ES2208058A1 - Nodo de riego para un sistema integral de gestion por control remoto de redes hidraulicas de riego. - Google Patents
Nodo de riego para un sistema integral de gestion por control remoto de redes hidraulicas de riego.Info
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Abstract
Nodo de riego para un sistema integral de gestión, por control remoto, de redes hidráulicas de riego. Se describe un nodo de riego mediante el que se realiza el control sobre las válvulas de salida, y se recoge de forma continuada la información funcional para su envío a un centro de control. El nodo, asociado a una estación concentradora, estable conexión con esta vía radio, y alternativamente a través de cable, y comprende una arquitectura general compuesta por diversos módulos que incluyen alimentación, comunicaciones, control, entradas/salidas, y supervisión o "watchdog", estando este conjunto implementado en torno a dos microprocesadores independientes, de los que uno se utiliza a efectos de almacenamiento y control, y el otro está previsto a efectos de comunicaciones en asociación con transceptores apropiados.
Description
La presente invención se refiere a un nodo de
riego para un sistema integral de gestión, por control remoto, de
redes hidráulicas de riego, que aporta esenciales características de
novedad y notables ventajas con respecto a los medios conocidos y
utilizados para los mismos fines en el estado actual de la
técnica.
Más en particular, la invención desarrolla un
nodo de riego instalable en un sistema integral de gestión de redes
hidráulicas de riego, activable por control remoto generalmente
desde una estación concentradora asociada, mediante el que se da
respuesta a las necesidades de control y supervisión, así como a la
actuación a distancia, sobre los elementos que constituyen el
sistema físico de riego, con el fin de implementar funciones
relacionadas con la actuación sobre válvulas de riego, así como la
obtención de cualquier información relacionada con el estado y
funcionamiento de los diversos órganos que componen el sistema. El
sistema asociado está compuesto básicamente por un centro de
control, una o más estaciones concentradoras, y un número
predeterminado de nodos de riego relacionados con tales estaciones
concentradoras.
El campo de aplicación de la presente invención
se encuentra comprendido dentro del sector industrial dedicado a
la fabricación y/o instalación de automatismos de aplicación
general, y más en especial automatismos controlados
remotamente.
Es un hecho conocido la necesidad de riego
existente en las zona destinadas a cualquier tipo de cultivo, ya
sean cultivos agrícolas, o ya sean jardines o cualquier otra clase
de plantación. Hasta ahora, la mayor parte de las funciones
asociadas a las operaciones de riego, han sido realizadas
manualmente, con la intervención de personal dedicado
específicamente a esta clase de trabajos, teniendo por tanto que
desplazarse hasta el lugar, invirtiendo en ello costes de tiempo y
de medios.
Como se sabe, la posibilidad de ejercer
remotamente un control apropiado sobre determinados dispositivos u
órganos operativos asociados a los mismos, ha supuesto, desde hace
años, un avance muy ventajoso mediante el que ha sido posible
simplificar enormemente la operatividad inherente a tales
funciones, puesto que los costes de instalación para este tipo de
dispositivos no suelen ser excesivamente elevados, y por tanto el
ahorro proporcionado en tiempo, mano de obra, etc., justifica la
inversión y además resulta amortizable en un período de tiempo
aceptable. En este sentido se han desarrollado ya ciertos tipos de
instalaciones en las que, desde un centro de control remoto, se
ejerce el control de las diversas actuaciones por medio de
conexión, generalmente por radio, con un número de estaciones
concentradoras relacionadas a su vez, cada una de ellas, con un
determinado número de nodos de riego con los que se controla la
actuación de las diversas válvulas de paso del agua.
Aunque esta situación ha supuesto, como se ha
dicho, un importante avance en las operaciones de control a
distancia de una instalación de este tipo, también es cierto que la
conexión entre cada estación concentradora y los nodos asociados a
la misma, se realiza mediante cables, normalmente enterrados, que
con frecuencia resultan cortados o dañados por las diversas
operaciones que deben realizarse en el lugar de la instalación,
dejando así inoperante el sistema, y requiriendo la intervención de
un servicio de reparación y mantenimiento.
Tomando en consideración los inconvenientes
derivados de la conexión por cable en las instalaciones comentadas
anteriormente, la presente invención se ha propuesto, como objetivo
fundamental, el hecho de desarrollar un sistema mediante el que sea
posible realizar por radio un control efectivo sobre las funciones
asociadas a los diversos nodos de riego.
Este objetivo ha sido alcanzado plenamente
mediante el sistema desarrollado por la presente invención, en
virtud del cual resulta posible ejercer un control preciso sobre la
apertura/cierre de un conjunto de válvulas a través de las cuales
se suministra el agua de riego, sin necesidad de utilización de
medios materiales de conexión entre las estaciones concentradoras y
los nodos de riego asociados a cada una de ellas, y teniendo en todo
momento un conocimiento preciso de los parámetros inherentes al
funcionamiento del conjunto en un centro remoto de control, en
virtud de la comunicación bidireccional, por vía radio, existente
entre dicho centro de control y las estaciones concentradoras, las
cuales establecen asimismo comunicación vía radio con cada uno de
un número determinado de dichos nodos de riego. El centro de
control incorpora medios de gestión que, con preferencia, estarán
constituidos por uno o más ordenadores cargados con software de
gestión específico para la aplicación a la que se destina.
