專利名稱：控制器、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)上行、下行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)釆集及遠(yuǎn)程控制技術(shù)，特別涉及 一種利用電力線載波通信技術(shù)的控制器及農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)及 數(shù)據(jù)上行、下行方法。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的自動(dòng)監(jiān)測與控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式主要
有兩種無線傳輸和有線傳輸。無線方式有利用GSM公網(wǎng)的GPRS方 式和采用自建網(wǎng)方式(如Zigbee、 Wi-Fi等無線網(wǎng)絡(luò))。有線方式中多 采用公用有線電話網(wǎng)或架設(shè)專用線路(如RS-485總線式結(jié)構(gòu))。在國 內(nèi)無線傳輸?shù)姆绞竭€依賴于無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋和服務(wù)的繁忙程度，系統(tǒng) 比較復(fù)雜，安全性差，成本高。而傳統(tǒng)有線方式在傳輸距離和工程成 本上有待改進(jìn)。
低壓電力線載波通信技術(shù)是一種在低壓(交流220V或380V)電 力線上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)。如果能夠在農(nóng)業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域通過釆用低壓 電力線載波通信技術(shù)，就可以利用已有的或鋪設(shè)的電源線路來實(shí)現(xiàn)數(shù) 據(jù)的遠(yuǎn)距離高速傳輸，從而降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度，減少了施工難度， 也大大降低了工程成本。
農(nóng)業(yè)監(jiān)測與控制領(lǐng)域具有以下特點(diǎn)大多釆用交流24V作為電 源，且需要采集獲取的環(huán)境參數(shù)比較多且接口不統(tǒng)一，農(nóng)田、草地等 的環(huán)境比較惡劣，需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比較多且距離比較遠(yuǎn)。而現(xiàn)有的低 壓電力線載波通信技術(shù)模塊大多是針對50Hz、 220V或者 380V電力 線開發(fā)的，且大多是用于電力載波上網(wǎng)、家居智能化、自動(dòng)抄表以及 新型智能化小區(qū)等領(lǐng)域。因此目前很難找到一種適合農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的 既能實(shí)時(shí)釆集各種環(huán)境參數(shù)又能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的設(shè)備來滿足農(nóng)業(yè)上數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?br> 專利號為200620032965.乂、名稱為《基于無線和電力載波通訊的 復(fù)合數(shù)據(jù)釆集裝置》、申請日為2006年1月25日
公開日為2007年2月 28曰的中國專利申請中，公開了一種數(shù)據(jù)釆集裝置。該數(shù)據(jù)采集裝置 能夠采集各種不同傳感器及設(shè)備的輸入信號，且可以根據(jù)應(yīng)用需要選 擇無線和電力載波實(shí)現(xiàn)雙向通訊。但是該專利的主要目的是釆集信 號，應(yīng)用背景是礦井安全生產(chǎn)及監(jiān)控領(lǐng)域，且都是基于 220V或者 380V電力線開發(fā)的，并沒有針對農(nóng)業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)相應(yīng)的輸出控制電路 和接口。該裝置釆用的是普通的89C52單片機(jī)和SOKINY電力載波芯 片，也沒有擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲空間，難以滿足大量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)釆集處理和 雙向傳輸?shù)男枰?。另外小范圍的無線方式并不適合農(nóng)田環(huán)境。釆用無 線方式帶來的通信費(fèi)用會隨著傳輸數(shù)據(jù)量的增加而增加，反而增加了 工程成本，不利于大面積推廣。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷和不足，本發(fā)明的目的是提供一種控 制器及農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)釆集控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)上行、下行方法，能夠滿足農(nóng)業(yè) 數(shù)據(jù)采集中所需連接的數(shù)據(jù)釆集終端種類多、傳輸數(shù)據(jù)量大、傳輸距 離遠(yuǎn)的需求，并能夠通過與本發(fā)明的基于電力載波通訊的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采 集裝置相連接的農(nóng)業(yè)參數(shù)采集終端實(shí)時(shí)釆集各種環(huán)境參數(shù)，及控制受 控終端。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種控制器，包括
