基于電力線載波通信的農業灌溉監控裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于電力線載波通信的農業灌溉監控裝置；屬于農業灌溉監控【技術領域】；其技術要點包括主控制器和與主控制器連接的若干終端控制器，終端控制器與外部傳感器和供水管上的電磁閥連接，其中所述主控制器和若干終端控制器通過24V低壓電力線連接，在主控制器內設有工頻低壓變壓器，工頻低壓變壓器分別與外部市電和24V低壓電力線連接；在主控制器和終端控制器內均設有電力線載波通信接口電路，所述電力線載波通信接口電路由功率放大電路、選頻電路、過零檢測電路和信號耦合電路組成；本實用新型旨在提供一種結構合理、安裝方便、使用成本低且使用安全的基于電力線載波通信的農業灌溉監控裝置；用于農業灌溉監控。
【專利說明】基于電力線載波通信的農業灌溉監控裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種農業灌溉監控裝置，更具體地說，尤其涉及一種基于電力線載波通信的農業灌溉監控裝置。

【背景技術】
[0002]在現今的農業灌溉監控領域中，采用傳統方式存在自動化程度不高的缺點，采用自動化控制及通信，則存在布線復雜，成本較高的問題。現有常見的自動灌溉監控技術方案有以下兩種:一種是基于無線通信的灌溉控制方式。基本原理是:通過無線模塊與遠程控制單元之間的數據通信，實現數據共享，通過PC端可以對農田情況進行監測與控制。另一種是基于220V電力線通信的灌溉控制方式。基本原理是:以交流220V電力線為通信線實現對農田灌溉的控制。前一種方案的缺點是無線通信容易受外界因素干擾，造成通信不穩定，從而直接影響整個系統的正常工作。后一種方案的最大缺點是使用了 220V電壓，對人造成了安全隱患。
[0003]低壓電力線載波通信是以低壓輸電線路為載波信號的傳輸媒介，把系統的供電和通信線路統一到一起，實現通信的技術。輸電線輸送工頻電流的同時，用來傳送載波信號，既經濟又十分可靠。這種綜合利用早已成為世界上所有電力部門優先采用的特有通信手段。


【發明內容】

[0004]本實用新型的目的在于針對上述現有技術的不足，提供一種結構合理、安裝方便、使用成本低且使用安全的基于電力線載波通信的農業灌溉監控裝置。
[0005]本實用新型的技術方案是這樣實現的:一種基于電力線載波通信的農業灌溉監控裝置，包括主控制器和與主控制器連接的若干終端控制器，終端控制器與外部傳感器和供水管上的電磁閥連接，其中所述主控制器和若干終端控制器通過24V低壓電力線連接，在主控制器內設有工頻低壓變壓器，工頻低壓變壓器分別與外部市電和24V低壓電力線連接；在主控制器和終端控制器內均設有電力線載波通信接口電路，所述電力線載波通信接口電路由功率放大電路、選頻電路、過零檢測電路和信號耦合電路組成，所述信號耦合電路與24V低壓電力線連接，所述功率放大電路、選頻電路、過零檢測電路分別與信號耦合電路和對應控制器內的微處理器連接。
[0006]上述的基于電力線載波通信的農業灌溉監控裝中，所述主控制器表面還設有觸摸屏，觸摸屏與主控制器內的微處理器連接。
