本發(fā)明涉及無線灌溉控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種載頻自適應(yīng)無線灌溉控制方法及灌溉系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉是農(nóng)業(yè)重點(diǎn)研究課題，傳統(tǒng)有線布線方式極其繁瑣，現(xiàn)多采用無線方式控制灌溉。

目前，采用無線灌溉的方式有zigbee通信，其通訊距離受限，要傳輸較長距離時，需通過路徑多跳完成，系統(tǒng)整體消耗功耗較大，在大田灌溉應(yīng)用中缺點(diǎn)較為明顯。其余多采用433m載頻方式通訊，這種方式通訊距離較遠(yuǎn)，但由于載頻單一，干擾大，且當(dāng)環(huán)境改變導(dǎo)致射頻信號衰減因素發(fā)生變化時，為維持系統(tǒng)通訊正常需增大發(fā)射接收功率，增加系統(tǒng)功耗。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出一種載頻自適應(yīng)無線灌溉控制方法及灌溉系統(tǒng)，根據(jù)不同應(yīng)用環(huán)境下射頻信號衰減不同，在原有功率水平上不變的基礎(chǔ)上，尋找當(dāng)前環(huán)境下最佳通訊載頻，克服了現(xiàn)有無線灌溉系統(tǒng)載頻不能調(diào)整的缺點(diǎn)，降低了系統(tǒng)功耗，提高了自適應(yīng)能力。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種載頻自適應(yīng)無線灌溉控制方法及灌溉系統(tǒng)，主要包括：控制終端與節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線通訊，最終控制電磁閥的開啟與關(guān)閉，具體包括如下步驟：

步驟1：控制終端將節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表以固定載頻向節(jié)點(diǎn)發(fā)送無線射頻控制信號；

步驟2：節(jié)點(diǎn)接收信號后，判斷是否為本機(jī)指令；

步驟3：如果節(jié)點(diǎn)判斷是本機(jī)指令，節(jié)點(diǎn)更新狀態(tài)表，電磁閥執(zhí)行相應(yīng)操作，同時將閥門的實際狀態(tài)反饋到節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表中，完成更新，發(fā)送至控制終端；

步驟4：控制終端接收執(zhí)行步驟3后的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表，并更新該節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表；

步驟5：將步驟3和步驟4中的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表中的rssi值與維持穩(wěn)定通信時的rssi閾值進(jìn)行比較；

步驟6：若步驟3或步驟4中節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表中的rssi值低于穩(wěn)定通信時的rssi閾值，更新節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表，并以上一次的固定載頻發(fā)送具有節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表的射頻信號，等待節(jié)點(diǎn)確認(rèn)信息；

步驟7：節(jié)點(diǎn)判斷為本機(jī)指令后，根據(jù)接收到的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表更新節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表，調(diào)整載頻后，發(fā)送數(shù)據(jù)至控制終端；

步驟8：控制終端判斷是否接收到節(jié)點(diǎn)發(fā)送的新的狀態(tài)表，如果超過一定時間仍未接收到節(jié)點(diǎn)反饋，退回上一次通訊成功時的載頻；若節(jié)點(diǎn)在一定時間內(nèi)未收到控制終端發(fā)送的更新完成位，退回上一次通訊成功時的載頻；控制終端與節(jié)點(diǎn)通訊成功后，選擇另一載頻，再次發(fā)送，直至更新載頻成功，或遍歷載頻列表完畢。

進(jìn)一步地，所述節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表包括：

節(jié)點(diǎn)標(biāo)識號位，控制終端與節(jié)點(diǎn)組成的局域網(wǎng)內(nèi)唯一標(biāo)號，用于識別節(jié)點(diǎn)；

rssi1值位，節(jié)點(diǎn)讀取的控制終端發(fā)送的射頻信號強(qiáng)度值位；

rssi2值位，控制終端讀取的節(jié)點(diǎn)發(fā)送的射頻信號強(qiáng)度值位；

載頻位，控制終端與節(jié)點(diǎn)通訊的下一次載波頻率位；

載頻更新完成位，用于標(biāo)識控制終端與節(jié)點(diǎn)完成一次載頻更新；

控制閥門標(biāo)識位，控制閥門的狀態(tài)；

和節(jié)點(diǎn)讀取閥門狀態(tài)位，標(biāo)識閥門的實際狀態(tài)。

進(jìn)一步地，所述步驟3，具體為，如果節(jié)點(diǎn)判斷是本機(jī)指令，節(jié)點(diǎn)讀取rssi1值，更新到節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表相應(yīng)位；根據(jù)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表的控制閥門標(biāo)識位控制電磁閥的動作；將電磁閥的實際狀態(tài)更新至節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表的節(jié)點(diǎn)讀取閥門狀態(tài)位；最終將更新后節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表發(fā)送至控制終端；