控制模塊，所述控制模塊接收外部設(shè)備的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處
理；
載波模塊，所述載波模塊電連接所述控制模塊，以對所述控制模 塊發(fā)送/接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制/解調(diào)； 其特征在于，還包括
接口模塊，所述接口模塊電連接所述控制模塊，以將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到控制模塊；所述接口模塊提供不同的接口，所述接口電連接 農(nóng)業(yè)參數(shù)采集終端和受控終端，或電連接主控服務(wù)器；
數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊電連接所述載波模塊，并電連 接24V電源線以通過24V電源線發(fā)送/接收載波信號。
其中，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊包括
耦合電路子模塊，所述耦合電路子模塊電連接所述24V電源線， 以將載波信號發(fā)送到24V電源線，并從24V電源線上接收載波信號；
發(fā)送子模塊，所述發(fā)送子模塊電連接所述載波模塊及所述耦合電 路子模塊，以將所述載波模塊調(diào)制后的載波信號進(jìn)行低通濾波，并進(jìn) 行電壓放大及電流放大后發(fā)送到所述耦合電路子模塊；
接收子模塊，所述接收子模塊電連接所述載波模塊及所述耦合電 路子模塊，以將所述耦合電路子模塊接收到的載波信號經(jīng)過三級帶通 濾波和衰減控制后發(fā)送到所述載波模塊。
其中，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊還包括
過零檢測子模塊，所述過零檢測子模塊與所述接收子模塊及所述 載波模塊電相連，以將所述接收子模塊接收到的載波信號經(jīng)過正過零 導(dǎo)通后發(fā)送到載波模塊。
其中，所述控制器還包括
電平轉(zhuǎn)換模塊，所述電平轉(zhuǎn)換模塊電連接所述接口模塊及所述控 制模塊，以對所述接口模塊中不同接口的電信號進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。
其中，所述控制器由至少兩塊電路板組成，所述發(fā)送子模塊位于 第一電路板；所述接收子模塊與所述載波模塊位于第二電路板。
其中，所述控制器還包括
電源處理模塊，所述電源處理模塊連接24V電源線以將輸入電壓 轉(zhuǎn)換為控制器所需的工作電壓。
同時(shí)，本發(fā)明還提出了一種應(yīng)用上述控制器的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，包括
農(nóng)業(yè)參數(shù)采集終端，所述農(nóng)業(yè)參數(shù)采集終端設(shè)置于預(yù)設(shè)位置以釆
集參數(shù)；
受控終端，所述受控終端設(shè)置于預(yù)設(shè)位置以根據(jù)控制信息進(jìn)行操
作；
主控服務(wù)器，所述主控計(jì)算機(jī)接收參數(shù)，并發(fā)出控制指令； 其特征在于，還包括
至少 一個(gè)置于終端側(cè)的控制器，所述控制器與所述農(nóng)業(yè)參數(shù)采集
終端和受控終端電連接；所述控制器電連接24V電源線以通過24V電
源線進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；
至少一個(gè)設(shè)置于服務(wù)器側(cè)的控制器，所述控制器與所述服務(wù)器電
連接，所述控制器電連接24V電源線，以通過24V電源線與其他控制 器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。
其中，所述控制器包括
控制模塊，所述控制模塊接收外部設(shè)備的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處
理；
載波模塊，所述載波模塊電連接所述控制模塊，以對所述控制模
塊發(fā)送/接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制/解調(diào)；
接口模塊，所述接口模塊電連接所述控制模塊，以將接收到的數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到控制模塊；所述接口模塊提供不同的接口，所述接口電連接 農(nóng)業(yè)參數(shù)釆集終端和受控終端，或電連接主控服務(wù)器；
數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊電連接所述載波模塊，并電連
接24V電源線以通過24V電源線發(fā)送/接收載波信號。
同時(shí)，本發(fā)明還提出了一種應(yīng)用上述控制器進(jìn)行農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)上傳方 法，包括
步驟l、控制器將接收到的農(nóng)業(yè)參數(shù)釆集終端采集的農(nóng)業(yè)參數(shù)進(jìn)
8行調(diào)制后得到連續(xù)的載波信號；
步驟2 、將該載波信號通過24V電源線發(fā)送到主控服務(wù)器； 步驟3、主控服務(wù)器將載波信號解調(diào)。
