CN212153322U - 一种农田灌溉闸门控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种灌溉领域中的物联网技术运用，具体为一种农田灌溉闸门控制系统可实现控制便捷且通信方法简单，单个灌溉闸门的耗能低，从而实现蓄电池体积较小，可直接安装在闸门结构上，更加便于系统架设；包括用于与主闸门通信的云平台、用于与云平台和子闸门通信的主闸门和用于与主闸门通信的若干子闸门，所述主闸门包括用于为主闸门供电的蓄电池一、控制模块、用于与云平台通信的无线通信模块和用于与子闸门通信的Lora无线通信模块一；所述控制模块分别与无线通信模块和Lora无线通信模块一电连接，所述控制模块与蓄电池一电连接。

Description

一种农田灌溉闸门控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种灌溉领域中的物联网技术运用，具体为一种农田灌溉闸门控制系统。

背景技术

随着农田灌溉的自动化和智能化发展，传统的农田进行灌溉时都开始进行专门的水利铺设，特别是在北方地区，对于农田灌溉如何充分合理的利用水资源，是一直有待解决的技术问题。目前针对这一问题，传统的方式是先对农田进行渠道铺设，该渠道铺设中分为主渠道和分渠道，其中分渠道与各个农田连通，在分渠道与农田的连通处设计有手动控制闸门，传统的灌溉是对每一个分渠道中的闸门进行手动控制开闭，通过调节开闭时间的长短以及闸口打开大小的调节从而实现对农田进行灌溉，但随着种植的集中化和种植面积越来越大，所以人工控制的繁琐性和工作量越来越大，针对这一问题目前也出现了自动化闸门的设计。有中国专利CN207891829U 公开了一种渠道智能直升式闸门装置，通过远程控制闸门的升降，从而控制该渠道的通断、灌溉时长以及灌溉量，进而保证该农田的灌溉效果。

目前自动化灌溉的农田水利控制系统，主要采用的是多个具有 4G通信功能的智能闸门装置进行架设，通过通信使得每一个智能闸门装置与云平台进行数据通信，同时每一个智能闸门装置定时向云平台发送和接收数据包的形式来使得云平台获取智能闸门的运行状态以及对每一个智能闸门的运行控制，这样的架构会导致在云平台在不断的处于接收数据包并运算的状态，而每一个智能闸门需要不断的进行数据的收集和收发，不仅使得控制系统的数据库冗长、运算量巨大，还会导致每一个智能闸门装置的耗电量非常高，就单个在智能闸门装置而言，因为功耗的要求使得蓄电池体积和太阳能电池板的大小都较大。

而由于每一个智能闸门都是安装在农田中，而蓄电池无法与闸门结构进行集成，必须额外的空间对蓄电池进行安装，所以不得不在渠道上进行额外的混凝土铺设，进而导致整个系统的建设耗时长、耗材大。

随着种植技术的推进，农田灌溉的面积会越来越大且集中，由于农田的位置和环境的限制，采用这样的云平台与每一个智能闸门的通信控制方法显然无法更有效的匹配。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种农田灌溉闸门控制系统可实现控制便捷且通信方法简单，单个灌溉闸门的耗能低，从而实现蓄电池提交较小，可直接安装在闸门结构上，更加便于系统架设。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：一种农田灌溉闸门控制系统，包括云平台、与云平台和子闸门通信的主闸门和若干子闸门，所述主闸门包括用于为主闸门供电的蓄电池一、控制模块、用于与云平台通信的无线通信模块和用于与子闸门通信的Lora无线通信模块一；所述控制模块分别与无线通信模块和 Lora无线通信模块一电连接，所述控制模块与蓄电池一电连接；

每个用于与主闸门通信的子闸门包括蓄电池二、Lora无线通信模块二、电机驱动器二和IO模块，所述Lora无线通信模块二通过 IO模块与电机驱动器二电连接，所述Lora无线通信模块二还与蓄电池二电连接；

所述用于与主闸门通信的云平台与主闸门通过无线通信模块进行通信连接，所述主闸门通过Lora无线通信模块一与子闸门的Lora 无线通信模块二进行通信连接。

作为优选，所述无线通信模块可为4G通信模块。

作为优选，还包括太阳能电池板一和太阳能充电控制模块一，所述太阳能电池板一与太阳能充电控制模块一电连接，所述蓄电池一和控制模块电也均与太阳能充电控制模块一电连接。

作为优选，还包括太阳能电池板二和太阳能充电控制模块二，所述太阳能电池板二与太阳能充电控制模块二电连接，所述太阳能充电控制模块二还分别与蓄电池二和Lora无线通信模块二电连接。

