專利名稱：果園水肥一體化滴灌自動控制裝置及其控制方法
技術領域：
本發明涉及滴灌技術領域，特別涉及果園水肥一體化滴灌自動控制裝置及其控制方法。
背景技術：
滴灌因具有節水節肥的效益，被視為發展低碳農業的有效措施之一。目前，我國大部分果園已建造了水池、鋪上了滴灌管道，采用滴灌的方式進行灌溉或施肥。由于我國的果樹屬于勞動密集型作物，多為單家獨戶種植與經營，對生產成本極為敏感，而且大多數果園處于無電的偏遠地區，以及我國果農科技素質普遍偏低等因素，使得國內外研發與生產的滴灌的相關自動控制設備難以推廣應用，從而使我國果園滴灌的自動化程度低，基本上是依靠人力穿梭于果園中手動開、關管道閥門進行滴灌控制，費時費力且效率低下。
發明內容
本發明的主要目的在于克服上述現有技術的缺點與不足，提供一種結構簡單、合理的果園水肥一體化滴灌自動控制裝置。本發明的另一目的在于提供上述果園水肥一體化滴灌自動控制裝置的控制方法。為達上述目的，本發明采用如下的技術方案果園水肥一體化滴灌自動控制裝置， 包括控制器、水路電磁閥、液肥電磁閥、控制面板、水路管道、液肥管道和主干滴灌管，所述控制器包括殼體以及置于殼體內的電量檢測電路、電池、電源電路、單片機和電磁閥驅動電路，電量檢測電路分別連接電池、單片機；所述控制面板設于所述殼體的外表面上，且分別連接電源電路、單片機；電源電路分別與電磁閥驅動電路、水路電磁閥、液肥電磁閥連接； 所述電池、電源電路、單片機、電磁閥驅動電路依次連接，電磁閥驅動電路分別與水路電磁閥、液肥電磁閥連接，水路電磁閥、液肥電磁閥分別通過水路管道、液肥管道外接清水池、 液肥池；所述殼體的下方兩側分別設有管道接口，且其內部設有與所述管道接口連通的管道；所述主干滴灌管同時連接殼體一側的管道接口及水路電磁閥，所述殼體另一側的管道接口連接液肥電磁閥；或者，主干滴灌管同時連接殼體一側的管道接口及液肥電磁閥， 所述殼體另一側的管道接口連接水路電磁閥。所述水路電磁閥、液肥電磁閥均為脈沖電磁閥，水路電磁閥用來控制水路，液肥電磁閥用來控制液肥通路，通過兩個電磁閥的組合可實現水肥的一體化控制。所述單片機的型號優選為MSP430F2132，其功耗很低，處理能力強，并且內部集成有ADC轉換器。所述電池作為裝置的輸入電源，所述電源電路由一個9V的升壓電路和一個3V的穩壓電路組成，用于將所述電池的電壓轉換成合適的電壓供電路中各單元使用，其中，所述 9V升壓電路用來為脈沖電磁閥驅動電路供電，所述3V穩壓電路用來為裝置的單片機供電。所述電源電路包括穩壓電路和升壓電路，所述穩壓電路、升壓電路均與電池連接，且穩壓電路與單片機連接，升壓電路分別連接電磁閥驅動電路、水路電磁閥、液肥電磁閥。所述穩壓電路包括穩壓芯片、第一電容、第六電容、第一電阻和第二電阻，所述穩壓芯片包括第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端、第二輸出端和接地端，第一電容的一端接地，其另一端連接穩壓芯片的第一輸入端；所述穩壓芯片的第一輸入端連接電池，其第二輸入端連接第一輸入端；所述第一電阻的一端連接穩壓芯片的第一輸出端，其另一端連接穩壓芯片的第二輸出端；所述第二電阻的一端連接穩壓芯片的第二輸出端，其另一端接地； 第六電容的一端連接穩壓芯片的第一輸出端，其另一端接地；穩壓芯片的接地端接地，且其第一輸出端連接單片機。所述升壓電路包括第二電容、電源轉換器、第五電阻、第三電容、第五電容、第一電感、第四電容、第二電感、第一二極管、第三電阻、第四電阻、第八電容和第九電容，所述電源轉換器包括第一輸入端、第一輸出端、第二輸出端、第三輸出端和接地端，第二電容的正極連接電源轉換器的第一輸入端，其負極接地；電源轉換器的第一輸入端連接電池，其第一輸出端連接第五電阻的一端，第五電阻的另一端連接第三電容的一端，第三電容的另一端接地；第五電容的一端連接電源轉換器的第一輸出端，其另一端接地；第一電感的一端連接電源轉換器的第一輸入端，其另一端連接電源轉換器的第二輸出端；第四電容的一端連接電源轉換器的第二輸出端，其另一端連接第二電感的一端，第二電感的另一端接地；第一二極管的正極連接所述第四電容的另一端，其負極連接第三電阻的一端，第三電阻的另一端連接電源轉換器的第三輸出端；第四電阻的一端連接電源轉換器的第三輸出端，其另一端接地；第八電容的正極、第九電容的正極均連接第一二極管的負極，第八電容的負極、第九電容的負極均接地；電源轉換器的接地端接地，且第一二極管的負極還分別連接電磁閥驅動電路。