同時(shí)，本發(fā)明還提出了一種應(yīng)用上述控制器進(jìn)行農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)下行方 法，包括
步驟I、將主控服務(wù)器的控制指令進(jìn)行調(diào)制后得到連續(xù)的載波信
號；
步驟II、將載波信號通過24V電源線發(fā)送； 步驟m、將24V電源線上的載波信號進(jìn)行解調(diào)后，將所述控制指 令發(fā)送到受控終端。
上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)通過控制器實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)參數(shù)采集終端 和受控終端通過農(nóng)業(yè)用24V電源線連接遠(yuǎn)端服務(wù)器，以滿足農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)
釆集中所需連接的數(shù)據(jù)采集終端種類多、傳輸數(shù)據(jù)量大、傳輸距離遠(yuǎn) 的需求。同時(shí)，由于農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)釆集終端和受控終端的接口標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一， 控制器提供不同的接口以同時(shí)連接多種農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集終端和受控終 端，或連接主控服務(wù)器。因此本發(fā)明提出的控制器既可以用作連接農(nóng) 業(yè)數(shù)據(jù)釆集終端和受控終端，也可以用于連接主控服務(wù)器，從而通過 24V電源線進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。


圖i是本發(fā)明提出的控制器優(yōu)選實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖2為應(yīng)用該控制器組成的節(jié)水灌溉系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì) 描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例l
本發(fā)明提出的控制器第一優(yōu)選實(shí)施例，其結(jié)構(gòu)如圖l所示，包括: 控制模塊2，所述控制模塊2接收外部設(shè)備的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處
理；
載波模塊l，所述載波模塊1電連接所述控制模塊2，以對所述控 制模塊2發(fā)送/接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制/解調(diào)；
接口模塊4，所述接口模塊4電連接所述控制模塊2，以將接收到 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到控制模塊2;所述接口模塊4提供不同的接口，所述接口 電連接農(nóng)業(yè)參數(shù)采集終端和受控終端，或電連接主控服務(wù)器；
數(shù)據(jù)傳輸模塊6，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊6電連接所述載波模塊1，并 電連接24 V電源線以通過24 V電源線發(fā)送/接收載波信號。
上述第一優(yōu)選實(shí)施例中的控制器，通過接口模塊提供多種接口以 適應(yīng)不同的農(nóng)業(yè)參數(shù)釆集終端和受控終端，并能夠連接主控服務(wù)器。 接口可以為RS-232J接口 、 RS-485J接口 、開關(guān)量接口、脈沖輸入口、 電流電壓輸入口以及繼電器開關(guān)接口。上述這些接口能夠連接電磁 閥、水表及各種農(nóng)業(yè)參數(shù)釆集終端。
在本實(shí)施例中，控制模塊釆用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，例如*.釆用超強(qiáng)抗 干擾雙串口STC12LE5A32S2芯片；載波芯片則采用RISE3301芯片。 控制模塊與載波芯片之間釆用UART串口實(shí)現(xiàn)通信，且串口的波特率 都設(shè)為9600bps。載波模塊主要負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)，釆用BPSK的 調(diào)制方式，有75kHz、 86kHz、 115 kHz、 132 kHz四個(gè)載波頻率可供 選擇。控制模塊的外部晶振頻率為18.432MHz，載波模塊的外部晶振 頻率釆用10MHz。控制模塊和載波模塊都是采用3.3￥供電，同時(shí)釆用 復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)與載波芯片的自動(dòng)復(fù)位。載波芯片外擴(kuò)有 16Kbit的EEPROM芯片24LC16B和lMbit的FLASH芯片39VF010，以實(shí) 現(xiàn)對數(shù)據(jù)的緩存。
同時(shí)上述優(yōu)選實(shí)施例中的控制器，連接的外部設(shè)備可以為農(nóng)業(yè)參數(shù)釆集終端和受控終端，也可以為主控服務(wù)器。即設(shè)置至少一個(gè)連 接農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)釆集終端和受控終端的控制器，設(shè)置至少一個(gè)連接主控服 務(wù)器的控制器；服務(wù)器側(cè)和終端側(cè)的控制器之間通過24V電源線進(jìn)行 通訊。當(dāng)然，也可以只在服務(wù)器側(cè)或是終端側(cè)采用本發(fā)明提出的控制 器。
