一种用于农业灌溉的控制装置的制作方法

1.本实用新型涉及农业灌溉设备，尤其涉及一种用于农业灌溉的控制装置。


背景技术：

2.目前，在农业灌溉系统中，由于农田的覆盖范围广，因此，在对水泵的控制，一般都是采用远程控制的。但是，由于远程控制时，可能存在信号的干扰等导致通讯很容易出现故障，因此，迫切需要一种针对农业灌溉系统中的智能网关，来实现对水泵的远程控制。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种用于农业灌溉的控制装置，其能够实现远程灌溉控制。
4.本实用新型的目的采用如下技术方案实现：
5.一种用于农业灌溉的控制装置，包括电表、水表、主控模块、继电器模块和rs485采集模块；所述继电器模块、rs485采集模块分别与主控模块电性连接；电表与rs485采集模块电性连接，用于获取农业灌溉时的耗电量并发送给 rs485采集模块；水表与rs485采集模块电性连接，用于获取农业灌溉时的耗水量并发送给rs485采集模块；所述继电器模块与水泵连接；所述主控模块，用于接收远程云端发送的控制指令并将控制指令发送给继电器模块进而控制水泵的工作状态，以及将通过rs485采集模块获取耗电量、耗水量并上传至云端。
6.进一步地，包括环境传感器和模拟计；所述模拟计的一端与rs485采集模块电性连接、另一端与环境传感器电性连接，用于获取环境传感器采集到的环境数据并将其发送给rs485采集模块，从而使得rs485采集模块将环境数据发送给主控模块；所述主控模块，还用于将rs485采集模块获取的环境数据上传至云端；所述环境传感器安装于灌溉农田的对应位置，用于获取与农业灌溉相关的环境数据。
7.进一步地，所述环境传感器包括空气温度传感器、空气湿度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、ph传感器、雨量传感器、co2传感器、气压传感器、光照传感器和风力传感器；其中，空气温度传感器、空气湿度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、ph传感器、雨量传感器、co2传感器、气压传感器、光照传感器、风力传感器分别与模拟计电性连接。
8.进一步地，包括电源模块，所述主控模块、rs485采集模块分别与电源模块电性连接。
9.进一步地，所述电源模块包括12v电源模块和3.3v电源模块；其中，12v 电源模块，用于将外接电源转换为12v电源；3.3v电源模块，用于将12v电源转换为3.3v电源；3.3v电源模块、继电器模块分别与12v电源模块电性连接；主控模块、rs485采集模块分别与3.3v电源模块电性连接。
10.进一步地，12v电源模块包括插接头p8、变压器f2、电容c33、电容c34 和二极管d18；其中，插接头p8的端口2通过变压器f2输出12v电源、端口 1接地；电容c33的一端、电容c34的一端、二极管d18的正极均与12v电源模块的输出端电连接，电容c33的另一端、电容
c34的另一端、二极管d18的负极均接地；
11.3.3v电源模块包括电容c35、电容c36、电容c37、电容c38和芯片u5；其中，芯片u5的端口1接地、端口2输出3.3v电源、端口2通过电容c38接地、端口2通过电容c37接地、端口3接入12v电源、端口3通过电容c35接地、端口3通过电容c36接地、端口4通过电容c37接地。