電磁閥驅動電路是由MOS管構成的H橋電路，具體為所述電磁閥驅動電路包括第十電阻、第三場效應管、第十一電阻、第四場效應管、第十二電阻、第五場效應管、第二二極管、第三二極管、第六場效應管、第十三電阻、第七場效應管、第十四電阻、第八場效應管和第十五電阻，第十電阻的一端與第三場效應管的柵極連接，其另一端與第三場效應管的源極連接；第三場效應管的源極接地，其漏極連接第四場效應管的柵極；第四場效應管的源極連接升壓電路的第一二極管的負極，其漏極連接第五場效應管的漏極；第十一電阻的一端連接第四場效應管的柵極，其另一端連接第四場效應管的源極；第十二電阻的一端連接第五場效應管的柵極，其另一端連接第四場效應管的源極；第五場效應管的源極接地；第三二極管的正極連接第四場效應管的漏極，其負極連接第二二極管的負極連接；第二二極管的正極連接第六場效應管的漏極，第六場效應管的源極連接升壓電路的第一二極管的負極，其漏極連接第八場效應管的漏極；第十三電阻的一端連接第六場效應管的柵極，其另一端連接第六場效應管的源極；第七場效應管的漏極連接第六場效應管的柵極，其源極接地； 第十四電阻的一端連接第七場效應管的柵極，其另一端連接第七場效應管的源極；第八場效應管的源極接地；第十五電阻的一端連接第八場效應管的柵極，其另一端連接第八場效應管的源極；第三場效應管的柵極、第五場效應管的柵極、第七場效應管的柵極、第八場效應管的柵極分別與單片機連接；第二二極管的正極、第三二極管的正極均與水路電磁閥或液肥電磁閥連接。所述電量檢測電路包括第一場效應管、第六電阻、第二場效應管、第七電阻和分壓電路，第一場效應管的源極連接電池，其漏極連接分壓電路，其柵極連接第二場效應管的漏極；第六電阻的一端連接第一場效應管的源極，其另一端連接第二場效應管的漏極；第二場效應管的源極接地，其柵極連接單片機；所述第七電阻的一端連接第二場效應管的柵極， 其另一端連接第二場效應管的源極；分壓電路還連接單片機，且接地。所述分壓電路包括第八電阻和第九電阻，第八電阻的一端連接第一場效應管的漏極，其另一端分別連接單片機、第九電阻的一端；第九電阻的另一端接地。電量檢測電路用來檢測電池的電壓，它是通過一個電阻分壓電路對電池電壓進行分壓，然后再送到單片機內部集成的ADC轉換器進行檢測來實現的。控制面板用來進行人機交互式操作，它上面有兩個多檔位旋鈕開關(滴灌時間控制開關、水肥啟動及電量檢測控制開關)，旋鈕開關的每一個檔位所指示的功能或信息在控制面板上對應著有刻度、數值或文字，通過對旋鈕開關的操作可設定裝置的控制參數及功能；此外所述控制面板上還有一個雙色LED指示燈(電量指示燈)，分別用不同的顏色來表示電池電量的充足與不足。具體為所述控制面板上設有滴灌時間控制開關、水肥啟動及電量檢測控制開關和電量指示燈，所述滴灌時間控制開關、水肥啟動及電量檢測控制開關、電量指示燈均與單片機連接，且電量指示燈與電源電路連接。作為優選，所述滴灌時間控制開關的四周設有滴灌時長時間刻度值指示標識以及滴灌間隔時間刻度值指示標識，所述水肥啟動及電量檢測控制開關的四周設有水肥滴灌啟動指示標識、電量檢測啟動指示標識、清水滴灌啟動時間刻度值指示標識以及手動滴灌啟動指示標識。控制器的殼體除了用來密封安裝各電路及相關元器件，還用來將整個裝置安裝在水路管道或液肥管道上，所述殼體的一端與脈沖電磁閥相連，另一端與管道相連，這樣就可將整個裝置固定于管道上，既便于使用時安裝，又可防止野外應用時被盜。上述果園水肥一體化滴灌自動控制裝置的控制方法，包括如下步驟 (1)電源電路將電池的電壓進行穩壓處理，并將處理后的電壓信號供電給單片機使用；同時，電源電路將電池的電壓進行升壓處理，并將處理后的電壓信號供電給電磁閥驅動電路使用；(2)初始化單片機、電磁閥驅動電路、水路電磁閥以及液肥電磁閥的相關參數；(3)當需要檢測電池電量時，旋轉水肥啟動及電量檢測控制開關，以使單片機向電量檢測電路發送電量檢測啟動信號(即將水肥啟動及電量檢測控制開關旋轉指向電量檢測啟動指示標識，以使單片機接通電量檢測電路)，啟動電量檢測電路，以使電量檢測電路采集電池的電壓；電量檢測電路將電池的電壓信號進行分壓處理后，發送到單片機中，由單片機對電池的電壓信號進行檢測；若單片機檢測到所述電壓信號低于設定的電壓值，則向控制面板的電量指示燈發送控制信號，電量指示燈顯示電池電量不足；若單片機檢測到電壓信號高于設定的電壓值，則向控制面板的電量指示燈發送控制信號，電量指示燈顯示電池電量充足；(4)根據果園的實際滴灌需要，旋轉滴灌時間控制開關，設定滴灌時長以及滴灌的間隔時間(即將滴灌時間控制開關旋轉指向需要的滴灌時長時間刻度值指示標識以及滴灌間隔時間刻度值指示標識，單片機根據滴灌時間控制開關的位置信號，以設定滴灌時長以及滴灌的間隔時間)；同時，旋轉水肥啟動及電量檢測控制開關，以使水肥啟動及電量檢測控制開關向單片機發送水肥滴灌啟動信號(即水肥啟動及電量檢測控制開關指向水肥滴灌啟動指示標識，單片機根據水肥啟動及