[发明专利]基于OPC协议的智能灌溉设备

权利要求书

1.本发明公布了基于OPC的智能灌溉基站设备，其特征在于：以先进的OPC_UA协议与以STC12C5A16S2为主控芯片的嵌入式设备相结合的技术方案，在主芯片STC12C5A16S2中移植入采用OPC_UA协议开发的OPCServer，通过统一的OPC协议，与具有OPCClient的服务器PC、手机进行数据交互。

2.根据权利要求1所述的基于OPC的智能灌溉基站设备，其特征在于：基站设备包括控制器模块、电源管理模块、存储器模块、信号采集模块、通讯模块以及执行模块；其中，控制器模块以STC12C5A16S2为主控芯片；电源管理模块包括以7805为核心的5V电压转换电路以及以SPX1117M3-3.3为核心的3.3V电压转换电路；存储器模块以AT45DB161D为核心的存储电路；信号采集模块主要包括以空气温湿度传感器、土壤湿度传感器以及双刀单掷继电器为核心的信号采集电路；通讯模块包括以MAX232为核心的电平转换电路和ZigBee接口电路；执行模块主要包括以电磁阀和单刀单掷继电器为核心的电路；a.智能灌溉设备作为独立设备使用时，设备由控制器模块独立控制，不受服务器控制，设备根据控制器内部程序，通过双刀单掷继电器适时开启外部传感器模块，当外部传感器检测的数据到达程序设定值时，控制器模块通过单刀单掷继电器开启电池阀，开始智能灌溉；灌溉一段时间后，当外部传感器检测到土壤湿度达到一定值时，控制器通过继电器关闭电池阀，同时关闭外部传感器模块，从而达到减低功耗的需求；同时，控制器将灌溉的开始时间、结束时间以及灌溉过程中外部空气温湿度和土壤湿度变化的数据保存在存储器模块中，以便需要时调用或将数据通过ZigBee发送到服务器；b.智能灌溉设备作为传感器网络的一个节点设备时，设备通过ZigBee模块接受来自服务器的命令，服务器可以实时监测、控制该灌溉设备；灌溉设备接收服务器的命令，通过双刀单掷继电器开启外部传感器模块，传感器模块采集的温湿度数据不断传送到服务器，服务器根据这些数据给控制器发送命令，灌溉设备接收命令后通过单刀单掷继电器开启或关闭外部电池阀，从而实现在线、实时的控制智能灌溉设备进行灌溉。

3.根据权利要求1所述的基于OPC的智能灌溉基站设备，其特征在于：所述的控制器模块包括处理器U1STC12C5A16S2、第一滤波电容C1、第二滤波电容C2、第三滤波电容C3、第四滤波电容C4、第七滤波电容C7、第一电阻R1、晶振Y1；处理器U1STC12C5A16S2的38引脚、第二滤波电容C2的一端、第三滤波电容C3的一端与VDD5.0相连；第二滤波电容C2的另一端与第三滤波电容C3的另一端相连并接地；处理器U1STC12C5A16S2的4引脚、第一电阻R1的一端和第七滤波电容C7的一端相连；第一电阻R1的另一端接地；第七滤波电容C7的另一端与VDD5.0相连；处理器U1STC12C5A16S2的15引脚、第一滤波电容C1的一端与晶振Y1的一端相连；处理器U1STC12C5A16S2的14引脚、第四滤波电容C4和晶振Y1的另一端相连；处理器U1STC12C5A16S2的16引脚、第一滤波电容C1的另一端与第四滤波电容C4的另一端相连并接地；

所述的5V电压转换电路包括U27805、第六滤波电容C6、第七滤波电容C7；U27805的1引脚、第六滤波电容C6的一端与VDD12相连；U27805的2引脚、第六滤波电容C6另一端与第七滤波电容C7的一端相连并接地；U27805的3引脚、第七滤波电容C7的另一端与VDD5.0相连；

所述的3.3V电压转换电路包括U3SPX1117M3-3.3、第一极性电容C10、第八滤波电容C8、第九滤波电容C9；U3SPX1117M3-3.3的1引脚、第一极性电容C10的阳极、第八滤波电容C8的一端与VDD5.0相连；U3SPX1117M3-3.3的2引脚、第一极性电容C10的阴极、第八滤波电容C8的另一端与第九滤波电容C9的一端相连并接地；U3SPX1117M3-3.3的3引脚、第九滤波电容C9的另一端与VDD3.3相连；