El nodo de riego de la invención proporciona así
un medio eficaz, económico, fiable y robusto, capacitado para
realizar operaciones tales como, por ejemplo, actuar sobre válvulas
biestables, leer contadores de agua, y obtener el estado de otras
entradas digitales y analógicas, realizando estas operaciones a
través de los comandos recibidos por comunicación digital.
Tal y como se ha dicho en lo que antecede, la
comunicación entre el nodo de la invención y la estación
concentradora asociada se realiza, preferentemente, vía radio,
aunque este hecho no debe interpretarse como limitativo, puesto que
también sería posible su utilización en base a una conexión
mediante cable.
Estas y otras características y ventajas de la
invención, se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la
descripción detallada que sigue de una forma preferida de
realización, dada únicamente a título de ejemplo ilustrativo y no
limitativo, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los
que:
La Figura 1 consiste en un diagrama de bloques
que representa esquemáticamente la arquitectura general de un
ejemplo de realización específica del sistema;
La Figura 2 muestra una representación de un
diagrama de bloques relativo a una forma de realización preferida
del nodo de riego de la invención;
La Figura 3 consiste en una representación
esquemática del circuito de alimentación preferido por la
invención;
La Figura 4 es una representación esquemática del
circuito de carga utilizado preferentemente por la invención para
la elevación de la tensión requerida por el condensador de
disparo;
La Figura 5 ilustra una representación
esquemática del circuito de disparo para la descarga del
condensador que determina la activación de la válvula;
La Figura 6 muestra varias representaciones (6.1
a 6.4), indicativas de los diversos estados de una válvula
utilizada según la invención;
La Figura 7 es una representación esquematizada
de los circuitos de entrada digital (Figura 7.1) y analógica
(Figura 7.2), asociados a la entrada del microprocesador de
almacenamiento y control, y
La Figura 8 ilustra una representación
esquemática de un circuito independiente, supervisor (o
"WatchDog") del funcionamiento de dicho microprocesador de
almacenamiento y control.
Tal y como se ha indicado en lo que antecede, la
descripción detallada de la forma de realización preferida de la
invención va a ser llevada a cabo tomando en consideración las
diversas figuras de los dibujos anexos, a través de los cuales se
utilizan las mismas referencias numéricas para designar partes
iguales o semejantes.
El nodo de riego propuesto por la invención, ha
sido dotado de las siguientes capacidades:
- Dirección configurable manualmente mediante
microswitch;
- Funcionamiento de tipo "peer to peer" con
la estación concentradora;
- Posibilidad de montaje para su actuación por
radiofrecuencia o mediante cable de conexión con la estación
concentradora;
- Actúa sobre válvulas biestables, con protección
contra sobrecarga, siendo la tensión y la duración del disparo
configurables mediante software;
- Monitorización de entradas digitales
externas;
- Contadores de pulsos, respaldados por pila de
larga duración;
- Lectura de tensión de alimentación del nodo y
de la pila;
- Lectura de sensor analógico externo;
- Alimentación de dispositivo externo
(transductor) con tensión mantenida durante un tiempo configurable
mediante software;
- Desconexión de la pila por software, para
transporte;
- Testeo del microprocesador mediante pulsador,
con indicación de funcionamiento correcto mediante destellos
proporcionados por un diodo "led" incorporado;
- Posibilidad de variar el ciclo de trabajo de
carga del condensador;
- Mecanismo de comprobación de consistencia de
valores de los contadores;
- Posibilidad de configuración de un margen de
variación de la entrada analógica que generaría un evento con el
valor de esta última; se utiliza en el caso de que el sensor
analógico esté alimentado de forma continua;
Además, el nodo de riego admite la posibilidad de
una configuración externa. En este sentido, el nodo se comunica
con la estación concentradora utilizando un protocolo de
comunicaciones predeterminado, recibiendo órdenes y peticiones de
información desde dicha estación concentradora. De acuerdo con la
invención, una buena parte de los parámetros de configuración del
nodo son modificables desde la estación concentradora, tales como,
en particular, las que se citan a continuación:
- Activación de generación de eventos en entradas
digitales, elección del flanco de forma independiente para cada
entrada;
- Incremento de contador necesario para generar
un evento, independiente para cada entrada;
- Tensión de carga del condensador;
- Tiempo de disparo;
- Ciclo de trabajo de carga del condensador para
disparo de electroválvulas;
- Tiempo de mantenimiento de la tensión en el
sensor externo, antes de realizar una lectura;
- Ciclo de trabajo de carga del condensador para
alimentación de entrada analógica;
- Umbral de alarma ante una bajada de tensión en
la pila, y
- Exceso de tiempo (o "timeout") de
actuación de evento.
