時序灌溉控制器的製作方法
2023-05-17 03:48:41 1
專利名稱：時序灌溉控制器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及水利自動化領域，具體涉及一種採用時序邏輯控制的自動灌溉控制器。可以按照用戶預設的程序對灌溉系統進行自動管理。
背景技術：
目前，我國的灌溉基本上採用手工灌溉。但是，在溫室、城市綠地、園林等場合，人們更期望採用一種灌溉控制器，其可以按照預先設定的程序進行自動化灌溉，例如兩次灌溉的周期為任意天，或者每周的任意天、每月的任意天去灌水。除此之外，還要求能夠根據外界突發的特殊情況自動調整，例如下雨之後要進行降雨延遲灌溉或者根據土壤的溼度來判斷是否需要灌水。
此外，控制器的灌水設置要求儘量簡單。例如換季時，是否可以進行簡單的灌水預算設置等等。另外，隨著電腦應用的普及，採用輔助軟體去生產灌水時間表的配置數據，然後輸入控制器中將會是一種趨勢。
最後，根據我國國情，迫切需要降低灌溉控制器的成本並且提高其對環境的適應能力。
發明內容
為了滿足對適合在農業溫室、城市綠地、園林等灌溉工程上應用的設置方便、成本低廉的灌溉控制器的需求。設計了一種按照灌水時間表的時序來對灌溉控制的時序灌溉控制器。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是1，設計一種時序灌溉控制器，該控制器可以按照用戶預設的灌水時間表來進行時序灌溉控制，其包括外殼(1)，固定在電路板(16)上的LPC2114微控制器(8)，微控制器周圍擴展外部數據存儲器(14)、LCD顯示器(3)、設置與輸入(4)、日曆時鐘晶片(15)、串口電平轉換電路(7)。LED指示燈(2)固定在外殼(1)的上部，LCD顯示器固定在外殼(1)的內側，設置與輸入(4)固定於外殼(1)的上側，日曆時鐘晶片(15)和外部數據存儲器(14)均採用IIC接口的器件，與微控制器(8)的IIC接口直接相連，微控制器的UART接口通過MAX232進行電平轉換，將電平轉換為RS232電平，可以跟PC機相連，進行命令和數據的雙向傳輸。
2.根據1所述的時序灌溉控制器，控制器配套一個灌水時間表編輯軟體，運行於PC上的灌水時間表編輯軟體讓灌溉配置更加簡單、方便，它可以將灌水時間表的配置輸入控制器，避免手工配置的繁瑣步驟。
3.根據1所述的時序灌溉控制器，具有液晶、按鍵、旋鈕等人機接口，具有8K字節的非揮發性數據存儲能力，該存儲器用來存儲設置數據，另外還具有掉電繼續運行的日曆時鐘晶片，可以保證重新上電後灌溉系統的繼續運行和控制。
4.根據1所述的時序灌溉控制器，具有脈衝輸入和模擬量輸入接口，可以選配雨量傳感器和土壤溼度傳感器。
以上提出了一種時序灌溉控制器，它至少包括外殼、設置按鍵和旋鈕、液晶、斷電可運行的日曆時鐘、配置軟體。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是為了設置的方便，採用了豐富的人機接口液晶顯示器、按鈕、旋鈕、高亮的LED指示燈等。段式液晶通過4根線與微控制器的普通I/O口連接，微控制器的I/O口模擬液晶需要的時鐘、數據和片選信號。旋鈕和按鍵是控制器的輸入部分，與微控制器的管腳直接相連，如圖3所示，為了產成中斷信號，以上的各個管腳通過CD4068與非門後進入74HC125或門，或門的輸出連接微控制器的中斷引腳，這樣，任意一個按鍵按下後，74HC125輸出的低電平觸發中斷，用來通知微控制器按鍵按下，需要進行相應的按鍵處理。由於I/O口的限制，LED的輸出採用了串並轉換晶片74HC595，只需要SPI接口就可以控制器8個LED指示燈的打開和關閉。
為了實現配置數據的斷電保持，選用了非揮發的外部數據存儲器，具體連接如圖7。該晶片通過兩線IIC接口與微控制器進行通訊。
採用了電池供電的實時日曆時鐘晶片，具體連接如圖6所示，仍然是通過兩線IIC接口與微控制器進行通訊。這樣，系統重新上電後就可以讀出不間斷運行的日曆時鐘晶片中的當前時鐘值。
控制器繼電器和LED指示燈輸出的連接關係如圖9，控制輸出信號通過光電隔離後進行放大，最後去驅動電磁閥。LED的驅動由74HC595實現。
微控制器的核心電路如圖10所示，主要包括晶振電路和ISP選擇電路。微控制器的復位電路如圖8所示，輸出的復位信號經74HC125後輸入微控制器的復位管腳上。
用戶可以通過RS232串口與上位機相互通訊，完成灌水時間表配置。
本實用新型的有益效果是(1)採用了具有高速性能和豐富接口資源的32位ARM微控制器，具有集成度高，電路簡單的特定，可以有效降低成本，便於推廣。
(2)可以按照事先設定的灌水時間表來進行自動灌溉；灌水(3)採用運行在PC上的灌溉時間表編輯軟體，可以使設置更加方便、快捷，並且提高了設置的準確率。
圖1是本實用新型的整體結構側視圖。
