CN214504606U - 一种基于LoRa技术的无线低功耗阀门控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于LoRa技术的无线低功耗阀门控制器，包括电源模块、电源通断控制电路、电机驱动电路、电机位置检测电路、电机电流检测电路、MCU主控模块和LoRa通讯模块；电机电流检测电路将检测到的阀门电机的电流信号反馈至所述MCU主控模块，MCU主控模块通过控制电源通断控制电路和电机驱动电路，进而对阀门电机进行控制；LoRa通讯模块与MCU主控模块双向连接，以由LoRa通讯模块实现信号的无线传输。本实用新型提供的基于LoRa技术的无线低功耗阀门控制器，实现了滴灌节点和Lora网关之间的互联；对阀门的电机进行正反转精确控制，功耗低，节约更多的成本和水资源，由电机电流检测电路通过检测到大电流时候，进行对电路切断保护，安全可靠。

Description

一种基于LoRa技术的无线低功耗阀门控制器

技术领域

本实用新型属于农业灌溉控制技术领域，具体涉及一种基于LoRa技术的无线低功耗阀门控制器。

背景技术

传统的农业灌溉方法是通过人工灌溉，人工灌溉主要是漫灌，这种方式浪费大量水资源。目前主要流行的灌溉方式是通过阀门控制系统来实现对灌溉系统内的管道上的电磁阀进行控制。

现有的智能电动阀门执行装置在实际应用中通常采用分布式控制系统的现场总线系统，但是需要大量的I/O接口，而且在对智能电动阀门执行装置进行控制时，通常还需要安装转换控制柜等部件，以便于对智能电动阀门执行装置进行中途控制或者现场控制。因此，现有的智能电动阀门执行装置的现场接线十分繁杂，且信号传输过程受到较大的干扰，使得电动阀存在控制稳定性较差的问题，不仅要花费大量的资金采购电缆线、线架、控制柜和I/O等辅助设施，而且排线麻烦、检修复杂。由于灌溉的环境复杂，电缆长期暴露，易造成电缆老化，导致阀门处于失控状态，存在较多的安全隐患，在电机出现堵转的情况下，这时电流会急剧增大，容易烧毁电机，甚至会出现漏电的情况。

实用新型内容

为解决以上背景技术中存在的问题，本实用新型提供一种基于LoRa技术的无线低功耗阀门控制器，包括电源模块、电源通断控制电路、电机驱动电路、电机位置检测电路、电机电流检测电路、MCU主控模块和LoRa通讯模块。

电源模块与电源通断控制电路、MCU主控模块和LoRa通讯模块连接，以分别向电源通断控制电路、MCU主控模块和LoRa通讯模块供电，电源通断控制电路的输出端与电机驱动电路的输入端连接，电机驱动电路的输出端与阀门电机的驱动端连接，以由电源通断控制电路对电机驱动电路进行通断控制，进而由电机驱动电路对阀门电机进行控制；电机位置检测电路的输入端和电机电流检测电路的输入端均与阀门电机的输出端连接，电机位置检测电路的输出端分别与电机驱动电路和MCU主控模块的输入端连接，电机电流检测电路的输出端分别与电机驱动电路和MCU主控模块的输入端连接，以由电机电流检测电路将检测到的阀门电机的电流信号反馈至MCU主控模块，MCU主控模块的输出端分别与电源通断控制电路的输入端、电机驱动电路的输入端连接，以由MCU主控模块通过控制电源通断控制电路和电机驱动电路，进而对阀门电机进行控制；LoRa通讯模块与MCU主控模块双向连接，以由LoRa通讯模块实现信号的无线传输。

电机电流检测电路包括电流传感器，第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第一稳压二极管、第一电容、第一运算放大器、第二运算放大器；电流传感器的输出端与第一电阻的一端、第二电阻的一端和第二运算放大器的输出端连接，第二电阻的另一端通过第三电阻与第一电容一端串联，第一电容的另一端接地，第一稳压二极管的负极与第二电阻的另一端连接，第一稳压二极管的正极接地，第二运算放大器反向输入端与第一电阻的另一端、第四电阻的一端、第五电阻的一端连接，第二运算放大器的同向输入端与第一运算放大器的输出端、第六电阻的一端连接，第九电阻一端通过第十电阻与第一运算放大器的反向输入端、第六电阻的另一端连接，第八电阻一端与第七电阻一端、第一运算放大器的同向输入端连接。优选的是，电源通断控制电路包括低压稳压芯片、第一场效应管、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第一三极管、第二电容、第三电容、第四电容，其中，第二电容的一端连接低压稳压芯片的输入端和第一场效应管的漏极，第二电容的另一端接地，第一场效应管的源极连接电源,第一场效应管的栅极连接第一三极管的集电极,第十一电阻一端连接第一三极管的集电极，第十二电阻一端连接第一三极管的基极，第十二电阻另一端通过第十三电阻接地，第三电容与第四电容并联，两者的一个并联连接点连接低压稳压芯片的输出端，两者的另一个并联连接点接地。

