远程直流解码器的控制装置和系统的制作方法

本发明涉及灌溉技术领域，尤其是涉及远程直流解码器的控制装置和系统。

背景技术：

随着种植面积的扩大化、规模化，对应灌溉系统的面积也随之增长，使用电磁阀的数量也越来越多。传统模式下，电磁阀都用的是交流24v电磁阀，每个电磁阀都需要从控制器连接两根电源线。当电磁阀数量比较多的时候，电磁阀和控制器之间需要很多的线缆连接，后期如果出现损坏，不容易定位，也不容易维修。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供远程直流解码器的控制装置和系统，可以通过总线的方式解决传统接线混乱的问题，如果出现损坏，方便定位并容易维修。

第一方面，本发明实施例提供了远程直流解码器的控制装置，包括：解码器网关、多个电磁阀和多个解码器，其中，每个所述电磁阀通过两根绞线分别与每个所述解码器相连接，每个所述解码器以总线的方式连接到所述解码器网关；

所述解码器网关，用于向所述解码器发送指令信息；

所述解码器，用于对所述指令信息进行解析，得到解析的指令信息，所述解析的指令信息包括正向脉冲电压信息或反向脉冲电压信息，并根据所述正向脉冲电压信息或所述反向脉冲电压信息控制所述电磁阀进行闭合或断开。

进一步的，所述解码器包括第一电源保护电路、电磁阀供电电路、电磁阀逆变电路、第一电力线载波电路、第一电压转换电路、第一中央处理器和电磁阀；

所述第一电源保护电路的第一输入端和第二输入端均输入直流电源，所述第一电源保护电路的第一输出端和第二输出端分别与所述电磁阀供电电路的第一输入端和第二输入端相连接，所述电磁阀供电电路的第一输出端和第二输出端分别与所述电磁阀逆变电路的第一输入端和第二输入端相连接，所述电磁阀逆变电路的第二输出端和第三输出端与所述电磁阀相连接，并且第一输出端与所述第一中央处理器相连接；

所述第一电力线载波电路的第一输入端和第二输入端分别与所述第一电源保护电路的第一输入端和第二输入端相连接，所述第一电力线载波电路的第二输出端和第三输出端分别与所述第一中央处理器相连接，并且第一输出端与所述第一电压转换电路的输入端相连接，所述第一电压转换电路的第一输出端与所述第一中央处理器相连接，所述第一电压转换电路的第二输出端和第三输出端均与所述第一电源保护电路的第三输出端和第四输出端相连接。

进一步的，所述第一电源保护电路，用于保护所述第一电力线载波电路和所述第一中央处理器，并且当所述电力总线存在高压时，将所述多个解码器从所述电力总线上断开。

进一步的，所述电磁阀供电电路，用于在所述解码器控制所述电磁阀的情况下，处于闭合状态，并进行充电；

所述电磁阀逆变电路，用于向所述电磁阀提供所述正向脉冲电压信息，以使所述电磁阀处于闭合状态；

或者，

向所述电磁阀提供所述反向脉冲电压信息，以使所述电磁阀处于断开状态。

进一步的，所述解码器网关包括第二电源保护电路、第二电力线载波电路、gsm系统、第二电压转换电路、第二中央处理器、系统数据存储电路、实时时钟电路、以太网络通信和差分串行通信；

所述第二电源保护电路的第一输入端和第二输入端输入直流电源，所述第二电源保护电路的第一输出端和第二输出端分别与所述第二电压转换电路的第一输入端和第二输入端相连接，所述第二电压转换电路的第一输出端分别与所述第二中央处理器、所述系统数据存储电路的输入端、实时时钟电路的输入端、以太网络通信的输入端和差分串行通信的输入端相连接，所述系统数据存储电路的输出端、实时时钟电路的输出端、以太网络通信的输出端和差分串行通信的输出端分别与所述第二中央处理器相连接；