[0007]上述的基于電力線載波通信的農業灌溉監控裝中，所述功率放大電路主要由三極管Q1、三極管Q2、三極管Q4、電阻R4、電阻R10、電阻R13、電阻R14、電阻R15、電阻R16、二極管D5、二極管D6和電容C16組成，三極管Q2的基極與電阻R14連接后與外部微處理器的信號輸出端連接，電阻R15其中一端連接在電阻R14和三極管Q2基極之間，電阻R16其中一端與三極管Q2發射極連接，電阻R15和電阻R16另一端并聯后與三極管Q4的集電極連接；三極管Q2的集電極依序串聯二極管D6、二極管D5及電阻R4后與三極管Ql的集電極連接，三極管Ql的基極連接在二極管D5的正極和電阻R4之間，三極管Q4的基極連接在三極管Q2的集電極和二極管D6的負極之間；電阻RlO和電阻R13串聯在三極管Ql的發射極和三極管Q4的發射極之間，電容C16 —端連接在電阻RlO和電阻R13之間，另一端與外部信號耦合電路連接。
[0008]上述的基于電力線載波通信的農業灌溉監控裝中，所述功率放大電路還包括二極管D2和二極管D7，二極管D2和二極管D7 —端與電容C16并聯，另一端分別與三極管Ql集電極和三極管Q4集電極連接。
[0009]上述的基于電力線載波通信的農業灌溉監控裝中，所述選頻電路由依序連接的電容C11、電感線圈L1、電容C12和電阻R6以及相互并聯的鉗位二極管D3、鉗位二極管D4、電容ClO和電感線圈L2組成；鉗位二極管D3的正極、鉗位二極管D4的負極、電容ClO的其中一端和電感線圈L2的其中一端分別連接在電容Cll和電感線圈LI之間的電路上，鉗位二極管D3的負極、鉗位二極管D4的正極、電容ClO的另一端和電感線圈L2的另一端并聯后接地。
[0010]上述的基于電力線載波通信的農業灌溉監控裝中，所述過零檢測電路由光電耦合器U2、三極管Q3、二極管D8、穩壓二極管D1、電容C13、電容C14、電容C15、電容C17、電阻R5、電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻R11、電阻R12組成；光電耦合器U2中的發光二極管負極與三極管Q3集電極連接，電阻R7、電阻R11、電阻R12和二極管D8依序串聯在信號耦合電路的輸出端兩根24V交流線上，三極管Q3的基極連接在電阻R12和二極管D8之間；電阻R9、電容C13和電阻R5串聯在光電稱合器U2中的發光二極管正極與信號稱合電路的一根24V交流線之間；電容C14、電容C15、隧道二極管Dl其中一端分別連接在電阻R9和電容C13之間，另一端并聯后連接在三極管Q3發射極和信號耦合電路的另一根24V交流線上；電容C17其中一端與光電耦合器U2中光敏三極管的發射極并聯接地，電容C17另一端與INTl端連接，光電耦合器U2中光敏三極管的集電極與電阻R8的其中一端并聯后與INTl端連接，電阻R8的另一端與VCC端連接。
[0011]上述的基于電力線載波通信的農業灌溉監控裝中，所述信號耦合電路由耦合變壓器Tl、瞬態抑制二極管TVSl、電容Cl、電阻Rl、壓敏電阻RAVl和可恢復保險絲PTCl組成；瞬態抑制二極管TVSl連接在耦合變壓器Tl初級線圈兩端；電容Cl和可恢復保險絲PTCl分別連接在與耦合變壓器Tl次級線圈連接的一根交流24V電力線，電阻Rl和壓敏電阻RAVl并聯一端接在電容Cl和可恢復保險絲PTCl之間，另一端接在交流24V電力線的另一根電線上。上述的基于電力線載波通信的農業灌溉監控裝中，所述主控制器和終端控制器內的微處理器型號均為SH99F01 ;在主控制器和終端控制器內的微處理器與24V低壓電力線之間設有低壓電源電路。
[0012]本實用新型采用上述結構后，首先通過工頻低壓變壓器將市電轉換為安全的24V低壓，確保使用的安全性；同時，采用由功率放大電路、選頻電路、過零檢測電路和信號耦合電路組成的電力線載波通信接口電路用于信號的傳輸。該通信方式采用直接序列擴頻調制技術，具有抗干擾性能較好，環境適應性強的優點。同時，由于通信信號和整個系統電源均來自交流24V低壓電力線，布線簡單方便，并且保證了使用安全，載波通信距離遠，傳輸誤碼率低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下面結合附圖中的實施例對本實用新型作進一步的詳細說明，但并不構成對本實用新型的任何限制。