在上述任一方案中优选的是，电机驱动电路包括电机驱动电路开路单元、电机驱动电路闭路单元和第二稳压二极管，电机驱动电路开路单元与第二稳压二极管的正极连接，电机驱动电路闭路单元与第二稳压二极管的负极连接；其中，电机驱动电路闭路单元包括第二场效应管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第五三极管、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻，其中第二场效应管漏极与第二稳压二极管的负极连接，第二场效应管栅极与第十三电阻一端、第十四电阻一端连接，第二场效应管源极与第十三电阻另一端、第三三极管的集电极、第十五电阻的一端、第五三极管发射极连接，第十四电阻的另一端与第二三极管发射极、第三三极管发射极连接，第二三极管集电极与第四三极管发射极、第十七电阻一端连接，第十五电阻另一端与第四三极管集电极、第二三极管基极、第三三极管基极连接，第四三极管基极通过第十六电阻与第十七电阻的另一端连接，第十七电阻另一端与第五三极管集电极连接，第五三极管集电极与第十八电阻一端连接。

在上述任一方案中优选的是，电机驱动电路开路单元与电机驱动电路闭路单元的电路结构相同。

在上述任一方案中优选的是，LoRa通讯模块采用SPI-LoRa-RA02型号芯片。

在上述任一方案中优选的是，MCU主控模块采用STM32F030X6型号的芯片。

与现有技术相比，本实用新型所具有的优点和有益效果为：

1.本实用新型的基于LoRa技术的无线低功耗阀门控制器，采用LoRa通讯模块实现了滴灌节点和Lora网关之间的无线通信连接，再通过Lora网关接入远端云服务器，可以实现多个滴灌节点与远端云服务器的一对多互联互通，从而最终实现了在滴灌野外无人看守，供电不便，拉线不便的情况下，对阀门的电机进行正反转控制，节约更多的成本和水资源。本实用新型采用无线通信，不需要现场拉线，减少了电路连线的隐患，提高了设备使用寿命。并且，该LoRa通讯模块可以由远端云服务器进行实施定时唤醒，LoRa通讯模块通过MCU主控模块向电源通断电路发送信号实现通断电的控制，来达到低功耗的目的，节约更多的用电成本和资源。

2.本实用新型在阀门电机和MCU主控模块之间增加了电机电流检测电路，利用电机电流检测电路通过检测大电流进行保护，当电机堵转时，电机中的电流过大，电机驱动电路在检测到电机堵转停止的时候，会向电机驱动电路发送信号，同时，电机电流检测电路在检测到大的电流的时候也会向电机驱动电路发送信号，电机驱动电路在接收到电机位置检测电路或电机电流检测电路的信号后会及时的切断电路进行保护，实现对阀门电机及时有效的保护，避免事故发生。

附图说明

图1为根据本实用新型实施例的基于LoRa技术的无线低功耗阀门控制器的电路原理框图；

图2为根据本实用新型实施例的基于LoRa技术的无线低功耗阀门控制器的电机电流检测电路的电路原理图；

图3为根据本实用新型实施例的基于LoRa技术的无线低功耗阀门控制器的电源通断控制电路原理图；

图4为根据本实用新型实施例的基于LoRa技术的无线低功耗阀门控制器的电机驱动电路原理图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，根据本实用新型的基于LoRa技术的无线低功耗阀门控制器，包括电源模块1、电源通断控制电路2、电机驱动电路3、电机位置检测电路5、电机电流检测电路6、MCU主控模块7和LoRa通讯模块8。