如果節(jié)點(diǎn)判斷不是本機(jī)指令，則該節(jié)點(diǎn)繼續(xù)按照定時周期休眠。

進(jìn)一步地，所述步驟4具體為，控制終端接收更新后的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表，將rssi2值更新到該節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表相應(yīng)位。

進(jìn)一步地，所述步驟5具體為，控制終端將該節(jié)點(diǎn)的rssi1值和rssi2值與維持穩(wěn)定通信的rssi閾值進(jìn)行比較；

所述步驟6具體為，若任一rssi值低于閾值，則控制終端改變節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表中的載頻位信息和載頻更新完成位，調(diào)整控制終端無線單元中的射頻開關(guān)，以前一載頻發(fā)送射頻信號，等待節(jié)點(diǎn)確認(rèn)信息；

若任一rssi值不低于閾值，則結(jié)束通訊。

進(jìn)一步地，步驟8中，如果控制終端接收到了節(jié)點(diǎn)發(fā)送的新的狀態(tài)表，則控制終端置位節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表中的載頻更新完成位，再發(fā)送至節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)判斷完成位后，一次更新載頻完成。

進(jìn)一步地，載頻的范圍為315mhz、433.92mhz和780mhz。

載頻自適應(yīng)無線灌溉系統(tǒng)，包括控制終端、無線網(wǎng)絡(luò)、多個節(jié)點(diǎn)和與節(jié)點(diǎn)相對應(yīng)的多個電磁閥；多個節(jié)點(diǎn)分別通過無線網(wǎng)絡(luò)與控制終端無線通訊，且在多個可選頻段下通訊；

所述控制終端，包括電源、控制終端的無線單元、第一存儲器和第一單片機(jī)，所述電源、控制終端的無線單元、第一存儲器均與第一單片機(jī)連接，用于發(fā)送命令和接收節(jié)點(diǎn)反饋信息；所述第一存儲器用于存儲多個節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表；

每個節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)相同，均包括電池單元、節(jié)點(diǎn)的無線單元、第二存儲器、第二單片機(jī)和閥控單元，所述電源、控制終端的無線單元、第二存儲器均與第二單片機(jī)連接，用于接收命令和執(zhí)行灌溉命令；所述閥控單元一端與第二單片機(jī)輸出端連接，閥控單元的另一端與電磁閥連接，用于控制電磁閥閥頭；所述第二存儲器用于存儲本節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表。

進(jìn)一步地，所述控制終端的無線單元與節(jié)點(diǎn)的無線單元結(jié)構(gòu)相同，均包括多個對應(yīng)不同載頻的發(fā)射接收前端、第一射頻開關(guān)、第二射頻開關(guān)、寬頻帶天線和無線芯片；

所述無線芯片獲取rssi值，射頻開關(guān)用于調(diào)整載頻；

所述寬頻帶天線通過第一射頻開關(guān)選擇不同載頻的發(fā)射接收前端，再經(jīng)第二射頻開關(guān)連接到無線芯片。

進(jìn)一步地，射頻開關(guān)為upg2214，所述無線芯片為si4464，所述第一單片機(jī)為stm32；所述第二單片機(jī)為mps430；所述第一存儲器為w25q64；所述第二存儲器為at24cs16；所述閥控單元包括l293d，用于控制一個或多個電磁閥；所述電池單元包括雙節(jié)鋰離子電池以及電源轉(zhuǎn)換電路，鋰電池為控制終端供電，電源轉(zhuǎn)換電路將電池電壓轉(zhuǎn)為3.3v；所述電磁閥為脈沖電磁閥。

本發(fā)明各實施例的一種載頻自適應(yīng)無線灌溉控制方法及灌溉系統(tǒng)，設(shè)置一控制終端，與多個節(jié)點(diǎn)通過無線通訊；節(jié)點(diǎn)接收終端命令，執(zhí)行命令操作，并反饋信息至終端；終端可根據(jù)通訊鏈路是否穩(wěn)定來自動調(diào)整與節(jié)點(diǎn)通訊的載頻，以達(dá)到功耗最優(yōu)的效果；且本發(fā)明考慮到當(dāng)前無線灌溉系統(tǒng)中多采用固定載頻通訊方式，抗干擾不強(qiáng)，特別當(dāng)外部應(yīng)用環(huán)境改變，影響射頻信號衰減的因素發(fā)生變化時，系統(tǒng)載頻在原有功率水平上不能滿足通訊穩(wěn)定條件，本發(fā)明通過改變通訊載頻的方式，尋找當(dāng)前環(huán)境下最佳載頻，進(jìn)而降低功耗。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。