Una vez establecidas las distintas capacidades
establecidas por la invención para el nodo de riego que es objeto
de descripción, se va a realizar en lo que sigue una explicación de
dicho nodo en relación con las distintas Figuras de los dibujos
anexos. Así, atendiendo en primer lugar a la representación de la
Figura 1, se puede apreciar en la misma un diagrama de bloques que
materializa una arquitectura de sistema del tipo de los empleados
para el control de los nodos de la invención, en la que se puede
apreciar que dicho sistema está estructurado en torno a uno (o más)
ordenador(es) 1, alimentado(s) desde una fuente
ininterrumpida 2 que a su vez está conectada a la red eléctrica.
Asociado a dicho ordenador 1 se encuentra un duplicador de imagen 4
para la pantalla 6 del ordenador central, y un proyector 3 de
imagen, preferentemente de tipo LCD, asociado a una pantalla
eléctrica 5. Además, el conjunto dispone de una impresora matricial
(no representada), mediante la que es posible realizar la impresión
de registros relativos a cualquier evento o alarma. Por otra
parte, para la interconexión entre dicho ordenador central 1 y los
elementos situados en posiciones remotas, se ha previsto la
utilización de un sistema de comunicaciones que incluye uno o más
modems 7 de radio, en combinación con una o más antenas 8 a través
de las cuales se establece la conexión radioeléctrica con las
estaciones remotas, según se indica gráficamente mediante la flecha
9.
Con esta configuración, y ubicado en el lugar
desde el que se desea ejercer el control de la red hidráulica, el
centro de control permite visualizar los datos relativos a las
estaciones de bombeo, así como visualizar y actuar sobre los
elementos de campo, y también permite otras funcionalidades
asociadas al centro de control, dependiendo siempre del software
de control implementado en el mismo, entre las que pueden
incluirse:
- intercambio de información con las estaciones
remotas por medio del módulo de comunicación con dichas estaciones,
mediante el que puede interrogar a tales estaciones para
solicitarles información sobre el estado de sus elementos, los
eventos y los valores acumulados;
- registro histórico, con la utilización de un
módulo apropiado en cuyo disco se archivan los eventos producidos
en el sistema, incluyendo la activación/desactivación de señales
digitales, cambios de valor o estado de señales analógicas, alarmas
de fallo de comunicación con equipos, valores de muestra de medidas
analógicas, entradas y salidas de usuarios del sistema, telemandos,
o cualquier otra;
- gráficos de control, con la utilización de un
sub-sistema de gráficos de control que permite la
generación y visualización de pantallas en las que se representan
los elementos fijos y variables de la aplicación, siendo las
funciones más importantes de este sub-sistema las de
importar gráficos, de tipo escalable, o los elementos básicos
relacionados con el estado de las señales y que se empleen en la
construcción de las distintas pantallas, permitiendo entradas y
salidas de texto, representación de símbolos en función de estados
de señales, botones de control, barras de nivel, o cambios de color
y posición de objetos, disponiendo además el
sub-sistema de distintos niveles de acceso que
permiten la visualización o control de áreas en función del usuario
presentado, y pudiendo referirse los gráficos de tendencia
presentados, a valores de tiempo real o bien a valores almacenados
en el registro histórico;
- gestión de alarmas, mediante al dispositivo
gestor correspondiente incorporado también en el sistema, y el cual
representa en pantalla aquellos eventos configurados previamente
por el usuario como suficientemente críticos como para requerir una
atención inmediata; su funcionalidad básica incluye el registro en
pantalla e impresora; líneas de alarma con fecha y hora de
aparición de la alarma, identificación de equipo o señal, área en
la que se encuentra, descripción de la señal, y descripción del
evento; presentación del estado de alarma, mediante un código de
colores, contemplando las distintas posibilidades de alarma de
nueva aparición sin reconocer por el operador, alarma reconocida
por el operador, y alarma que se activa y se desactiva sin
reconocimiento del operador; provisión de un número de niveles de
prioridad de alarmas, con preferencia tres o superior; posibilidad
de ordenar las alarmas por la fecha de aparición, por el área a la
que pertenece la señal, o por la prioridad; posibilidad de
configuración de alarmas "on line", es decir, posibilidad de
modificar prioridades, límites de alarma, grupo o área, sin
necesidad de detener la actuación del sistema; y emisión de una
señal acústica siempre que esté presente una nueva alarma, no
reconocida por el operador. A tal efecto, el sistema de control
está diseñado de modo que permite el envío al usuario de
determinadas alarmas a través de distintas vías de
telecomunicación, en función de la importancia de esa alarma,
incluyendo la función SMS de mensaje corto, o mensajes de voz a un
número de teléfono predeterminado;
- funciones específicas que, de acuerdo con lo
anterior, pueden consistir, por ejemplo, en: programación de
riegos por tiempo o por volumen aplicado, apertura y cierre de
válvulas en tiempo real, lectura de contadores en tiempo real, y
lectura de presiones.
El nodo de riego presenta una estructura general
compuesta por medio de una parte digital de control y
comunicaciones, y por una parte mixta digital y analógica, para
entradas/salidas y alimentación, cuya arquitectura general aparece
representada en la Figura 2 de los dibujos.