电源模块1分别为电源通断控制电路2、MCU主控模块7和LoRa通讯模块8供电，电源通断控制电路2的输出端与电机驱动电路3的输入端连接，电机驱动电路3的输出端与阀门电机4的驱动端连接，以由电源通断控制电路2对电机驱动电路3进行通断控制，进而由电机驱动电路3对阀门电机4进行控制；电机位置检测电路5的输入端和电机电流检测电路6的输入端均与阀门电机4的输出端连接，电机位置检测电路5的输出端分别与电机驱动电路3和MCU主控模块7的输入端连接，电机电流检测电路6的输出端分别与电机驱动电路3和MCU主控模块7的输入端连接，以由电机电流检测电路6将检测到的阀门电机4的电流信号反馈至MCU主控模块7，MCU主控模块7的输出端分别与电源通断控制电路2的输入端、电机驱动电路3的输入端连接，以由MCU主控模块7通过控制电源通断控制电路2和电机驱动电路3，进而对阀门电机4进行控制；LoRa通讯模块8与MCU主控模块7双向连接，以由LoRa通讯模块8实现信号的无线传输。

本实施例实现了滴灌节点和Lora网关之间的互联；Lora网关接入远端云服务器，从而最终实现了在滴灌野外无人看守，供电不便，拉线不便请款下，对阀门电机进行正反转控制，节约更多的成本和水资源。

电机电流检测电路6通过检测大电流进行保护，当阀门电机出现堵转的情况，此时流过阀门电机的电路电流急剧增大时候，不必等软件响应，电机电流检测电路6和电机位置检测电路5直接反馈给电机驱动电路3信号，电机驱动电路3能够及时的切断与阀门电机连接的电路进行保护，从而保证了阀门电机4的安全，避免事故发生。

通过电脑端远程对LoRa通讯模块8实施定时唤醒，LoRa通讯模块8通过MCU主控模块7向电源通断控制电路8发送信号实现通断电的控制，来达到低功耗的目的，节约更多的用电成本和资源。

在本实用新型的实施例中，LoRa通讯模块8采用SPI-LoRa-RA02型号的芯片。MCU主控模块7采用STM32F030X6型号的芯片。

如图2所示，电机电流检测电路6包括电流传感器U5，第一电阻R10、第二电阻R16、第三电阻R29、第四电阻R15、第五电阻R12、第六电阻R18、第七电阻R17、第八电阻R20、第九第十六电阻R35、第十电阻R19、第一稳压二极管D2、第一电容C7、第一运算放大器U2.1、第二运算放大器U2.2；电流传感器U5的输出端与第一电阻R10的一端、第二电阻R16的一端和第二运算放大器U2.2的输出端连接，第二电阻R16的另一端通过第三电阻R29与第一电容C7一端串联，第一电容C7的另一端接地，第一稳压二极管D2的负极与第二电阻R16的另一端连接，第一稳压二极管D2的正极接地，第二运算放大器U2.2反向输入端与第一电阻R10的另一端、第四电阻R15的一端、第五电阻R12的一端连接，第五电阻R12的另一端接地，第四电阻R15的另一端连接电源，第二运算放大器U2.2的同向输入端与第一运算放大器U2.1的输出端、第六电阻R18的一端连接，第九第十六电阻R35一端通过第十电阻R19与第一运算放大器U2.1的反向输入端、第六电阻R18的另一端连接，第八电阻R20一端与第七电阻R17一端、第一运算放大器U2.1的同向输入端连接，第七电阻R17另一端接地。

如图3所示，电源通断控制电路2包括低压稳压芯片U1、第一场效应管Q3、第十一电阻R22、第十二电阻R6、第十三电阻R21、第一三极管Q6、第二电容C3、第三电容C5、第四电容C13，其中，第二电容C3的一端连接低压稳压芯片U1的输入端和第一场效应管Q3的漏极，第二电容C3的另一端接地，第一场效应管Q3的源极连接电源,第一场效应管Q3的栅极连接第一三极管Q6的集电极,第十一电阻R22一端连接第一三极管Q6的集电极，第十一电阻R22另一端连接场效应管Q6的源极，第十二电阻R6一端连接第一三极管Q6的基极，第十二电阻R6另一端通过第十三电阻R21接地，第一三极管Q6的发射极与电阻第十三电阻R21的一端连接，第三电容C5与第四电容C13并联，两者的一个并联连接点连接低压稳压芯片U1的输出端，两者的另一个并联连接点接地。

