以下实施例对本实用新型作进一步描述。

本实用新型的一种节能型滴灌自动控制装置的具体实施方式，如图1、图2和图3所示，包括有单片机2、电源电路5、双稳态脉冲电磁阀4、双稳态脉冲电磁阀4驱动电路3和人机接口电路1；所述人机接口电路1包括有波段开关121电路12和刻度面板11；所述单片机2的输出端与所述双稳态脉冲电磁阀4驱动电路3的输入端相接，所述双稳态脉冲电磁阀4驱动电路3的输出端与所述双稳态脉冲电磁阀4的控制端相接，所述波段开关121电路12的输出端与所述单片机2的ADC转换接口相接，所述波段开关121的输入端与刻度面板11相接，所述电源电路5的输出端分别与所述单片机2的电源端口、所述双稳态脉冲电磁阀4的电源接口、所述双稳态脉冲电磁阀4驱动电路3的电源端口以及所述波段开关121电路12的电源端口相接；所述波段开关121电路12包括有波段开关121和电阻分压电路122，所述电阻分压电路122由N(N＞1)只相同阻值的电阻串联组成，所述波段开关121的挡位分别与所述N只电阻相接，所述波段开关121的公共端与所述单片机2的ADC转换接口相接；所述电源电路5包括有干电池52和与所述干电池52连接的稳压电路51。

其中，单片机2可以采用Atmel公司的型号为ATMega8L单片机2，它内部集成有6通道的10位ADC转换接口，及具有耗电极低的掉电休眠模式。由于双稳态脉冲电磁阀4每天最多只动作几次，而且对它操作也不频繁，因此可利用单片机2的掉电休眠模式，使系统每休眠30秒工作一次，以使系统大部分时间都处于休眠状态，从而降低系统的功耗。而单片机2T2定时器的异步定时是可以在掉电休眠模式中继续工作的，因此可以利用T2异步定时实现实时电子时钟的功能，以及掉电模式的唤醒。T2异步定时以外接的32768Hz钟表晶体为时钟源，每定时1秒产生一次中断，并将单片机2从掉电模式中唤醒，进行实时时 钟的更新以及判断休眠时间是否累加到30秒，若到达30秒则正常执行一次滴灌的控制程序，否则直接进入掉电模式以等待下一次中断产生。

其中，双稳态脉冲电磁阀4是一个低功耗器件，其阀门的打开或关闭只需给双稳态脉冲电磁阀4通电一个持续时间约为30ms、幅值4伏以上的正向或反向的直流脉冲电压，而且阀门的打开或关闭的状态不需要电能维持，其阀门的瞬间开关动作只需消耗250mA电流即可完成。双稳态脉冲电磁阀4与滴灌管道相连，通过双稳态脉冲电磁阀4阀门的打开或关闭，可实现滴灌的开启或停止。

其中，干电池52的电压为9V或者12V。

如图4所示，双稳态脉冲电磁阀4驱动电路3包括有由电阻R1、R2、R3、R4、R11、R21、R31、R41，P型MOS管Q1、Q2，N型MOS管Q3、Q4组成的H桥驱动电路，以及稳压管D1、D2；所述稳压管D1的阴极与所述稳压管D2的阴极相接。

其中，D1、D2为5V稳压管，它们阴极对阴极地连接在一起，主要是用来在双稳态脉冲电磁阀4动作结束瞬间时形成一条泄流回路，以保护MOS管不被双稳态脉冲电磁阀4动作结束瞬间所产生的高压反向电动势击穿。通过该电路可实现以一路电源来为双稳态脉冲电磁阀4提供正向、反向两个通路的电压。该H桥驱动电路的4只桥臂分别与单片机2的I/O口相连，通过单片机2的I/O口操作，控制4只MOS管的导通与截止状态，从而可轻易实现双稳态脉冲电磁阀4开关动作的控制。当Q1和Q3截止、Q2和Q4导通时，双稳态脉冲电磁阀4打开；当Q1和Q3导通、Q2和Q4截止时，双稳态脉冲电磁阀4关闭。所选用的MOS管不但所需的导通电压低，能通过单片机2的I/O口直接控制其导通与截止，而且其导通电阻极低，约为几十毫欧，使得其导通压降也极低，从而使绝大部 分的电源能量加在双稳态脉冲电磁阀4上，大大提高了对电池能量的利用率，而且还大大地增强了对双稳态脉冲电磁阀4的驱动能力。

如图5所示，稳压电路51包括有稳压芯片、电容C5和电容C6，所述稳压芯片的输入端与电容C6的一端、所述干电池52的正极相接，所述稳压芯片的输出端与电容C5的一端、所述稳压电路51的5V输出端相接，所述电容C5的另一端、所述电容C6的另一端、所述干电池52的负极、所述稳压芯片的接地端与地相接。5V稳压电路51用来将干电池52电压稳压到5V后，为整个系统供电，使系统具有稳定的工作电压。

