本實(shí)用新型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(shù)：

農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)促進(jìn)了種養(yǎng)殖業(yè)的規(guī)?；⒓s化、市場(chǎng)化進(jìn)度的進(jìn)一步提升，國(guó)家三農(nóng)項(xiàng)目從政策到資金扶持力度不斷的加大，規(guī)模種養(yǎng)殖戶迅速增長(zhǎng)，涉農(nóng)企業(yè)的規(guī)模也在不斷地?cái)U(kuò)大；隨著城市化進(jìn)程的加快、城鄉(xiāng)融合互動(dòng)的進(jìn)一步加強(qiáng)、休閑創(chuàng)意農(nóng)業(yè)快速發(fā)展，新的農(nóng)業(yè)業(yè)態(tài)層出不窮；同時(shí)，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的進(jìn)程也不斷地加快，各種水肥一體灌溉設(shè)施不斷增加，灌溉面積也越來(lái)越大；但現(xiàn)有水肥藥一體化農(nóng)業(yè)系統(tǒng)缺乏氣象大數(shù)據(jù)支撐，無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)智能化精準(zhǔn)灌溉；市場(chǎng)上現(xiàn)有的水肥一體控制單元采用參數(shù)配置固定、啟動(dòng)定時(shí)、定次數(shù)的三定工作模式，不能根據(jù)天氣的變化情況實(shí)時(shí)調(diào)整，即使明后兩天有明顯的不適宜農(nóng)事操作的天氣過(guò)程，一旦今天啟操作，水肥藥一體化的整個(gè)流程必須按已設(shè)定的方式完成；這種三定模式由于要面對(duì)種植對(duì)象不同、種植地域不同等情況，控制單元配置信息量大、現(xiàn)場(chǎng)修改控制參數(shù)不方便；而且還要面對(duì)用戶更換品種又必須修重新配置參數(shù)的問(wèn)題；總之，這種模式是采用事先設(shè)定好控制流程和操控方案，由操作員啟動(dòng)一次后自動(dòng)完成所設(shè)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(zhǎng)的實(shí)際情況，一律按事先設(shè)定流程工作的模式，經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐，也越來(lái)越不適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供一種能夠調(diào)用氣象數(shù)據(jù)參與，根據(jù)天氣變化實(shí)際情況調(diào)整噴水、施肥、打藥等操作的一體化控制裝置。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：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(yáng)能電池板；一體化控制器通過(guò)太陽(yáng)能控制器連接太陽(yáng)能電池板，太陽(yáng)能控制器還連接到蓄電池；一體化控制器連接到電動(dòng)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(nóng)業(yè)物聯(lián)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(dòng)水閥；基于NBIOT的農(nóng)業(yè)物聯(lián)通信模塊連接云管理中心。

進(jìn)一步的，所述基于NBIOT的農(nóng)業(yè)物聯(lián)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(jìn)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(jìn)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(guò)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(shí)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(fā)射極同時(shí)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(guò)控制單刀雙擲開關(guān)KV1，控制電機(jī)連接電源的正負(fù)端；繼電器K2和電壓VCC之間設(shè)置有單刀雙擲開關(guān)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(guò)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(shí)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(fā)射極同時(shí)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(shè)置有單刀雙擲開關(guān)KV3；繼電器K1通過(guò)單刀雙擲開關(guān)KV4控制電機(jī)連接電源的正負(fù)端；KV2連接繼電器K1；KV3連接繼電器K2。

本實(shí)用新型的有益效果是：

(1)本實(shí)用新型設(shè)置有基于NBIOT的農(nóng)業(yè)物聯(lián)通信模塊，連接數(shù)據(jù)中心；調(diào)用氣象數(shù)據(jù)參與作物生長(zhǎng)，調(diào)整水肥一體的操作工藝流程；

(2)本實(shí)用新型通過(guò)安全控制電路實(shí)現(xiàn)電動(dòng)水閥的安全控制，防止其出現(xiàn)錯(cuò)誤；

(3)本實(shí)用新型采用太陽(yáng)能為設(shè)備供電，可以解決田間無(wú)220V供電的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)連接關(guān)系示意圖。