所述第二电力线载波电路的第一输入端和第二输入端分别与所述第二电源保护电路的第一输入端和第二输入端相连接，所述第二电力线载波电路的第一输出端和第二输出端分别与所述第二中央处理器相连接，所述第二电力线载波电路的第三输出端分别与所述gsm系统的输入端和所述第二电压转换电路的第二输出端相连接，并且所述gsm系统的输入端与所述第二电压转换电路的第二输出端相连接，所述gsm系统的输出端与所述第二中央处理器相连接。

进一步的，所述第二电源保护电路，用于保护所述第二电力线载波电路、所述gsm系统和所述第二中央处理器，并且当电源存在高压时，并将所述解码器网关从所述电源上断开。

进一步的，所述实时时钟电路，用于为所述第二中央处理器提供世界统一时间utc，并且当存在误差时，在服务器的作用下进行时间同步；

所述系统数据存储电路，用于在网络故障使所述解码器网关和服务器断开连接的情况下，将所述解码器网关在断网期间生成的数据进行存储，并且在网络恢复的情况下，将所述数据同步到所述服务器中。

第二方面，本发明实施例还提供远程直流解码器的控制系统，包括如上所述的远程直流解码器的控制装置，还包括服务器，所述服务器与所述远程直流解码器的控制装置中的解码器网关相连接；

所述服务器，用于接收所述解码器网关发送的心跳数据，以及向所述解码器网关发送带有id的任务，并根据所述心跳数据和所述带有id的任务实现时间同步和任务同步。

进一步的，所述服务器，还用于接收所述解码器网关发送的包括时间信息的所述心跳数据，将所述时间信息与本地时间信息进行比较，如果所述时间信息与所述本地时间信息的差值大于预设阈值，则将所述本地时间信息发送给所述解码器网关，以使所述解码器网关根据所述本地时间信息进行同步更新。

进一步的，所述服务器，还用于将所述带有id的任务发送给所述解码器网关，以使所述解码器网关根据所述带有id的任务回复响应报文，并根据所述响应报文将所述带有id的任务标记成已下发任务。

本发明实施例提供了远程直流解码器的控制装置和系统，包括：解码器网关、多个电磁阀和多个解码器，其中，每个电磁阀通过两根绞线分别与每个解码器相连接，每个解码器以总线的方式连接到解码器网关；解码器网关用于向所述解码器发送指令信息；解码器用于对所述指令信息进行解析，得到解析的指令信息，解析的指令信息包括正向脉冲电压信息或反向脉冲电压信息，并根据正向脉冲电压信息或反向脉冲电压信息控制电磁阀进行闭合或断开，可以通过总线的方式解决传统接线混乱的问题，如果出现损坏，方便定位并容易维修。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的远程直流解码器的控制装置示意图；

图2为本发明实施例提供的解码器示意图；

图3为本发明实施例提供的解码器网关示意图；

图4为本发明实施例提供的远程直流解码器的控制系统示意图；

图5为本发明实施例提供的防雷器连接示意图。

图标：

11-第一电源保护电路；12-电磁阀供电电路；13-电磁阀逆变电路；15-第一中央处理器；16-第一电压转换电路；17-第一电力线载波电路；21-第二电源保护电路；22-第二电压转换电路；23-gsm系统；24-第二电力线载波电路；25-第二中央处理器；26-系统数据存储电路；27-实时时钟电路；28-以太网络通信；29-差分串行通信；10-解码器网关；20-解码器；30-电磁阀；40-防雷器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为便于对本实施例进行理解，下面对本发明实施例进行详细介绍。

图1为本发明实施例提供的远程直流解码器的控制装置示意图。

参照图1，该装置包括解码器网关10、多个电磁阀30和多个解码器20，其中，每个电磁阀30通过两根绞线分别与每个解码器20相连接，每个解码器20以总线的方式连接到解码器网关10；

解码器网关10，用于向解码器20发送指令信息；

解码器20，用于对指令信息进行解析，得到解析的指令信息，解析的指令信息包括正向脉冲电压信息或反向脉冲电压信息，并根据正向脉冲电压信息或反向脉冲电压信息控制电磁阀30进行闭合或断开。