如图4所示，电机驱动电路3包括电机驱动电路开路单元31、电机驱动电路闭路单元32和第二稳压二极管D3，电机驱动电路开路单元31与第二稳压二极管D3的正极连接，电机驱动电路闭路单元32与第二稳压二极管D3的负极连接；其中，电机驱动电路闭路单32元包括第二场效应管Q1、第二三极管Q36、第三三极管Q31、第四三极管Q4、第五三极管Q32、第十三电阻R25、第十四电阻R26、第十五电阻R34、第十六电阻R3、第十七电阻R28、第十八电阻R5，其中第二场效应管Q1漏极与第二稳压二极管D3的负极连接，第二场效应管Q1栅极与第十三电阻R25一端、第十四电阻R26一端连接，第二场效应管Q1源极与第十三电阻R25另一端、第三三极管Q31的集电极、第十五电阻R34的一端、第五三极管Q32发射极连接，第十四电阻R26的另一端与第二三极管Q36发射极、第三三极管Q31发射极连接，第二三极管Q36集电极与第四三极管Q4发射极、第十七电阻R28一端连接，第二三极管Q36集电集还与电源连接，第十五电阻R34另一端与第四三极管Q4集电极、第二三极管Q36基极、第三三极管Q31基极连接，第四三极管Q4基极通过第十六电阻R3与第十七电阻R28的另一端连接，第十七电阻R28另一端与第五三极管Q32集电极连接，第五三极管Q32集电极与第十八电阻R5一端连接。

参考图4可知，电机驱动电路开路单元31与电机驱动电路闭路单元32电路结构相同，为对称结构，其区别点在于分别控制阀门电机4的打开和关闭。需要说明的是，电机驱动电路开路单元31与电机驱动电路闭路单元32电路结构可以相同或不同，只有能够实现控制阀门电机4的打开和关闭，均属于本实用新型的保护范围，在此不再赘述。

本实用新型的基于LoRa技术的无线低功耗阀门控制器的工作过程原理为：LoRa通讯模接8收到计算机端远程发出的信息指令后，向MCU主控模块7发出控制信号，MCU主控模7块再向电源通断控制电路2和电机驱动电路3发出控制信号，电源通断控制电路2通过接收MCU主控模块7的控制信号后通过控制自身与电机驱电路3连接部分的通断，来实现对电机驱动电路3和阀门电机4的通断控制，电机驱动电路3通过接收MCU主控模块7的信号执行对阀门电机4的正反转控制，计算机端通过对LoRa通讯模块8实施定时唤醒，向MCU主控模块7发出控制信号，MCU主控模块7再通过控制电源通断控制电路2的通断，进而控制阀门电机的运转与停止，从而实现低功耗的目的。

阀门电机4的输出端分别向电机位置检测电路5和电机电流检测电路6输出信号，当阀门电机4的电流处于正常值的时候，阀门电机4将电机将位置状态信号反馈至电机位置检测电路5，电机位置检测电路5再将信号反馈至MCU主控模块7，阀门电机4将电流信号反馈至电机电流检测电路6，电机电流检测电路6再将信号反馈至MCU主控模块7，MCU主控模块7再将电机阀门的开关位置状态信号和电流信号反馈至LoRa通讯模块8，LoRa通讯模块8再反馈至手机或电脑端，即可实现对阀门电机的状态参数监测。

当电机堵转，电机中的电流过大时，电机位置检测电路5在检测到电机堵转停止的时候，会直接向电机驱动电路3发送信号，同时，电机电流检测电路6在检测到大的电流的时候也会直接的向电机驱动3电路发送信号，电机驱动电路3在接收到电机位置检测电路6或电机电流检测电路5的信号后会及时的切断与阀门电机之间连接的电路从而实施保护，实现对阀门电机及时有效的保护。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (6)

1.一种基于LoRa技术的无线低功耗阀门控制器，其特征在于：包括电源模块、电源通断控制电路、电机驱动电路、电机位置检测电路、电机电流检测电路、MCU主控模块和LoRa通讯模块；其中，

