一種隨天氣變化的一體化控制裝置的制作方法

本發明涉及一種一體化控制裝置，具體涉及一種隨天氣變化的一體化控制裝置。

背景技術：

農村土地流轉促進了種養殖業的規模化、集約化、市場化進度的進一步提升，國家三農項目從政策到資金扶持力度不斷的加大，規模種養殖戶迅速增長，涉農企業的規模也在不斷地擴大；隨著城市化進程的加快、城鄉融合互動的進一步加強、休閑創意農業快速發展，新的農業業態層出不窮；同時，現代農業的進程也不斷地加快，各種水肥一體灌溉設施不斷增加，灌溉面積也越來越大；但現有水肥藥一體化農業系統缺乏氣象大數據支撐，無法真正實現智能化精準灌溉；市場上現有的水肥一體控制單元采用參數配置固定、啟動定時、定次數的三定工作模式，不能根據天氣的變化情況實時調整，即使明后兩天有明顯的不適宜農事操作的天氣過程，一旦今天啟操作，水肥藥一體化的整個流程必須按已設定的方式完成；這種三定模式由于要面對種植對象不同、種植地域不同等情況，控制單元配置信息量大、現場修改控制參數不方便；而且還要面對用戶更換品種又必須修重新配置參數的問題；總之，這種模式是采用事先設定好控制流程和操控方案，由操作員啟動一次后自動完成所設定的所有工作流程的模式；這種不管天氣情況的不斷變化、不管作物生長的實際情況，一律按事先設定流程工作的模式，經過多年的實踐，也越來越不適應現代農業發展的需求。

技術實現要素：

本發明提供一種能夠調用氣象數據參與，根據天氣變化實際情況調整噴水、施肥、打藥等操作的一體化控制裝置。

本發明采用的技術方案是：一種隨適應天氣變化的一體化控制裝置，包括一體化控制器和太陽能電池板；一體化控制器通過太陽能控制器連接太陽能電池板，太陽能控制器還連接到蓄電池；一體化控制器連接到電動水閥；一體化控制器包括STM32核心控制器和與其連接的基于NBIOT的農業物聯通信模塊；STM32核心控制器連接用于收集天氣信息的傳感器，還連接安全控制電路，安全控制電路連接電動水閥；基于NBIOT的農業物聯通信模塊連接云管理中心。

進一步的，所述基于NBIOT的農業物聯通信模塊包括NBIOT通信模塊和與其連接的NBIOT模塊控制器；NBIOT通信模塊連接STM32核心控制器，NBIOT模塊控制器連接云管理中心。

進一步的，所述安全控制電路包括3-8譯碼器和與其連接的雙繼電器互鎖電路。

進一步的，所述雙繼電器互鎖電路包括第一控制電路和第二控制電路，第一控制電路包括三極管Q2、Q1和繼電器K2，3-8譯碼器輸出引腳Y₇通過電阻R2連接三極管Q2的基極，3-8譯碼器輸出引腳Y₃連接電阻R1，然后同時連接三極管Q2的集電極和三極管Q1的基極；三極管Q2和三極管Q1的發射極同時接地；三極管Q1的集電極連接繼電器K2；繼電器K2還連接有二極管D1；繼電器K2通過控制單刀雙擲開關KV1，控制電機連接電源的正負端；繼電器K2和電壓VCC之間設置有單刀雙擲開關KV2；第二控制電路包括三極管Q4、Q3和繼電器K1，3-8譯碼器輸出引腳Y₃通過電阻R4連接三極管Q4的基極，3-8譯碼器輸出引腳Y₇連接電阻R3，然后同時連接三極管Q4的集電極和三極管Q3的基極；三極管Q4和三極管Q3的發射極同時接地；三極管Q3的集電極連接繼電器K1；繼電器K1還連接有二極管D2；繼電器K1和電壓VCC之間設置有單刀雙擲開關KV3；繼電器K1通過單刀雙擲開關KV4控制電機連接電源的正負端；KV2連接繼電器K1；KV3連接繼電器K2。

