專利名稱：電感耦合的分布式控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大致上涉及分布式控制技術(shù)，更具體地涉及例如在農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)中對單個的噴灌器或閥門部件的控制。
背景技術(shù)：
已經(jīng)知道可以采用系統(tǒng)來將能量和/或數(shù)據(jù)分布和傳輸?shù)窖刂鴤鬏斁€或電纜布置的設(shè)備上。美國專利文獻(xiàn)中的示例性文獻(xiàn)包括如下美國專利7，176，589公開了例如電感耦合器、功率轉(zhuǎn)換器和調(diào)制/解調(diào)電路的電子器件，其用于將能量和/或數(shù)據(jù)分布和/或傳輸?shù)窖刂码娎|布置的電子設(shè)備上；美國專利6，624，745公開了一種電感耦合的數(shù)據(jù) 通信系統(tǒng)，其沿著位于例如網(wǎng)絡(luò)工作站之間的同一個雙線式導(dǎo)體來分布能量和數(shù)據(jù)；美國專利4，244，022公開了一種用于大規(guī)模灌溉的固態(tài)控制系統(tǒng)，其具有中央處理單元，該中央處理單元具有主時鐘和連接到多個衛(wèi)星控制器的中央/注射器定時模塊系統(tǒng)，衛(wèi)星控制器又連接到控制灌溉螺線管閥門上。上述并非窮舉，而僅是與分布式能量系統(tǒng)相關(guān)的專利的例子。下面將要描述的本發(fā)明的目的是簡化安裝，增強(qiáng)可靠性，并且潛在地減少在示例性但是非限定性的灌溉系統(tǒng)中使用的分布式能量系統(tǒng)的成本。

發(fā)明內(nèi)容
在一個示例性的但是非限定性的實施方案中，本發(fā)明提供了分布式控制系統(tǒng)，其中主控制器通過沿著傳輸線的長度布置多個耦合環(huán)路將能量和數(shù)據(jù)感應(yīng)式地輸送到多個遠(yuǎn)程的子模塊或從控制器中。在本示例性的實施方案中，各遠(yuǎn)程子模塊又通過沿著所述傳輸線的長度分布的多個耦合環(huán)路將返回數(shù)據(jù)感應(yīng)式地輸送到主控制器。使用電感耦合提供了相對于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢，這是因為在傳輸線和遠(yuǎn)程子模塊之間不需要直接的電流式的電連接，這勢必會簡化安裝，并增強(qiáng)長期的可靠性。這里所描述的控制系統(tǒng)的示例性應(yīng)用包括農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)，其中單個的噴灌器部件可被全體地、單獨地、或者成組地或成子集地來控制，以根據(jù)指定的灌溉參數(shù)來改變施用量。相應(yīng)地，在一個示例性但是非限定性的方面，提供了一種分布式控制系統(tǒng)，其包括主控制器，其連接到傳輸線上，并適于輸送能量和數(shù)據(jù)給傳輸線以及從傳輸線接收數(shù)據(jù)；該傳輸線包括配置成攜帶差分?jǐn)?shù)據(jù)的第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體；沿著傳輸線布置的多個耦合器，各耦合器包圍了一對在傳輸線上形成的電感耦合環(huán)路，并且穿過電感器或線圈以建立傳輸線和電感器之間的互耦，所述電感器連接到一個或多個從控制器上；其中，所述互耦使得數(shù)據(jù)可從主控制器傳輸?shù)揭粋€或多個從控制器以及從一個或多個從控制器傳輸?shù)街骺刂破?。在另一個示例性但是非限定性的方面，提供了用于將傳輸線和從控制器電耦合的耦合器組件，其中該耦合器組件包括具有下體部分和上蓋部分的殼體以及分裂鐵芯，其中上蓋部分可在打開和閉合位置之間移動，分裂鐵芯的第一半體與在傳輸線上形成的電感耦合環(huán)路支撐于上蓋部分中，而分裂鐵芯的第二半體和線圈支撐于下體部分中。在另外一個示例性但非限定性的方面，提供了一種控制灌溉系統(tǒng)中的多個噴灌器部件的方法，該灌溉系統(tǒng)包括用來控制多個從控制器的主控制器，其中該從控制器與所述多個噴灌器部件中的一個或多個操作性相連，該方法包括沿著傳輸線布置多個電感耦合環(huán)路，并且使傳輸線和多個從控制器互耦；以及經(jīng)傳輸線從主控制器 發(fā)送信號到多個從控制器，以及經(jīng)傳輸線從多個從控制器接收信號到主控制器。