電量檢測控制開關的位置狀態信號，使得整個裝置處于水肥滴灌自動控制狀態)；(5)單片機根據水肥滴灌啟動信號，向電磁閥驅動電路發送信號，通過電磁閥驅動電路先驅動并打開水路電磁閥，以使清水池中的水沿水路管道流至主干滴灌管，并由主干滴灌管灌溉在果園土壤上，進而以使果園土壤濕潤；當滴灌時長達到步驟(4)設定的滴灌時長后，通過電磁閥驅動電路關閉水路電磁閥，進而控制停止清水滴灌；(6)清水滴灌完成后，再通過電磁閥驅動電路驅動并打開液肥電磁閥，以使液肥池中的液肥沿液肥管道流至主干滴灌管，并由主干滴灌管灌溉在果園土壤上，進而向果園土壤施肥，實現水肥一體化灌溉；當滴灌時長達到步驟(4)設定的滴灌時長后，通過電磁閥驅動電路關閉液肥電磁閥，進而控制停止液肥滴灌；(7)液肥滴灌完成后，電磁閥驅動電路再次驅動并打開水路電磁閥，以使清水池中的水沿水路管道流至主干滴灌管，以清洗主干滴灌管；當滴灌時長達到步驟(4)設定的滴灌時長后，電磁閥驅動電路關閉水路電磁閥；完成單次水肥一體化滴灌作業；(8)根據步驟⑷設定的滴灌的間隔時間，依次循環執行步驟(5) 步驟(7)，實現循環滴灌作業。當僅需進行水的滴灌時，只需按照設定的定時參數，將水肥啟動及電量檢測控制開關旋轉至手動滴灌啟動指示標識處，通過控制水路電磁閥的開關即可；或者，將水肥啟動及電量檢測控制開關旋轉至清水滴灌啟動時間刻度值指示標識的對應值處，即可控制水路電磁閥的定時開啟，進而控制定時清水灌溉。本發明的果園水肥一體化滴灌自動控制裝置，以單片機作為主控器，利用其內部集成的實時時鐘實現計時功能，并充分利用單片機的休眠-喚醒機制，以及分時分區供電的電源管理策略等低功耗設計手段，最大程度地降低了裝置的功耗，以延長電池的壽命。通過控制面板設定滴灌的啟動時間、間隔天數、滴灌時長等控制參數，以及自動、手動、水肥一體化滴灌等功能。當進行水肥一體化滴灌時，先打開控制水路電磁閥灌水一段時間以浸潤土壤，然后關閉該電磁閥，并打開控制液肥電磁閥灌肥一段時間，最后關閉此電磁閥，并打開控制水路電磁閥一段時間后再關閉，以清洗滴灌管道，避免滴頭堵塞。與現有技術相比，本發明具有如下優點和有益效果以電池供電，功耗低，適合應用于無電地區的果園；成本低，能直接在原來的滴灌管道上安裝，不需要花費額外成本；操作簡單，即使是低知識層次的果農也能輕易使用；既能進行水的滴灌，又能進行水肥一體化滴灌，此外還可將該裝置分別安裝在大型果園的各個灌溉小區進行輪灌，實用性強。
圖1是本發明裝置的總體結構框圖。圖2是圖1所示裝置的結構示意圖。圖3是圖2所示控制器的結構示意圖。圖4是圖1所示電源電路的示意圖。圖5是圖1所示電量檢測電路的示意圖。圖6是圖1所示電磁閥驅動電路的示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。實施例1圖1 圖6示出了本實施例的具體結構示意圖，如圖1所示，本果園水肥一體化滴灌自動控制裝置，包括控制器5、水路電磁閥3、液肥電磁閥6、控制面板、水路管道2、液肥管道和主干滴灌管4，所述控制器5包括殼體以及置于殼體內的電量檢測電路、電池、電源電路、單片機和電磁閥驅動電路，電量檢測電路分別連接電池、單片機；所述控制面板設于所述殼體的外表面上，且分別連接電源電路、單片機；電源電路分別與電磁閥驅動電路、水路電磁閥3、液肥電磁閥6連接；所述電池、電源電路、單片機、電磁閥驅動電路依次連接，電磁閥驅動電路分別與水路電磁閥3、液肥電磁閥6連接，水路電磁閥3、液肥電磁閥6分別通過水路管道2、液肥管道外接清水池1、液肥池7 ；如圖3所示，所述殼體的下方兩側分別設有管道接口 11、管道接口 12，且其內部設有與所述管道接口 11、管道接口 12連通的管道；如圖2所示，所述主干滴灌管4同時連接殼體一側的管道接口 12及水路電磁閥3， 所述殼體另一側的管道接口 11連接液肥電磁閥6。殼體為長方體殼體，其內安裝有電池、電子線路板及相關元器件等，在長方體殼體的一側有用于與電磁閥相連接的接線端口，長方體殼體中下部的兩側分別與管道接口相連，管道接口的直徑為63mm，它與外部管道的接口形式可以是內螺紋，兩個管道接口在長方體殼體內部是以與管道接口相同直徑的通孔相連通的。整個外殼是塑料材質的，長方體殼體與管道接口是一體化成型的，具有防水防潮的功能，適合在野外應用，而且這種結構便于在主干滴灌管4上安裝，又能防止野外應用時輕易被盜。所述水路電磁閥3、液肥電磁閥6均為脈沖電磁閥，接口尺寸為63mm的內螺紋，水路電磁閥3用來控制水路，液肥電磁閥6用來控制液肥通路，通過兩個電磁閥的組合可實現水肥的一體化控制。該脈沖電磁閥屬于低功耗產品，其打開或關閉只需給電磁閥正向或反向通電一個6 MVDC的脈沖電壓即可，而且閥門打開或關閉的狀態是不需要電能來維持的。