本實(shí)用新型涉及田間智能控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的水肥一體化首部控制器。

背景技術(shù)：

目前，現(xiàn)有的水肥一體化首部控制器大多包含物聯(lián)網(wǎng)通訊部分、A/D轉(zhuǎn)換模塊和繼電器開(kāi)關(guān)控制部分，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化系統(tǒng)中所有首部控制設(shè)備、田間信息土壤信息采集設(shè)備、田間控制設(shè)備等集中到一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)首部控制器采集首部系統(tǒng)狀態(tài)信息發(fā)送到物聯(lián)網(wǎng)控制中心，物聯(lián)網(wǎng)控制中心智能決策系統(tǒng)控制首部控制器，在小區(qū)域示范環(huán)境中，能達(dá)到很好的使用效果。但是，在實(shí)際大田水肥一體化園區(qū)系統(tǒng)中，園區(qū)越大，需要的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)越多，網(wǎng)絡(luò)中過(guò)多的節(jié)點(diǎn)很容易導(dǎo)致深度路由，從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性差甚至出現(xiàn)通信堵塞現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。另一方面，水肥一體化在國(guó)內(nèi)還處于起步階段，實(shí)現(xiàn)土地集中管理的區(qū)域較少，大部分地區(qū)灌溉施肥主要是農(nóng)戶(hù)自己操作完成，而上述系統(tǒng)只能在物聯(lián)網(wǎng)控制中心控制水肥一體化系統(tǒng)，實(shí)用性差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的問(wèn)題是提供一種可實(shí)現(xiàn)緩解物聯(lián)網(wǎng)通訊壓力，提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)水肥一體化首部系統(tǒng)脫離物聯(lián)網(wǎng)控制中心，能夠獨(dú)立工作的基于物聯(lián)網(wǎng)的水肥一體化首部控制器。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種基于物聯(lián)網(wǎng)的水肥一體化首部控制器，包括嵌入式MCU部分以及分別與所述嵌入式MCU部分對(duì)應(yīng)連接的A/D轉(zhuǎn)換部分、繼電器開(kāi)關(guān)控制部分、晶體管輸出部分、獨(dú)立按鍵部分、顯示部分、實(shí)時(shí)時(shí)鐘部分、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分、開(kāi)關(guān)量輸入部分和通訊部分，還包括為各部分提供電量的電源轉(zhuǎn)換部分。

優(yōu)選的，所述嵌入式MCU部分包括外部晶振電路和復(fù)位電路，組成最小系統(tǒng)。

優(yōu)選的，所述繼電器開(kāi)關(guān)控制部分包括不少于一路的繼電器控制電路，所述繼電器控制電路包括繼電器J和NPN型三極管Q1，繼電器J的線(xiàn)圈一端與三極管Q1的集電極電連接，繼電器J的線(xiàn)圈另一端與電源轉(zhuǎn)換部分對(duì)應(yīng)連接，三極管Q1的基極通過(guò)電阻R1和正接的二極管D1與嵌入式MCU部分對(duì)應(yīng)電連接，三極管Q1的發(fā)射集接電源轉(zhuǎn)換部分負(fù)極。

優(yōu)選的，所述顯示部分包括LCD顯示屏。

優(yōu)選的，開(kāi)關(guān)量輸入部分包括不少于一個(gè)的光耦隔離芯片，所述光耦隔離芯片的輸入端與外部開(kāi)關(guān)信號(hào)連接，輸出端與嵌入式MCU部分對(duì)應(yīng)連接。

優(yōu)選的，所述A/D轉(zhuǎn)換部分包括不少于四路的模擬信號(hào)輸入接口。

優(yōu)選的，所述通訊部分包含GPRS通訊模塊、不少于一個(gè)的zigbee通訊模塊、RS232通訊模塊和RS485模塊。

本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果在于：

1. 既能滿(mǎn)足通用水肥一體化首部控制器實(shí)現(xiàn)的A/D采集、繼電器開(kāi)關(guān)控制、數(shù)據(jù)通訊等功能，還可以滿(mǎn)足小規(guī)模農(nóng)田實(shí)行水肥一體化時(shí)，農(nóng)戶(hù)自行操作灌溉施肥，不需要通過(guò)再物聯(lián)網(wǎng)控制中心控制水肥一體化操作。

2. 包括不少于一個(gè)的zigbee通訊，可將物聯(lián)網(wǎng)上行通訊和下行通訊分割開(kāi),極大的緩解了物聯(lián)網(wǎng)的通訊壓力，有效提高控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。