現(xiàn)在將結(jié)合下述附圖來更詳細(xì)地描述本發(fā)明。圖I是簡化的示意圖，顯示了根據(jù)一個示例性但非限定性的實施方案的控制系統(tǒng)；圖2是從圖I的控制系統(tǒng)中提取的主控制器的示意圖；圖3是從圖I的控制系統(tǒng)中提取的一個從控制器的放大示意圖；圖4是圖3所示的從控制器的更詳細(xì)的示意圖；圖5是一個備選實施方案中的從控制器的示意圖；圖6是根據(jù)一個示例性實施方案的從控制器的電路板的透視圖；圖7是圖6所示的電路板的主視圖；圖8是圖6所示的電路板的俯視圖；圖9是圖6所示的電路板的旋轉(zhuǎn)到垂直方向的側(cè)視圖；圖10是安裝在殼體內(nèi)的從控制器的電路板的透視圖；圖11是圖10所示的從控制器的以剖面形式顯示的透視圖；圖12顯示了一個示例性的實施方案，其中主控制器和從控制器沿著剛性設(shè)置的灌溉線安裝。圖13是另一個應(yīng)用的透視圖，其中主控制器安裝在線性灌溉機(jī)器的一端，并且從控制器相鄰于單個噴灌器地安裝在從機(jī)器的架空構(gòu)架上懸垂下來的下垂軟管上；圖14是與圖13相似的另一應(yīng)用的示意圖，但其中從控制器沿著架空構(gòu)架的頂部安裝；圖15是另外一個應(yīng)用的透視圖，其中主控制器安裝在樞軸式灌溉機(jī)器的中心樞軸上，并且從控制器沿著機(jī)器的架空構(gòu)架的頂部安裝；并且圖16A和圖16B示出了包括正弦波形電感耦合環(huán)路的備選電感耦合器，該耦合器顯示為處于打開位置和閉合位置。
具體實施例方式為了便于理解，圖I用簡化形式顯示了與例如灌溉機(jī)器一同使用的電感耦合的分布式控制系統(tǒng)10。主控制器12與傳輸線14相連接。主控制器12設(shè)置在控制系統(tǒng)10中，以將能量和命令數(shù)據(jù)輸送到傳輸線14，并且進(jìn)一步配置成接收由傳輸線14輸送的狀態(tài)和傳感數(shù)據(jù)。主控制器12輸送到傳輸線14的能量是時分多路制式，具有小于約200kHz的頻率，并且峰峰間振幅小于約48伏特。主控制器12輸送到傳輸線14的數(shù)據(jù)指定為命令協(xié)議，其中數(shù)據(jù)調(diào)制成連續(xù)波的形式，然而其他形式的調(diào)制也可以采用，包括頻移鍵控、相移鍵控、脈沖編碼調(diào)制，或者其他形式的現(xiàn)有技術(shù)中已知的調(diào)制。主控制器12從傳輸線14上接收的數(shù)據(jù)指定為狀態(tài)協(xié)議，其中數(shù)據(jù)從連續(xù)波信號中解調(diào)，然而其他形式的調(diào)制也可以采用，包括頻移鍵控、相移鍵控、脈沖編碼調(diào)制，或者其他形式的現(xiàn)有技術(shù)中已知的調(diào)制。所傳輸?shù)男盘柡退邮盏男盘柕恼{(diào)制頻率可以相同或不同，這取決于應(yīng)用。在一個優(yōu)選的實施方案中，所接收的載波頻率小于約1000kHz。傳輸線14是具有兩個導(dǎo)體(見圖3中的導(dǎo)體92a和92b)的平衡的傳輸線，這兩個導(dǎo)體配置成攜帶差分信號。以這種方式，信號以最小的衰減沿著傳輸線14的長度傳播，這是因為每個導(dǎo)體的場有效地抵消以減少輻射散發(fā)。傳輸線14具有特征阻抗值，其為傳輸線 14的構(gòu)造和環(huán)境的函數(shù)。在一個優(yōu)選的實施方案中，傳輸線14的特征阻抗小于200歐姆。傳輸線14可以是雙芯引線或雙紋線類型的傳輸線，并且可以依據(jù)應(yīng)用屏蔽或不屏蔽。仍然參照圖1，導(dǎo)體沿著傳輸線14形成多個耦合環(huán)路16，其中各耦合環(huán)路16的一部分路由通過耦合器18。各耦合環(huán)路16和相應(yīng)的耦合器18的細(xì)節(jié)將在下文更詳細(xì)地討論。