作为优选，所述控制模块为采用罗克韦尔的micrologix1400或西门子S7-200smart。

作为优选，还包括用于驱动主闸门的升降闸门的电机驱动器一，所述电机驱动器一也与控制模块电连接。

作为优选，还包括电压采集模块一，所述电压采集模块一分别与主闸门的控制模块电连接，所述电压采集模块一还与蓄电池一电连接。

作为优选，还包括电压采集模块二，所述电压采集模块二通过 IO模块与子闸门的Lora无线通信模块二电连接，所述电压采集模块二还与蓄电池二电连接。

本实用新型所达到的有益效果：本实用新型的农田灌溉闸门控制系统摒弃了传统的云平台与各个闸门之间点对点的控制方式，而通过主闸门和子闸门之间进行内网通信和数据发送，主闸门与云平台之间进行外网通信和数据发送的形式，将一部分的运算、执行和调取命令统一由主闸门完成，而主闸门对子闸门进行控制后会收集子闸门的信息一同连通主闸门的信息定时对云平台进行反馈，而子闸门也不具备数据处理功能，仅就是执行机构且长时间处于待机状态，所以子闸门的功耗降低，进一步在硬件上实现了子闸门的结构更加精简，安装更加方便，占地空间更小，耗材更低，而主闸门即完成了子闸门的数据的通信和调取，也完成了与云平台直接命令的收发和数据的通信，这样的系统架构、结构设计以可适配面积更大的农田灌溉，还可以大大缩减成本。

附图说明

图1为本实用新型的主闸门的电路结构示意图；

图2为本实用新型的子闸门的电路结构示意图；

图3为本实用新型的子闸门的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

本实用新型的农田灌溉闸门控制系统中的主闸门中电机驱动器一用来驱动闸门的升降电机，从而实现对主闸门的开和关，电机驱动器一用于控制闸门的启停动作，主闸门一般安装在灌溉的水利渠道中的主渠道中，对于主闸门而言，一方面兼顾着整个农田的进水控制，另外也兼顾着通过无线通信模块与云平台实时通信以及与水利渠道中分渠道上的子闸门通过的Lora无线通信模块一通信的功能，其中无线通信模块可以根据运用场景进行选择，如果适配远距离传输则采用4G无线通信模块更佳，所以功耗较大，根据功耗以及待机时长需求，一般对于主闸门配备至少为24V/100A的蓄电池，由于蓄电池较大，所以需要在主渠道旁设计电池盒等结构，但由于混凝土的主渠道一般较宽，所以对于蓄电池的安装也非常的方便；同时主闸门可以根据需要适配太阳能供电装置，即太太阳能电池板一和太阳能充电控制模块一，所述太阳能电池板一与太阳能充电控制模块一电连接，所述蓄电池一和控制模块电也均与太阳能充电控制模块一电连接，从而保证主闸门的稳定续航，当然也可以根据应用场景对蓄电池进行直接供电的方式，主闸门还可以不具备闸门的开闸放水功能，只需要具有蓄电池、控制器、通信模块和Lora无线通信模块一，具有与云平台通信和与子闸门进行通信功能即可。

对于子闸门而言，由于其电控方面仅就这只有Lora无线通信模块二、与Lora无线通信模块二连接的IO模块以及与IO模块连接的电机驱动器二，并且Lora无线通信模块二长时间处于待机状态，所以整个子闸门的功耗非常低，配备一般不超过12V17Ah的蓄电池，所以蓄电池的体积较小，可以与子闸门的结构设计为一体式结构，子闸门一般安装在分渠道上，不论分渠道体积多大，都无需在额外布线和增设电池仓等结构。

这样的控制系统不仅在控制上实现了繁简分流、降低4G信号传输时的计算量，还可以在结构上大大提高系统铺设速度，减少布线，减少占用农田，各闸门通过对模拟量信号进行收集后通过通讯协议加密转换后实现通信和控制功能。

同时为了配合子闸门的使用，在农田灌溉系统建立的主闸门，其功能是实现与子闸门的通信以及与云平台之间通信功能，可以整合在任意子闸门的结构中实现主闸门的功能，也可以直接设计为控制箱接外接电源，实现主闸门的功能；在具体的通信连接时，由于子闸门的基本构成为Lora无线通信模块一、IO模块和电机驱动器二，主闸门为控制模块、无线通信模块和Lora无线通信模块二，所以主闸门的通信连接是完成对子闸门的电机驱动器二的控制信号的发送和反馈，从而实现对灌溉的渠道内的开闸放水和关闸停止灌溉；当增设电压采集模块后，其电压数据可以连通基本的通信连接的功能进行发送和反馈。