En lo que se refiere a la parte de control y
comunicaciones, está estructurada en torno a dos microprocesadores
(o "\muP"), de los que un primer microprocesador 10 se
destina a comunicaciones, y un segundo microprocesador 11
constituye el elemento de almacenamiento y control de entradas y
salidas (o "I/O"). La utilización de dos microprocesadores
diferentes permite que se pueda mantener una arquitectura estándar
para las comunicaciones, junto con una serie de funcionalidades de
bajo consumo y capacidad de proceso superior para el control de I/O.
El \muP 10 de comunicaciones, está capacitado para el
establecimiento de comunicaciones vía radio (bloque 12), o por
medio de cable (bloque 13), mientras que el \muP 11 de
almacenamiento y control dispone de una serie de componentes
periféricos asociados al mismo, tales como un dispositivo de
alimentación con regulador incorporado (bloque 14), conectado a
dicho microprocesador 11 a través de un conmutador que permite
seleccionar la alimentación desde dicho bloque 14 de alimentación o
desde una batería representada por el bloque 16, proporcionando
también dicho alimentador 14 la energía eléctrica necesaria para el
circuito de carga (bloque 17). Además, el microprocesador 11 de
almacenamiento y control presenta también las salidas necesarias
tanto para la activación del circuito de carga 17, como para su
conexión a las válvulas y sensores (bloque 18); por otra parte, las
entradas digitales y analógicas de este mismo \muP 11 aparecen
representadas por los bloques 19 y 20, respectivamente. Por último,
el circuito de "watchdog" asociado al \muP 11 aparece
representado esquemáticamente mediante el bloque 21 de esta misma
Figura.
La configuración general mostrada en la Figura 2,
en base a dos microprocesadores 10, 11 diferenciados, permite que
se puedan implementar las distintas funcionalidades de
comunicaciones y control de una forma realmente eficaz con respecto
a toda la electrónica necesaria para la realización del nodo de
riego de la invención. En lo que sigue se van a examinar, por
separado, las características que distinguen a cada uno de los
módulos que son apreciables en dicha Figura 2, y que en particular
comprenden la alimentación, comunicaciones, control,
entradas/salidas, y "watchdog".
En primer lugar, si se atiende a la Figura 3, se
puede apreciar en la misma la representación esquemática del
módulo de alimentación que ha sido previsto por la invención, y que
se corresponde con el bloque 14 de la Figura anterior. En este
módulo la tensión de alimentación se suministra en la entrada 22, y
tras ser estabilizada en el bloque 23, se suministra al control 24
que dispone en su salida 25 la tensión de alimentación para el
microprocesador 11 de almacenamiento y control y los contadores,
permitiendo además este control conmutar mediante software la
tensión de alimentación entre una fuente externa y la suministrada
por una pila en la entrada 26. La línea 27 de salida proporciona
la alimentación necesaria para el resto del circuito. El módulo de
alimentación incorpora además protecciones contra inversiones y
sobretensiones, materializadas en el esquema mediante el bloque
28.
En lo relativo al aspecto de comunicaciones, la
invención ha previsto, como se ha dicho anteriormente, la
incorporación del microprocesador 10 de control de esa función
específica. La comunicación con la estación concentradora se realiza
mediante un protocolo adecuado, con la utilización de un
transceptor radio, o eventualmente mediante cable, haciendo dicho
microprocesador 10 de puente entre la estación concentradora y el
microprocesador 11 de control. Así, cuando se detecta alguna
portadora en el bus, el microprocesador 10 de comunicaciones
"despierta" y recoge el mensaje, analizándolo y determinando a
continuación su direccionamiento a partir de la dirección indicada
por los microswitches incorporados. Si el mensaje está destinado a
dicho microprocesador, este último ejecuta el comando, el cual
consiste habitualmente en una orden que deberá ser efectuada por el
microprocesador 11 de almacenamiento y control. Si el destino del
mensaje no es el microprocesador 10, éste lo ignora y vuelve a su
estado de "sleep".
El \muP 10 solamente se encarga de las
comunicaciones, por lo que cualquier orden, o incluso la lectura de
los microswitches que definen el número de nodo, se realiza a
través del \muP 11 de almacenamiento y control. En concreto, la
realización dispone que la lectura del número de nodo se realice
cada vez que el \muP 10 sale de un reset. La comunicación entre
ambos microprocesadores se realiza a través de un canal serie que
funciona junto con una serie de líneas de control.
El bus de campo empleado puede ser cualquier
protocolo estándar abierto, con tal de que sea apropiado para
cumplir con los objetivos establecidos. Resulta deseable que
proporcione, con preferencia, servicios tales como: peticiones y
respuestas ("master-slave"), confirmaciones;
autentificación; reintentos; mensajes "multicast";
comunicación "peer to peer" basada en eventos;
direccionamiento, enrutamiento; codificación de los datos; CRC para
la detección de errores de transmisión; CSMA predictivo,
anticolisión, prioridad y detección de colisión.