具体地，解码器网关10通过总线发送读取电磁阀30和控制电磁阀30的指令信息给解码器20，解码器20解析指令信息后，完成对电磁阀30状态的控制。通过总线的方式解决了传统接线麻烦的问题，在实际布置过程中，只需要放一根地埋式的双绞线就完成了总线的布置。后期线损坏的地方非常方便定位，并且很容易维修。由于总线的特性，只需要往总线上并联解码器20即可进行扩展。

解码器20和解码器网关10之间通过一根双绞线连接，解码器20的电源由解码器网关10提供，并且他们之间的通讯也通过这个电源线实现。所以解码器20和解码器网关10都要实现电力线传输的编解码。解码器网关10给解码器20的供电电压范围是直流电压，电压范围是12v到48v。

电磁阀30为直流脉冲电磁阀，直流脉冲电磁阀的工作电压是dc9～dc24v，电阻为6ω，需要脉冲的持续时间至少为100ms，所以在打开或关闭电磁阀30的瞬间，总线上产生的电流会比较大，从而导致总线的压降比较明显，甚至影响与解码器20的通信。所以在电路设计的时候，在电磁阀30的控制电路上增加了一个电容，在需要控制电磁阀30的时候，首先打开电容充电电路，完成对电容的充电，通过电容充的电完成对后面电磁阀30的控制，这样在对电磁阀30控制的时候就不会将总线上的电压拉的太低。直流脉冲电磁阀通过正向脉冲打开，通过反向脉冲关闭。所以在控制电磁阀30的电路上有一个电源切换电路，当需要打开电磁阀30的时候，给电磁阀30提供的是正向dc9v，当需要关闭电磁阀30的时候，给电磁阀30提供的是反向dc9v。

另外，该装置还包括防雷器40，由于解码器20都是放在野外环境，很容易遭受雷击，所以要在总线上布置防雷器40，用来减少解码器20被雷击的可能性。防雷器40总共有3根线，其中两根并联在总线上，另外一根接避雷铜棒，当有感应雷到总线上的时候，通过避雷铜棒把雷引入大地，最终保护解码器20，使其正常工作，具体参照图5。防雷器40通过两根线并联在通信总线上，并且在总线上每隔300米左右要放置一个。防雷器40的主要功能就是将总线上的感应雷，通过接地铜棒引入到大地下。防雷器40接地后，其对地电阻必须小于且等于10ω，以确保它对地的导电性，能够在最短时间内将感应雷引入大地。

接地铜棒需要埋在距离总线至少2.5米开外的地方，防止往大地引入的雷再次感应到通信总线上。防雷器40核心的工作原理是通过一个2倍于通信总线电压的压敏电阻，完成对地的断开和接通。当感应雷叠加到通信总线上的时候，通信总线上会出现一个瞬间高压，一旦这个电压超过压敏电阻的耐压值，压敏电阻就会导通，解码器20就会将总线通过接地铜棒和大地导通完成放电。当通信总线电压正常的时候，防雷器40对地不导通，对总线通信没有任何影响。

图2为本发明实施例提供的解码器示意图。

参照图2，解码器包括第一电源保护电路11、电磁阀供电电路12、电磁阀逆变电路13、第一电力线载波电路17、第一电压转换电路16、第一中央处理器15和电磁阀30；

第一电源保护电路11的第一输入端和第二输入端均输入直流电源，第一电源保护电路11的第一输出端和第二输出端分别与电磁阀供电电路12的第一输入端和第二输入端相连接，电磁阀供电电路12的第一输出端和第二输出端分别与电磁阀逆变电路13的第一输入端和第二输入端相连接，电磁阀逆变电路13的第二输出端和第三输出端与电磁阀30相连接，并且第一输出端与第一中央处理器15相连接；

第一电力线载波电路17的第一输入端和第二输入端分别与第一电源保护电路11的第一输入端和第二输入端相连接，第一电力线载波电路17的第二输出端和第三输出端分别与第一中央处理器15相连接，并且第一输出端与第一电压转换电路16的输入端相连接，第一电压转换电路16的第一输出端与第一中央处理器15相连接，第一电压转换电路16的第二输出端和第三输出端均与第一电源保护电路11的第三输出端和第四输出端相连接。