其中，所述电容C5为大容量的电解电容。该大容量的电解电容的作用有二：一是利用其储能特性，在电池掉电或更换电池时，能为系统提供5~8分钟的电能；二是防止双稳态脉冲电磁阀4开关动作时由于消耗的电流较大从而造成电池电压的大幅度降落。

其中，稳压芯片可以采用凌特公司的型号为LT1129I5的芯片，它是一个低功耗、高稳定度、大电流输出、宽输入电压范围、低压差(Low Drop Out，LDO)的线性稳压芯片，其静态电流为50uA，最大输出电流为700mA，输入电压为0～30V，输入与输出电压的压差最大为0.4V。即在大负载情况下能将5.4V以上的输入电压稳压至5V，当输入电压小于5.4V时，输出近似等于但略小于输入电压。因此该模块不仅能为整个装置提供一个稳定的工作电压，而且还能提高电池电压的利用范围和利用效率，从而延长电池对装置的供电时间。

其中，电容C5的容量可以选择3300uF。

如图3所示，波段开关121设置为两个。两只波段开关121均为12个挡位的旋钮式开关，其中一只用来设定滴灌的间隔天数、手动开和手动关，另一只 用来设定滴灌的持续时长，将两只波段开关121组合起来可在上电瞬间实现实时时钟的重设。而每个挡位所对应的具体含义或功能由刻度面板11上的刻度及字符标识表示。

如图6所示，刻度盘上的每一个刻度对应着一个时间或功能，图中刻度盘的刻度及字符表示形式只是一种示例形式，但不限于此种形式。当进行实时时钟的重设时以刻度盘的内圈字符为准，否则以刻度盘的外圈为准。这种人机交互的操作方式，不需要专门的显示器件，成本低，而且操作简便、直观、一目了然。该波段开关121的挡位是通过电阻式分压电路来区分的，电阻式分压电路是由12只相同阻值(为减小功耗，阻值越大越好)的电阻串联而成来对5V电源进行分压的，将波段开关121的挡位分别连接到12只电阻上，这样波段开关121的每一个挡位都有个相应的固定电压，然后再将波段开关121的公共端连接至单片机2的ADC转换接口。因此，通过单片机2对其ADC转换接口进行电压采样并模/数转换，就可识别波段开关121的挡位。这种电路结构不但形式简单、元件成本低，而且占用单片机2的I/O口少，仅用两个I/O位就可实现两个12挡位的波段开关121的挡位检测与识别。

本实用新型通过选用低功耗器件、电路，及利用休眠机制等低功耗设计手段，使整个控制装置具有很低的功耗，其静态电流约为70uA。该装置以电池供电，其主要功能包括：

(1)自动控制。按照设定好的滴灌启动时间、滴灌定时时间、滴灌间隔天数进行滴灌启动/停止的自动控制。滴灌每天启动两次，具体的启动时间由程序内部设定；滴灌定时时间和间隔天数由用户通过波段开关121进行设定。

(2)手动控制。通过将波段开关121的挡位旋向面板的“手动开”、“关” 处，手动对滴灌进行开/关控制。

(3)重设实时时钟。当系统首次上电或用户发觉控制器的实时时钟不准确时，可通过波段开关121和刻度面板11进行时钟的重新设定。此功能只在装上电池的瞬间实现，在其他时刻均不可重设时钟，以防止由于不经意的误动作对时钟的修改。

本实用新型的工作流程为：上电后首先进行实时时钟、程序变量、单片机2相应寄存器等的初始化，然后使单片机2进入掉电休眠模式。当T2定时器异步定时累加到30秒时，则唤醒系统进入正常工作模式，若未累加到30秒则T2定时每秒中断后立即进入掉电休眠模式。单片机2进入正常模式后，首先检测波段开关1211的挡位所对应的功能，若其挡位指向“手动开”则立即打开电磁阀进行滴灌；若指向“关”则立即关闭电磁阀以停止滴灌；若指向他处，即指向间隔天数中的1～10天的任一刻度时，则按正常的滴灌自动控制程序进行滴灌的控制。

按照设定好的时间进行滴灌自动控制流程为：首先是判断控制器是否处于滴灌状态：若已处于滴灌状态，则启动ADC检测波段开关1212的挡位，以确定所设定的滴灌持续时间，进而计算出滴灌的结束时刻，然后将实时时钟与结束时刻比较，如果实时时钟大于等于结束时刻则关闭电磁阀停止滴灌，并返回到掉电休眠模式，如果实时时钟小于结束时刻则直接返回掉电休眠模式；若未处于滴灌状态，则判断滴灌间隔天数是否满足，并将实时时钟与设定的滴灌开启时刻比较，如果滴灌间隔天数满足且实时时钟满足开启时间要求则打开电磁阀开始滴灌，然后进入掉电休眠模式，如果实时时钟不满足开启时间要求则直接返回到掉电休眠模式。滴灌的开启时刻由程序内部固化，如8:00和18:00。