12.进一步地，所述主控模块包括芯片u4、电容c25、电容c26、电容c27、电容c28、电容c29、电容c30、电容c31、电容c32、开关s1、电阻r45、电阻r46、电阻r47、电阻r48、电阻r49、二极管d16、二极管d15、插接头 p7、芯片y1和射频头rfid1；其中，芯片u4的端口1、端口32、端口48、端口64、端口19、端口13均接入3.3v电源，以及通过由电容c28、电容c29、电容c30、电容c31、电容c32组成的并联电路接地；芯片u4的端口31、端口47、端口63、端口18、端口12均接地；芯片u4的端口7通过电阻r47接 3.3v电源、通过电容c25接地、通过开关s1接地；芯片u4的端口60通过电阻r46接地、端口28通过电阻r45接地；芯片u4的端口29与射频头rfid1 的端口2电连接、端口30与射频头rfid1的端口3电连接；射频头rfid1的端口1接地；
13.芯片u4的端口46、端口49分别与插接头p7的端口3、端口2接地；插接头p7的端口1接地；
14.芯片u4的端口45通过电阻r49、二极管d16接地；芯片u4的端口44通过电阻r48、二极管d15接地；其中，芯片u4的型号为stm32f103ret6。
15.进一步地，所述rs485采集模块包括电阻r15、电阻r16、电阻r17、电阻r18、电阻r19、芯片sp1、电容c14、电容c17、电感l1、电感l2、二极管d5、二极管d6、二极管d7和插接口p2；
16.其中，芯片sp1的端口1通过电阻r16与芯片u4的端口16电连接、端口 2及端口3均通过电阻r17与芯片u4的端口20电连接、端口4通过电阻r18 与芯片u4的端口17电连接、端口5接地、端口6通过电阻r19与3.3v电源连接、端口6通过电感l2与插接头p2的端口2电连接、端口7通过电阻r15接地、端口7通过电感l1与插接头p2的端口1电连接、端口8接入3.3v电源、端口8通过电容c14接地；电容c17的一端与电阻r19电连接、另一端接地；
17.二极管d5的负极接地、正极接入电感l1与插接头p2之间；二极管d7的负极接地，正极接入电感l2与插接头p2之间；二极管d6的负极接入电感l1 与插接头p2之间、正极接入电感l1与插接头p2之间；其中，水表、电表均与插接头p2电连接。
18.进一步地，所述继电器模块包括多路继电器控制模块；其中，每路继电器控制模块的输入端分别与芯片u4的对应端口电性连接，其中一路继电器控制模块的输出端与水泵连接，用于控制水泵的工作状态，其余路的继电器控制模块的输出端与对应的水流量开关连接，用于控制水流量开关的工作状态；多个水流量开关还通过管道与水泵连接；所述水泵，用于将水通过管道输送到水流量开关，从而使得水流量开关将水输送到农田内。
19.进一步地，多路继电器控制模块包括10路和插接头p3；其中，每路继电器控制模块的输出端分别与芯片u3的端口26、端口27、端口55、端口56、端口 57、端口58、端口59、端口61、端口62、端口33电连接，输出端与插接头p3 的对应端口电性连接；所述插接头p3的端口1与水泵连接，端口2、端口3、端口4、端口5、端口6、端口7端口8、端口9、端口10与对应的水流量开关连接；
20.每路继电器控制模块均包括电阻r21、电阻r23、电阻r25、三极管q6、二极管d8、二极管d9和继电器开关；其中，电阻r21的一端接入12v电源、另一端与继电器开关的第一输入
端电连接；
21.电阻r25的一端与芯片u4的端口26电连接、另一端与通过电阻r27接地；
22.三极管q6的基极接入电阻r25与电阻r27之间、发射极接地、集电极通过二极管d8接入电阻r21和继电器开关之间；
23.二极管d9的一端通过电阻r23与继电器开关的第一输入端连接、另一端与继电器开关的第二输入端连接；
24.其中，第一路继电器控制模块的继电器开关的第一输出端与交流电的零线电性连接、第二输出端通过插接头p3的端口1与水泵连接；
25.其余九路继电器控制模块的继电器开关的第一输出端均与交流电的零线电性连接、第二输出端分别通过插接头p3的端口2、端口3、端口4、端口5、端口6、端口7端口8、端口9、端口10与对应的水流量开关连接；所述水泵、水流量开关还通过电路板接入交流电的火线。
26.相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：