所述电源模块与所述电源通断控制电路、所述MCU主控模块和所述LoRa通讯模块连接，以分别向所述电源通断控制电路、所述MCU主控模块和所述LoRa通讯模块供电，所述电源通断控制电路的输出端与所述电机驱动电路的输入端连接，所述电机驱动电路的输出端与阀门电机的驱动端连接，以由所述电源通断控制电路对所述电机驱动电路进行通断控制，进而由所述电机驱动电路对所述阀门电机进行控制；所述电机位置检测电路的输入端和所述电机电流检测电路的输入端均与所述阀门电机的输出端连接，所述电机位置检测电路的输出端分别与所述电机驱动电路和所述MCU主控模块的输入端连接，所述电机电流检测电路的输出端分别与所述电机驱动电路和所述MCU主控模块的输入端连接，以由所述电机电流检测电路将检测到的所述阀门电机的电流信号反馈至所述MCU主控模块，所述MCU主控模块的输出端分别与所述电源通断控制电路的输入端、所述电机驱动电路的输入端连接，以由所述MCU主控模块通过控制所述电源通断控制电路和所述电机驱动电路，进而对所述阀门电机进行控制；所述LoRa通讯模块与所述MCU主控模块双向连接，以由所述LoRa通讯模块实现信号的无线传输；其中，

所述电机电流检测电路包括电流传感器，第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第一稳压二极管、第一电容、第一运算放大器、第二运算放大器；所述电流传感器的输出端与所述第一电阻的一端、所述第二电阻的一端和所述第二运算放大器的输出端连接，所述第二电阻的另一端通过所述第三电阻与所述第一电容一端串联，所述第一电容的另一端接地，所述第一稳压二极管的负极与所述第二电阻的另一端连接，所述第一稳压二极管的正极接地，所述第二运算放大器反向输入端与所述第一电阻的另一端、所述第四电阻的一端、所述第五电阻的一端连接，所述第二运算放大器的同向输入端与所述第一运算放大器的输出端、所述第六电阻的一端连接，所述第九电阻一端通过所述第十电阻与所述第一运算放大器的反向输入端、所述第六电阻的另一端连接，所述第八电阻一端与所述第七电阻一端、所述第一运算放大器的同向输入端连接。

2.如权利要求1所述的一种基于LoRa技术的无线低功耗阀门控制器，其特征在于：所述电源通断控制电路包括低压稳压芯片、第一场效应管、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第一三极管、第二电容、第三电容、第四电容，其中，所述第二电容的一端连接所述低压稳压芯片的输入端和所述第一场效应管的漏极，所述第二电容的另一端接地，所述第一场效应管的源极连接电源,所述第一场效应管的栅极连接所述第一三极管的集电极,所述第十一电阻一端连接所述第一三极管的集电极，所述第十二电阻一端连接所述第一三极管的基极，所述第十二电阻另一端通过第十三电阻接地，所述第三电容与第四电容并联，两者的一个并联连接点连接所述低压稳压芯片的输出端，两者的另一个并联连接点接地。

3.如权利要求1所述的一种基于LoRa技术的无线低功耗阀门控制器，其特征在于：所述电机驱动电路包括电机驱动电路开路单元、电机驱动电路闭路单元和第二稳压二极管，所述电机驱动电路开路单元与所述第二稳压二极管的正极连接，所述电机驱动电路闭路单元与所述第二稳压二极管的负极连接；其中，所述电机驱动电路闭路单元包括第二场效应管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第五三极管、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻，其中所述第二场效应管漏极与所述第二稳压二极管的负极连接，所述第二场效应管栅极与所述第十三电阻一端、所述第十四电阻一端连接，所述第二场效应管源极与所述第十三电阻另一端、所述第三三极管的集电极、所述第十五电阻的一端、所述第五三极管发射极连接，所述第十四电阻的另一端与所述第二三极管发射极、所述第三三极管发射极连接，所述第二三极管集电极与所述第四三极管发射极、所述第十七电阻一端连接，所述第十五电阻另一端与所述第四三极管集电极、所述第二三极管基极、所述第三三极管基极连接，所述第四三极管基极通过所述第十六电阻与所述第十七电阻的另一端连接，所述第十七电阻另一端与所述第五三极管集电极连接，所述第五三极管集电极与所述第十八电阻一端连接。

4.如权利要求3所述的一种基于LoRa技术的无线低功耗阀门控制器，其特征在于：电机驱动电路开路单元与所述电机驱动电路闭路单元的电路结构相同。

5.如权利要求1所述的一种基于LoRa技术的无线低功耗阀门控制器，其特征在于：所述LoRa通讯模块采用SPI-LoRa-RA02型号的芯片。

6.如权利要求1所述的一种基于LoRa技术的无线低功耗阀门控制器，其特征在于：所述MCU主控模块采用STM32F030X6型号的芯片。

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