第一电源保护电路11，用于保护第一电力线载波电路17和第一中央处理器15，并且当电力总线存在高压时，将多个解码器从电力总线上断开。

电磁阀供电电路12，用于在解码器控制电磁阀30的情况下，处于闭合状态，并进行充电；

电磁阀逆变电路13，用于向电磁阀30提供正向脉冲电压信息，以使电磁阀30处于闭合状态；

或者，

向电磁阀30提供反向脉冲电压信息，以使电磁阀30处于断开状态。

第一电源保护电路11的第一输入端和第二输入端均输入直流电源，直流电源的电压范围是dc12v～dc36v。如果电压低于12v，将影响解码器与解码器网关的通信。

第一电力线载波电路17用于完成电力线数据的传输，以及与第一中央处理器15的数据传输。第一电力线载波电路17分为第一发送系统和第一接收系统，它与第一中央处理器15通过ttl串口连接，数据通信波特率可以设置为2400bd或9600bd。

第一电压转换电路16完成将电力线的电源稳压到3.3v，给第一电力线载波电路17和第一中央处理器15供电。第一电力线载波电路17和第一中央处理器15都是通过3.3v供电。

在本实施例中，采用了超低功耗的cotexm0的mcu作为第一中央处理器15，该第一中央处理器15的主频为72mhz。当解码器网关提供dc24v的时候，解码器的静态工作电流是10ma，为了让解码器处于更低的功耗，通过程序控制mcu降频，让mcu工作在平时主频的1/4(18mhz)，这样解码器的静态工作电流可以稳定在6ma，大大增加了解码器的通信距离。经过实际测试，dc24v供电，采用bvs2*2.5线缆，在2.5km的线缆上挂载100个解码器，可以正常工作。

图3为本发明实施例提供的解码器网关示意图。

参照图3，解码器网关包括第二电源保护电路21、第二电力线载波电路24、gsm系统23、第二电压转换电路22、第二中央处理器25、系统数据存储电路26、实时时钟电路27、以太网络通信28和差分串行通信29；

第二电源保护电路21的第一输入端和第二输入端输入直流电源，第二电源保护电路21的第一输出端和第二输出端分别与第二电压转换电路22的第一输入端和第二输入端相连接，第二电压转换电路22的第一输出端分别与第二中央处理器25、系统数据存储电路26的输入端、实时时钟电路27的输入端、以太网络通信28的输入端和差分串行通信29的输入端相连接，系统数据存储电路26的输出端、实时时钟电路27的输出端、以太网络通信28的输出端和差分串行通信29的输出端分别与第二中央处理器25相连接；

第二电力线载波电路24的第一输入端和第二输入端分别与第二电源保护电路21的第一输入端和第二输入端相连接，第二电力线载波电路24的第一输出端和第二输出端分别与第二中央处理器25相连接，第二电力线载波电路24的第三输出端分别与gsm系统23的输入端和第二电压转换电路22的第二输出端相连接，并且gsm系统23的输入端与第二电压转换电路22的第二输出端相连接，gsm系统23的输出端与第二中央处理器25相连接。

第二电源保护电路21，用于保护第二电力线载波电路24、gsm系统23和第二中央处理器25，并且当电源存在高压时，并将解码器网关从电源上断开。

实时时钟电路27，用于为第二中央处理器25提供世界统一时间utc，并且当存在误差时，在服务器的作用下进行时间同步；

系统数据存储电路26，用于在网络故障使解码器网关和服务器断开连接的情况下，将解码器网关在断网期间生成的数据进行存储，并且在网络恢复的情况下，将数据同步到服务器中。

第二电力线载波电路24完成电力线数据的传输，以及与第二中央处理器25的数据传输。第二电力线载波电路24分为第二发送系统和第二接收系统，它与第二中央处理器25通过ttl串口连接，数据通信波特率可以设置为2400bd或9600bd。同时，第二电力载波电路24还完成对解码器的通信，通过两根电力线完成。