因而其電磁閥驅動電路可由MOS管構成的H橋電路來實現，H橋的橋臂控制端分別與單片機的I/O 口相連，通過對單片機I/O 口的操作可控制H橋電路來驅動電磁閥的開關。所述單片機為TI公司的超低功耗16位單片機MSP430F2132，其工作電壓為1. 8 3. 6V，功耗很低，在IMHz頻率條件下全速運行時消耗電流為250 μ Α,工作在以32768Hz晶振為時鐘源的LPM3休眠模式時消耗電流為0. 8 μ A，并且內部集成有ADC轉換器。所述電池為9V堿性電池，以它作為裝置的輸入電源，所述電源電路由一個9V的升壓電路和一個3V的穩壓電路組成，用于將所述電池的電壓轉換成合適的電壓供電路中各單元使用，其中，所述9V升壓電路用來為脈沖電磁閥驅動電路供電，所述3V穩壓電路用來為裝置的單片機供電。所述電源電路，它將電池電壓轉換為9V和3V兩個電壓支路。其中，9V支路為電磁閥驅動電路供電，它是由高效率升壓芯片16(型號LT1961)與阻容元件、電感器、肖特基二極管相連來實現的，其中LT1961的輸入電壓為3 25V，輸出電壓誤差為士2%，最大輸出電流為1.5Α，且具有可控制的低至6μΑ的掉電模式。僅當需要電磁閥動作時，才使能LT1961，并且使LT1961工作約30ms以使大電容27充入一定的電量后，再控制H橋電路進行電磁閥的驅動，這樣可防止電磁閥瞬間動作時產生的大電流將電池電壓大幅度拉低。3V 支路為單片機及單片機供電，它是由MAX8880外接阻容元件來實現，其中穩壓芯片29(型號MAX8880)是一款超低功耗的低壓差線性穩壓器，其輸入電壓為2. 5 12V，消耗電流為 3. 5μΑ,輸出電壓精度為士 1. 5%，最大壓差為0. 2V，即當電池下降到3. 2V時還能將電壓穩壓在3V，很大程度上提高了電池的利用率。具體為所述電源電路包括穩壓電路和升壓電路，所述穩壓電路、升 壓電路均與電池連接，且穩壓電路與單片機連接，升壓電路分別連接電磁閥驅動電路、水路電磁閥3、液肥電磁閥6。如圖4所示，所述穩壓電路包括穩壓芯片29、第一電容28、第六電容30、第一電阻 31和第二電阻32，所述穩壓芯片29包括第一輸入端39、第二輸入端40、第一輸出端44、第二輸出端43、接地端41和接線端42，接線端42可用于指示穩壓芯片的工作狀態，當穩壓芯片29 (型號ΜΑΧ8880)處于正常穩壓工作時，該接線端42為高阻抗，當穩壓芯片29 (型號 ΜΑΧ8880)處于掉電模式或其輸出端的電壓不在所要穩定的電壓的范圍內時則該接線端42 輸出低電平，第一電容28的一端接地，其另一端連接穩壓芯片29的第一輸入端39 ；所述穩壓芯片29的第一輸入端39連接電池，其第二輸入端40連接第一輸入端；所述第一電阻31 的一端連接穩壓芯片29的第一輸出端44，其另一端連接穩壓芯片29的第二輸出端43 ；所述第二電阻32的一端連接穩壓芯片29的第二輸出端43，其另一端接地；第六電容30的一端連接穩壓芯片29的第一輸出端39，其另一端接地；穩壓芯片29的接地端接地，且其第一輸出端44連接單片機。如圖4所示，所述升壓電路包括第二電容15、電源轉換器16、第五電阻17、第三電容18、第五電容22、第一電感19、第四電容20、第二電感21、第一二極管23、第三電阻24、 第四電阻25、第八電容26和第九電容27，所述電源轉換器16包括第一輸入端33、第一輸出端36、第二輸出端38、第三輸出端37、接地端35和接線端34，接線端34與單片機相連， 當接線端34為低電平時電源轉換器16進入掉電模式，當接線端34為高電平時使能電源轉換器16工作，第二電容15的正極連接電源轉換器16的第一輸入端Vin，其負極接地；電源轉換器16的第一輸入端33連接電池，其第一輸出端36連接第五電阻17的一端，第五電阻 17的另一端連接第三電容18的一端，第三電容18的另一端接地；第五電容22的一端連接電源轉換器16的第一輸出端36，其另一端接地；第一電感19的一端連接電源轉換器16的第一輸入端33，其另一端連接電源轉換器16的第二輸出端38 ；第四電容20的一端連接電源轉換器16的第二輸出端38，其另一端連接第二電感21的一端，第二電感21的另一端接地；第一二極管23的正極連接所述第四電容20的另一端，其負極連接第三電阻24的一端， 第三電阻24的另一端連接電源轉換器16的第三輸出端37 ；第四電阻25的一端連接電源轉換器16的第三輸出端37，其另一端接地；第八電容26的正極、第九電容27的正極均連接第一二極管23的負極，第八電容26的負極、第九電容27的負極均接地；電源轉換器16 的接地端接地，且第一二極管23的負極還分別連接電磁閥驅動電路、水路電磁閥3、液肥電磁閥6。