[0014]圖1是本實用新型的結構示意圖；
[0015]圖2是本實用新型電力線載波通信接口電路的電路結構方框圖；
[0016]圖3是本實用新型的電路結構方框圖；
[0017]圖4是本實用新型功率放大電路的電路結構圖；
[0018]圖5是本實用新型選頻電路的電路結構圖；
[0019]圖6是本實用新型過零檢測電路的電路結構圖；
[0020]圖7是本實用新型信號耦合電路的電路結構圖。

【具體實施方式】
[0021]參閱圖1至圖3所示，本實用新型的一種基于電力線載波通信的農業灌溉監控裝置，包括主控制器I和與主控制器I連接的若干終端控制器2，終端控制器2與外部傳感器和供水管上的電磁閥連接，所述主控制器I和若干終端控制器2通過24V低壓電力線3連接，在主控制器I內設有工頻低壓變壓器4，工頻低壓變壓器4分別與外部市電和24V低壓電力線3連接；在主控制器I和終端控制器2內均設有電力線載波通信接口電路，所述電力線載波通信接口電路由功率放大電路5、選頻電路6、過零檢測電路7和信號耦合電路8組成，所述信號耦合電路8與24V低壓電力線3連接，所述功率放大電路5、選頻電路6、過零檢測電路7分別與信號耦合電路8和對應控制器內的微處理器連接。同時，為了方便用戶進行操作，同時可直接地監控整個農田的環境和灌溉情況，在主控制器I表面還設有觸摸屏9，觸摸屏9與主控制器I內的微處理器連接。觸摸屏9接收到外界命令通過主控制器I內的電力線載波通信接口電路將信息傳到終端控制器2中的電力線載波通信接口電路，終端控制器2中的微處理器隨即控制電磁閥門做出開關動作，同時把農田的相關數據發送給主控制器。系統中的VHH電源為12V開關電源，VCC為12V開關電源線性穩壓后給系統供電的5V電源，系統供電來自通信線路本身。
[0022]本實施例中使用觸摸屏9的型號為天嵌公司生產的TQ210。主控制器I和終端控制器2內的微處理器型號均為SH99F01 ;在主控制器I和終端控制器2內的微處理器與24V低壓電力線3之間連接有低壓電源電路10。低壓電源電路10為以開關電源和78M05穩壓器為主的低壓電源電路，首先將24V交流電經開關電源后得到12V直流電壓，在經過78M05穩壓到5V給微處理器使用。
[0023]具體地,在本實施例中，參閱圖4所示,所述功率放大電路5主要由三極管Ql、三極管Q2、三極管Q4、電阻R4、電阻R10、電阻R13、電阻R14、電阻R15、電阻R16、二極管D5、二極管D6和電容C16組成,三極管Q2的基極與電阻R14連接后與外部微處理器的信號輸出端連接，電阻R15其中一端連接在電阻R14和三極管Q2基極之間，電阻R16其中一端與三極管Q2發射極連接，電阻R15和電阻R16另一端并聯后與三極管Q4的集電極連接；三極管Q2的集電極依序串聯二極管D6、二極管D5及電阻R4后與三極管Ql的集電極連接，三極管Ql的基極連接在二極管D5的正極和電阻R4之間，三極管Q4的基極連接在三極管Q2的集電極和二極管D6的負極之間；電阻RlO和電阻R13串聯在三極管Ql的發射極和三極管Q4的發射極之間，電容C16 —端連接在電阻RlO和電阻R13之間，另一端與外部信號耦合電路8連接。其中三極管Q2，電阻R4，電阻R14，電阻R15，電阻R16組成功率放大的前級放大，三極管接成共射放大形式，起到放大電壓信號的作用。