實(shí)施例2
本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例是在前述的第一優(yōu)選實(shí)施例基礎(chǔ)上改進(jìn) 而來，即第一優(yōu)選實(shí)施例中所述的數(shù)據(jù)傳輸模塊包括
耦合電路子模塊，所述耦合電路子模塊電連接所述24V電源線， 以將所述數(shù)據(jù)發(fā)送到24V電源線，并從24V電源線上接收數(shù)據(jù)；
發(fā)送子模塊，所述發(fā)送子模塊電連接所述載波模塊及所述耦合電 路子模塊，以將所述載波模塊調(diào)制后的數(shù)據(jù)進(jìn)行低通濾波，并進(jìn)行電 壓放大及電流放大后，發(fā)送到所述耦合電路子模塊；
接收子模塊，所述接收子模塊電連接所述載波模塊及所述耦合電 路子模塊，以將所述耦合電路子模塊接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過三級帶通濾波 和衰減控制后發(fā)送到所述載波模塊。
在第二優(yōu)選實(shí)施例中，數(shù)據(jù)傳輸模塊具有專門的發(fā)送子模塊、接 收子模塊，發(fā)送子模塊和接收子模塊分別通過耦合電路實(shí)現(xiàn)與24V電
源線的連接。
在上述的第二優(yōu)選實(shí)施例中，為了便于載波模塊判斷相位，在所 述的數(shù)據(jù)傳輸模塊還可以包括
過零檢測子模塊，所述過零檢測子模塊與所述接收子模塊及所述 載波模塊電相連，以將所述接收子模塊接收到的信號經(jīng)過正過零導(dǎo)通 后發(fā)送到載波模塊。
過零檢測子模塊與載波芯片相連，在本實(shí)施例中過零檢測子模塊 可以釆用PC817光耦芯片，且設(shè)置為正過零導(dǎo)通，以便于載波模塊判斷相位。
實(shí)施例3
本發(fā)明第三優(yōu)選實(shí)施例是在上述的第一優(yōu)選實(shí)施例或第二優(yōu)選 實(shí)施例基礎(chǔ)上改進(jìn)而來，即第一優(yōu)選實(shí)施例或第二優(yōu)選實(shí)施例中的控
制器還包括
電平轉(zhuǎn)換模塊3，所述電平轉(zhuǎn)換模塊3電連接所述接口模塊4及所 述控制模塊2，以對所述接口模塊4中不同接口的電信號進(jìn)行電平轉(zhuǎn) 換。
由于接口模塊連接的農(nóng)業(yè)參數(shù)釆集終端以及受控終端的接口都 不盡相同，因此在第三實(shí)施例中增設(shè)電平轉(zhuǎn)換模塊，以便于同時(shí)釆集 溫度、濕度、C02含量、水表等農(nóng)業(yè)參數(shù)釆集終端的數(shù)據(jù)，并同時(shí)實(shí) 現(xiàn)對電磁閥及報(bào)警裝置等受控終端的遠(yuǎn)程控制。
實(shí)施例4
本發(fā)明第四優(yōu)選實(shí)施例是在前述的三個(gè)優(yōu)選實(shí)施例基礎(chǔ)上改進(jìn) 而來，即上述三個(gè)實(shí)施例中的控制器由至少兩塊電路板組成，所述發(fā) 送子模塊位于第一電路板；所述接收子模塊與所述載波模塊位于第二
釆用這種設(shè)計(jì)可以提高接收的靈敏度和抗干擾性。
實(shí)施例5
本發(fā)明第五優(yōu)選實(shí)施例是在前述的四個(gè)優(yōu)選實(shí)施例基礎(chǔ)上改進(jìn) 而來，即上述四個(gè)實(shí)施例中的控制器還包括
電源處理模塊5,所述電源處理模塊5連接24V電源線以將輸入電 壓轉(zhuǎn)換為控制器所需的工作電壓。
例如電源處理模塊從交流24V電源線上獲取輸入電壓，經(jīng)過整
12流濾波后得到直流電壓。然后將24 V直流電壓經(jīng)過三端穩(wěn)壓芯片
LM317得到直流16V，再經(jīng)過DC-DC轉(zhuǎn)換芯片MC33063AVD得到直流 5V,最后通過LM1117穩(wěn)壓芯片得到直流3.3V。整個(gè)電源處理電路設(shè) 計(jì)過壓保護(hù)電路，便于保護(hù)后續(xù)電路。當(dāng)然電源處理模塊可以根據(jù)控 制器中各個(gè)模塊及子模塊的工作電壓進(jìn)行設(shè)計(jì)。
實(shí)施例6
本實(shí)施例是應(yīng)用上述第一至第五實(shí)施例中任一實(shí)施例所公開的 控制器組成的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。該農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)釆集控制系統(tǒng)包 括
農(nóng)業(yè)參數(shù)釆集終端，所述農(nóng)業(yè)參數(shù)釆集終端設(shè)置于預(yù)設(shè)位置以釆
集參數(shù)；
受控終端，所述受控終端設(shè)置于預(yù)設(shè)位置以根據(jù)控制信息進(jìn)行操
作；
主控服務(wù)器，所述主控計(jì)算機(jī)接收參數(shù)，并發(fā)出控制指令； 至少一個(gè)置于終端側(cè)的控制器，所述控制器與所述農(nóng)業(yè)參數(shù)釆集
終端和受控終端電連接；所述控制器電連接24V電源線以通過24V電
源線進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；
至少一個(gè)設(shè)置于服務(wù)器側(cè)的控制器，所述控制器與所述服務(wù)器電
連接，所述控制器電連接24V電源線，以通過24V電源線與其他控制