本發明的有益效果是：

(1)本發明設置有基于NBIOT的農業物聯通信模塊，連接數據中心；調用氣象數據參與作物生長，調整水肥一體的操作工藝流程；

(2)本發明通過安全控制電路實現電動水閥的安全控制，防止其出現錯誤；

(3)本發明采用太陽能為設備供電，可以解決田間無220V供電的問題。

附圖說明

圖1為本發明結構連接關系示意圖。

圖2為本發明中一體化控制器結構關系示意圖。

圖3為本發明中雙繼電器互鎖電路電路圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步說明。

如圖1所示，一種隨天氣變化的一體化控制裝置，包括一體化控制器和太陽能電池板；一體化控制器通過太陽能控制器連接太陽能電池板，太陽能控制器還連接到蓄電池；一體化控制器連接到電動水閥；一體化控制器包括STM32核心控制器和與其連接的基于NBIOT的農業物聯通信模塊；STM32核心控制器連接用于收集天氣信息的傳感器，還連接安全控制電路，安全控制電路連接電動水閥；基于NBIOT的農業物聯通信模塊連接云管理中心；NBIOT指窄帶物聯網，基于NBIOT的農業物聯通信模塊用于從中國天氣網上收集天氣信息。

進一步的，所述基于NBIOT的農業物聯通信模塊包括NBIOT通信模塊和與其連接的NBIOT模塊控制器；NBIOT通信模塊連接STM32核心控制器，NBIOT模塊控制器連接數據管理中心；NBIOT通信模塊用于通信，NBIOT模塊控制器用于控制NBIOT通信模塊和收集、存儲信息。

通過STM32核心控制器完成通信、數據采集和水肥一體化邏輯控制等功能；空氣溫濕度傳感器、土壤水份傳感器和光照時間傳感器等通過采集通道連接STM32核心控制器，采集到的數據存儲到STM32核心控制器，基于NBIOT的農業物聯通信模塊與數據管理中心連接；通過基于NBIOT的農業物聯通信模塊從云管理中心即中國天氣網上獲取天氣預報信息，將收集到的天氣信息傳輸到STM32核心控制器；STM32核心控制器根據收集到的天氣信息根據預先編寫好的軟件，根據設置的控制條件判斷是否需要澆水、施肥或打藥的操作；然后通過安全控制電路控制電動水閥的啟閉完成控制過程。

使用時，一體化控制器設置有五個控制通道，連接五個電動水閥；每個控制通道都通過安全控制電路與STM32連接，保證水閥的控制是安全、穩定可靠的；保證水閥必須在操作者受控下工作，不能錯工作、也不能不受控制工作；五個電動水閥可由任意兩組合實現引水、追肥和補水這三者之間的前后時間關系；每個支管上安裝一個電動水閥，每一個支管所管的澆灌區域根據山區的地理環境或水壓的實際情況決定澆灌的面積；主水管電動水閥和施肥打藥電動閥由連接同一個一體化控制器，每個一體化控制器能夠獨立于云管理中心通信；通過對主水管和施肥打藥電動閥的前后邏輯和開關控制時間完成水肥一體化控制；本發明每一個一體化控制器采用低功耗設計，采用太陽能+蓄電池的方式供電，可以減少現場的施工難度。

控制裝置的軟件實現原理如下：

約定每一個控制通道的優先級別為0～4，約定優先級為5此控制通道無效；第一個控制通道無論何優先級，只要有控制命令都立即啟動，其它四個控制通道根據設定的優先級確定開、關的先后關系；控制通道1～5的優先級只能遞減、不能遞增；如要實現遞增中間用一個5隔開；如上一個控制通道的優先級等于5本通道與第一個通道一樣的處理方式；為實現水肥一體化控制邏輯設計如下內容的一張二維表數據結構，其內容和初始你值如下表所示。其中工作優先級由現場控制根據水閥連接的實際情況，現場通過參數配置的方式得到。