其中電阻R14，電阻R15為放大電路提供合適的靜態工作點，改變電阻R4，電阻R16的值可改變放大后信號的幅值。三極管Q1，三極管Q4，電阻R10，電阻R13，二極管D5，二極管D6組成功率放大的后級放大，起到放大電流的作用，二極管D5，二極管D6的作用是對開關失真進行修正，晶體管的基級-發射極間電壓VBE用二極管的正向壓降進行抵銷，進而來消除開關失真。電阻R10，電阻R13可防止因空載電流而導致的熱擊穿。C16是輸出耦合電容，讓有用的交流信號輸出，隔離無用的直流成分。
[0024]進一步地，所述功率放大電路5還包括二極管D2和二極管D7，二極管D2和二極管D7 一端與電容C16并聯，另一端分別與三極管Ql集電極和三極管Q4集電極連接。二極管D2和二極管D7主要起到保護電路的作用。
[0025]參閱圖5所示，選頻電路6由依序連接的電容CU、電感線圈L1、電容C12和電阻R6以及相互并聯的鉗位二極管D3、鉗位二極管D4、電容ClO和電感線圈L2組成；鉗位二極管D3的正極、鉗位二極管D4的負極、電容ClO的其中一端和電感線圈L2的其中一端分別連接在電容Cll和電感線圈LI之間的電路上，鉗位二極管D3的負極、鉗位二極管D4的正極、電容ClO的另一端和電感線圈L2的另一端并聯后接地。其中電感線圈LI，電容C12組成串聯諧振電路，串聯回路諧振時，電感器和電容器的端電壓均達到最大值，故又稱串聯諧振為電壓諧振。電容C10，電感線圈L2，組成LC并聯諧振電路，當并聯回路諧振時，流過其電抗支路的電流比激勵電流大Q倍，故并聯諧振又稱為電流諧振。諧振電路的計算公式為1/{2t!%/IC)0 D3, D4為鉗位二極管，將保證輸入單片機的載波信號不會超過-0.7V~+0.TL.
[0026]參閱圖6所示，過零檢測電路7由光電耦合器U2、三極管Q3、二極管D8、穩壓二極管D1、電容C13、電容C14、電容C15、電容C17、電阻R5、電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻R11、電阻R12組成；光電耦合器U2中的發光二極管負極與三極管Q3集電極連接，電阻R7、電阻R11、電阻R12和二極管D8依序串聯在信號耦合電路的輸出端兩根24V交流線上，三極管Q3R的基極連接在電阻R12和二極管D8之間；電阻R9、電容C13和電阻R5串聯在光電耦合器U2中的發光二極管正極與信號稱合電路的一根24V交流線之間；電容C14、電容C15、隧道二極管Dl其中一端分別連接在電阻R9和電容C13之間，另一端并聯后連接在三極管Q3發射極和信號稱合電路的一根24V交流線上；電容C17其中一端與光電稱合器U2中光敏三極管的發射極并聯接地，電容C17另一端與INTl端連接，光電耦合器U2中光敏三極管的集電極與電阻R8的其中一端并聯后與INTl端連接，電阻R8的另一端與VCC端連接。當交流電壓上半波在直流電源正負AC+端時二極管D8反偏截止，三極管Q3不導通，INTl端輸出高電平，當交流電壓上半波在直流電源負極AC-端時二極管D8正偏導通，三極管Q3導通，發光二極管工作，INTl端輸出低電平，所以INTl就可輸出跟交流電壓同頻率的矩形波供單片機檢測。
