CN202476201U - 风光电互补节能节水灌溉装置 - Google Patents

风光电互补节能节水灌溉装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种风光电互补节能节水节水灌溉装置，构造包括主控制器(5)和节点控制器(10)，主控制器分别与空气温湿度传感器(4)、风速传感器(6)、风光电互补模块(16)、GPRS模块(7)连接；主控制器(5)通过GPRS模块(7)分别连接至少1个节点控制器(10)，节点控制器(10)分别与土壤温湿度传感器(8)、流量传感器(9)、自保持式脉冲电磁阀(14)、自保持脉冲电磁阀(15)、电磁阀驱动模块(18)、电源接口(19)、风光电互补模块(16)、LED指示报警(11)、仿真器接口(13)连接。本实用新型的主控制器具有可视化的人机界面，界面友好。主控制器和节点控制器均可采用风光电互补模块供电，还具备低功耗模式，可在不通电的地区使用。主控制器与节点控制器采用GPRS方式通信，突破了地域的限制。可根据作物、生长阶段、地域的不同，建立需水规律数据库，实现按照作物需求，无人值守的自适应灌溉。并具备历史记录查询和存储功能。节点控制器可独立运行，系统裁剪性良好。同现有技术相比，本实用新型具有节能、节水、可视化等优点。

Description

风光电互补节能节水灌溉装置
技术领域
本实用新型涉及一种风光电互补节能节水灌溉装置，属于节能节水灌溉技术领域。
背景技术
风光电互补节能系统应用趋于成熟，应用于本装置具有稳定、高效的特点。目前的灌溉装置网线铺设繁琐，灌溉自动化程度低，对能源和水资源浪费较大，使用成本高，不适合在广大农村地区推广。
发明内容
本实用新型的目的在于：提供一种风光电互补节能节水灌溉新装置。主控制器和节点控制器均采用风光电互补模块供电，结合嵌入式技术、无线通信技术和自动控制技术，开发出了一套风光电互补节能节水灌溉新装置。
本实用新型的技术方案。风光电互补节能节水节水灌溉装置，构造包括主控制器和节点控制器，主控制器分别与空气温湿度传感器、风速传感器、风光电互补模块、GPRS模块连接；主控制器通过GPRS模块分别连接至少1个节点控制器，节点控制器的单片机分别与土壤温湿度传感器、流量传感器、第一自保持式脉冲电磁阀、第二自保持脉冲电磁阀、电磁阀驱动模块、电源接口、风光电互补模块、LED指示报警和仿真器接口连接。
上述的风光电互补节能节水节水灌溉装置，主控制器和节点控制器还分别与蓄电池组连接，蓄电池组连接风光电互补控制器，风光电互补控制器分别连接光伏组件和风力发电机。
上述的风光电互补节能节水节水灌溉装置，主控制器采用Samsung S3C2440A ARM9微处理器，单片机采用工业级C8051F310。
本实用新型采用的主控制器具有可视化的人机界面，界面友好。主控制器和节点控制器均可采用风光电互补模块供电，还具备低功耗模式，可在不通电的地区使用。主控制器与节点控制器采用GPRS方式通信，突破了地域的限制。主控制器采用自动/手动切换灌溉模式供管理者选择，具有中央控制的特点，并具备设定数据库、历史记录查询和存储功能。节点控制器可独立运行，系统裁剪性良好。同现有技术相比，本实用新型具有节能、节水、自动化程度高等优点。
附图说明
附图1为本实用新型的结构示意图；
附图2为本实用新型主控制器的程序流程图；
附图3为本实用新型节点控制器的程序流程图。
具体实施方式
本实用新型的实施例。风光电互补节能节水灌溉装置，如图1所示，构造包括主控制器5和节点控制器10，主控制器分别与空气温湿度传感器4、风速传感器6、风光电互补模块16、GPRS模块7连接；主控制器5通过GPRS模块7分别连接至少1个节点控制器10，节点控制器10以单片机12为核心控制芯片，单片机12分别与土壤温湿度传感器8、流量传感器9、第一自保持式脉冲电磁阀14、第二自保持脉冲电磁阀15、电磁阀驱动模块18、电源接口19、风光电互补模块16、LED指示报警11、仿真器接口13连接。主控制器5采用Samsung S3C2440A ARM9芯片，节点控制器10采用工业级C8051F310芯片12，GPRS模块7采用TE-GPRS系列微功率无线透明数据传输模块。空气温湿度传感器4、风速传感器6、土壤温湿度传感器8和自保持式脉冲电磁阀分别采用市场上稳定、低功耗的产品。