3. 具有獨(dú)立按鍵部分，可通過(guò)獨(dú)立按鍵部分直接配置控制器參數(shù)、控制控制器工作，更符合當(dāng)前人們的操作習(xí)慣，實(shí)用性強(qiáng)。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的框架圖；

圖2為圖1中繼電器開(kāi)關(guān)控制部分的繼電器控制電路電路原理圖；

圖3為圖1中晶體管輸出部分的電路原理圖；

圖4為圖1中獨(dú)立按鍵部分的電路原理圖；

圖5為圖1中實(shí)時(shí)時(shí)鐘部分的電路原理圖；

圖6為圖1中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分的電路原理圖；

圖7為圖1中開(kāi)關(guān)量輸入部分的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明；

實(shí)施例1：一種基于物聯(lián)網(wǎng)的水肥一體化首部控制器，如圖1所示，包括嵌入式MCU部分，分別與嵌入式MCU部分對(duì)應(yīng)連接的A/D轉(zhuǎn)換部分、繼電器開(kāi)關(guān)控制部分、晶體管輸出部分、獨(dú)立按鍵部分、顯示部分、實(shí)時(shí)時(shí)鐘部分、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分、開(kāi)關(guān)量輸入部分和通訊部分，以及為上述各部分提供電量的電源轉(zhuǎn)換部分。嵌入式MCU部分包括外部晶振電路和復(fù)位電路。

A/D轉(zhuǎn)換部分外部連接管道壓力傳感器、管道水流量傳感器、管道流速傳感器，繼電器開(kāi)關(guān)控制部分連接外部交流接觸器，晶體管輸出部分連接外部報(bào)警燈、蜂鳴器，顯示部分顯示A/D轉(zhuǎn)換部分采集的管道狀態(tài)數(shù)據(jù)和繼電器開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。開(kāi)關(guān)量輸入部分外部連接首部水泵狀態(tài)反饋電路，數(shù)據(jù)通訊部分的RS232、RS485通訊部分連接采集設(shè)備導(dǎo)出控制器數(shù)據(jù)，zigbee通訊模塊U1負(fù)責(zé)上行通訊，無(wú)線(xiàn)連接到物聯(lián)網(wǎng)控制中心，zigbee通訊模塊U4負(fù)責(zé)下行通訊，組建物聯(lián)網(wǎng)控制下級(jí)無(wú)線(xiàn)設(shè)備，GPRS通訊模塊通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)將控制器數(shù)據(jù)上傳到遠(yuǎn)程服務(wù)器。

A/D轉(zhuǎn)換部分包括四路的模擬信號(hào)輸入接口AIN1+、AIN2+、AIN3+、AIN4+，A/D轉(zhuǎn)換部分的電源輸入端V_SENSOR連接電源轉(zhuǎn)換部分的V_SENSOR輸出端，輸出端AIN1、AIN2、AIN3、AIN4分別連接到嵌入式MCU部分的輸入端；A/D轉(zhuǎn)換部分的信號(hào)輸入端AIN1+、AIN2+、AIN3+、AIN4+分別接四路外部模擬信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換部分將模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)隔離、信號(hào)處理和A/D轉(zhuǎn)換后，輸入到嵌入式MCU部分。

如圖2所示，繼電器開(kāi)關(guān)控制部分包括兩路連接方式相同的繼電器控制電路，如圖2所示，繼電器控制電路的輸入端均OD連接嵌入式MCU部分的輸出端，包括繼電器J和NPN型三極管Q1，繼電器J的線(xiàn)圈一端與三極管Q1的集電極電連接，繼電器J的線(xiàn)圈另一端與電源轉(zhuǎn)換部分對(duì)應(yīng)連接，三極管Q1的基極通過(guò)電阻R1和正接的二極管D1與嵌入式MCU部分對(duì)應(yīng)電連接，三極管Q1的發(fā)射集接電源轉(zhuǎn)換部分負(fù)極。嵌入式MCU部分通過(guò)三極管電流放大電路控制流過(guò)繼電器JDQA線(xiàn)圈，進(jìn)而控制繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)的通斷。

如圖3所示，晶體管輸出部分的電源輸入端V_SENSOR連接電源轉(zhuǎn)換部分的輸出端V_SENSOR，晶體管輸出部分的控制輸入端ODA、ODB連接嵌入式MCU部分的輸出端，經(jīng)過(guò)二極管D3、電阻R3后接入達(dá)林頓晶體管Q2的基極，控制流過(guò)晶體管Q2的電流。晶體管Q2輸出部分的輸出端連接外部聲光報(bào)警設(shè)備，晶體管Q2輸出部分接收嵌入式MCU部分輸出的控制信號(hào)，控制晶體管Q2輸出部分輸出電流，進(jìn)而控制外部聲光報(bào)警設(shè)備。