27.本实用新型通过主控模块接收云端发送的控制指令来控制继电器模块来控制农业灌溉的启停，实现对农业灌溉的远程控制；同时通过rs485采集模块采集相应的耗电量、耗水量以及其他数据发送给主控模块，从而使得主控模块将数据上传至云端，为农业灌溉提供了数据支撑。
附图说明
28.图1为本实用新型提供的用于农业灌溉的控制设备模块图；
29.图2为主控模块的芯片u4的部分电路图；
30.图3为主控模块的芯片u4的部分电路图；
31.图4为test模块的电路图；
32.图5为rs485采集模块的电路图；
33.图6为第一路继电器模块的电路图；
34.图7为插接头p3的电路图；
35.图8为12v电源模块的电路图；
36.图9为3.3v电源模块的电路图。
具体实施方式
37.下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
38.本实用新型提供一种用于农业灌溉的控制装置，应用于农业灌溉系统，如图1-9所示，包括电表、水表、主控模块、继电器模块和rs485采集模块。
39.其中，电表与rs485采集模块电性连接，用于获取农业灌溉时的耗电量并发送给rs485采集模块。水表与rs485采集模块电性连接，用于获取农业灌溉时的耗水量并发送给rs485采集模块。
40.rs485采集模块与主控模块电性连接。其中，rs485采集模块将采集到的耗水量、耗
电量发送给主控模块，从而使得主控模块将数据上传至云端。也即，通过电表、水表可实现对农业灌溉过程中的耗电量、耗水量的监控。本实施例通过rs485采集模块可实现对rs485设备与主控模块的连接。
41.优选地，本实施例还包括ad采集模块，ad采集模块与主控模块电性连接，用于采集对应设备的数据并传输给主控模块。其中，ad采集模块、rs485采集模块可根据实际的设备类型来选择对应的数据采集模块，以实现检测设备将检测数据上传至主控模块。
42.具体地，在实际的使用过程中，一个水泵可与多个水流量开关连接，供多个水流量开关喷水。因此，继电器模块与水泵、水流量开关电连接，用于控制水泵以及水流量开关的工作状态。更为具体地，主控模块与继电器模块电性连接，通过接收云端发送的控制指令并将其发送给继电器模块，从而通过继电器模块控制水泵以及水流量开关的工作状态，以实现远程灌溉控制。
43.更为优选地，本实用新型还包括环境传感器和模拟计。其中，模拟计的一端与环境传感器电性连接、另一端与rs485采集模块电性连接，用于通过环境传感器获取环境数据并将环境数据上传至rs485采集模块，从而使得rs485采集模块将环境数据发送给主控模块以及通过主控模块上传至云端。通过对农业灌溉的环境数据进行获取，以有利于对农业灌溉的灵活控制，比如控制灌溉的时间、水量等。
44.其中，环境传感器可安装于灌溉农田的对应位置，用于检测灌溉农田所处的环境数据，具体地可根据环境传感器的类型以及实际的需求进行安装。优选地，环境传感器包括空气温度传感器、空气湿度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、ph传感器、雨量传感器、co2传感器、气压传感器、光照传感器、风力传感器，分别用于检测灌溉农田所处的空气湿度、空气温度、土壤湿度、土壤温度、ph值、雨量、co2含量、气压值、光照量以及风力大小等。通过实时对灌溉农田所处的环境数据的采集，为灌溉农田的灌溉计划提供数据基础。
45.优选地，主控模块还可通过rs485采集模块对环境数据、水表数据、电表数据进行定时采集。
46.更为优选地，当系统需要固件升级时，可采用远程方式，也即，云端通过mqtt向主控模块发送固件数据，这样，主控模块将固件数据写入flash中实现固件升级，可避免返厂重新烧录固件。