风光电互补模块16还分别与光伏组件1、风力发电机17、风光电互补控制单元2、蓄电池组3连接，实现风光电互补供电，可在不通电的地区使用。
主控制器5的嵌入式操作系统是一个紧凑的、高效且可扩展的32位操作系统，适用于各种嵌入式系统和产品。它拥有多线程、多任务和确定性的实时、完全抢占式优先级的操作系统环境，专门面向只有有限资源的硬件系统。同时它的模块化设计方式使得系统开发人员和应用开发人员能够为多种多样的产品来定制它，可以选择、组合和配置WinCE的模块和组件来创建用户版的操作系统。支持四种体系结构的MCU(ARM、MIPS、SH4和x86)，具有与图形用户界面基本一致的桌面操作系统，支持PAN、LAN、WAN、BlueTooth和WIFI的网络连接和音频视频的编解码，多语言、多进程，组件化的开发方式，基于VS的集成开发环境。WinCE继承了Windows操作系统的优点，拥有完善的GUI图形界面，最多的应用开发资源、以及最具有可用性的开发工具，故在智能手机、家庭自动化、信息家电、个人导航、工业控制等领域得到广泛应用。
主控制器5的应用程序开发是在VS2008集成开发环境下进行的，分别建立以下线程：1、当前状态的线程private System.Threading.Thread CurrentStateThread；2、自动灌溉线程private System.Threading.Thread PureThread；3、自动灌溉后台运行线程PureThread.IsBackground＝true；4、定义自动灌溉线程的优先级PureThread.Priority＝System.Threading.ThreadPriority.Lowest；5、定义自动灌溉线程有效性PureFunValid；6、定义自动灌溉线程挂起System.Threading.Thread.Sleep(100)；通过线程之间的相互通信、相互协调，并行的工作以完成多项任务，以提高系统的效率。
主控制器5的程序流程如图2所示。
节点控制器2选择RTX51Tiny嵌入式实时操作系统，具有运行速度快，对硬件要求低，使用方便灵活等优点。RTX51Tiny内核是KEIL公司开发的用于MCS51系列单片机的多任务实时操作系统。RTX51Tiny最多可有16个任务循环切换，支持任务间信号传递，可以并行地利用中断。RTX51Tiny是一个很小的内核，完全集成在KEIL C51编译器中。更重要的是，它仅占用800字节左右的程序存储空间，可以在没有外放数据存储器的单片机系统中运行，但应用程序仍然可以访问外部存储器。RTX51Tiny的任务状态具有运行(RUNN-ING)、就绪(READY)、阻塞(BLOCKED)、休眠(SLEEPING)、超时(TIMEOUT)几种；RTX51Tiny内核用超时(TIMEOUT)、间隔(INTERVAL)、信号(SIGNAL)等事件进行任务间的通信与同步。RTX51Tiny利用Keil C51编译器对全局变量和局部变量静态分配存储空间，将存储器管理转化为堆栈管理。每个任务都保留一个单独的堆栈区，全部堆栈管理都在IDATA空间进行。RTX51Tiny的os_wait函数可以等待时间到、时间间隔、来自任务或者中断的信号。