En un ejemplo de realización concreta, cada nodo
de riego tiene definidas 6 variables de red para el protocolo de
comunicaciones utilizado. Cada una de estas variables envía un tipo
de información diferente, como son contadores, configuración,
entradas digitales u órdenes. Todos los nodos tienen las mismas
seis variables de red declaradas, por lo que, desde el punto de
vista de las comunicaciones, todos los nodos son iguales,
diferenciándose únicamente por su número de identificación propio.
Con esta disposición, un nodo averiado puede ser cambiado sin
necesidad de tener que realizar una instalación con las
herramientas específicas de ese protocolo in situ.
Se podrán emplear diferentes tipos de
transceptores que sean compatibles con el \muP 10 de
comunicaciones que se haya utilizado. Con preferencia, la
frecuencia para la comunicación vía radio se establecerá en una
banda de frecuencia libre tal como, por ejemplo, la de 433 MHz u
otra similar.
Las funciones asociadas a las operaciones de
control central de la funcionalidad del nodo, vienen proporcionadas
por el microprocesador 11 de almacenamiento y control,
correspondiendo a éste tomar las decisiones sobre el hardware de
control.
Este microprocesador permanece la mayor parte del
tiempo en estado de "sleep", de tal modo que su consumo
resulta muy bajo. Puede ser despertado mediante alguna variación en
alguna de las entradas digitales, o mediante una petición por parte
del microprocesador 10 de comunicaciones. Cuando se despierta a
causa de una entrada digital, el microprocesador 11 permanece en
este estado durante el tiempo necesario para actualizar sus
variables internas y notificar el evento al microprocesador 10 de
comunicaciones. Cuando lo hace a requerimiento de dicho
microprocesador 10 de comunicaciones, debe permanecer despierto
durante el tiempo necesario para realizar el comando y devolver una
respuesta a dicho microprocesador 10 de comunicaciones. El comando
más largo consiste en la carga del condensador de descarga, durante
cuyo período debe permanecer despierto todo el tiempo.
Prácticamente, la funcionalidad total del nodo de
riego se realiza desde el microprocesador 11 de almacenamiento y
control, salvo lo relativo a las comunicaciones. Así, de una manera
más detallada, las funciones implementadas por el \muP 11 son las
siguientes: proporcionar dirección al nodo; ejecutar órdenes de
carga y disparo del condensador sobre las electroválvulas;
supervisar el correcto funcionamiento del \muP 10 de
comunicaciones; recibir, almacenar y transmitir en caso necesario,
los pulsos detectados en las entradas digitales; medir el estado de
la alimentación principal (externa) y secundaria (pila); leer y
transmitir el valor de la entrada analógica; ejecutar órdenes de
carga y disparo del condensador sobre un sensor externo, y mantener
conectada la pila en funcionamiento normal, o desconectarla para
almacenamiento. Estas distintas funciones las realiza el \muP 11
de almacenamiento y control mediante los bloques de: circuito de
carga, circuito de disparo, entradas digitales, y entradas
analógicas, según se describe a continuación.
Con relación al circuito de carga, tiene como
cometido el hecho de elevar la tensión de alimentación hasta el
nivel requerido para realizar la carga del condensador de disparo,
pudiendo ser esta tensión variada por software. Su esquema
eléctrico aparece representado en la Figura 4, y se observa la
utilización de un transformador 29 al que se suministra la tensión
de alimentación por una entrada 30. Puesto que la alimentación de
entrada se realiza con corriente continua, es necesario llevar a
cabo la conversión de la misma en una corriente variable, con el
fin de obtener tensión en el secundario del transformador. Esto se
consigue abriendo/cerrando cíclicamente la alimentación del
primario a una frecuencia predeterminada, mediante la utilización
de una salida PWM (Modulación de Ancho de Pulso) del \muP 11. El
régimen exacto de conmutación de la alimentación del primario debe
ser fijado de forma que la tensión de carga del condensador no sea
excesiva, y que la intensidad que consume el primario sea también
limitada. Estos parámetros dependen de la tensión de alimentación y
de la tensión presente en el condensador, por lo que el \muP 11
vigila constantemente ambas tensiones y modifica el régimen de
carga en función de las mismas, según una tabla previamente
establecida.
La situación de interrupción de la alimentación
del primario del transformador 29 a la frecuencia establecida,
aparece esquematizada mediante el interruptor 31. Esta interrupción
puede ser proporcionada con la utilización de un transistor u otro
componente apropiado. Además, dentro del circuito también está
presente una señal de detección de sobreintensidad en el
condensador, que genera una interrupción en el \muP 11, y que
está materializada mediante la salida indicada con 32 en el esquema
de la Figura 4. Esta señal está disponible continuamente, y tiene
como objetivo principal el hecho de proteger el circuito de disparo
ante cortocircuitos en el cableado hacia las válvulas. El circuito
se basa en la medición de la tensión en bornas de una resistencia
33 de muy bajo valor. Cuando pasa mucha corriente (situación de
sobrecarga por cortocircuito o similar), la tensión en bornas de la
resistencia sube, con lo que la entrada asociada a 32 en el \muP
11 se activa, procediendo este último a cortar el paso de
corriente.