各耦合器18與子模塊或從控制器20連接，其細(xì)節(jié)將在下文中更詳細(xì)地討論。線路終端22與傳輸線14的一端相連。在一個優(yōu)選的實施方案中，線路終端22為電阻器,其具有大約等于傳輸線14的特征阻抗的電阻值。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識到，其它類型的負(fù)載也可以用來作為線路終端22，例如電感性或電容性負(fù)載，這并不會偏離本發(fā)明的范圍。現(xiàn)在參照圖2，主控制器12包括配置用來提供能量給多個子模塊20 (圖I)中的每一個并與之通信的微控制器40。微控制器40與用戶界面42相連，該用戶界面42使得操作者可以配置和操作分布式控制系統(tǒng)10 (圖I)。微控制器40進(jìn)一步連接到通信端口 44，使得可與包括其它控制器的其它系統(tǒng)進(jìn)行信息交換。通過微控制器40生成載波信號46，以促進(jìn)沿著傳輸線14的能量和數(shù)據(jù)的傳輸。取決于應(yīng)用，載波信號46可以是矩形波或正弦波的形式。微控制器40進(jìn)一步生成數(shù)據(jù)信號48,其反映了在微控制器40內(nèi)定義的協(xié)議。與門電路50與載波信號46和數(shù)據(jù)信號48中的每一個相連，以提供大致由標(biāo)號52所標(biāo)示的調(diào)制輸出信號。信號52經(jīng)過信號濾波器54以移除多余的光譜假影，并且由傳輸驅(qū)動器56放大所得的信號。傳輸/接收開關(guān)58以接收關(guān)系連接到傳輸驅(qū)動器56提供的信號，并連接到巴倫變壓器62，且配置成響應(yīng)于微控制器40提供的開關(guān)控制信號60而通過連接器64a和64b提供差分的能量和數(shù)據(jù)信號給傳輸線14。來自傳輸線14的差分返回數(shù)據(jù)信號通過巴倫變壓器62作為單端信號傳遞到傳輸/接收開關(guān)58。微控制器40配置成可提供返回數(shù)據(jù)信號何時通過命令傳輸/接收開關(guān)58進(jìn)入接收模式而從子模塊20 (圖I)中傳送出去的周期，因此，來自傳輸線14的信號路由到返回信號放大器66和返回信號濾波器55，之后到返回邏輯接收器68。在此處，所返回的信號調(diào)節(jié)成可以提供邏輯級數(shù)據(jù)，并且通過返回數(shù)據(jù)線70發(fā)送到微控制器40。現(xiàn)在參照圖3，圖中顯示了與耦合環(huán)路16相關(guān)聯(lián)的從控制器20。該從控制器20包括連接到從控制組件80的耦合器18，其將在下文中更詳細(xì)地描述。從控制組件80連接到螺線管82。螺線管82用來驅(qū)動噴灌器的部件，例如閥門(未示出)，但是也可用于其它的開關(guān)應(yīng)用。另外，也可以使用其它的負(fù)載，例如步進(jìn)電機(jī)，這并不偏離本發(fā)明的范圍。在一個優(yōu)選的實施方案中，螺線管82是雙穩(wěn)態(tài)保持式電磁閥。警告開關(guān)84連接到從控制組件80，并配置成提供可包括初始化的用戶要求。從控制組件80還可連接到流量開關(guān)86，當(dāng)導(dǎo)管中的流體的流速超過預(yù)設(shè)值時，流量開關(guān)86將提供觸點閉合。其它的傳感器可類似地連接到從控制組件80上，這并不偏離本發(fā)明的范圍。耦合器18由耦合器電感器88和耦合器閉合器90組成。這一組合形成了環(huán)型電感器，其特征是包含了磁通量。當(dāng)耦合環(huán)路16和耦合器電感器88配置成如圖3所示，并且耦合器閉合器90置于離耦合器電感器88很近且與之形成匹配關(guān)系時，形成了松散的電感或互耦，這使得能夠傳送能量和數(shù)據(jù)，這將在下文更詳細(xì)地討論。傳輸線14包括第一導(dǎo)體92a和第二導(dǎo)體92b，它們結(jié)合起來配置成在傳輸線14的長度上傳播差分信號。由于相應(yīng)的導(dǎo)體92a和92b中的信號在屬性上是差分的，幾乎沒 有有用的能量能夠耦合于傳輸線之間，這是因為每條線的場會抵消掉。