如圖5所示，所述電量檢測電路包括第一場效應管48、第六電阻47、第二場效應管 46、第七電阻45和分壓電路，第一場效應管48的源極55連接電池，其漏極56連接分壓電路，其柵極54連接第二場效應管46的漏極52 ；第六電阻47的一端連接第一場效應管48的源極55，其另一端連接第二場效應管46的漏極52 ；第二場效應管46的源極53接地，其柵極51連接單片機；所述第七電阻45的一端連接第二場效應管46的柵極51，其另一端連接第二場效應管46的源極53 ；分壓電路還連接單片機，且接地。如圖5所示，所述分壓電路包括第八電阻49和第九電阻50，第八電阻49的一端連接第一場效應管48的漏極，其另一端分別連接單片機、第九電阻50的一端；第九電阻50 的另一端接地。如圖6所示，所述電磁閥驅動電路包括第十電阻57、第三場效應管58、第十一電阻 59、第四場效應管60、第十二電阻62、第五場效應管61、第二二極管64、第三二極管63、第六場效應管65、第十三電阻66、第七場效應管67、第十四電阻68、第八場效應管69和第十五電阻70，第十電阻57的一端與第三場效應管58的柵極連接，其另一端與第三場效應管58 的源極連接；第三場效應管58的源極接地，其漏極連接第四場效應管60的柵極；第四場效應管60的源極連接升壓電路的第一二極管23的負極，其漏極連接第五場效應管61的漏極；第十一電阻59的一端連接第四場效應管60的柵極，其另一端連接第四場效應管60的源極；第十二電阻62的一端連接第五場效應管61的柵極，其另一端連接第四場效應管60 的源極；第五場效應管61的源極接地；第三二極管63的正極連接第四場效應管60的漏極， 其負極連接第二二極管64的負極連接；第二二極管64的正極連接第六場效應管65的漏極，第六場效應管65的源極連接升壓電路的第一二極管23的負極，其漏極連接第八場效應管69的漏極；第十三電阻66的一端連接第六場效應管65的柵極，其另一端連接第六場效應管65的源極；第七場效應管67的漏極連接第六場效應管65的柵極，其源極接地；第十四電阻68的一端連接第七場效應管67的柵極，其另一端連接第七場效應管67的源極；第八場效應管69的源極接地；第十五電阻70的一端連接第八場效應管69的柵極，其另一端連接第八場效應管69的源極；第三場效應管58的柵極、第五場效應管61的柵極、第七場效應管67的柵極、第八場效應管69的柵極分別與單片機連接；第二二極管64的正極、第三二極管63的正極均與水路電磁閥或液肥電磁閥連接。所述電量檢測電路先由第八電阻49和第九電阻50組成分壓電路對電池電壓進行分壓，再將分壓后的電壓送至單片機內部集成的ADC轉換器進行電壓檢測，然后根據電阻分壓電路的分壓比值，將該檢測結果換算成電池的實際電壓。若檢測的電池電壓小于4V時則認為電池電量不足，并通過單片機控制電量指示燈9發紅光指示，否則認為電池電量充足，并使電量指示燈9發綠光指示。圖中的第二場效應管46、第一場效應管48分別為N溝道路和P溝道MOS管，第二場效應管46的控制端(柵極)與單片機的I/O 口相連，通過單片機控制第二場效應管46的導通與截止，可以控制第一場效應管48的導通與截止，從而可以控制第八電阻49與第九電阻50組成的電阻分壓電路與電池的連接與斷開。只有當需要檢測電池電量時，才將該分壓電路與電池相接，以避免該支路平時消耗電流。 電量檢測電路用來檢測電池的電壓，它是通過一個電阻分壓電路對電池電壓進行分壓，然后再送到單片機內部集成的ADC轉換器進行檢測來實現的。控制面板用來進行人機交互式操作，它上面有兩個多檔位旋鈕開關(即滴灌時間控制開關8、水肥啟動及電量檢測控制開關10)，兩個旋鈕開關均有12個檔位，旋鈕開關的每一個檔位所指示的功能或信息在控制面板上對應著有刻度標識(包括刻度、數值或文字)，通過對旋鈕開關的操作可設定裝置的控制參數及功能；此外所述控制面板上還有一個紅綠雙色LED指示燈(電量指示燈9)，分別用不同的顏色來表示電池電量的充足與不足， LED發綠光表示電池電量充足，當LED發綠光時表示電池電量不足，需要更換電池。具體為如圖3所示，所述控制面板上設有滴灌時間控制開關8、水肥啟動及電量檢測控制開關10和電量指示燈9，所述水路控制開關8、液肥控制開關10、電量指示燈9均與單片機連接，且電量指示燈9與電源電路連接；所述滴灌時間控制開關的四周設有有滴灌時長時間刻度值指示標識13以及滴灌間隔時間刻度值指示標識14，所述水肥啟動及電量檢測控制開關的四周設有水肥滴灌啟動指示標識、電量檢測啟動指示標識、清水滴灌啟動時間刻度值指示標識71以及手動滴灌啟動指示標識。通過所述控制面板可設定滴灌的啟動時刻、滴灌時長和間隔天數等自動控制參數，以及選擇自動定時滴灌、手動控制、水肥一體化滴灌、電池電量檢測等功能。