[發明專利]基于ZigBee通信技術的閥門控制器及其控制方法

有效

• 申請號: 200810046093.6
• 申請日: 2008-09-18
• 公開（公告）號: CN101349914A
• 公開（公告）日: 2009-01-21
• 發明（設計）人: 賀新;古鐘璧;李博;魏煜帆;馮宇
• 申請（專利權）人: 賀新
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418;A01G25/16;G06K19/07
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司
• 代理人: 潘育敏

所屬技術領域

本發明涉及節水灌溉設施的遠程無線自動控制，特別是膜下滴灌自動化控制系統中的閥門控制器和控制方法。

背景技術

現有膜下滴灌是一種結合了以色列滴灌技術和國內覆膜技術優點的新型節水技術。水、肥、農藥等通過滴灌帶直接作用于作物根系，加上地膜覆蓋，棵間蒸發甚微，十分利于作物的生長發育。采用這種技術后既省水，滴水均勻，作物增產又有保證，得到較好的推廣應用，在新疆已經推廣應用了800多萬畝。

在農業信息化指導思想下，新疆建設兵團已經著手于滴灌系統信息化試點的建設，利用濕度檢測儀器、閥門控制器和遠程控制中心等設備武裝膜下滴灌系統，實現了遠程土壤含水量計量檢測；灌水時間和閥門開/關自動控制的功能。省去人工采樣實驗程序，節約勞力和節省時間，保證了灌溉精度。但是，由于滴灌技術推廣過程的階段性限制，當前閥門控制器基本還停留在基于有線網絡(通常采用RS485總線)和基于433MHZ無線星型網絡的自動化滴灌控制器，在實際應用過程中還存在諸多弊端。

有線通信方式的主要缺點是：需要挖掘電纜溝埋設長距離的電纜，成本高，施工過程非常復雜，建設周期長，每年灌溉季節過后都需要回收地分支電纜，在第二年重新接線。同時局限性太大，適應性差，維護，檢修、擴展都十分不易。433MHZ無線星型通信方式的缺點是：星型網適應性差，若節點與控制中心之間有大的阻擋物或作物將嚴重影響該節點通信，甚至不能通信。由于通信控制在433MHZ頻段，不僅設備數量受到限制，而且每個節點采用不同信道與控制中心通信，一個信道的可用帶寬大都被限制在10kbps或更低，各信道的頻譜寬度小，相互間干擾大，抗干擾能力弱，加之，一般未采用加密通信方式，無法分辨同頻段的干擾信號，從而引起誤操作。

在整體控制方面系統功能單一。現有的滴灌控制系統采用電磁閥門(電磁頭)進行供水開/關控制。由于電磁閥門無法實現狀態反饋控制，必須采用間接方式反饋，即壓力開關，而這種方式無法準確判斷閥門的真正狀態，達到流量的精確計量和灌溉水量的精確控制。

近年來，ZigBee通信技術快速發展。這種通信方式其構架簡單、功耗低、成本低廉，滿足多種無線要求，在自動控制設備、傳感器等領域顯示出極強的優勢。但是，要將ZigBee通信技術引入到膜下滴灌自動化控制系統中卻非常不容易。因為在野外，電源的穩定供給十分困難。要想將交流電輸送到各個控制節點幾乎不可能。要使用電池供電就必須最大限度的降低功耗，最大限度地延長電池使用周期。

發明內容

本發明的目的是在野外大規模布置閥門控制器的情況下將ZigBee無線技術應用到遠程閥門控制中來。通過硬件與軟件的充分配合，徹底解決系統功耗問題，僅使用電池對系統供電，實現遠程閥門控制與狀態采集，同時易于工程安裝實施從而大規模推廣應用。

本發明的基本思路是采用基于ZigBee技術的無線數據傳輸網絡，傳輸命令控制電磁閥的開關，同時傳輸壓力傳感器反饋水壓數據，從而實現遠程控制閥門開關和智能計量。實現ZigBee通信方式采用自動調節節點的發射功率以降低功耗，同時通過軟件配合ZigBee協議棧實現全網時間同步，達到全網同時休眠同時喚醒，平時將電磁閥控制器設為休眠模式，定時喚醒并向控制中心詢問，以延長電池的使用壽命。

每一次灌溉開始前只需要預設灌溉所需水量，然后控制中心發送控制命令。通過現有無線網絡，如GSM、CDMA和WLAN等傳送至遠程控制終端RTU，然后通過RTU轉發至ZigBee無線網絡并自動路由。遠程的閥門控制節點接收到控制命令開/關相應電磁閥；同時，閥門控制器開啟壓力傳感器電源，自動采集水壓數據，并回發數據到控制中心。控制中心接收到水壓數據，自動查找該水壓下相對應的流速，并根據該次灌溉所需水量，自動計算灌溉時間。當灌溉時間到達時，控制中心自動發出命令，關閉電磁閥。整個灌溉過程只需要預設灌溉所需水量，不需要人工干預，非常智能化。在硬件設置上充分考慮低功耗的要求。

本發明的目的是這樣達到的：