节点控制器10软件具体流程如图3所示：通过移植RTX51Tiny内核，根据应用需要，建立四个任务，分别为数据处理任务0，获取传感器数据任务1，开关阀任务2和计时任务3。RTX51Tiny调度器根据多任务调度算法让这些任务轮流占用CPU，系统上电初始化后，扫描中断后，再顺序扫描各任务，当串口接收到数据后引发中断，在中断函数中通过isr_send_signal()函数告知主任务。考虑到主控制器10发送的数据较单片机处理数据的速度快很多，单片机将接收到的数据通过函数EnQueue()存放在队列中，通过函数DeQueue()取出队列中的数据进行判断。当校验和位判断收到的数据正确时，先经过大小端变换，再通过os_send_signal(DO_COMMAND)执行相应的命令字节的命令。若是开关阀命令，开关阀任务通过函数os_send_signal(OPEN_CLOSE_VALVE)执行，接收到信号后执行开关阀操作。若是数据处理命令，通过os_send_signal(HANDLE_DATA_TASK)执行，获取传感器数据任务时间间隔函数为os_wait(K_TMO，255，0)。
节点控制器10的程序流程如图3所示。
本系统的工作过程如下：打开电源后，设置当前作物的温湿度限值，选择手动/自动控制模式。在手动模式下，主控制器5通过GPRS模块7控制节点控制器10，开/关阀、获取温湿度；在自动模式下，主控制器5可选择定时灌溉和自适应灌溉，当为定时灌溉时，管理者设定灌溉时间后，系统会自动将设定时间与当前时间做比较。若时间相等，通过GPRS模块7控制节点控制器10；当设定自适应灌溉时，主控制器5循环检测各节点控制器10的土壤温湿度传感器8的温湿度，当土壤温湿度超过限制时，通过GPRS模块7控制节点控制器，使其执行元件开始动作。无论手动还是自动模式，系统都会自动将各节点的温湿度数据和灌溉时间及当前状态存入SQL数据库中。在触摸屏界面上可以进行温湿度限值的修改、自动/手动模式切换、灌溉对象选择、设定灌溉计划和查看历史记录。
数据校验是采用偶校验的方式。考虑到数据的准确性，采用进行两次和校验的方式。如表4为数据帧格式表。节点控制器接收数据并保存在变量中，当收到校验和位1时执行一次和相加，若为0，则继续接收后面的数据。当接收校验和位2时再执行一次和相加，若为0，则执行对应的命令。其具体数据帧格式如表4所示，其命令字格式如表5所示。
表4数据帧格式表
  帧内容   起始位   长度  校验和位1   机器号   命令字   校验和位2
  字节数(byte)   1   1  1   1   …………   1
表5命令字格式表
  0   1   2   3   4   5   6   7
  通讯测试   求温度   求湿度   灌溉时间   开阀门   关阀门   设最小湿度   设最大湿度

Claims (3)

1.一种风光电互补节能节水节水灌溉装置，其特征在于：构造包括主控制器(5)和节点控制器(10)，主控制器(5)分别与空气温湿度传感器(4)、风速传感器(6)、风光电互补模块(16)、GPRS模块(7)连接；主控制器(5)通过GPRS模块(7)分别连接至少1个节点控制器(10)，节点控制器(10)的单片机(12)分别与土壤温湿度传感器(8)、流量传感器(9)、第一自保持式脉冲电磁阀(14)、第二自保持脉冲电磁阀(15)、电磁阀驱动模块(18)、电源接口(19)、风光电互补模块(16)、LED指示报警(11)和仿真器接口(13)连接。
2.根据权利要求1所述的风光电互补节能节水节水灌溉装置，其特征在于：主控制器(5)和节点控制器(10)分别与蓄电池组(3)连接，蓄电池组(3)连接风光电互补控制器(2)，风光电互补控制器(2)分别连接光伏组件(1)和风力发电机(17)。
3.根据权利要求1所述的风光电互补节能节水节水灌溉装置，其特征在于：主控制器(5)采用Samsung S3C2440AARM9微处理器，单片机(12)采用工业级C8051F310。
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