器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。
其中上述控制器都可以釆用實(shí)施例l-5任一實(shí)施例所公開的控制器。
由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)涉及的作業(yè)面積可能會很大，且需要釆集的數(shù)據(jù)類 型多，需要控制的受控終端也會比較多。因此，可以設(shè)置多個(gè)與連接 農(nóng)業(yè)參數(shù)釆集終端和受控終端的控制器，并在主控服務(wù)器端設(shè)置至少 一個(gè)控制器，所有與連接農(nóng)業(yè)參數(shù)釆集終端和受控終端的控制器都通過24V電源線與主控服務(wù)器端的控制器連接。主控服務(wù)器端的控制器
通過RS-232接口與主控服務(wù)器連接。這樣主控服務(wù)器端可以通過與其 連接的控制器，與所有與連接農(nóng)業(yè)參數(shù)采集終端和受控終端的控制器 通訊，以接收農(nóng)業(yè)參數(shù)采集終端所采集到的數(shù)據(jù)，并向受控終端發(fā)送 控制指令。
實(shí)施例7
本實(shí)施例提出的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)上傳的方法，該方法包括 步驟a、將接收到的農(nóng)業(yè)參數(shù)釆集終端采集的農(nóng)業(yè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)制 后得到連續(xù)的載波信號；
步驟b 、將該載波信號通過24V電源線發(fā)送到主控服務(wù)器； 步驟c、主控服務(wù)器將載波信號解調(diào)。
本實(shí)施例這樣可以利用已有的24V電源線傳輸數(shù)據(jù)，通過調(diào)制/ 解調(diào)后將釆集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器。這種數(shù)據(jù)上傳方式相比較現(xiàn)有 的有線/無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，可以節(jié)省布線費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用。
其中，在農(nóng)業(yè)參數(shù)釆集終端和受控終端一側(cè)進(jìn)行調(diào)制/解調(diào)并將 載波信號發(fā)送到24V電源線的，可以是前述第一至第五的任一實(shí)施例 中公開的控制器。在服務(wù)器端進(jìn)行調(diào)制/解調(diào)的，也可以是前述第一 至第五的任一實(shí)施例中公開的控制器。
實(shí)施例8
本實(shí)施例提出的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)下行的方法，該方法包括
步驟A、將主控服務(wù)器的控制指令進(jìn)行調(diào)制后得到連續(xù)的載波信
號；
步驟B、將載波信號通過24V電源線發(fā)送；
步驟C、將24V電源線上的載波信號進(jìn)行解調(diào)后，將所述控制指 令發(fā)送到受控終端。本實(shí)施例這樣可以利用已有的24V電源線傳輸數(shù)據(jù)，通過調(diào)制/
解調(diào)后將控制指令發(fā)送到終端一側(cè)。這種數(shù)據(jù)下行方式相比較現(xiàn)有的 有線/無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，可以節(jié)省布線費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用。
其中，在終端一側(cè)進(jìn)行調(diào)制/解調(diào)并將載波信號發(fā)送到24V電源線 的，可以是前述第一至第五的任一實(shí)施例中公開的控制器。在服務(wù)器 端進(jìn)行調(diào)制/解調(diào)的，也可以是前述第一至第五的任一實(shí)施例中公開 的控制器。
舉例說明，在上述每一實(shí)施例中，農(nóng)業(yè)參數(shù)釆集終端可以為水表、 C(V濃度傳感器、空氣溫濕度傳感器、土壤溫濕度傳感器之中一種或 幾種。受控終端可以為電磁閥、報(bào)警器。
以下通過一個(gè)具體的實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 如圖2所示，是一個(gè)溫室節(jié)水灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由 一臺主控計(jì)算機(jī)9、節(jié)水灌溉控制器IO、終端器件ll、電源和電纜12 以及一些灌溉管道構(gòu)成。其中主控計(jì)算機(jī)9相當(dāng)于前述的主控服務(wù)器； 節(jié)水灌溉控制器10相當(dāng)于前述的控制器；終端器件ll相當(dāng)于前述的農(nóng) 業(yè)參數(shù)釆集終端和受控終端以及與其連接的節(jié)水灌溉控制器B，電源 和電纜12相當(dāng)于前述的24V電源線。
主控計(jì)算機(jī)9通過RS-232接口與 一個(gè)節(jié)水灌溉控制器10相連。該 節(jié)水灌溉控制器10只需要收集溫室大棚中其他控制器發(fā)送過來的數(shù) 據(jù)，進(jìn)行解調(diào)后通過RS-232串口發(fā)送給主控計(jì)算機(jī)，因而其功能相當(dāng) 于集中器。