同时为了进一步可以反馈主闸门的蓄电池一的电量，增设有电压采集模块一，并且采集的信号可以由控制模块收集；

同理，在子阀门的电控结构上也增设有电压采集模块二采集蓄电池二的电量并将该电量信息发送给主闸门，一起发送给云平台。

具体的控制方法，电机驱动器一和电机驱动器二均采用PWM调速器，Lora无线通信模块一和Lora无线通信模块二采用4MHz传输功率，控制模块采用罗克韦尔的micrologix1400或西门子S7- 200smart，以水渠开始灌溉为例；云平台向主闸门发送开闸放水的信号，主闸门根据控制模块内存储的开闸放水信号进行命令调用，控制模块分别驱动电机驱动器一实现对主闸门的电机驱动使得主闸门的闸门打开，此时主闸门会进一步通过控制模块，驱动Lora无线通信模块一与子闸门的Lora无线通信模块二进行通讯，发出打开子闸的命令，Lora无线通信模块二通过IO模块中的output端口控制电机驱动器二实现对子闸门的闸门打开，并且子闸门的Lora无线通信模块二通过IO模块中的input端口还会获取蓄电池二的电压并向主闸门进行发送，一般采用每一小时采集一次，主闸门的控制模块，分别获取到自身的蓄电池一的电压后，连同子闸门的信息一同发送，通过主闸门的4G无线通信模块向云平台进行发送。

云平台通过数据解析，从而体现出主闸门的开启状态，以及子闸门的开启状态，如果出现电压采集模块一或二反馈的电压信号低，则说明主闸门的蓄电池或子闸门的蓄电池电量低。当完成开闸动作后，在未来的指定时间间隔内，子闸门处于待机状态，而主闸门会定时向子闸门进行数据包发送，让子闸门的Lora无线通信模块二按收到该数据包后，会调取电机驱动器二和电压采集模块二的数据并向主闸门进行发送，这些数据会连通主闸门收集到的自身的数据一同向云平台发送，从而保证云平台的数据在不断更新，而子闸门没有收到主闸门的通信命令时，始终处于待机状态。

这样的控制方式大大的降低了平台与闸门之间的通讯数据量，以及云平台的运算的工作量，通过对控制模块内预存命令的录入，闸门可以根据不同的通信命令通过控制模块对预存命令调用和执行，通过命令调用的控制方式，也可以大大的降低运算量。整个农田灌溉闸门控制系统不仅通信负荷大大降低，并且通过减少布线，减轻子闸门的体积和大小，使得硬件耗材减少。每一个子闸门的功耗极低，可适配为小功率蓄电池或锂电池。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种农田灌溉闸门控制系统，其特征在于：包括云平台、与云平台和子闸门通信的主闸门和若干子闸门，所述主闸门包括用于为主闸门供电的蓄电池一、控制模块、用于与云平台通信的无线通信模块和用于与子闸门通信的Lora无线通信模块一；所述控制模块分别与无线通信模块和Lora无线通信模块一电连接，所述控制模块与蓄电池一电连接；

每个用于与主闸门通信的子闸门包括蓄电池二、Lora无线通信模块二、电机驱动器二和IO模块，所述Lora无线通信模块二通过IO模块与电机驱动器二电连接，所述Lora无线通信模块二还与蓄电池二电连接；

所述用于与主闸门通信的云平台与主闸门通过无线通信模块进行通信连接，所述主闸门通过Lora无线通信模块一与子闸门的Lora无线通信模块二进行通信连接。

2.根据权利要求1所述的农田灌溉闸门控制系统，其特征在于：所述无线通信模块可为4G通信模块。

3.根据权利要求1所述的农田灌溉闸门控制系统，其特征在于：还包括太阳能电池板一和太阳能充电控制模块一，所述太阳能电池板一与太阳能充电控制模块一电连接，所述蓄电池一和控制模块电也均与太阳能充电控制模块一电连接。

4.根据权利要求1所述的农田灌溉闸门控制系统，其特征在于：还包括太阳能电池板二和太阳能充电控制模块二，所述太阳能电池板二与太阳能充电控制模块二电连接，所述太阳能充电控制模块二还分别与蓄电池二和Lora无线通信模块二电连接。

5.根据权利要求1所述的农田灌溉闸门控制系统，其特征在于：所述控制模块为采用罗克韦尔的micrologix1400或西门子S7-200smart。

6.根据权利要求1所述的农田灌溉闸门控制系统，其特征在于：还包括用于驱动主闸门的升降闸门的电机驱动器一，所述电机驱动器一也与控制模块电连接。

7.根据权利要求1所述的农田灌溉闸门控制系统，其特征在于：还包括电压采集模块一，所述电压采集模块一分别与主闸门的控制模块电连接，所述电压采集模块一还与蓄电池一电连接。

8.根据权利要求1所述的农田灌溉闸门控制系统，其特征在于：还包括电压采集模块二，所述电压采集模块二通过IO模块与子闸门的Lora无线通信模块二电连接，所述电压采集模块二还与蓄电池二电连接。

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