然而，通過布置導(dǎo)體92b和形成環(huán)形的大致360°閉合的環(huán)路(大體上由標(biāo)號94標(biāo)示，此處稱其為同相環(huán)路)，并且進(jìn)一步取出導(dǎo)體92a并將其扭轉(zhuǎn)，之后形成大致由標(biāo)號96標(biāo)示的環(huán)路(此處稱其為反相環(huán)路)，則導(dǎo)體中的差分信號提供了同相場的局部區(qū)域，這樣，它們疊加到耦合環(huán)路16的局部區(qū)域上。耦合環(huán)路16中出現(xiàn)的同相場的局部區(qū)域使得導(dǎo)體92a和92b中存在的和耦合器電感器88中存在的差分信號之間有效地電感耦合。在一個優(yōu)選的實施方案中，耦合器18中使用的鐵芯材料包括粉狀鐵氧體材料，其中當(dāng)耦合器閉合器90與耦合器電感器88如下所述地匹配時，稱合電感器88的電感大約為150 μ Ho另外，在一個優(yōu)選的實施方案中，I禹合環(huán)路16的電感小于I. 4 μ H，并且耦合環(huán)路16的直徑小于50mm。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，增大耦合環(huán)路16的電感會提高從傳輸線14到耦合器電感器88的能量傳遞，這有效地改變了耦合程度。出于這一原因，對于給定數(shù)量的子模塊20而言存在著最佳程度的耦合，其中隨著子模塊20的數(shù)量的增大，耦合的程度應(yīng)當(dāng)減小，以保證所有子模塊20的能量需求都被滿足?，F(xiàn)在參照圖4和圖5，包括從控制組件80的子模塊20通過耦合環(huán)路16與傳輸線14耦合。耦合器電感器88配置成將能量提取和感應(yīng)到之前所討論過的傳輸線14中。耦合器電感器88的一根導(dǎo)線連接到模塊的共用接地上，而另一根導(dǎo)線連接到邏輯整流器100。相對于常見的從耦合環(huán)路16感應(yīng)到耦合器電感器88中的交流電，邏輯整流器100提供正的脈沖直流電，并且由電容器102將其平穩(wěn)化。電容器102處的平穩(wěn)電壓輸送到電壓調(diào)節(jié)器104的輸入端。電壓調(diào)節(jié)器104為微控制器106和非易失存儲器108提供穩(wěn)定化的電壓輸出功率供給。非易失存儲器108包括為子模塊20提供獨特標(biāo)識符的身份地址。微控制器106還連接到之前討論過的警告開關(guān)84和流量開關(guān)86上。耦合器電感器88還連接到將來自耦合環(huán)路16的信號解調(diào)成數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)整流器110。這些信號通過形成了分壓器的數(shù)據(jù)串聯(lián)電阻器112和數(shù)據(jù)并聯(lián)電阻器114來調(diào)節(jié)到適于與微控制器106相連的邏輯級。在此處，源于主控制器12 (圖I)的命令和數(shù)據(jù)提供給微控制器106，并配置成時序的、異步的和序列化的數(shù)據(jù)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以認(rèn)識到其它形式的數(shù)據(jù)編碼也可以使用，這并不偏離本發(fā)明的范圍。微控制器106配置成只響應(yīng)定向到與其嵌入式身份相匹配且存儲在非易失存儲器108中的命令和數(shù)據(jù)。當(dāng)命令包括與非易失存儲器108中的身份關(guān)于同步相位明確匹配的地址時，即出現(xiàn)所述的匹配，因此，多個子模塊20可以實時同步的方式響應(yīng)同一個命令。耦合器電感器88連接到由電磁驅(qū)動電壓開關(guān)控制線118控制的電磁驅(qū)動電壓開關(guān)116上，所述電磁驅(qū)動電壓開關(guān)控制線118由微控制器106控制。該線的控制將在下文中更詳細(xì)地討論。當(dāng)電壓開關(guān)116閉合時，從傳輸線14感應(yīng)到耦合器電感器88的交流電提供給倍壓器120。