第二电压转换电路22完成将电源稳压到12v，通过12v转换为4v，给gsm系统23供电。另外，通过将12v转换为3.3v，给第二电力线载波电路24和第二中央处理器25供电，均是通过3.3v供电。

gsm系统23用于完成gprs通信功能，当解码器网关处于没有以太网环境的时候，通过gsm系统23完成和服务器的通信。

第二中央处理器25，采用了工业级arm9架构的mcu，具有超功耗的特点。第二中央处理器25具有通信、拨号、存储和控制的功能。

差分串行通信29在有外部其他设备时，第二中央处理器25通过rs485总线与其他设备进行交互。在rs485总线上面通过modbusrtu协议进行通信，很大程度上兼容了标准协议的传感器和控制器。

以太网络通信28在有以太网环境时，通过以太网络通信28完成和服务器的通信。

图4为本发明实施例提供的远程直流解码器的控制系统示意图。

参照图4，该系统包括远程直流解码器的控制装置，还包括服务器，服务器与远程直流解码器的控制装置中的解码器网关相连接；

服务器，用于接收解码器网关发送的心跳数据，以及向解码器网关发送带有id的任务，并根据心跳数据和带有id的任务实现时间同步和任务同步。

进一步的，服务器还用于接收解码器网关发送的包括时间信息的心跳数据，将时间信息与本地时间信息进行比较，如果时间信息与本地时间信息的差值大于预设阈值，则将本地时间信息发送给解码器网关，以使解码器网关根据本地时间信息进行同步更新。

这里，在目前的灌溉系统中，基本分为两种灌溉模式。一种是基于时间的灌溉任务，一种是基于传感器数据的灌溉任务，并且基于时间的灌溉任务居多。所以解码器的网关的本地时间非常重要。通过上述方式，解码器网关将服务器下发的本地时间信息同步到rtc(real-timeclock，实时时钟芯片)电路中，从而确保解码器网关和服务器的时间差小于60秒。

进一步的，服务器还用于将带有id的任务发送给解码器网关，以使解码器网关根据带有id的任务回复响应报文，并根据响应报文将带有id的任务标记成已下发任务。

具体地，解码器网关支持两种任务，分别是时间任务和脚本任务。时间任务主要完成电磁阀基于时间的灌溉，脚本任务主要完成周边设备的关联运行，比如变频控制柜、雨量传感器、流量传感器等。对于服务器下发的任务，解码器网关都会保存在本地的sqlite数据库中。解码器网关每次上电的时候都会从本地数据库中加载最新的任务。当用户通过页面编辑任务的时候，服务器会产生一个带有唯一id的任务，并且将这个任务保存在服务器数据库中，同时尝试下发该任务给解码器网关。当解码器网关收到该任务的时候，会发送一个带有任务唯一id的响应报文给服务器，服务器会将该任务标记成已下发任务。由于灌溉项目大多都是在户外环境，网络环境不是非常稳定，所以解码器网关存在离线的可能性。本系统通过心跳数据解决了重新上线同步任务的问题。解码器网关在定期上报的心跳数据中设置了当前本地最新的任务的唯一id，服务器在接收到该数据的时候，会同服务器最新的任务的id进行比较，一旦发现不一致，服务器会立刻下发最新的任务给解码器网关。通过这种方式，即便用户在下发任务的时候，解码器网关不在线，在下次上线的时候，任务同样可以同步到解码器网关。

解码器网关与解码器通过两根电力线进行通信，通过modbusrtu协议进行通信。解码器网关会不间断的对每个解码器顺序地扫描，每次扫描之间间隔200毫秒。通过这种方式，解码器网关的内存里面会一直刷新所有解码器的实时状态。解码器网关通过定期运行任务，每次运行完成任务都有一个解码器结果状态表。通过对比内存里面解码器实时状态表和结果状态表，一旦发现某个解码器状态不一致，按照结果状态表作为依据，给解码器发送控制命令。解码器执行完成控制命令后，会将电磁阀的状态写入到flash中，防止意外断电导致电磁阀状态错误。

本发明实施例所提供的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。