圖2為本實(shí)用新型中一體化控制器結(jié)構(gòu)關(guān)系示意圖。

圖3為本實(shí)用新型中雙繼電器互鎖電路電路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)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(yáng)能電池板；一體化控制器通過(guò)太陽(yáng)能控制器連接太陽(yáng)能電池板，太陽(yáng)能控制器還連接到蓄電池；一體化控制器連接到電動(dòng)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(nóng)業(yè)物聯(lián)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(dòng)水閥；基于NBIOT的農(nóng)業(yè)物聯(lián)通信模塊連接云管理中心；NBIOT指窄帶物聯(lián)網(wǎng)，基于NBIOT的農(nóng)業(yè)物聯(lián)通信模塊用于從中國(guó)天氣網(wǎng)上收集天氣信息。

進(jìn)一步的，所述基于NBIOT的農(nóng)業(yè)物聯(lián)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(shù)據(jù)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(chǔ)信息。

通過(guò)STM32核心控制器完成通信、數(shù)據(jù)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(shí)間傳感器等通過(guò)采集通道連接STM32核心控制器，采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到STM32核心控制器，基于NBIOT的農(nóng)業(yè)物聯(lián)通信模塊與數(shù)據(jù)管理中心連接；通過(guò)基于NBIOT的農(nóng)業(yè)物聯(lián)通信模塊從云管理中心即中國(guó)天氣網(wǎng)上獲取天氣預(yù)報(bào)信息，將收集到的天氣信息傳輸?shù)絊TM32核心控制器；STM32核心控制器根據(jù)收集到的天氣信息根據(jù)預(yù)先編寫好的軟件，根據(jù)設(shè)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(guò)安全控制電路控制電動(dòng)水閥的啟閉完成控制過(guò)程。

使用時(shí)，一體化控制器設(shè)置有五個(gè)控制通道，連接五個(gè)電動(dòng)水閥；每個(gè)控制通道都通過(guò)安全控制電路與STM32連接，保證水閥的控制是安全、穩(wěn)定可靠的；保證水閥必須在操作者受控下工作，不能錯(cuò)工作、也不能不受控制工作；五個(gè)電動(dòng)水閥可由任意兩組合實(shí)現(xiàn)引水、追肥和補(bǔ)水這三者之間的前后時(shí)間關(guān)系；每個(gè)支管上安裝一個(gè)電動(dòng)水閥，每一個(gè)支管所管的澆灌區(qū)域根據(jù)山區(qū)的地理環(huán)境或水壓的實(shí)際情況決定澆灌的面積；主水管電動(dòng)水閥和施肥打藥電動(dòng)閥由連接同一個(gè)一體化控制器，每個(gè)一體化控制器能夠獨(dú)立于云管理中心通信；通過(guò)對(duì)主水管和施肥打藥電動(dòng)閥的前后邏輯和開關(guān)控制時(shí)間完成水肥一體化控制；本實(shí)用新型每一個(gè)一體化控制器采用低功耗設(shè)計(jì)，采用太陽(yáng)能+蓄電池的方式供電，可以減少現(xiàn)場(chǎng)的施工難度。

控制裝置的軟件實(shí)現(xiàn)原理如下：

約定每一個(gè)控制通道的優(yōu)先級(jí)別為0～4，約定優(yōu)先級(jí)為5此控制通道無(wú)效；第一個(gè)控制通道無(wú)論何優(yōu)先級(jí)，只要有控制命令都立即啟動(dòng)，其它四個(gè)控制通道根據(jù)設(shè)定的優(yōu)先級(jí)確定開、關(guān)的先后關(guān)系；控制通道1～5的優(yōu)先級(jí)只能遞減、不能遞增；如要實(shí)現(xiàn)遞增中間用一個(gè)5隔開；如上一個(gè)控制通道的優(yōu)先級(jí)等于5本通道與第一個(gè)通道一樣的處理方式；為實(shí)現(xiàn)水肥一體化控制邏輯設(shè)計(jì)如下內(nèi)容的一張二維表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其內(nèi)容和初始你值如下表所示。其中工作優(yōu)先級(jí)由現(xiàn)場(chǎng)控制根據(jù)水閥連接的實(shí)際情況，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)參數(shù)配置的方式得到。