該倍壓器利用二極管和電容器的組合來整流，并提供無源升壓轉(zhuǎn)換器。在一個優(yōu)選的實施方案中，使用應(yīng)用了威拉德級聯(lián)拓?fù)渲圃鞓邮降陌氩ù?lián)倍增器，然而其它類型的現(xiàn)有技術(shù)中已知的倍增器也可使用，這并不偏離本發(fā)明的范圍。來自倍增器120的能量存儲到電磁驅(qū)動電壓電容器122中。電磁驅(qū)動監(jiān)控線124連接到電容器122和微控制器106上，使其可檢測到電容器上的電壓。如此，微控制器106 可命令電磁驅(qū)動電壓開關(guān)116，使得在電容器122上保持明確的目標(biāo)電壓。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以認(rèn)識到其它用來維持明確的目標(biāo)電壓的方式，包括將電磁驅(qū)動電壓開關(guān)116保持在離與電容器122并聯(lián)的齊納二極管很近的位置以維持目標(biāo)電壓。H橋電磁驅(qū)動器126以供應(yīng)端的關(guān)系連接到電容器122上。電磁驅(qū)動器126以驅(qū)動關(guān)系連接到螺線管82，并能以正向和反向的方式驅(qū)動螺線管82，作為當(dāng)微控制器106驅(qū)動H橋控制線128時對微控制器106所提供的命令的響應(yīng)。在一個優(yōu)選的實施例中，電磁驅(qū)動電壓電容器122維持在充滿電的狀態(tài)，因而在發(fā)生功率或傳輸線故障時，螺線管82可設(shè)置到由用戶預(yù)先設(shè)定的默認(rèn)狀態(tài)。輸送到螺線管82的電流被引導(dǎo)通過H橋電流檢測電阻器130，其中得到與通過螺線管82的電流成正比的電壓，并且該電壓可由電流檢測線132提供給微控制器106。如此，在螺線管82的狀態(tài)變化期間，微控制器106可監(jiān)測沿著檢測線132的基于時間變化的電壓，以決定其運(yùn)行狀態(tài)。單獨地參照圖4，耦合器電感器88進(jìn)一步連接到數(shù)據(jù)返回整流器134，其整流從傳輸線14感應(yīng)到耦合器電感器88上的交流電的負(fù)向脈沖。整流器134的陰極連接到其中存儲了相對共用電位為負(fù)的電壓的數(shù)據(jù)返回存儲電容器136上，直到從子模塊20到主控制器12的數(shù)據(jù)返回傳輸需要該電壓時為止。微控制器106創(chuàng)建返回載波信號138，在一個優(yōu)選的實施方案中，該信號的頻率小于1000kHz。微處理器106進(jìn)一步提供反映了在微控制器106中定義的協(xié)議的數(shù)據(jù)信號140。與門電路142連接到返回載波信號138和數(shù)據(jù)信號140中的每一個，以提供大致由標(biāo)號144標(biāo)不的調(diào)制輸出信號。返回電壓開關(guān)146配置成響應(yīng)調(diào)制輸出信號144,以與信號144匹配的比率將電容器136承載的負(fù)電壓轉(zhuǎn)換回到耦合器電感器88中。如此，負(fù)電壓將電流感應(yīng)到耦合器電感器88中，在耦合環(huán)路16中造成磁場，其中差分返回數(shù)據(jù)信號將被感應(yīng)至傳輸線14中，其將沿著傳輸線傳播并回到主控制器12，在那里它將被接收并解碼，如前所述?，F(xiàn)在參照圖5的備選構(gòu)造，大致由標(biāo)號144標(biāo)示的經(jīng)調(diào)制的輸出信號連接到傳輸率禹合電容器150。傳輸線圈或電感器154纏繞在稱合器電感器88上或與之相鄰地放置。傳輸線圈槽路電容器152與傳輸電感器154并聯(lián)，以提供具有大約等于返回載波信號140的頻率的諧振頻率的LC電路。如此為傳輸電感器154提供電流，在耦合環(huán)路16中產(chǎn)生磁場，其中差分返回數(shù)據(jù)信號將被感應(yīng)至傳輸線14中，其將沿著傳輸線傳播并回到主控制器12中，在那里它將被接收并解碼，如前所述。