如圖4所示，獨(dú)立按鍵部分經(jīng)過(guò)上拉電阻后連接到嵌入式MCU部分的輸入端，獨(dú)立按鍵部分的鍵值輸入到嵌入式MCU部分。

如圖5所示，實(shí)時(shí)時(shí)鐘部分主芯片U10采用DS1302，U10的X1、X2接外部石英晶振，VBAT接外部備份電池電源輸出，時(shí)鐘控制FSCK、數(shù)據(jù)FI/O、使能EN1302連接到嵌入式MCU部分的輸入端，實(shí)時(shí)時(shí)鐘部分為水肥一體化首部控制器提供時(shí)間。

顯示部分包括LCD顯示屏，型號(hào)為L(zhǎng)CD12864，并行數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB0-DB7、地址總線(xiàn)ID1-ID4、使能端ENLCD、讀寫(xiě)控制端R/W、數(shù)據(jù)/指令控制端D/I、背光控制端LED0-LED1連接到嵌入式MCU部分的輸出端，顯示部分顯示來(lái)自嵌入式MCU部分的輸出信號(hào)。

如圖6所示，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分主芯片U11采用EEPROM24C32，U11使用I2C總線(xiàn)方式通訊，通過(guò)SDA、SCL、WP連接到嵌入式MCU部分的I2C總線(xiàn)，接收并存儲(chǔ)來(lái)自嵌入式MCU部分的數(shù)據(jù)，保護(hù)數(shù)據(jù)掉電不丟失。

如圖7所示，開(kāi)關(guān)量輸入部分主要是高速光耦隔離芯片TLP281-1，光耦的輸入端P24連接到電源轉(zhuǎn)換部分的輸出端，DIN6、DIN5輸入外部開(kāi)關(guān)信號(hào)，輸出端ID5、ID6連接嵌入式MCU部分的輸入端。

數(shù)據(jù)通訊部分包含RS232通訊電路、RS485通訊電路、2路zigbee通訊電路、GPRS通訊電路，四個(gè)通訊電路的芯片分別是MAX3232、工業(yè)級(jí)差分信號(hào)控制芯片75LBC184、CC2531、SIM900A，它們通過(guò)串口連接到嵌入式MCU部分的串行端口，信號(hào)為雙向傳輸，數(shù)據(jù)通訊部分通過(guò)通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，使嵌入式MCU部分可以與外部設(shè)備通訊。

外部供電連接到電源轉(zhuǎn)換部分的輸入端P24，經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)電源芯片LM2576/ADJ調(diào)壓，電阻、電容、電感等元件濾波后輸出到V_SENSOR，為A/D轉(zhuǎn)換部分、晶體管輸出部分提供電源；另一路經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)電源芯片LM2576/5V調(diào)壓，電阻、電容、電感等元件濾波后輸出D5V+，再流經(jīng)線(xiàn)性電源芯片LM1117輸出D3.3+，為控制器數(shù)字電路部分提供電源，輸出的D5+電源連接到UA2，經(jīng)過(guò)DC-DC隔離器隔離后輸出COM_5V+，為數(shù)據(jù)通訊部分的RS485通訊提供電源。

該首部控制器的工作方式為：嵌入式MCU部分通過(guò)采集A/D轉(zhuǎn)換部分的模擬量數(shù)據(jù)，通過(guò)獨(dú)立按鍵部分獲取用戶(hù)指令，通過(guò)實(shí)時(shí)時(shí)鐘部分獲取外部時(shí)間，通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入部分獲取外部設(shè)備狀態(tài)。嵌入式MCU部分通過(guò)對(duì)上述部分進(jìn)行處理運(yùn)算后，通過(guò)顯示部分將處理后的結(jié)果顯示到LCD顯示屏上，通過(guò)繼電器開(kāi)關(guān)控制部分和晶體管輸出部分控制外部設(shè)備，同時(shí)將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分。嵌入式MCU部分通過(guò)通訊部分的兩路zigbee通訊模塊將物聯(lián)網(wǎng)上下通訊和下行通訊分割成兩個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，緩解物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)壓力，增加物聯(lián)網(wǎng)的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性。嵌入式MCU部分通過(guò)通訊部分的GPRS通訊模塊將數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)。

上面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作了詳細(xì)的說(shuō)明，但是，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，在不脫離本實(shí)用新型宗旨的前提下，還可以對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)具體參數(shù)進(jìn)行變更，形成多個(gè)具體的實(shí)施例，均為本實(shí)用新型的常見(jiàn)變化范圍，在此不再一一詳述。