下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說明

附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1為本發(fā)明載頻自適應(yīng)無線灌溉控制方法實施例所述的控制方法流程圖；

圖2為本發(fā)明載頻自適應(yīng)無線灌溉系統(tǒng)實施例所述的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明實施例所述的無線單元結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

結(jié)合圖1，控制方法包括以下步驟：

(1).控制終端根據(jù)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表以固定載頻發(fā)送無線射頻控制信號；

(2).節(jié)點(diǎn)通過無線單元接收信號后，判斷是否為本機(jī)指令，若是執(zhí)行(3)，若不是，執(zhí)行(10)；

(3).節(jié)點(diǎn)分析接收信號中節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表，同時獲取接收控制終端射頻信號的rssi1值，并更新到節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表對應(yīng)位置中；根據(jù)狀態(tài)表中終端控制閥門標(biāo)識位控制閥門，并將獲取閥門實際狀態(tài)更新至狀態(tài)表中的節(jié)點(diǎn)讀取閥門狀態(tài)位，最后，發(fā)送狀態(tài)表至控制終端；

(4).控制終端收到反饋信息后，將接收節(jié)點(diǎn)射頻信號的rssi2值更新到節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表對應(yīng)位置中；

(5).控制終端通過該節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)表中的rssi1和rssi2與維持穩(wěn)定通訊的rssi閾值比較，來判斷通訊鏈路質(zhì)量，若任一rssi值低于閾值，執(zhí)行(6)；否則，結(jié)束。

(6).終端改變節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表中的載頻信息和載頻更新完成位，并以前一載頻發(fā)送射頻信號，再調(diào)整無線單元中的射頻開關(guān)，等待節(jié)點(diǎn)確認(rèn)信息。

(7).節(jié)點(diǎn)判斷為本機(jī)指令后，將根據(jù)收到的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表，更新本機(jī)狀態(tài)，并通過射頻開關(guān)調(diào)整載頻后，發(fā)送數(shù)據(jù)；

(8).若控制終端接收到節(jié)點(diǎn)新的狀態(tài)表，置位狀態(tài)表中的載頻更新完成位，再發(fā)送至節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)判斷完成位后，表示一次更新載頻完成。否則，執(zhí)行步驟(9)。

(9).控制終端超過一定時間未接收到節(jié)點(diǎn)任何反饋，退回上一次通訊成功時載頻；節(jié)點(diǎn)在一定時間內(nèi)未收到控制終端發(fā)送過來的更新完成位，也退回上一次通訊成功時載頻；控制終端在與節(jié)點(diǎn)握手成功后，再選則另一載頻，再次發(fā)送，直至更新載頻成功或遍歷載頻列表完畢。

(10).節(jié)點(diǎn)繼續(xù)按定時周期休眠。

節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表包括節(jié)點(diǎn)標(biāo)識號、rssi1值、rssi2值、載頻、載頻更新完成位；控制閥門標(biāo)識位、節(jié)點(diǎn)讀取閥門狀態(tài)位。所述節(jié)點(diǎn)標(biāo)識號為控制終端與節(jié)點(diǎn)組成的局域網(wǎng)內(nèi)唯一標(biāo)號，用于識別節(jié)點(diǎn)；所述rssi1值為節(jié)點(diǎn)讀取無線芯片獲取的控制終端發(fā)送過來的射頻信號強(qiáng)度；所述rssi2值為控制終端讀取無線芯片獲取的節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的射頻信號強(qiáng)度；所述載頻為控制終端與節(jié)點(diǎn)通訊的下一次載波頻率，僅控制終端可修改，范圍為315mhz、433.92mhz和780mhz；所述載頻更新完成位為控制終端與節(jié)點(diǎn)完成一次載頻更新標(biāo)識，僅控制終端可修改，約定0為修正中，1為修改完成所述控制閥門標(biāo)識位為控制終端控制閥門指令；所述閥門狀態(tài)位為節(jié)點(diǎn)讀取閥門反饋信息后，實際閥門的狀態(tài)。