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識到，其它的方式也可將返回數(shù)據(jù)從微控制器106耦合到傳輸線14，包括插入一個或多個與電感器154串聯(lián)的二極管。圖6至9說明了示例性的從控制器的電路板156，其支撐了由電感器88和耦合器閉合器90形成的稱合器18。稱合器電感器88包括分裂的第一鐵氧體鐵芯部分158和纏繞在鐵芯周圍的繞組或線圈160。耦合器閉合器90由相匹配的分裂的第二鐵氧體鐵芯部分162形成。圖10和11描述了安裝在從控制器殼體164內(nèi)的包括耦合器電感器88和耦合器閉合器90的從控制器板156,導(dǎo)體92a和92b以如圖3所述的環(huán)型穿過該殼體164。殼體164構(gòu)造成包括下體部分166和上蓋部分168 ;其中，上蓋部分168樞軸式地支撐在下體部分166之上，并可在閉合和打開位置之間移動，打開位置在圖10中示出。通過將耦合器閉合器90支撐在殼體164的上蓋部分168中，在打開殼體時就可容易地接觸到耦合器88。此處所描述的控制系統(tǒng)具有許多應(yīng)用，例如在各種農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)中，包括固定設(shè)置的、線性的和樞軸式的機(jī)器，其中許多單個的噴灌器攜帶在共用的供水管道或構(gòu)架上。在 示例性的構(gòu)造中，主控制器12可以固定在機(jī)器的一端，而從控制器固定在相應(yīng)的單個噴灌器的附近。各從控制器可連接到用于操作相應(yīng)的噴灌器進(jìn)口附近的閥門的螺線管(見圖3中的螺線管82)、步進(jìn)電機(jī)或其它合適的驅(qū)動裝置。此處所描述的分布式控制系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)灌溉中具有許多應(yīng)用(但并不限于此)。關(guān)于農(nóng)業(yè)灌溉，圖12說明了一種針對本發(fā)明的示例性但是非限定性的應(yīng)用，其中單個的從控制器20 (與主控制器12相連)固定在例如槍式噴灌器部件169的基底上，所述噴灌器部件169包括沿著固定設(shè)置的灌溉系統(tǒng)中的固定的地面接合管道170安裝的閥門。圖13說明了另一個示例性的應(yīng)用，其中主控制器12和單個的從控制器或模塊20安裝在線性的灌溉機(jī)器172上。在本實施方案中，子模塊20置于與從架空構(gòu)架176中懸垂下來的各個噴灌器175相連接的下垂軟管174上。圖14說明了類似于圖13所示的另一個示例性的應(yīng)用，然而其中從控制器或模塊20沿著線性的灌溉機(jī)器的架空構(gòu)架176安裝。圖15說明了類似于圖14所示的另外一個示例性的應(yīng)用，然而其中灌溉設(shè)備的形式為樞軸式機(jī)器178,垂直的管道部分180代表機(jī)器的中心樞軸。圖16A和16B顯示了類似圖6至10所示的備選電感耦合器組件，但是為了方便和清晰起見有所簡化。在該備選構(gòu)造中僅部分地顯示了殼體164，下體部分182支撐了從控制器電路板184、分裂鐵芯電感器部分186和繞組或線圈188。分裂鐵芯耦合器閉合器190支撐在殼體的上蓋部分(未示出)中。然而可以理解，如上蓋部分168 (圖10至11) 一樣，該上蓋部分可以從打開位置(圖16A)樞軸旋轉(zhuǎn)到閉合位置(圖16B)，因此當(dāng)閉合時，分裂鐵芯電感器部分186和分裂鐵芯I禹合器閉合器190將圍繞傳輸線導(dǎo)體192a和192b而閉合電感器耦合器。在此備選布置中，導(dǎo)體192a和192b布置形成了具有正弦波形式的形狀的鏡像環(huán)路，此處稱為正弦環(huán)路，每個環(huán)路中的一對環(huán)路部分194、196布置成使得鐵氧體的分裂鐵芯耦合器閉合器190穿過環(huán)路?？梢岳斫?，包括電感耦合的電路與第一實施方案相同。只有環(huán)路有所變化，從大體上閉合的360°環(huán)路到“展開的”大致在線性路徑上延伸的環(huán)路，其中每個環(huán)路上的彎曲半徑大致相同。雖然已經(jīng)結(jié)合目前被認(rèn)為最具實用性和優(yōu)選的實施方案來描述了本發(fā)明，然而需要理解的是，本發(fā)明不限于公開的實施方案， 而是相反地，本發(fā)明覆蓋了各種修改的和等效的布置。