本實(shí)施例提出的溫室節(jié)水灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)，由主控計(jì)算機(jī)9連 接一個(gè)作為集中器的節(jié)水灌溉控制器IO，該節(jié)水灌溉控制器10通過 24V電源線分別連接一個(gè)或多個(gè)終端器件11。每一終端器件ll包括一 個(gè)節(jié)水灌溉控制器13以及與其連接的農(nóng)業(yè)參數(shù)采集終端和受控終端。在本實(shí)施例中，農(nóng)業(yè)參數(shù)釆集終端為水表、C02濃度傳感器、空氣溫 濕度傳感器、土壤溫濕度傳感器。受控終端為電磁閩、報(bào)警器。
溫室節(jié)水灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)地釆集溫室中土壤的溫濕 度、空氣的溫濕度以及C02的濃度。這些數(shù)據(jù)可以通過在溫室里安裝 相應(yīng)的傳感器，如土壤溫濕度傳感器，空氣溫濕度傳感器，C02含量 傳感器來釆集。用戶可以根據(jù)需要，適當(dāng)增減控制器和傳感器安裝的 數(shù)量，如可以多點(diǎn)監(jiān)測土壤的濕度，以便用戶更好地把握整個(gè)握溫室 的土壤干燥程度，進(jìn)而決定灌溉的時(shí)間、方式和水量。
用戶需要根據(jù)溫室的特點(diǎn)合理地選擇電纜及管道走線的路徑和
各個(gè)控制的安裝位置。節(jié)水灌溉控制器13應(yīng)該安裝在地面上通風(fēng)干燥
處， 一般安裝在溫室邊沿處的支架上。溫室中的水表、電磁閥和報(bào)警
器與該節(jié)水灌溉控制器13相連，電纜線12為節(jié)水灌溉控制器提供電源
和信號傳輸?shù)耐ǖ?。水管與水表和電磁閥相連，平行分布在溫室作物 的周圍。
其中，節(jié)水灌溉控制器10以及節(jié)水灌溉控制器13可以為本發(fā)明的 第1至第5實(shí)施例中任一所公開的控制器。主控計(jì)算機(jī)9可以是一臺的 觸摸式平板電腦，負(fù)責(zé)對所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并做出決策，同時(shí)能按 照用戶設(shè)定的方式執(zhí)行灌溉，從而完成監(jiān)測與控制功能。系統(tǒng)程序以 友好的界面出現(xiàn)在平板電腦顯示屏上，用戶可以方便地進(jìn)行灌溉的各 種操作和控制。
在上述的溫室節(jié)水灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)中，農(nóng)業(yè)參數(shù)釆集及參數(shù)上 傳過程為溫室內(nèi)的傳感器實(shí)時(shí)獲取溫室土壤的溫濕度、空氣的溫濕 度以及C02的濃度的信息，并不斷地通過各自的接口發(fā)送到節(jié)水灌溉 控制器13的接口模塊。接口模塊接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)電平轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行電 平轉(zhuǎn)換后發(fā)送到節(jié)水灌溉控制器B的控制模塊。控制模塊會分別為各 種環(huán)境參數(shù)分配存儲空間并加入識別碼，然后通過自帶的第二UART 串口發(fā)送給載波模塊。載波模塊具有完善的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議及和快速的信道自適應(yīng)功能，能夠?qū)⑦@些數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制、D/A轉(zhuǎn)換及增益放大處
理，得到連續(xù)的載波信號，然后通過數(shù)據(jù)傳輸模塊的發(fā)送子模塊和耦
合電路子模塊將該載波信號發(fā)送到24V電源線上。載波信號經(jīng)過24V 電源線傳輸?shù)街骺赜?jì)算機(jī)端的節(jié)水灌溉控制器IO。該節(jié)水灌溉控制器 10的耦合電路子模塊接收到該載波信號，接收子模塊將載波信號經(jīng)過 過零檢測子模塊進(jìn)行相位識別后，發(fā)送到載波模塊。載波模塊對載波 信號進(jìn)行放大、解調(diào)、A/D轉(zhuǎn)換處理后，通過第一UART串口發(fā)送到 控制模塊?？刂颇K通過自帶的第二UART串口及RS-232轉(zhuǎn)換電路發(fā) 送給主控計(jì)算機(jī)9，由此完成終端數(shù)據(jù)的上行傳輸。
溫室節(jié)水灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)下行通信的過程為主控計(jì)算機(jī)9在 接收到溫室里的各種環(huán)境參數(shù)后，由主程序進(jìn)行分析和處理，并將初 步處理后的結(jié)果顯示在平板電腦觸摸屏上。例如土壤濕度偏低，或者 空氣中C02的濃度不夠，程序界面會有相應(yīng)的報(bào)警顯示。同時(shí)會自動(dòng) 向下發(fā)送報(bào)警信號，啟動(dòng)報(bào)警器發(fā)聲來提示用戶進(jìn)行相應(yīng)的控制操
作，如打開電磁閩實(shí)時(shí)灌溉或者增加溫室中C02的含量。