此外通過對所述控制面板的操作還可實現裝置在上電瞬間設定實時時鐘。旋鈕開關的檔位的識別是通過對由13只相同阻值的電阻串聯而成的電阻分壓電路進行電壓檢測來實現的，旋鈕開關的公共端與單片機的ADC接口相連，旋鈕開關的各個檔位分別與依次連接的12只電阻相連，通過單片機ADC轉換結果就可知道旋鈕開關旋到哪個檔位。此外，該電阻分壓電路還與一只MOS管(場效應管)相串聯，MOS管的控制端與單片機的I/O 口相連，只有當需要檢測旋鈕開關檔位才使MOS管導通，否則使MOS管截止，以使電阻分壓電路在平時不消耗電流。控制器5的殼體除了用來密封安裝各電路及相關元器件，還用來將整個裝置安裝在水路管道2或液肥管道上，所述殼體的一端與脈沖電磁閥相連，另一端與管道相連，這樣就可將整個裝置固定于管道上，既便于使用時安裝，又可防止野外應用時被盜。水路電磁閥3與液肥電磁閥6分別安裝在清水池1、液肥池7的出水管道上，水路電磁閥3與液肥電磁閥6的出水口通過管道都連接到滴灌的主干滴灌管4道上，控制器5 串聯安裝在水路電磁閥3的出水口管道上，水路通過控制線分別與水路電磁閥3、液肥電磁閥6進行電氣連接。通過對兩個電磁閥的開關控制，可分別控制清水池1和液肥池7的出流量，從而可控制是灌水還是灌肥。若確實不需要灌溉施肥，只需要安裝水路電磁閥3即可。上述果園水肥一體化滴灌自動控制裝置的控制方法，包括如下步驟(1)電源電路將電池的電壓進行穩壓處理，并將處理后的電壓信號供電給單片機使用；同時，電源電路將電池的電壓進行升壓處理，并將處理后的電壓信號供電給電磁閥驅動電路使用；(2)初始化單片機、電磁閥驅動電路、水路電磁閥3以及液肥電磁閥6的相關參數；(3)當需要檢測電池電量時，旋轉水肥啟動及電量檢測控制開關10，以使單片機向電量檢測電路發送電量檢測啟動信號(即將水肥啟動及電量檢測控制開關旋轉指向電量檢測啟動指示標識，以使單片機接通電量檢測電路)，啟動電量檢測電路，以使電量檢測電路采集電池的電壓；電量檢測電路將電池的電壓信號進行分壓處理后，發送到單片機中， 由單片機對電池的電壓信號進行檢測；若單片機檢測到所述電壓信號低于設定的電壓值， 則向控制面板的電量指示燈9發送控制信號，通過電量指示燈9顯示電池電量不足；若單片機檢測到電壓信號高于設定的電壓值，則向控制面板的電量指示燈9發送控制信號，通過電量指示燈9顯示電池電量充足；(4)根據果園的實際滴灌需要，旋轉滴灌時間控制開關8，設定滴灌時長以及滴灌的間隔時間(即將滴灌時間控制開關旋轉指向需要的滴灌時長時間刻度值指示標識以及滴灌間隔時間刻度值指示標識，單片機根據滴灌時間控制開關的位置信號，以設定滴灌時長以及滴灌的間隔時間)；同時，旋轉水肥啟動及電量檢測控制開關10，以使水肥啟動及電量檢測控制開關向單片機發送水肥滴灌啟動信號(即水肥啟動及 電量檢測控制開關10指向水肥滴灌啟動指示標識，單片機根據水肥啟動及電量檢測控制開關的位置狀態信號，使得整個裝置處于水肥滴灌自動控制狀態)；(5)單片機根據水肥滴灌啟動信號，向電磁閥驅動電路發送信號，通過電磁閥驅動電路根據水路控制信號，驅動并打開水路電磁閥3，以使清水池1中的水沿水路管道2流至主干滴灌管4，并由主干滴灌管4灌溉在果園土壤上，進而以使果園土壤濕潤；當滴灌時長達到步驟(4)設定的滴灌時長后(1小時后)，通過電磁閥驅動電路關閉水路電磁閥3，進而控制停止清水滴灌；(6)清水滴灌完成后，再通過電磁閥驅動電路，驅動并打開液肥電磁閥6，以使液肥池7中的液肥沿液肥管道流至主干滴灌管4，并由主干滴灌管4灌溉在果園土壤上，進而向果園土壤施肥，實現水肥一體化灌溉；當滴灌時長達到步驟(4)設定的滴灌時長后(1小時后)，通過電磁閥驅動電路關閉液肥電磁閥6，進而控制停止液肥滴灌；(7)液肥滴灌完成后，電磁閥驅動電路再次驅動并打開水路電磁閥3，以使清水池 1中的水沿水路管道2流至主干滴灌管4，以清洗主干滴灌管4 ；當滴灌時長達到步驟(4)設定的滴灌時長后(1小時后)，電磁閥驅動電路關閉水路電磁閥3 ；完成單次水肥一體化滴灌作業；(8)根據步驟⑷設定的滴灌的間隔時間，依次循環執行步驟(5) 步驟(7)，實現循環滴灌作業。當僅需進行水的滴灌時，只需按照設定的定時參數，將水肥啟動及電量檢測控制開關旋轉至手動滴灌啟動指示標識處，通過控制水路電磁閥3的開關即可；或者，將水肥啟動及電量檢測控制開關旋轉至清水滴灌啟動時間刻度值指示標識的對應值處，即可控制水路電磁閥的定時開啟，進而控制定時清水灌溉。在裝置的整個運行過程中，充分利用單片機的休眠_喚醒機制，以及分時分區供電的電源管理策略等低功耗設計手段，最大程度地降低了裝置的功耗，以延長電池的壽命。 