圖2是本實用新型的整體結構俯視圖。
圖3是本實用新型的操作面板示意圖。
圖4是本實用新型的輸入部分原理圖。
圖5是本實用新型的電源部分原理圖。
圖6是本實用新型的日曆時鐘部分原理圖。
圖7是本實用新型的外部數據存儲器部分原理圖。
圖8是本實用新型的復位部分原理圖。
圖9是本實用新型的輸出部分原理圖。
圖10是本實用新型的微控制器部分原理圖。
圖中1.外殼，2.LED指示燈，3.LCD顯示模塊，4.設置與輸入模塊(包括按鍵和旋鈕)，5.接線端予，6.控制輸出模塊，7.串口電平轉換模塊，8.LPC2114微控制器，9.電源，10.電池，11.復位電路，12.輸入接口，13.LED接口，14.外部數據存儲器，15.日曆時鐘晶片，16.電路板。
具體實施方式
在圖1和圖2中，LPC2114微控制器作為為控制中心(8)，周圍擴展控制輸出模塊(6)、LCD顯示模塊(3)、設置與輸入模塊(4)、配置外部數據存儲器模塊(14)、日曆時鐘晶片(15)、串口電平轉換模塊(7)。LCD顯示模塊(3)的接口是串行數據接口，可以與微控制器的I/O相連。設置與輸入模塊(4)接與微控制器的I/O相連。外部數據存儲器(14)和日曆時鐘晶片(15)採用的是IIC總線的器件，可以直接與微控制器的IIC接口相連。微控制器的UART接口通過MAX232進行電平轉換成RS232電平，可以跟PC機相連，進行數據和命令的雙向傳輸，完成灌水時間表的編寫和配置。
在圖3所示實施例中，有四個按鍵，分別是切換、站號、上升箭頭和下降箭頭，這4個按鍵對設置數據進行修改或者選擇。旋鈕用來選擇配置的項目，共有12個位置，分別對應運行、持續時間、開始時間、月周期、星期周期、任意周期、循環入滲、灌水預算、降雨延遲、主泵/閥、手動灌溉、時間/日曆。具體配置時，首先將旋鈕轉到相應的位置，然後通過4個按鍵對各個項目進行選擇和調整。平時自動運行時，旋鈕處在運行的位置上。
在圖4到圖10所示的實施例中，給出了詳細的電路原理圖。電路分下面幾個部分輸入部分圖4，電源部分圖5，日曆時鐘部分圖6，數據存儲器部分圖7，復位部分圖8，控制輸出部分圖9和微控制器部分圖10。
晶片上有脈衝輸入接口和A/D轉換模塊，因此外接雨量傳感器或者土壤溼度可以在並聯穩壓管後直接連接主控晶片的相應管腳。
權利要求1.一種時序灌溉控制器，其特徵在於該控制器可以按照用戶預設的時間來進行時序灌溉控制，其包括外殼(1)，固定在電路板(16)上的LPC2114微控制器(8)，微控制器周圍擴展外部數據存儲器(14)、LCD顯示器(3)、設置與輸入(4)、日曆時鐘晶片(15)、串口電平轉換電路(7)。LED指示燈(2)固定在外殼(1)的上部，LCD顯示器固定在外殼(1)的內側，設置與輸入(4)固定於外殼(1)的上側，日曆時鐘晶片(15)和外部數據存儲器(14)均採用IIC接口的器件，與微控制器(8)的IIC接口直接相連，微控制器的UART接口通過MAX232進行電平轉換，將電平轉換為RS232電平，可以跟PC機相連，進行命令和數據的雙向傳輸。
2.根據權利要求1所述的時序灌溉控制器，其特徵是控制器配套一個灌水時間表編輯軟體，運行於PC上的灌水時間表編輯軟體，它可以將灌水時間表的配置輸入控制器。
3.根據權利要求1所述的時序灌溉控制器，其特徵是按鍵和旋鈕與微控制器的管腳直接相連，各管腳通過CD4068與非門後進入74HC125或門，或門的輸出連接微控制器的中斷引腳，微控制器經鍵盤掃描判斷鍵值，最後根據鍵值進行相應的按鍵處理。
4.根據權利要求1所述的時序灌溉控制器，其特徵是具有液晶、按鍵、旋鈕等人機接口，具有8K字節的非揮發性數據存儲能力，用來存儲配置數據，另外還具有掉電繼續運行的日曆時鐘晶片，可以保證重新上電後灌溉的繼續運行控制。
5.根據權利要求1所述的時序灌溉控制器，其特徵是具有脈衝輸入和模擬量輸入接口，可以選配雨量傳感器和土壤溼度傳感器。
專利摘要本實用新型涉及一種時序灌溉控制器。該控制器可以按照用戶預設的時間來進行時序灌溉控制，其包括微控制器、外部數據存儲器、LCD顯示器、操作按鍵、功能旋鈕、實時日曆時鐘、控制輸出、數據採集、外殼。其中電路板的硬體結構採用基於ARM架構的32微嵌入式微控制器微內核，外圍擴展了數據存儲器、RS232接口電路、電源電路、LCD接口電路、日曆時鐘電路。另外，運行於PC上的灌水時間表編輯軟體讓灌溉配置更加簡單、方便，它可以將灌水時間表的配置輸入控制器，避免手工配置的繁瑣步驟。它具有功能強大、設置方便、成本低的優點，適合在農業溫室、城市綠地、園林等灌溉工程上應用。
文檔編號A01G25/16GK2798568SQ20052001608
公開日2006年7月26日 申請日期2005年4月19日 優先權日2005年4月19日
發明者王紀華, 鄭文剛, 孫剛, 吳文彪, 趙春江 申請人:北京農業信息技術研究中心