如果用戶執(zhí)行啟動(dòng)灌溉的操作，主控計(jì)算機(jī)9會將該操作轉(zhuǎn)換成 啟動(dòng)電磁閥的控制命令，并通過RS-232接口發(fā)送給節(jié)水灌溉控制器 10。節(jié)水灌溉控制器10接收到的控制命令，經(jīng)過RS-232轉(zhuǎn)換電路和第 二UART串口發(fā)送到控制模塊?？刂颇K將控制命令通過第一UART 串口發(fā)送給載波模塊。載波模塊對該命令進(jìn)行調(diào)制、D/A轉(zhuǎn)換及增益 放大處理后，通過發(fā)送子模塊和耦合電路子模塊發(fā)送到24V電源線 上?？刂泼钜暂d波信號的形式經(jīng)過在電源線的遠(yuǎn)距離傳輸后到達(dá)節(jié) 水灌溉控制器13。每一個(gè)節(jié)水灌溉控制器13會對該信號進(jìn)行識別，只 有符合自己地址的命令才被接收和處理。該載波信號經(jīng)過載波模塊處 理后發(fā)送給主控模塊，進(jìn)而由主控模塊通過控制開啟終端器件11的電 磁閥，從而實(shí)現(xiàn)灌溉。其他控制命令都是按照同樣的方式和路徑進(jìn)行 傳輸?shù)摹?br> 17由以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明實(shí)施例的控制器及使用該控制器
農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)釆集控制系統(tǒng)，線比較現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、 能夠?qū)崿F(xiàn)中央主機(jī)與遠(yuǎn)處終端設(shè)備之間的單向或雙向通信。
2、 能夠利用原有的或者鋪設(shè)的電源線來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，無須 單獨(dú)鋪信號線(如較貴的屏蔽雙絞線)，大大降低了施工難度和工程 成本。
3、 能夠?qū)崟r(shí)獲取農(nóng)田溫室草地處的氣象數(shù)據(jù)，如空氣溫濕度、 降雨量、土壤溫濕度等等，通過電源線送到主機(jī)，由主機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步 的分析處理，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測的目的。
4、 具有智能決策功能，遠(yuǎn)端服務(wù)器在對采集的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行分 析決策后發(fā)出控制信號，實(shí)現(xiàn)對電磁閥、溫室燈光等受控終端的遠(yuǎn)程 控制。
5、 具有靈活多樣的數(shù)據(jù)接口，如RS-232接口、 RS-485接口、開 關(guān)量接口、繼電器接口、傳感器輸入口，可以同時(shí)接入不同接口的終 端器件。
6、 系統(tǒng)的電源取自電源線，且功耗低，具有抗干擾設(shè)計(jì)和防水 防破壞設(shè)計(jì)，適合在農(nóng)業(yè)上復(fù)雜惡劣的環(huán)境下長期穩(wěn)定地工作。
7、 能夠在交流24V或者直流24V電源線上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，相比交 流220V更安全靈活。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以 做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種控制器，包括控制模塊，所述控制模塊接收外部設(shè)備的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；載波模塊，所述載波模塊電連接所述控制模塊，以對所述控制模塊發(fā)送/接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制/解調(diào)；其特征在于，還包括接口模塊，所述接口模塊電連接所述控制模塊，以將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到控制模塊；所述接口模塊提供不同的接口，所述接口電連接農(nóng)業(yè)參數(shù)采集終端和受控終端，或電連接主控服務(wù)器；數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊電連接所述載波模塊，并電連接24V電源線以通過24V電源線發(fā)送/接收載波信號。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的控制器，其特征在于，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊包括耦合電路子模塊，所述耦合電路子模塊電連接所述24V電源線，以將載波信號發(fā)送到24V電源線，并從24V電源線上接收載波信號；發(fā)送子模塊，所述發(fā)送子模塊電連接所述載波模塊及所述耦合電路子模塊，以將所述載波模塊調(diào)制后的載波信號進(jìn)行低通濾波，并進(jìn)行電壓放大及電流放大后發(fā)送到所述耦合電路子模塊；接收子模塊，所述接收子模塊電連接所述載波模塊及所述耦合電路子模塊，以將所述耦合電路子模塊接收到的載波信號經(jīng)過三級帶通濾波和衰減控制后發(fā)送到所述載波模塊。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的控制器，其特征在于，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊還包括過零檢測子模塊，所述過零檢測子模塊與所述接收子模塊及所述載波模塊電相連，以將所述接收子模塊接收到的載波信號經(jīng)過正過零導(dǎo)通后發(fā)送到載波模塊。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的控制器，其特征在于，所述控制器還包括電平轉(zhuǎn)換模塊，所述電平轉(zhuǎn)換模塊電連接所述接口模塊及所述控制模塊，以對所述接口模塊中不同接口的電信號進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制器，其特征在于，所述控制器由至少兩塊電路板組成，所述發(fā)送子模塊位于第一電路板；所述接收子模塊與所述載波模塊位于第二電路板。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的控制器，其特征在于，所述控制器還包括電源處理模塊，所述電源處理模塊連接24V電源線以將輸入電壓轉(zhuǎn)換為控制器所需的工作電壓。