權(quán)利要求
1.一種分布式控制系統(tǒng),包括 主控制器，其連接到傳輸線上，并適于輸送能量和數(shù)據(jù)到傳輸線以及接收來自傳輸線的數(shù)據(jù)；所述傳輸線包括配置成攜帶差分?jǐn)?shù)據(jù)的第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體； 以及多個沿著傳輸線布置的耦合器，各耦合器包圍了形成于所述傳輸線中的一對電感耦合環(huán)路，并且穿過線圈以在傳輸線和線圈之間建立互耦，所述線圈連接到一個或多個從控制器上； 其中，所述互耦允許從主控制器到一個或多個從控制器以及從一個或多個從控制器到主控制器的數(shù)據(jù)傳送。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式控制系統(tǒng)，其特征在于，對于各電感耦合環(huán)路而言，所述第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體沿相反的方向延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式控制系統(tǒng)，其特征在于，所述一個或多個從控制器使用螺線管來控制一個或多個噴灌器部件。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式控制系統(tǒng)，其特征在于，所述耦合器包括第一和第二分裂鐵芯部分，它們共同地形成所述電感耦合環(huán)路從中穿過的環(huán)型鐵芯，其中，第一或第二分裂鐵芯部分穿過線圈。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分布式控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二分裂鐵芯部分由粉狀鐵氧體材料構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主控制器包括至少一個微控制器，所述微控制器連接到用戶界面，允許操作者配置和操作所述分布式控制系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式控制系統(tǒng)，其特征在于，由所述微控制器控制的開關(guān)決定何時數(shù)據(jù)傳輸給所述一個或多個從控制器，以及何時從所述一個或多個從控制器上接收數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分布式控制系統(tǒng)，其特征在于，所述從控制器包括支撐了所述第一和第二分裂鐵芯部分以及所述電感耦合環(huán)路的電路板。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的分布式控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括包圍了所述電路板、所述第一和第二分裂鐵芯部分以及所述電感耦合環(huán)路的殼體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的分布式控制系統(tǒng)，其特征在于，所述殼體包括下體部分和上蓋部分，所述上蓋部分能在打開位置和閉合位置之間移動，并且其中所述第一分裂鐵芯部分和所述電感耦合環(huán)路支撐于所述上蓋部分中，而所述第二分裂鐵芯部分和線圈支撐于所述下體部分中。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式控制系統(tǒng)，其特征在于，所述一個或多個從控制器包括多個分別固定在沿著供水管道布置的噴灌器的基底部件上的從控制器。