47.更为具体地，本实施例中的电表可采用华立电表dts541，也可以采用天普胜电表dts986。水流量计可以采用灰色流量计、蓝色超声波流量计xct-2000 以及雷达流量计rd-600s。
48.优选地，模拟计可采用dam-3058r。
49.优选地，本实用新型在对水泵进行控制时，主控模块首先通过rs485采集模块获取电表、水表的数据。若当电表、水表的数据无法获取或不存在电表、水表时，主控模块不会采取任何控制指令，向云端返回失败指令。也即，当控制装置不接入电表、水表时不会启动水泵进行灌溉。
50.更为优选地，如图2-3所示，本实施例中的主控模块包括芯片u4及其周边电路。具体地，主控模块包括电容c25、电容c26、电容c27、电容c28、电容 c29、电容c30、电容c31、电容c32、开关s1、电阻r45、电阻r46、电阻 r47、电阻r48、电阻r49、二极管d16、二极管d15、插接头p7、芯片y1和射频头rfid1。其中，芯片u4的型号为stm32f103ret6。本实施例中为了更
好地显示芯片u4的各个端口，本实施例将芯片u4区分为两部分，分别为u4a 和u4b，具体可参考图2和图3。
51.其中，芯片u4的端口1、端口32、端口48、端口64、端口19、端口13 均接入3.3v电源，以及通过由电容c28、电容c29、电容c30、电容c31、电容c32组成的并联电路接地。
52.芯片u4的端口7通过电阻r47接3.3v电源，通过电容c25接地，通过开关s1接地。芯片u4的端口60通过电阻r46接地，端口28通过电阻r45接地。芯片u4的端口29与射频头rfid1的端口2电连接，端口30与射频头rfid1 的端口3电连接。射频头rfid1的端口1接地。
53.芯片u4的端口46、端口49分别与插接头p7的端口3、端口2接地。插接头p7的端口1接地。
54.芯片u4的端口45通过电阻r49、二极管d16接地。芯片u4的端口44通过电阻r48、二极管d15接地。
55.更为具体地，芯片u4的端口16、端口17、端口20与rs485采集模块电性连接，以通过rs485获取环境数据、水表数据、电表数据等。
56.优选地，主控模块还包括test模块，用于系统测试。如图4所示，test模块具体包括电阻r50、电阻r51、电阻r52、电阻r53、电阻r54、电阻r55、电阻r56、电阻r57、电阻r58、电阻r59、电阻r60、二极管d17、测试端口 t1、测试端口t2、测试端口t3、测试端口t4和测试端口t5。
57.其中，电阻r50的一端与芯片u4的端口11电连接、另一端与测试端口t1 电连接；电阻r51的一端接3.3v电源、另一端与测试端口t1电连接。
58.电阻r52的一端与芯片u4的端口24电连接、另一端与测试端口t2电连接；电阻r53的一端接3.3v电源、另一端与测试端口t2电连接。
59.电阻r54的一端与芯片u4的端口25电连接、另一端与测试端口t3电连接；电阻r55的一端接3.3v电源、另一端与测试端口t3电连接。
60.电阻r56的一端与芯片u4的端口9电连接、另一端通过二极管d17接地。
61.电阻r57的一端与芯片u4的端口37电连接、另一端与测试端口t4电连接；电阻r58的一端接3.3v电源、另一端与测试端口t4电连接。
62.电阻r59的一端与芯片u4的端口10电连接、另一端与测试端口t5电连接；电阻r60的一端接3.3v电源、另一端与测试端口t5电连接。
63.更为优选地，如图5所示，rs485采集模块包括电阻r15、电阻r16、电阻 r17、电阻r18、电阻r19、芯片sp1、电容c14、电容c17、电感l1、电感 l2、二极管d5、二极管d6、二极管d7和插接口p2。其中，芯片sp1的端口 1通过电阻r16与芯片u4的端口16电连接，端口2及端口3均通过电阻r17 与芯片u4的端口20电连接，端口4通过电阻r18与芯片u4的端口17电连接，端口5接地，端口6通过电阻r19与3.3v电源连接、端口6通过电感l2与插接头p2的端口2电连接，端口7通过电阻r15接地、端口7通过电感l1与插接头p2的端口1电连接，端口8接入3.3v电源，端口8通过电容c14接地。