7、 一種應(yīng)用權(quán)利要求l-6中任一項(xiàng)所述的控制器的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，包括農(nóng)業(yè)參數(shù)釆集終端，所述農(nóng)業(yè)參數(shù)采集終端設(shè)置于預(yù)設(shè)位置以采集參數(shù)；受控終端，所述受控終端設(shè)置于預(yù)設(shè)位置以根據(jù)控制信息進(jìn)行操作；主控服務(wù)器，所述主控計(jì)算機(jī)接收參數(shù)，并發(fā)出控制指令；其特征在于，還包括至少一個(gè)置于終端側(cè)的控制器，所述控制器與所述農(nóng)業(yè)參數(shù)采集終端和受控終端電連接；所述控制器電連接24V電源線以通過24V電源線進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；至少一個(gè)設(shè)置于服務(wù)器側(cè)的控制器，所述控制器與所述服務(wù)器電連接，所述控制器電連接24V電源線，以通過24V電源線與其他控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器包括控制模塊，所述控制模塊接收外部設(shè)備的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；載波模塊，所述載波模塊電連接所述控制模塊，以對所述控制模塊發(fā)送/接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制/解調(diào)；接口模塊，所述接口模塊電連接所述控制模塊，以將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到控制模塊；所述接口模塊提供不同的接口，所述接口電連接農(nóng)業(yè)參數(shù)釆集終端和受控終端，或電連接主控服務(wù)器；數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊電連接所述載波模塊，并電連接24V電源線以通過24V電源線發(fā)送/接收載波信號。
9、 一種應(yīng)用權(quán)利要求l-6中任一項(xiàng)所述的控制器進(jìn)行農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)上傳的方法，包括步驟l、控制器將接收到的農(nóng)業(yè)參數(shù)釆集終端釆集的農(nóng)業(yè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)制后得到連續(xù)的載波信號；步驟2、將該載波信號通過24V電源線發(fā)送到主控服務(wù)器；步驟3、主控服務(wù)器將載波信號解調(diào)。
10、 一種應(yīng)用權(quán)利要求l-6中任一項(xiàng)所述的控制器進(jìn)行農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)下行的方法，包括步驟I、將主控服務(wù)器的控制指令進(jìn)行調(diào)制后得到連續(xù)的載波信號；步驟II、將載波信號通過24V電源線發(fā)送；步驟III、將24V電源線上的載波信號進(jìn)行解調(diào)后，將所述控制指令發(fā)送到受控終端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種控制器及農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)上行、下行方法，針對現(xiàn)有農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集中數(shù)據(jù)傳輸成本高的問題而發(fā)明。本發(fā)明的控制器包括控制模塊，所述控制模塊電連接所述接口模塊，以與外部設(shè)備通訊；載波模塊，所述載波模塊電連接所述控制模塊，以對所述控制模塊發(fā)送/接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制/解調(diào)；接口模塊，所述接口模塊提供不同的接口以連接外部設(shè)備；數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊電連接所述載波模塊，并電連接24V電源線以通過24V電源線發(fā)送/接收數(shù)據(jù)。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)參數(shù)采集終端和受控終端通過農(nóng)業(yè)用24V電源線連接遠(yuǎn)端服務(wù)器，并提供不同的接口以同時(shí)連接多種農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集終端和受控終端，或連接主控服務(wù)器。
文檔編號G08C19/00GK101673454SQ20091009362
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者喬曉軍, 吳文彪, 剛 孫, 申長軍, 趙春江, 振 邢, 鄭文剛, 華 閆, 鋒 鮑 申請人:北京市農(nóng)林科學(xué)院