En lo que se refiere al circuito de disparo,
aparece representado en la Figura 5 de los dibujos, y está
destinado a realizar la descarga del condensador sobre las válvulas
o sobre la alimentación de un sensor externo. Cada salida está
conectada por defecto a masa de forma continua. Cuando se quiere
disparar una salida 34, el \muP 11, a través de un circuito 35
que lo protege y adapta su tensión para actuar sobre los
transistores de conmutación, abre el transistor 36 que conecta la
salida a masa, y cierra el 37 que conecta el terminal positivo del
condensador 38. Esta conmutación se realiza durante un tiempo
determinado por software, y será detenida en caso de que se active
la señal de cortocircuito. Al cumplirse el tiempo prefijado, la
salida vuelve a ser conectada a masa.
La bobina de una válvula biestable de las
utilizadas en relación con los nodos de riego de la invención, ha
de ser conectada a dos salidas, según se muestra a continuación en
las distintas representaciones de la Figura 6. La ilustración 6.1
muestra el estado de reposo de la bobina 39 incorporada por la
válvula biestable, en el que ambos extremos de la bobina se
encuentran conectados a masa a través de 36, 36'. El sentido en el
que actúa la válvula (abrir o cerrar), depende de la intensidad de
la corriente que la recorre, por lo que, para realizar el cierre
habrá que hacer circular una determinada intensidad por la bobina
39 en una determinada dirección, durante un cierto tiempo, y para
abrir la válvula el sentido de la intensidad debe ser contrario,
tal como se muestra en las Figuras 6.2 y 6.3, correspondientes
respectivamente a la acción de cierre y de apertura, y en las que
se pueden apreciar los cambios de posición relativa de cierre o
apertura, adoptada por los conmutadores 36, 36'; 37, 37'.
El ejemplo mostrado en las representaciones 6.1 a
6.3 corresponde a un caso de una válvula de dos hilos. El
funcionamiento de una válvula de tres hilos es similar, con la
particularidad de que el punto central 40 de la bobina 39 debe ser
conectado a masa, tal y como se indica en la ilustración 6,4.
Finalmente, en lo que se refiere a las entradas,
ya sean digitales o ya sean analógicas, han sido representadas
esquemáticamente en las ilustraciones 7.1 y 7.2, respectivamente, de
la Figura 7 de los dibujos.
De acuerdo con la invención, el microprocesador
11 de almacenamiento y control recibe desde el exterior un número
de entradas digitales, de la que una parte son utilizadas como
contadores y el resto como genéricas, estando tales entradas
asociadas a interrupciones activadas por flanco. En la ilustración
de la Figura 7.1, se aprecia que una entrada de este tipo muestra,
en primer lugar, una puerta lógica 41, con histéresis que evita
oscilaciones cuando la señal se encuentra en el umbral de
detección. Este inversor va seguido de un filtro 42 que elimina
todas las señales cuya frecuencia está por encima de un valor
predeterminado, y que con preferencia será del orden de 10 Hz por
corresponder esta frecuencia con el límite superior admitido en las
entradas digitales.
Cuando se produce una variación en la señal
digital, el \muP 11 la detecta a través de una interrupción, y
trata la información de la forma correspondiente en función de que
sea un contador o una entrada digital genérica.
Si se trata de un contador, incrementa tres
variables donde se guarda el valor del contador por triplicado.
Antes de incrementarlas, se asegura de que las tres tengan el mismo
valor, puesto que, si no es así, ello sería indicativo de que
alguna de las variables ha quedado corrupta por un fallo del
microprocesador (reset), y toma como valor correcto del contador el
que sea igual o tenga una diferencia menor de 5 unidades en dos de
las variables. Después de incrementarlas, notifica el valor del
contador al \muP 10 de comunicaciones en caso de que en ese
momento estuviese activo el envío de eventos del contador,
encargándose dicho \muP 10 de enviarlo con la utilización del
protocolo de comunicaciones.
Si se trata de una entrada digital genérica y
está activado el envío de eventos para esa entrada, se realiza la
notificación al \muP 10 de comunicaciones, el cual realizará el
envío con la utilización del protocolo de comunicaciones.
Por otro lado, en lo que se refiere a las
entradas analógicas, el \muP 11 de almacenamiento y control
dispone de un número de ellas, de las que tres se utilizan para
monitorizar la tensión de la pila, de la alimentación, y de la
carga del condensador, mientras que al menos otra entrada se
encontrará disponible para entrada analógica externa. El circuito
de entrada aparece representado en la ilustración 7.2, en la que
puede apreciarse un primer bloque 43 constitutivo de un medio de
protección del microprocesador contra cualquier tensión de entrada
que sea superior a la de su alimentación, a continuación del cual
aparece un segundo bloque 44 constitutivo de un filtro RC para
eliminar el rizado de la señal, y un tercer bloque 45 consistente
en una resistencia conectable mediante un jumper que permite la
entrada en valores predeterminados de tensión y de corriente.
La entrada analógica puede ser configurada por
software, de modo que se envíe un evento cuando varíe más de un
cierto margen.