当系统首次上电或用户发觉实时时钟不准确时，可通过波段开关121与刻度盘面板进行重新设定，此时以波段开关121对应的刻度盘内圈“数字”为准，其中波段开关121的刻度盘内圈“数字”表示小时，每个挡位为1个小时，即12个挡位分别表示0～11小时，波段开关121的刻度盘内圈“数字”表示分钟，每个挡位为5分钟，即其12个挡位分别表示0～55分钟，这样通过波段开关121可使时钟在12小时范围内以5分钟为最小单位进行设定。为保证能在正常工作时段内对实时时钟进行设定，将通过波段开关121所设定好的时间加上6个小时作为系统的实时时钟，即在6:00～18:00范围内以5分钟为最小单位进行设定。例如，波段开关121的挡位指向其刻度盘内圈的“7”处，波段开关121的挡位指向其刻度盘内圈的“20”，则所设定的实时时钟＝7:20+6:00＝13:20。实时时钟的设定仅在系统掉电后重上电的一瞬间才生效，即在系统完全掉电的情况下先通过波段开关121设定好时钟，然后在接上电池的一瞬间程序自动将所设定的实时时钟写入系统。这样可避免系统实时时钟被不经意的误动作窜改，从而确保重设实时时钟是用户的有意行为。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种节能型滴灌自动控制装置，其特征在于：包括有单片机、电源电路、双稳态脉冲电磁阀、双稳态脉冲电磁阀驱动电路和人机接口电路；所述人机接口电路包括有波段开关电路和刻度面板；

所述单片机的输出端与所述双稳态脉冲电磁阀驱动电路的输入端相接，所述双稳态脉冲电磁阀驱动电路的输出端与所述双稳态脉冲电磁阀的控制端相接，所述波段开关电路的输出端与所述单片机的ADC转换接口相接，所述波段开关的输入端与刻度面板相接，所述电源电路的输出端分别与所述单片机的电源端口、所述双稳态脉冲电磁阀的电源接口、所述双稳态脉冲电磁阀驱动电路的电源端口以及所述波段开关电路的电源端口相接；

所述波段开关电路包括有波段开关和电阻分压电路，所述电阻分压电路由N只相同阻值的电阻串联组成，所述波段开关的挡位分别与所述N只电阻相接，所述波段开关的公共端与所述单片机的ADC转换接口相接，其中，N＞1；

所述电源电路包括有干电池和与所述干电池连接的稳压电路。

2.根据权利要求1所述的节能型滴灌自动控制装置，其特征在于：所述双稳态脉冲电磁阀驱动电路包括有由电阻R1、R2、R3、R4、R11、R21、R31、R41，P型MOS管Q1、Q2，N型MOS管Q3、Q4组成的H桥驱动电路，以及稳压管D1、D2；所述稳压管D1的阴极与所述稳压管D2的阴极相接。

3.根据权利要求2所述的节能型滴灌自动控制装置，其特征在于：所述D1、D2为5V稳压管。 

4.根据权利要求1所述的节能型滴灌自动控制装置，其特征在于：所述稳压电路包括有稳压芯片、电容C5和电容C6，所述稳压芯片的输入端与电容C6的一端、所述干电池的正极相接，所述稳压芯片的输出端与电容C5的一端、所述稳压电路的5V输出端相接，所述电容C5的另一端、所述电容C6的另一端、所述干电池的负极、所述稳压芯片的接地端与地相接，其中，所述电容C5为大容量的电解电容。

5.根据权利要求4所述的节能型滴灌自动控制装置，其特征在于：所述稳压芯片的型号为LT1129I5，其静态电流为50uA，最大输出电流为700mA，输入电压为0～30V，输入与输出电压的压差最大为0.4V。

6.根据权利要求4所述的节能型滴灌自动控制装置，其特征在于：所述电容C5的容量为3300uF。

7.根据权利要求1所述的节能型滴灌自动控制装置，其特征在于：所述波段开关设置为两个。

8.根据权利要求7所述的节能型滴灌自动控制装置，其特征在于：所述波段开关为12挡位的旋钮式开关。

9.根据权利要求1所述的节能型滴灌自动控制装置，其特征在于：所述干电池的电压为9V或者12V。 

10.根据权利要求1至9任一项所述的节能型滴灌自动控制装置，其特征在于：所述单片机的型号为ATMega8L。 

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