本發明裝置的靜態電流小于10uA，一節9V堿性電池至少可使用1年以上。實施例2本實施例除下述特征外其他特征同實施例1 主干滴灌管同時連接殼體一側的管道接口及液肥電磁閥，所述殼體另一側的管道接口連接水路電磁閥。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.果園水肥一體化滴灌自動控制裝置，其特征在于包括控制器、水路電磁閥、液肥電磁閥、控制面板、水路管道、液肥管道和主干滴灌管，所述控制器包括殼體以及置于殼體內的電量檢測電路、電池、電源電路、單片機和電磁閥驅動電路，電量檢測電路分別連接電池、 單片機；所述控制面板設于所述殼體的外表面上，且分別連接電源電路、單片機；電源電路分別與電磁閥驅動電路、水路電磁閥、液肥電磁閥連接；所述電池、電源電路、單片機、電磁閥驅動電路依次連接，電磁閥驅動電路分別與水路電磁閥、液肥電磁閥連接，水路電磁閥、 液肥電磁閥分別通過水路管道、液肥管道外接清水池、液肥池；所述殼體的下方兩側分別設有管道接口，且其內部設有與所述管道接口連通的管道；所述主干滴灌管同時連接殼體一側的管道接口及水路電磁閥，所述殼體另一側的管道接口連接液肥電磁閥；或者，主干滴灌管同時連接殼體一側的管道接口及液肥電磁閥，所述殼體另一側的管道接口連接水路電磁閥。
2.根據權利要求1所述的果園水肥一體化滴灌自動控制裝置，其特征在于所述水路電磁閥、液肥電磁閥均為脈沖電磁閥。
3.根據權利要求1所述的果園水肥一體化滴灌自動控制裝置，其特征在于所述電源電路包括穩壓電路和升壓電路，所述穩壓電路、升壓電路均與電池連接，且穩壓電路與單片機連接，升壓電路分別連接電磁閥驅動電路、水路電磁閥、液肥電磁閥。
4.根據權利要求3所述的果園水肥一體化滴灌自動控制裝置，其特征在于所述穩壓電路包括穩壓芯片、第一電容、第六電容、第一電阻和第二電阻，所述穩壓芯片包括第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端、第二輸出端和接地端，第一電容的一端接地，其另一端連接穩壓芯片的第一輸入端；所述穩壓芯片的第一輸入端連接電池，其第二輸入端連接第一輸入端；所述第一電阻的一端連接穩壓芯片的第一輸出端，其另一端連接穩壓芯片的第二輸出端；所述第二電阻的一端連接穩壓芯片的第二輸出端，其另一端接地；第六電容的一端連接穩壓芯片的第一輸出端，其另一端接地；穩壓芯片的接地端接地，且其第一輸出端連接單片機。
5.根據權利要求3所述的果園水肥一體化滴灌自動控制裝置，其特征在于所述升壓電路包括第二電容、電源轉換器、第五電阻、第三電容、第五電容、第一電感、第四電容、第二電感、第一二極管、第三電阻、第四電阻、第八電容和第九電容，所述電源轉換器包括第一輸入端、第一輸出端、第二輸出端、第三輸出端和接地端，第二電容的正極連接電源轉換器的第一輸入端，其負極接地；電源轉換器的第一輸入端連接電池，其第一輸出端連接第五電阻的一端，第五電阻的另一端連接第三電容的一端，第三電容的另一端接地；第五電容的一端連接電源轉換器的第一輸出端，其另一端接地；第一電感的一端連接電源轉換器的第一輸入端，其另一端連接電源轉換器的第二輸出端；第四電容的一端連接電源轉換器的第二輸出端，其另一端連接第二電感的一端，第二電感的另一端接地；第一二極管的正極連接所述第四電容的另一端，其負極連接第三電阻的一端，第三電阻的另一端連接電源轉換器的第三輸出端；第四電阻的一端連接電源轉換器的第三輸出端，其另一端接地；第八電容的正極、第九電容的正極均連接第一二極管的負極，第八電容的負極、第九電容的負極均接地； 電源轉換器的接地端接地，且第一二極管的負極連接電磁閥驅動電路。
6.根據權利要求5所述的果園水肥一體化滴灌自動控制裝置，其特征在于所述電磁閥驅動電路包括第十電阻、第三場效應管、第十一電阻、第四場效應管、第十二電阻、第五場效應管、第二二極管、第三二極管、第六場效應管、第十三電阻、第七場效應管、第十四電阻、 第八場效應管和第十五電阻，第十電阻的一端與第三場效應管的柵極連接，其另一端與第三場效應管的源極連接；第三場效應管的源極接地，其漏極連接第四場效應管的柵極；第四場效應管的源極連接升壓電路的第一二極管的負極，其漏極連接第五場效應管的漏極； 第十一電阻的一端連接第四場效應管的柵極，其另一端連接第四場效應管的源極；第十二電阻的一端連接第五場效應管的柵極，其另一端連接第四場效應管的源極；第五場效應管的源極接地；第三二極管的正極連接第四場效應管的漏極，其負極連接第二二極管的負極連接；第二二極管的正極連接第六場效應管的漏極，第六場效應管的源極連接升壓電路的第一二極管的負極，其漏極連接第八場效應管的漏極；第十三電阻的一端連接第六場效應管的柵極，其另一端連接第六場效應管的源極；第七場效應管的漏極連接第六場效應管的柵極，其源極接地；第十四電阻的一端連接第七場效應管的柵極，其另一端連接第七場效應管的源極；第八場效應管的源極接地；第十五電阻的一端連接第八場效應管的柵極，其另一端連接第八場效應管的源極；第三場效應管的柵極、第五場效應管的柵極、第七場效應管的柵極、第八場效應管的柵極分別與單片機連接；第二二極管的正極、第三二極管的正極均與水路電磁閥或液肥電磁閥連接。