64.电容c17的一端与电阻r19电连接，另一端接地。
65.二极管d5的负极接地、正极接入电感l1与插接头p2之间。二极管d7的负极接地，正极接入电感l2与插接头p2之间。二极管d6的负极接入电感l1 与插接头p2之间、正极接入电感l1与插接头p2之间。
66.主控模块通过端口16、端口17、端口20分别通过电阻r16、电阻r17、电阻r18与芯片sp1的对应端口连接，以获取rs485采集模块所发送的数据，比如水表的数据、电表的数据以及模拟计发送的环境传感器的数据。其中，插接头p2用于外接电表、水表、模拟计等设备，通过将外部检测设备并联后接入到插接头p2，从而将检测数据通过rs485采集模块上传至主控模块。
67.更为优选地，本实施例还包括电源模块。电源模块的输入端与外部的外接电源电性连接，输出端用于输出对应电源，以供主控模块、rs485采集模块以及继电器模块的使用。
68.优选地，本实施例通过继电器开关来实现对水泵的启停控制。具体地，在农业灌溉时，一般是将管道架设到农田中，并安装多个水流量开关，通过水泵将水输送到各个水流量开关，然后控制每个水流量开关的工作状态，以可实现灌溉。本实用新型通过云端将控制指令发送到主控模块，进而使得主控模块通过继电器模块以实现对水泵、水流量开关的控制，进而实现远程灌溉的控制，方便工作人员操作，不需要到现场进行操作，节省人力成本。
69.优选地，继电器模块包括插接头和多路继电器控制模块。其中，多路继电器模块的输入端均与主控模块电连接。其中一路继电器控制模块的输出端与水泵连接，用于控制水泵的工作状态，其余路的继电器控制模块的输出端与对应的水流量开关连接，用于控制水流量开关的工作状态；多个水流量开关还通过管道与水泵连接；所述水泵，用于将水通过管道输送到水流量开关，从而使得水流量开关将水输送到农田内。同时，将多个水流量开关、一个水泵与插接头连接，可实现当水泵不启动时，水流量开关不作任何工作。
70.具体地，本实施例给出了一具体的实例，也即，继电器模块包括插接头p3 和10路继电器控制模块。其中，10路继电器控制模块分别记为第一继电器控制模块、第二继电器控制模块、第三继电器控制模块、第四继电器控制模块、第五继电器控制模块、第六继电器控制模块、第七继电器控制模块、第八继电器控制模块、第九继电器控制模块、第十继电器控制模块。
71.其中，本实施例中第一路继电器控制模块用于控制水泵的工作状态，其余9 个继电器控制模块用于控制水流量开关的工作状态。也即：第一继电器控制模块的输入端、第二继电器控制模块的输入端、第三继电器控制模块的输入端、第四继电器控制模块的输入端、第五继电器控制模块的输入端、第六继电器控制模块的输入端、第七继电器控制模块的输入端、第八继电器控制模块的输入端、第九继电器控制模块的输入端、第十继电器控制模块的输入端分别对应与芯片u4的端口26、端口27、端口55、端口56、端口57、端口58、端口59、端口61、端口62、端口33电性连接；而第一路继电器控制模块的输出端、第二继电器控制模块的输出端、第三继电器控制模块的输出端、第四继电器控制模块的输出端、第五继电器控制模块的输出端、第六继电器控制模块的输出端、第七继电器控制模块的输出端、第八继电器控制模块的输出端、第九继电器控制模块的输出端、第十继电器控制模块的输出端分别与插接头p3的10个端口对应电连接。同时，插接头p3还用于连接外部设备，具体地，插接头p3的端口1与水泵连接，端口2～端口10与对应的水流量开关连接。
72.也即，主控模块通过对应的继电器控制模块来控制与插接头p3连接的水泵以及水流量开关的工作状态，以实现远程灌溉。