El último módulo del nodo de riego de la
invención, está constituido por el circuito de "watchdog" 21,
el cual aparece representado, de forma esquematizada, en la Figura
8 de los dibujos. Este circuito funciona de forma independiente al
resto de la placa, y se utiliza para la supervisión del correcto
funcionamiento del \muP 11 de almacenamiento y control, y del
\muP 10 de comunicaciones de forma indirecta. Consiste en un
oscilador RC señalado con la referencia 46, y conectado a la
entrada de reloj de un contador 47. Con cada oscilación del
circuito RC, el contador 47 aumenta su valor en una unidad. Al cabo
de un número de oscilaciones correspondientes a un espacio de
tiempo predeterminado (por ejemplo, 15 segundos), se activa una
salida 48 del contador, que está conectada a una interrupción del
\muP 11 de almacenamiento y control. Este último debe responder
mediante la activación de una salida conectada al reset del
contador. Si la activación se produce, el contador 47 se inicializa
y comienza la cuenta para volver a dar un pulso en el tiempo
predeterminado (en el ejemplo considerado, 15 segundos). En caso
contrario, el contador continúa incrementándose hasta que en un
momento posterior al envío de la señal al \muP 11 (por ejemplo,
en un tiempo de 20 segundos, es decir, 5 segundos después del envío
de la señal), activa una salida 49 conectada al reset del \muP 11
de almacenamiento y control.
Cada n veces que el \muP 11 de almacenamiento y
control recibe la señal del watchdog 21, despierta el
microprocesador 10 de comunicaciones, y comprueba que responde
correctamente. Si la respuesta del \muP 10 de comunicaciones no
se produce, el \muP 11 de almacenamiento y control se encarga de
resetearlo.
En lo que antecede, ha sido descrita desde un
punto de vista detallado, la arquitectura correspondiente a la
implementación electrónica del nodo de riego de la invención. Puesto
que el lugar habitual de instalación de este tipo de nodos de
riego corresponde con lugares en los que normalmente no existe red
eléctrica, la electrónica del mismo ha sido diseñada para una
alimentación de bajo consumo, lo que permite, en especial, la
utilización de una batería de alimentación asociada al nodo, y
mantenida en estado óptimo de carga con la utilización de un panel
solar.
No se considera necesario hacer más extenso el
contenido de esta descripción para que un experto en la materia
pueda comprender su alcance y las ventajas derivadas de la
invención, así como desarrollar y llevar a la práctica el objeto de
la misma.
No obstante, debe entenderse que la invención ha
sido descrita según una realización preferida de la misma, por lo
que puede ser susceptible de modificaciones sin que ello suponga
alteración alguna del fundamento de dicha invención, pudiendo
afectar tales modificaciones, en especial, a la forma, al tamaño
y/o a los materiales de fabricación del conjunto o de sus partes, y
también a los medios y dispositivos electrónicos utilizados y a la
programación definida para los mismos.
Claims (9)
1. Nodo de riego para un sistema integral de
gestión, por control remoto, de redes hidráulicas de riego,
asociado a una estación concentradora que a su vez está enlazada,
normalmente vía radio, con un centro de control situado en posición
remota, siendo dicho nodo de riego el encargado de controlar la
actuación de las válvulas de salida, y estando además el nodo
capacitado para recoger la información correspondiente a las
señales de caudal y presión en cada válvula, que se
caracteriza porque en una primera forma de realización
preferente de la invención, la comunicación entre cada nodo y la
estación concentradora de la que depende, se realiza de forma
inalámbrica, vía radio, y porque cada nodo está implementado en
torno a una circuitería electrónica que permite llevar a cabo las
distintas funciones operativas y de control asignadas al mismo,
incluyendo dicha circuiteria electrónica:
- un módulo de alimentación
- un módulo de comunicaciones
- un módulo de control
- un módulo de entradas/salidas, y
- un módulo de supervisión o "watchdog".
2. Nodo de riego según la reivindicación 1, que
se caracteriza porque el módulo de alimentación incluye
medios (23) de estabilización de la tensión de entrada; medios (24)
de conmutación entre la alimentación externa o la pila de
alimentación incorporada, con control de conexión/desconexión de la
pila por medio de software; y medios de protección contra
sobretensiones y/o sobreintensidades.
3. Nodo de riego según la reivindicación 1, que
se caracteriza porque el módulo de comunicaciones está
estructurado en torno a un microprocesador (10) de comunicaciones,
con la utilización de un protocolo de comunicaciones, y que a
través de un transceptor adecuado, compatible con el protocolo
utilizado, establece las comunicaciones deseadas, en los instantes
predeterminados, con la estación concentradora, preferentemente vía
radio (12) o alternativamente por medio de cable (13).
4. Nodo de riego según una o más de las
reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque el
módulo de control está estructurado en torno a un microprocesador
(11) de almacenamiento y control, encargado de llevar a cabo el
control central de la funcionalidad del nodo con vistas a la toma
de decisiones sobre el hardware de control, contando para ello con
un número de bloques diferentes materializados en:
- un circuito de carga,
- un circuito de disparo,
- entradas digitales, y
- entradas analógicas.