表1二維表的結(jié)構(gòu)與初始值表

軟件實(shí)現(xiàn)算法如下：

步驟1：初始化一個(gè)二維數(shù)組，如上表1所示。

步驟2：任何一個(gè)控制通道接到啟動(dòng)命令，如此通道為第1控制通道或控制優(yōu)先級(jí)為0，將要求啟動(dòng)標(biāo)置1，啟動(dòng)命令置1.再根據(jù)引水時(shí)間、追肥時(shí)間、補(bǔ)水時(shí)間計(jì)算此閥提前開閥時(shí)間量，并打開提前開計(jì)時(shí)器；如控制優(yōu)先級(jí)為5此端口中不作任何操作。如控制優(yōu)先級(jí)為0和5外的1、2、3、4中的一種，判斷上一個(gè)通道的啟動(dòng)命令是否為1，提前開時(shí)間到標(biāo)志是否為1，如這兩個(gè)標(biāo)志的置均為1，將本通道的啟動(dòng)標(biāo)志置1，完成水閥的前、后啟動(dòng)控制邏輯。

步驟3：程序不停掃描提前開定時(shí)器并判斷定時(shí)時(shí)間是否到。如提前開計(jì)時(shí)器時(shí)間到，將二維表是提前開時(shí)間到標(biāo)志置1。

步驟4：掃描到啟動(dòng)命令被置1的通道進(jìn)行啟動(dòng)操作，并啟動(dòng)開啟總時(shí)間計(jì)時(shí)器。

步驟5：判斷開啟總時(shí)間計(jì)時(shí)器時(shí)間到關(guān)閉此控制通道的操作。

步驟6：重復(fù)步驟2～5，走到所有操作結(jié)束，并停機(jī)。

進(jìn)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(jìn)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(guò)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(shí)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(fā)射極同時(shí)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(guò)控制單刀雙擲開關(guān)KV1，控制電機(jī)連接電源的正負(fù)端；繼電器K2和電壓VCC之間設(shè)置有單刀雙擲開關(guān)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(guò)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(shí)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(fā)射極同時(shí)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(shè)置有單刀雙擲開關(guān)KV3；繼電器K1通過(guò)單刀雙擲開關(guān)KV4控制電機(jī)連接電源的正負(fù)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(wú)論輸入端信號(hào)組合是什么，8個(gè)輸出端口只有一個(gè)端口輸出“0”，后續(xù)的控制信號(hào)采用“0”有效，保證任何一個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)電動(dòng)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(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)電動(dòng)水閥開關(guān)控制，Y₅，Y₆為一組實(shí)現(xiàn)對(duì)另一水閥控制；通過(guò)3-8譯碼器對(duì)繼電器控制端供電控制，實(shí)現(xiàn)兩繼電器一個(gè)工作，另一個(gè)必須停止的工作模式，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)減速電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)，Y₇輸入“0”時(shí)，Y₃為“1”，Y₇為“0”時(shí)，K1有效；單刀雙擲開關(guān)KV4接10接點(diǎn)，接DC+；Y₃為“1”時(shí)，K2無(wú)效，單刀雙擲開關(guān)KV1接3接點(diǎn)，接DC-；電機(jī)正轉(zhuǎn)；同理，Y₃為“0”，Y₇為“1”時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)；雙繼電器互鎖電路接Y₅，Y₆時(shí)，工作原理相同。

通過(guò)上述控制保證同一時(shí)間只有一個(gè)水閥工作，通過(guò)控制一個(gè)水閥的正反轉(zhuǎn)工作狀態(tài)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能夠保證電動(dòng)水閥的安全可靠運(yùn)行。

本實(shí)用新型充分調(diào)用氣象數(shù)據(jù)參與作物生長(zhǎng)的各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，動(dòng)態(tài)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(xié)議和后端數(shù)據(jù)中心組網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)農(nóng)業(yè)設(shè)施的控制；系統(tǒng)采用低功耗和嚴(yán)格的電源管理設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能供電，解決田間無(wú)220V供電的問(wèn)題；通過(guò)安全控制電路實(shí)現(xiàn)電動(dòng)水閥的安全、可靠控制。