所述的存储器模块包括存储器U4AT45DB161D、第二电阻R2、第三电阻R3、第十一滤波电容C11；存储器U4AT45DB161D的1引脚与处理器U1STC12C5A16S2的P4.1相连；存储器U4AT45DB161D的2引脚与处理器U1STC12C5A16S2的P4.3相连；存储器U4AT45DB161D的3引脚与第二电阻R2的一端相连；存储器U4AT45DB161D的4引脚与处理器U1STC12C5A16S2的P4.0相连；存储器U4AT45DB161D的5引脚、第三电阻R3的一端与处理器U1STC12C5A16S2的P0.3相连；存储器U4AT45DB161D的6引脚、第二电阻R2的另一端、第三电阻R3的另一端、第十一滤波电容C11的一端与VDD3.3相连；存储器U4AT45DB161D的7引脚接地；存储器U4AT45DB161D的8引脚与处理器U1STC12C5A16S2的P4.2相连；第十一滤波电容C11的另一端接地；

所述的信号采集模块包括空气温湿度传感器插口JP2、土壤湿度传感器插口JP3、第一二极管D1、第一三极管Q1、双刀单掷继电器K1、第二极性电容C12、第四电阻R4、第五电阻R5；第二极性电容C12的阴极接地；第二极性电容C12的阳极、第一二极管D1的阴极、双刀单掷继电器K1的1引脚与VDD12相连；第一二极管D1的阳极、双刀单掷继电器K1的2引脚与第一三极管Q1的1引脚相连；双刀单掷继电器K1的3引脚与VDD5.0相连；双刀单掷继电器K1的5引脚与VDD3.3相连；双刀单掷继电器K1的4引脚与JP2的1引脚相连；双刀单掷继电器K1的6引脚与JP3的1引脚相连；JP2的2引脚与处理器U1STC12C5A16S2的P0.2相连；JP2的3引脚、JP3的4引脚与第一三极管Q1的3引脚相连并接地；JP3的2引脚与处理器U1STC12C5A16S2的P0.0相连；JP3的3引脚与处理器U1STC12C5A16S2的ADC0相连；第一三极管Q1的2引脚与第四电阻R4的一端相连；第四电阻R4的另一端、第五电阻R5的一端与处理器U1STC12C5A16S2的P0.3相连；第五电阻R5的另一端接地；

所述的通讯模块包括ZigBee插口CON1、电平转换芯片U5MAX232、第十三滤波电容C13、第十四滤波电容C14、第十五滤波电容C15、第十六滤波电容C16、插口JP1;ZigBee插口CON1的13引脚、15引脚、17引脚与VDD3.3相连；ZigBee插口CON1的21引脚、23引脚、25引脚与27引脚相连并接地；ZigBee插口CON1的18引脚与处理器U1STC12C5A16S2的U0TX相连；ZigBee插口CON1的20引脚与处理器U1STC12C5A16S2的U0RX相连；ZigBee插口CON1其余引脚架空；电平转换芯片U5MAX232的1引脚与第十五滤波电容C15的一端相连；电平转换芯片U5MAX232的2引脚与第十六滤波电容C16的一端相连；电平转换芯片U5MAX232的3引脚与第十五滤波电容C15的另一端相连；电平转换芯片U5MAX232的4引脚与第十三滤波电容C13的一端相连；电平转换芯片U5MAX232的5引脚与第十三滤波电容C13的另一端相连；电平转换芯片U5MAX232的6引脚与第十四滤波电容C14的一端相连；电平转换芯片U5MAX232的11引脚与处理器U1STC12C5A16S2的U1TX相连；电平转换芯片U5MAX232的12引脚与处理器U1STC12C5A16S2的U1RX相连；电平转换芯片U5MAX232的13引脚与JP1的2引脚相连；电平转换芯片U5MAX232的14引脚与JP1的1引脚相连；电平转换芯片U5MAX232的15引脚与第十四滤波电容C14的另一端相连并接地；电平转换芯片U5MAX232的16引脚、第十六滤波电容C16的另一端与VDD5.0相连；

所述的执行模块包括电磁阀JP4、第二二极管D2、第二三极管Q2、单刀单掷继电器K2、第三极性电容C17、第六电阻R6、第七电阻R7;第三极性电容C17的阴极接地；第三极性电容C17的阳极、第二二极管D2的阴极、单刀单掷继电器K2的1引脚、3引脚与VDD12相连；第二二极管D2的阳极、单刀单掷继电器K2的2引脚与第二三极管Q2的1引脚相连；单刀单掷继电器K2的4引脚与JP4的1引脚相连；JP4的2引脚与第二三极管Q2的3引脚相连并接地；第二三极管Q2的2引脚与第六电阻R6的一端相连；处理器U1STC12C5A16S2的P0.1引脚、第六电阻R6的另一端与第七电阻R7的一端相连；第七电阻R7的另一端接地。