5. Nodo de riego según la reivindicación 4, que
se caracteriza porque en una realización preferida de dicho
circuito de carga, se ha previsto la incorporación de un medio de
elevación de tensión, en particular un transformador {29), cuyo
primario se encuentra conectado a un convertidor de corriente
continua a corriente variable, susceptible de conexión/desconexión
(31) de la alimentación al primario del transformador a una
frecuencia determinada dependiente de los valores de tensión carga
del condensador de descarga y de la intensidad que circule por
dicho arrollamiento primario, estando estos valores controlados
por el citado microprocesador (11) de almacenamiento y control, y
siendo este último el encargado de modificar el régimen de carga en
base a una tabla previamente establecida.
6. Nodo de riego según la reivindicación 4, que
se caracteriza porque constituye el medio encargado de
facilitar la descarga del condensador sobre las válvulas o sobre la
alimentación de un sensor externo, e incorpora un medio (35)
elevador de tensión con salidas conmutables (36, 37) entre una
posición de conexión a masa cuando están en estado inoperante y una
conexión con el terminal positivo de descarga del condensador en la
condición de descarga de éste sobre las electroválvulas, estando
tales salidas constituidas preferentemente por transistores de
conmutación, controlados por el citado microprocesador (11) de
almacenamiento y control, y siendo el tiempo de conmutación
controlable por software.
7. Nodo de riego según la reivindicación 4, que
se caracteriza porque el bloque de entradas digitales
proporciona al microprocesador (11) de almacenamiento y control un
número de entradas digitales, de las que una parte son utilizadas
como contadores y las restantes como entradas genéricas, y porque
dicho circuito de entrada incluye una puerta lógica (41),
constituida preferentemente por un inversor, con histéresis, que
evita oscilaciones de la señal en las proximidades del umbral de
detección, y medios de filtro (42), preferentemente un filtro de
tipo RC, destinado a eliminar todas las señales cuya frecuencia sea
superior a un límite superior previamente establecido.
8. Nodo de riego según la reivindicación 4, que
se caracteriza porque el bloque de entradas analógicas
proporciona tres entradas al microprocesador (11) de almacenamiento
y control, destinadas esencialmente a monitorización de la tensión
de la pila, de la tensión de alimentación, y de la carga del
condensador, así como una cuarta entrada analógica externa que
incluye medios {43) de protección contra sobretensiones, para
protección de dicho microprocesador (11) contra cualquier tensión
de entrada con un valor superior al de alimentación, medios de
filtro (44) destinados a eliminar el rizado de la señal, y medios
de resistencia (45), conectable mediante jumper, con la que se
proporciona a la entrada unos valores de tensión o de corriente
comprendidos entre márgenes predeterminados.
9. Nodo de riego según la reivindicación 1, en
asociación con una o más de las reivindicaciones 2 a 8, que se
caracteriza porque el módulo de supervisión o
"watchdog", encargado de la supervisión del correcto
funcionamiento del microprocesador (11) de almacenamiento y
control, comprende un contador (47), cuya entrada de reloj está
conectada a un oscilador (46), y con salidas (48, 49) unidas a
conexiones de entrada/salida del microprocesador (11) de
almacenamiento y control, y a la entrada de reset de este último,
respectivamente, de tal modo que tras un número de oscilaciones
contadas por el contador (47), correspondientes a un período de
tiempo predeterminado, se activa una salida (48) del contador (47),
a lo que el citado microprocesador (11) debe responder con la
activación de una señal de reset para dicho contador, con el fin de
que este último inicie de nuevo el conteo, mientras que, en caso de
que esta señal no se produzca, una vez superado el período de
tiempo predeterminado en un margen establecido, el contador (47)
envía una señal de reset a dicho microprocesador (11) a través de
la salida (49) mencionada; y porque cada vez que se alcanza un
número predeterminado de señales recibidas por el microprocesador
(11) de almacenamiento y control desde el contador (47), dicho
microprocesador se encarga de realizar una comprobación sobre el
correcto funcionamiento del microprocesador (10) de comunicaciones,
y en caso de que este segundo microprocesador no responda, recibe
una señal de reset desde el primero citado.
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|---|---|---|---|
| ES200200579A ES2208058B1 (es) | 2002-03-11 | 2002-03-11 | Nodo de riego para un sistema integral de gestion por control remoto de redes hidraulicas de riego. |
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| ES200200579A ES2208058B1 (es) | 2002-03-11 | 2002-03-11 | Nodo de riego para un sistema integral de gestion por control remoto de redes hidraulicas de riego. |
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| ES2208058A1 true ES2208058A1 (es) | 2004-06-01 |
| ES2208058B1 ES2208058B1 (es) | 2005-09-16 |
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| ES200200579A Expired - Fee Related ES2208058B1 (es) | 2002-03-11 | 2002-03-11 | Nodo de riego para un sistema integral de gestion por control remoto de redes hidraulicas de riego. |
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| ES (1) | ES2208058B1 (es) |
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