[0027]參閱圖7所示，信號耦合電路8由耦合變壓器Tl、瞬態抑制二極管TVS1、電容Cl、電阻R1、壓敏電阻RAVl和可恢復保險絲PTCl組成；瞬態抑制二極管TVSl連接在耦合變壓器Tl初級線圈兩端；電容Cl和可恢復保險絲PTCl分別連接在與耦合變壓器Tl次級線圈連接的一根交流24V電力線，電阻Rl和壓敏電阻RAVl并聯一端接在電容Cl和可恢復保險絲PTCl之間，另一端接在交流24V電力線的另一根電線上。信號耦合電路8由變壓器耦合，保護，濾波三部分組成。耦合變壓器Tl的匝比為1:1，原邊匝數計算公式為N彡U/(Ae*f(Bs-Br))，其中Bs=0.3T，Ae為有效截面積，f為頻率Br為剩磁，U為原邊電壓，N為原邊匝數。電容Cl，電阻Rl組成高通濾波器，頻率可由公式I/ (2* JiRC)計算。瞬態抑制二極管TVSl是一種二極管形式的高效能保護器件。當TVS 二極管的兩極受到反向瞬態高能量沖擊時，它能以10的負12次方秒量級的速度，將其兩極間的高阻抗變為低阻抗，吸收高達數千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個預定值，有效地保護電子線路中的精密元器件，免受各種浪涌脈沖的損壞。壓敏電阻RAVl當加在它上面的電壓低于它的閾值"UN"時，流過它的電流極小，相當于一只關死的閥門，當電壓超過UN時，它的阻值變小，這樣就使得流過它的電流激增而對其他電路的影響變化不大從而減小過電壓對后續電路的影響。利用這一功能，可以抑制電路中經常出現的異常過電壓，保護電路免受過電壓的損害。可恢復保險絲PTCl串接在電路中，正常情況下，呈低阻狀態，保證電路正常工作，當電路發生短路或竄入異常大電流時，元件的自熱使其阻抗增加，把電流限制到足夠小，起到過電流保護作用。同時當外界環境溫度急升時，環境到達產品開關溫度后，可起到過溫保護作用。
[0028]以上所舉實施例為本實用新型的較佳實施方式，僅用來方便說明本實用新型，并非對本實用新型作任何形式上的限制，任何所屬【技術領域】中具有通常知識者，若在不脫離本實用新型所提技術特征的范圍內，利用本實用新型所揭示技術內容所作出局部更動或修飾的等效實施例，并且未脫離本實用新型的技術特征內容，均仍屬于本實用新型技術特征的范圍內。
【權利要求】
1.一種基于電力線載波通信的農業灌溉監控裝置，包括主控制器(I)和與主控制器(I)連接的若干終端控制器(2)，終端控制器(2)與外部傳感器和供水管上的電磁閥連接，其特征在于，所述主控制器(I)和若干終端控制器(2)通過24V低壓電力線(3)連接，在主控制器(I)內設有工頻低壓變壓器(4)，工頻低壓變壓器(4)分別與外部市電和24V低壓電力線(3 )連接；在主控制器(I)和終端控制器(2 )內均設有電力線載波通信接口電路，所述電力線載波通信接口電路由功率放大電路(5 )、選頻電路(6 )、過零檢測電路(7 )和信號耦合電路(8)組成，所述信號耦合電路(8)與24V低壓電力線(3)連接，所述功率放大電路(5)、選頻電路(6)、過零檢測電路(7)分別與信號耦合電路(8)和對應控制器內的微處理器連接。
2.根據權利要求1所述的基于電力線載波通信的農業灌溉監控裝置，其特征在于，所述主控制器(I)表面還設有觸摸屏(9 )，觸摸屏(9 )與主控制器(I)內的微處理器連接。
3.根據權利要求1所述的基于電力線載波通信的農業灌溉監控裝置，其特征在于，所述功率放大電路(5)主要由三極管Ql、三極管Q2、三極管Q4、電阻R4、電阻R10、電阻R13、電阻R14、電阻R15、電阻R16、二極管D5、二極管D6和電容C16組成，三極管Q2的基極與電阻R14連接后與外部微處理器的信號輸出端連接，電阻R15其中一端連接在電阻R14和三極管Q2基極之間，電阻R16其中一端與三極管Q2發射極連接，電阻R15和電阻R16另一端相聯后與三極管Q4的集電極連接；三極管Q2的集電極依序串聯二極管D6、二極管D5及電阻R4后與三極管Ql的集電極連接，三極管Ql的基極連接在二極管D5的正極和電阻R4之間，三極管Q4的基極連接在三極管Q2的集電極和二極管D6的負極之間；電阻RlO和電阻R13串聯在三極管Ql的發射極和三極管Q4的發射極之間，電容C16 —端連接在電阻RlO和電阻R13之間，另一端與外部信號耦合電路(8)連接。