表1二維表的結構與初始值表

軟件實現算法如下。

步驟1：初始化一個二維數組，如上表1所示。

步驟2：任何一個控制通道接到啟動命令，如此通道為第1控制通道或控制優先級為0，將要求啟動標置1，啟動命令置1.再根據引水時間、追肥時間、補水時間計算此閥提前開閥時間量，并打開提前開計時器；如控制優先級為5此端口中不作任何操作。如控制優先級為0和5外的1、2、3、4中的一種，判斷上一個通道的啟動命令是否為1，提前開時間到標志是否為1，如這兩個標志的置均為1，將本通道的啟動標志置1，完成水閥的前、后啟動控制邏輯。

步驟3：程序不停掃描提前開定時器并判斷定時時間是否到。如提前開計時器時間到，將二維表是提前開時間到標志置1。

步驟4：掃描到啟動命令被置1的通道進行啟動操作，并啟動開啟總時間計時器。

步驟5：判斷開啟總時間計時器時間到關閉此控制通道的操作。

步驟6：重復步驟2～5，走到所有操作結束，并停機。

進一步的，所述安全控制電路包括3-8譯碼器和與其連接的雙繼電器互鎖電路。

進一步的，所述雙繼電器互鎖電路包括第一控制電路和第二控制電路，第一控制電路包括三極管Q2、Q1和繼電器K2，3-8譯碼器輸出引腳Y₇通過電阻R2連接三極管Q2的基極，3-8譯碼器輸出引腳Y₃連接電阻R1，然后同時連接三極管Q2的集電極和三極管Q1的基極；三極管Q2和三極管Q1的發射極同時接地；三極管Q1的集電極連接繼電器K2；繼電器K2還連接有二極管D1；繼電器K2通過控制單刀雙擲開關KV1，控制電機連接電源的正負端；繼電器K2和電壓VCC之間設置有單刀雙擲開關KV2；第二控制電路包括三極管Q4、Q3和繼電器K1，3-8譯碼器輸出引腳Y₃通過電阻R4連接三極管Q4的基極，3-8譯碼器輸出引腳Y₇連接電阻R3，然后同時連接三極管Q4的集電極和三極管Q3的基極；三極管Q4和三極管Q3的發射極同時接地；三極管Q3的集電極連接繼電器K1；繼電器K1還連接有二極管D2；繼電器K1和電壓VCC之間設置有單刀雙擲開關KV3；繼電器K1通過單刀雙擲開關KV4控制電機連接電源的正負端；KV2連接繼電器K1；KV3連接繼電器K2。

3-8譯碼器控制端輸出端包括：Y₀，Y₁，Y₂，Y₃，Y₄，Y₅，Y₆，Y₇，無論輸入端信號組合是什么，8個輸出端口只有一個端口輸出“0”，后續的控制信號采用“0”有效，保證任何一個時刻只有一個電動水閥工作；在輸出端口中Y₀為默輸出端口不作控制端口，Y₃，Y₇為一組實現對一個電動水閥開關控制，Y₅，Y₆為一組實現對另一水閥控制；通過3-8譯碼器對繼電器控制端供電控制，實現兩繼電器一個工作，另一個必須停止的工作模式，進而實現對減速電機進行正反轉動控制的互鎖功能；如雙繼電器互鎖電路連接3-8譯碼器Y₃，Y₇引腳時，Y₇輸入“0”時，Y₃為“1”，Y₇為“0”時，K1有效；單刀雙擲開關KV4接10接點，接DC+；Y₃為“1”時，K2無效，單刀雙擲開關KV1接3接點，接DC-；電機正轉；同理，Y₃為“0”，Y₇為“1”時，電機反轉；雙繼電器互鎖電路接Y₅，Y₆時，工作原理相同。

通過上述控制保證同一時間只有一個水閥工作，通過控制一個水閥的正反轉工作狀態，結構簡單、能夠保證電動水閥的安全可靠運行。

本發明充分調用氣象數據參與作物生長的各個關鍵環節，動態的影響或改變水肥一體的操作工藝流程；采用基于NBIOT的窄帶通信協議和后端數據中心組網，可以實現多點農業設施的控制；系統采用低功耗和嚴格的電源管理設計方案，實現太陽能供電，解決田間無220V供電的問題；通過安全控制電路實現電動水閥的安全、可靠控制。