73.优选地，本实施例中的继电器开关可包括自动开关、点动开关、循环开关和定时开关等。每个开关均有对应的工作模式。比如，当继电器开关为定时开关时，系统会根据系统
设置的定时时间自动启动定时开关进行工作。
74.如图6-7所示，本实施例给出了第一继电器控制模块的电路图，包括电阻 r21、电阻r23、电阻r25、三极管q6、二极管d8、二极管d9和继电器开关 k1。
75.其中，电阻r21的一端接入12v电源、另一端与继电器开关k1的第一输入端电连接。
76.电阻r25的一端与芯片u4的端口26电连接、另一端通过电阻r27接地。
77.三极管q6的基极接入电阻r25与电阻r27之间、发射极接地、集电极通过二极管d8接入电阻r21和继电器开关k1之间。
78.二极管d9的一端通过电阻r23与继电器开关k1的第一输入端连接、另一端与继电器开关k2的第二输入端连接。
79.继电器开关k1的第一输出端与零线电连接、第二输出端与插接头p3的端口1电连接。
80.插接头p3的端口1与第一继电器模块的继电器开关k1的第二输出端电性连接。同时，由于插接头p3的端口1与水泵连接。因此，当主控模块的芯片 u4的端口26为高电平时，将继电器k1闭合时，此时插接头p3的端口1与继电开关k1的第一输出端连接的零线短接，以控制水泵的工作状态。优选地，本实施例中的其余9路的继电器模块的电路设计均与第一继电器控制模块的电路采用相同的设计，除了插接头p3的端口2～端口10与对应的水流量开关连接。
81.也即，插接头p3的端口2、端口3、端口4、端口5、端口6、端口7、端口8、端口9、端口10分别与对应水流量开关连接，以控制对应的水流量开关的工作状态。
82.同理，当主控模块的芯片u4的端口27、端口55、端口56、端口57、端口 58、端口59、端口61、端口62、端口33分别为高电平时，对应的继电开关闭合后，插接头p3对应的端口与对应继电开关的第一输出端连接的零线短接，进而控制水流量开关的工作状态。
83.也即，插接头p3的端口1与水泵连接，插接头p3的其余9个端口分别与9 路水流量开关连接。这样，当插接头p3的端口1与零线短接后，水泵开始工作；这样，当插接头p3的其余9个端口中的任意一个与零线短接后，对应的水流量开关开始工作。同时，当插接头p3的端口1不与零线短接时，其余9路的水流量开关无法工作。
84.更为优选地，本实施例采用通过弱电控制强电的方式对继电器模块进行控制。也即，将水流量开关、水泵的电源均通过电路板接入220v交流电，并且将水流量开关、水泵共用火线。通过上述每个继电器控制模块来控制零线与水泵、水流量开关的连接，也即通过继电器控制模块来实现对零线的开关控制，也即实现了弱电控制强电路的工作方式。
85.具体地，如图8-9所示，电源模块包括12v电源模块和3.3v电源模块。其中，12v电源模块，用于将外接电源转换为12v。3.3v电源模块，用于将12v 电源转换为3.3v电源。
86.其中，12v电源模块包括插接头p8、变压器f2、电容c33、电容c34和二极管d18。
87.插接头p8的端口2通过变压器f2输出12v电源、端口1接地。
88.电容c33的一端、电容c34的一端、二极管d18的正极均与12v电源模块的输出端电连接。
89.电容c33的另一端、电容c34的另一端、二极管d18的负极均接地。
90.3.3v电源模块包括电容c35、电容c36、电容c37、电容c38和芯片u5。
91.其中，芯片u5的端口1接地，端口2输出3.3v电源，端口2通过电容c38 接地，端口2
通过电容c37接地，端口3接入12v电源，端口3通过电容c35 接地，端口3通过电容c36接地，端口4通过电容c37接地。
92.各个模块可根据需求选择对应的电源进行工作。本实用新型通过提供不同的工作电源，以保证不同的模块的正常工作。
93.上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。