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式控制系統(tǒng)，其特征在于，所述一個或多個從控制器包括多個分別固定在與線性式或樞軸式灌溉機(jī)器的架空構(gòu)架相連的下垂軟管上的從控制器，各下垂軟管支撐了由所述多個從控制器中的一個來控制的噴灌器。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式控制系統(tǒng)，其特征在于，所述一個或多個從控制器包括多個沿著線性式或樞軸式灌溉機(jī)器的架空構(gòu)架安裝的從控制器，其中多個下垂軟管從所述架空構(gòu)架上懸垂下來，并且各下垂軟管支撐了由所述多個從控制器中的相應(yīng)一個來控制的噴灌器。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電感耦合環(huán)路是環(huán)形的大致360°的閉合環(huán)路。
15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電感耦合環(huán)路是大致鏡像的正弦環(huán)路。
16.用于將傳輸線和從控制器電耦合的耦合器組件，其中所述耦合器組件包括具有下體部分和上蓋部分的殼體以及分裂鐵芯，所述上蓋部分能在打開位置和閉合位置之間移動，其中分裂鐵芯的第一半體和形成在傳輸線中的電感耦合環(huán) 路支撐于所述上蓋部分中，而分裂鐵芯的第二半體和線圈支撐于所述下體部分中。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電感耦合器組件，其特征在于，所述下體部分包括支撐著所述分裂鐵芯的第二半體和線圈的從控制器電路板。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電感耦合器組件，其特征在于，所述電感耦合環(huán)路是環(huán)形的、大致360°的閉合環(huán)路。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電感耦合器組件，其特征在于，所述電感耦合環(huán)路是大致鏡像的正弦環(huán)路。
20.一種用于控制灌溉系統(tǒng)中的多個噴灌器的方法，所述灌溉系統(tǒng)包括用來控制多個從控制器的主控制器，所述從控制器操作性連接到所述多個噴灌器部件中的一個或多個，所述方法包括 (a)沿著傳輸線布置多個電感耦合環(huán)路，并且使所述耦合環(huán)路和所述多個從控制器互奉禹;以及 (b)經(jīng)所述傳輸線從所述主控制器發(fā)送信號到所述多個從控制器，并且經(jīng)所述傳輸線從所述多個從控制器接收信號到所述主控制器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種分布式控制系統(tǒng)，其中主控制器通過沿著傳輸線的長度形成的多個耦合環(huán)路感應(yīng)地傳送能量和數(shù)據(jù)到多個遠(yuǎn)程子模塊或從控制器上。每個遠(yuǎn)程子模塊通過多個耦合環(huán)路依次感應(yīng)地傳送返回數(shù)據(jù)到主控制器。電感耦合的應(yīng)用提供了相對現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢，因為在傳輸線和遠(yuǎn)程子模塊之間不再要求直接的電流的電連接，這勢必將簡化裝置并加強(qiáng)長期的可靠性。此處所描述的本控制系統(tǒng)的舉例應(yīng)用包括農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)，其中單個的噴灌器和閥門部件可以集體地，單個地，或者成組或成子集地被控制，來根據(jù)預(yù)設(shè)的灌溉參數(shù)改變施用量。
文檔編號G05B19/418GK102792239SQ201180012814
公開日2012年11月21日 申請日期2011年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者克雷格·B·尼爾森, 查德·D·雷恩韋伯, 湯姆·J·楊, 馬克·A·鮑曼 申請人:尼爾森灌溉公司