[发明专利]脉冲式低功耗滴灌自动控制装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及脉冲式低功耗滴灌自动控制装置，适用于果树、苗圃、盆栽植物等的滴灌自动控制，以及其它需要节水灌溉控制装置的领域。

背景技术

脉冲式电磁阀是滴灌控制装置中最主要的消耗电能的器件，传统的滴灌定时控制装置采用的电磁阀的工作电压较高，一般为直流9V以上或交流220V，其阀门打开或关闭的状态需要电能来维持，功耗较大，不适用于电池供电；而且还需要专门的显示器来进行时间的设定，增加了成本和功耗。目前也有用电池供电的低功耗滴灌定时控制器，但其价格较高，难以在农业领域推广应用。

发明内容

本发明是一种脉冲式低功耗滴灌自动控制装置及其控制方法，该装置以电池供电，其主要功能是：按照设定的时间启动滴灌，根据设定的滴灌时间定时停止，滴灌的启动时间和定时时间可随时设定且不需要专门的显示器件，此外，此装置可具有掉电保护数据的功能。

本发明主要由控制器，指令输入装置，计时器，电磁阀和电池组成。控制器可以是单片机，由简单的电路同其它外围部件连接，电磁阀可以是双稳态脉冲电磁阀，通过驱动电路与单片机连接，计时器可以是内置电池的实时时钟(RTC)芯片，电池可以是9V电池，由低压差(Low DropOut，LDO)稳压模块与其它用电模块或元件相连供电，指令输入装置可以由多档位的旋钮开关，带钟表形刻度的壳体，LED及按键等组成。

双稳态脉冲电磁阀与水管相连，单片机与双稳态脉冲电磁阀的驱动电路相连，单片机通过控制驱动电路来控制电磁阀的打开或关闭，从而控制滴灌的开启或停止。

实时时钟芯片为装置提供基准时钟，当系统上电时由主电源为其供电，当系统掉电时由备用内置电池为其供电，此时实时时钟工作在低功耗模式，消耗电流很小。这样使得系统时钟在上电或掉电状态下都能实时运行，实现时钟的不间断运行。

利用旋钮开关和壳体上的刻度盘相配合，通过旋转旋钮开关的档位，实现滴灌定时时间的设定，刻度盘的每一格代表一个时间基数。旋钮开关的档位通过单片机内部集成的ADC转换器检测获得。将旋钮开关与壳体上的刻度盘、按键及LED指示灯配合使用，实现RTC时钟的校正、滴灌每天的启动时间的设定与修改。

单片机内部可以集成EEPROM用于数据的掉电保护，它将系统运行过程中的一些关键信息保存下来，当掉电后重上电时，单片机将保存在EEPROM中的关键信息读取出来，使装置具有记忆功能。

利用单片机的休眠模式，使单片机系统大部分时间都处于省电模式，只有当需要它工作时才将单片机唤醒，以控制外围电路或器件工作。单片机的唤醒通过其内部的定时器T2异步定时中断唤醒。

本发明专利的有益效果在于：以单片机、实时时钟(RTC)芯片和双稳态脉冲电磁阀为主要器件构成的定时脉冲式低功耗滴灌自动控制装置，可按预先设定好的滴灌启动时间和滴灌定时时间自动控制滴灌的开启与停止，而且滴灌的启动时间和定时时间可在24小时范围内任意修改或设定。通过利用单片机的休眠模式等电源管理技术以及选用低功耗的元器件进行低功耗设计，使整个装置具有极低的功耗，很大程度地延长了电池的使用寿命。利用单片机内部集成的EEPROM以及外接的RTC芯片，实现了数据的掉电保护以及掉电期间系统时钟的实时运行，使所设计的装置在偶尔或频繁的短时间掉电后再重上电时能正常运行。

所选用的双稳态脉冲电磁阀是一个低功耗器件，其驱动电路简单，而且其阀门的打开或关闭只需给电磁阀通一个约30ms的、幅度约4.2伏的正向或反向的直流脉冲电压，而且阀门的打开或关闭的状态不需要电能维持。

LDO稳压模块将外接电池的电压稳压后供整个电路系统使用，使系统有个稳定的工作电压。所选用的LDO稳压模块是一个高精度、低功耗器件，其精度为±1％，消耗电流约为2.0uA而且其输入电压与输出电压间的压差很低，仅为0.2V，因此该模块不仅能为整个装置提供一个稳定的工作电压，而且还能提高电池电压的利用范围和利用效率，从而延长电池对装置的供电时间。

在按键和LED指示灯的配合下，通过调节多档位旋钮开关的档位，可实现滴灌定时时间的设定、RTC时钟的校正和滴灌启动时间的设定。实现这些功能的元器件简单，不需要专门的显示器件，而且操作简便，同时还降低了装置的成本和功耗。要使系统处于RTC时钟校正或滴灌启动时间设定状态，必须在刚开机的时刻同时按下某两个按键的组合几秒钟以上方可有效，这样可有效地避免装置的RTC时间或滴灌启动时间被一些不经意操作改变，或户外工作时其被人任意窜改。