節(jié)點(diǎn)標(biāo)識號為控制終端與節(jié)點(diǎn)組成的局域網(wǎng)內(nèi)唯一標(biāo)號，用于識別節(jié)點(diǎn)；所述rssi1值為節(jié)點(diǎn)讀取無線芯片獲取的控制終端發(fā)送過來的射頻信號強(qiáng)度；所述rssi2值為控制終端讀取無線芯片獲取的節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的射頻信號強(qiáng)度；所述載頻為控制終端與節(jié)點(diǎn)通訊的下一次載波頻率，范圍315mhz、433.92mhz和780mhz；所述載頻更新完成位為控制終端與節(jié)點(diǎn)完成一次載頻更新標(biāo)識；所述閥門狀態(tài)位為節(jié)點(diǎn)讀取閥門反饋信息后，實際閥門的狀態(tài)。

結(jié)合圖2，統(tǒng)包括：控制終端和節(jié)點(diǎn)?？刂平K端，包括電源、無線單元、存儲器和單片機(jī)一；節(jié)點(diǎn)，包括電池單元、無線單元、存儲器、單片機(jī)二和電磁閥控制單元；控制終端中所述單片機(jī)一與電源、無線單元和存儲器連接。節(jié)點(diǎn)中閥控單元，用于控制脈沖閥門閥頭，一端與單片機(jī)二相連，一端與脈沖閥門相接；單片機(jī)二與電池、無線單元和存儲器和電磁閥控制單元相連。

控制終端和節(jié)點(diǎn)；所述控制終端，包括電源、無線單元、存儲器和單片機(jī)一，用于發(fā)送命令和接收節(jié)點(diǎn)反饋信息；所述節(jié)點(diǎn)，包括電池單元、無線單元、存儲器、單片機(jī)二和閥控制單元，用于接收命令和執(zhí)行灌溉命令；

所述閥控單元，用于控制脈沖式電磁閥閥頭，一端與單片機(jī)二相連，一端與脈沖式電磁閥相接。

前述控制終端與節(jié)點(diǎn)中的無線單元均包括：發(fā)射接收前端、射頻開關(guān)、寬頻帶天線和無線芯片；所述寬頻帶天線通過射頻開關(guān)選擇發(fā)射接收前端，再由射頻開關(guān)選擇與無線芯片相連。

所述控制終端和節(jié)點(diǎn)通過無線方式通訊，工作在多個可選頻段下

前述控制終端中單片機(jī)一選用stm32，電源為美信公司的max1627，為控制終端供電；存儲器為w25q64，用于存儲多個節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)表等信息；前述節(jié)點(diǎn)中單片機(jī)二選用mps430，電池單元為雙節(jié)鋰離子電池以及電源轉(zhuǎn)換電路，鋰電池為控制終端供電，電源轉(zhuǎn)換電路將電池電壓轉(zhuǎn)為3.3v；存儲器為at24cs16，用于存儲本節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)表等，閥控制單元選用l293d，用于控制一個或多個電磁閥。

前述單片機(jī)一讀取出存儲器中節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表后，再通過無線單元發(fā)送；單片機(jī)二通過無線單元接收并分析指令執(zhí)行相應(yīng)操作，若需調(diào)整載頻，則更新存儲器中的狀態(tài)表；若需控制閥門，則通過閥控單元控制閥門。

結(jié)合圖3，無線單元的硬件結(jié)構(gòu)圖。它由發(fā)射接收前端、射頻開關(guān)、寬頻帶天線和無線芯片組成；發(fā)射接收前端由多個匹配電路陣列組成，每個匹配電路是由電感l(wèi)和電容c組成的阻抗匹配電路，使得從無線芯片到寬頻帶天線之間路徑損耗的最低；射頻開關(guān)是由多個upg2214組成，射頻開關(guān)一是選擇寬頻天線與前端中哪一匹配電路相連，射頻開關(guān)二是選擇無線芯片與前端中哪一匹配電路相連；無線芯片選用si4464，可提供多個頻段下的載波，如系統(tǒng)選用的315mhz、433.92mhz和780mhz；寬頻帶天線是在本系統(tǒng)多載頻段內(nèi)駐波比和增益均相近的射頻天線。

至少可以達(dá)到以下有益效果：

1.本發(fā)明考慮到農(nóng)業(yè)中應(yīng)用環(huán)境的多樣性和動態(tài)性，射頻載波信號不同環(huán)境下衰減不同，選擇合適載波頻率，可最大限度減小傳播損耗，降低功耗；

2.本發(fā)明解決了以往無線灌溉系統(tǒng)中載波頻率單一，信號干擾較大等問題，可自主擇優(yōu)選擇多種頻段內(nèi)的信號做載波，提高了系統(tǒng)通訊和控制的穩(wěn)定性。

最后應(yīng)說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。