7.根據權利要求1所述的果園水肥一體化滴灌自動控制裝置，其特征在于所述電量檢測電路包括第一場效應管、第六電阻、第二場效應管、第七電阻和分壓電路，第一場效應管的源極連接電池，其漏極連接分壓電路，其柵極連接第二場效應管的漏極；第六電阻的一端連接第一場效應管的源極，其另一端連接第二場效應管的漏極；第二場效應管的源極接地，其柵極連接單片機；所述第七電阻的一端連接第二場效應管的柵極，其另一端連接第二場效應管的源極；分壓電路還連接單片機，且接地。
8.根據權利要求7所述的果園水肥一體化滴灌自動控制裝置，其特征在于所述分壓電路包括第八電阻和第九電阻，第八電阻的一端連接第一場效應管的漏極，其另一端分別連接單片機、第九電阻的一端；第九電阻的另一端接地。
9.根據權利要求1所述的果園水肥一體化滴灌自動控制裝置，其特征在于所述控制面板上設有滴灌時間控制開關、水肥啟動及電量檢測控制開關和電量指示燈，所述滴灌時間控制開關、水肥啟動及電量檢測控制開關、電量指示燈均與單片機連接，且電量指示燈與電源電路連接。
10.權利要求9所述果園水肥一體化滴灌自動控制裝置的控制方法，其特征在于，包括如下步驟(1)電源電路將電池的電壓進行穩壓處理，并將處理后的電壓信號供電給單片機使用； 同時，電源電路將電池的電壓進行升壓處理，并將處理后的電壓信號供電給電磁閥驅動電路使用；(2)初始化單片機、電磁閥驅動電路、水路電磁閥以及液肥電磁閥的相關參數；(3)當需要檢測電池電量時，旋轉水肥啟動及電量檢測控制開關，以使單片機向電量檢測電路發送電量檢測啟動信號，啟動電量檢測電路，以使電量檢測電路采集電池的電壓；電量檢測電路將電池的電壓信號進行分壓處理后，發送到單片機中，由單片機對電池的電壓信號進行檢測；若單片機檢測到所述電壓信號低于設定的電壓值，則向控制面板的電量指示燈發送控制信號，電量指示燈顯示電池電量不足；若單片機檢測到電壓信號高于設定的電壓值，則向控制面板的電量指示燈發送控制信號，電量指示燈顯示電池電量充足；(4)旋轉滴灌時間控制開關，設定滴灌時長以及滴灌的間隔時間；同時，旋轉水肥啟動及電量檢測控制開關，以使水肥啟動及電量檢測控制開關向單片機發送水肥滴灌啟動信號；(5)單片機根據水肥滴灌啟動信號，向電磁閥驅動電路發送信號，通過電磁閥驅動電路先驅動并打開水路電磁閥，以使清水池中的水沿水路管道流至主干滴灌管，并由主干滴灌管灌溉在果園土壤上，進而以使果園土壤濕潤；當滴灌時長達到步驟(4)設定的滴灌時長后，通過電磁閥驅動電路關閉水路電磁閥，進而控制停止清水滴灌；(6)清水滴灌完成后，再通過電磁閥驅動電路驅動并打開液肥電磁閥，以使液肥池中的液肥沿液肥管道流至主干滴灌管，并由主干滴灌管灌溉在果園土壤上，進而向果園土壤施肥，實現水肥一體化灌溉；當滴灌時長達到步驟(4)設定的滴灌時長后，通過電磁閥驅動電路關閉液肥電磁閥，進而控制停止液肥滴灌；(7)液肥滴灌完成后，電磁閥驅動電路再次驅動并打開水路電磁閥，以使清水池中的水沿水路管道流至主干滴灌管，以清洗主干滴灌管；當滴灌時長達到步驟(4)設定的滴灌時長后，電磁閥驅動電路關閉水路電磁閥；完成單次水肥一體化滴灌作業；(8)根據步驟(4)設定的滴灌的間隔時間，依次循環執行步驟(5) 步驟(7)，實現循環滴灌作業。
全文摘要
本發明提供了果園水肥一體化滴灌自動控制裝置及其控制方法，該裝置包括控制器、水路電磁閥、液肥電磁閥、控制面板、水路管道、液肥管道和主干滴灌管，控制器包括殼體以及置于殼體內的電量檢測電路、電池、電源電路、單片機和電磁閥驅動電路，電量檢測電路連接電池、單片機；控制面板連接電源電路、單片機；電源電路與電磁閥驅動電路、水路電磁閥、液肥電磁閥連接；電池、電源電路、單片機、電磁閥驅動電路依次連接，電磁閥驅動電路與水路電磁閥、液肥電磁閥連接；殼體的下方兩側分別設有管道接口，主干滴灌管同時連接殼體一側的管道接口及水路電磁閥，所述殼體另一側的管道接口連接液肥電磁閥。本發明功耗低，適合應用于無電地區的果園。
文檔編號A01G25/16GK102301942SQ20111019198
公開日2012年1月4日 申請日期2011年7月11日 優先權日2011年7月11日
發明者馮瑞玨, 岳學軍, 李加念, 洪添勝, 羅瑜清 申請人:華南農業大學