4.根據權利要求3所述的基于電力線載波通信的農業灌溉監控裝置，其特征在于，所述功率放大電路(5)還包括二極管D2和二極管D7，二極管D2和二極管D7 —端與電容C16相聯，另一端分別與三極管Ql集電極和三極管Q4集電極連接。
5.根據權利要求1所述的基于電力線載波通信的農業灌溉監控裝置，其特征在于，所述選頻電路(6)由依序連接的電容C11、電感線圈L1、電容C12和電阻R6以及相互并聯的鉗位二極管D3、鉗位二極管D4、電容ClO和電感線圈L2組成；鉗位二極管D3的正極、鉗位二極管D4的負極、電容ClO的其中一端和電感線圈L2的其中一端分別連接在電容Cll和電感線圈LI之間的電路上，鉗位二極管D3的負極、鉗位二極管D4的正極、電容ClO的另一端和電感線圈L2的另一端相聯后接地。
6.根據權利要求1所述的基于電力線載波通信的農業灌溉監控裝置，其特征在于，所述過零檢測電路(7)由光電耦合器U2、三極管Q3、二極管D8、穩壓二極管D1、電容C13、電容C14、電容C15、電容C17、電阻R5、電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻R11、電阻R12組成；光電耦合器U2中的發光二極管負極與三極管Q3集電極連接，電阻R7、電阻R11、電阻R12和二極管D8依序串聯在信號耦合電路的輸出端兩根24V交流線上，三極管Q3的基極連接在電阻R12和二極管D8之間；電阻R9、電容C13和電阻R5串聯在光電耦合器U2中的發光二極管正極與信號耦合電路的一根24V交流線之間；電容C14、電容C15、穩壓二極管Dl其中一端分別連接在電阻R9和電容C13之間，另一端相聯后連接在三極管Q3發射極和信號耦合電路的另一根24V交流線上；電容C17其中一端與光電耦合器U2中光敏三極管的發射極并聯接地，電容C17另一端與INTl端連接，光電耦合器U2中光敏三極管的集電極與電阻R8的其中一端并聯后與INTl端連接，電阻R8的另一端與VCC端連接。
7.根據權利要求1所述的基于電力線載波通信的農業灌溉監控裝置，其特征在于，所述信號耦合電路(8)由耦合變壓器Tl、瞬態抑制二極管TVS1、電容Cl、電阻R1、壓敏電阻RAVl和可恢復保險絲PTCl組成；瞬態抑制二極管TVSl連接在耦合變壓器Tl初級線圈兩端；電容Cl和可恢復保險絲PTCl分別連接在與耦合變壓器Tl次級線圈連接的一根交流24V電力線，電阻Rl和壓敏電阻RAVl并聯一端接在電容Cl和可恢復保險絲PTCl之間，另一端接在交流24V電力線的另一根電線上。
8.根據權利要求1至7任一所述的基于電力線載波通信的農業灌溉監控裝置，其特征在于，所述主控制器(I)和終端控制器(2)內的微處理器型號均為SH99F01 ;在主控制器(I)和終端控制器(2 )內的微處理器與24V低壓電力線(3 )之間設有低壓電源電路(10 )。
【文檔編號】G08C19/00GK203941615SQ201420367915
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月4日 優先權日:2014年7月4日
【發明者】吳華波, 李秉鍵, 古振平, 張旭廣, 黃業偉 申請人:嘉應學院