[发明专利]基于OPC协议的智能灌溉设备

说明书

技术领域

本发明属于工业物联网领域，结合嵌入式系统技术及OPC协议，具体涉及一种基于OPC协议的智能灌溉设备。

背景技术

工业4.0是德国政府提出的一个高科技战略计划。该项目由德国联邦教育局及研究部和联邦经济技术部联合资助，投资预计达2亿欧元。旨在提升制造业的智能化水平，建立具有适应性、资源效率及人因工程学的智慧工厂，在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴。其技术基础是网络实体系统及物联网。OPCUA采用基于语义和面向服务（SOA）的架构。它以统一的架构与模式，既可以实现设备底层的数据采集、设备互操作等的横向信息集成，还可以实现设备到SCADA、SCADA到MES、设备与云端的垂直信息集成。此成为德国工业4.0、美国工业互联网以及工业控制PLCopen的重要基础性技术标准而得到日益广泛的应用。

同时，当前许多企业根据自己对管理的要求，分别寻找信息化管理的解决方案。由于没有统一信息平台，导致企业中存在大量的信息孤岛。这些都严重阻碍了生产效率的提升与改进。OPCUA采用基于语义和面向服务（SOA）的架构。它以统一的架构与模式，既可以实现设备底层的数据采集、设备互操作等的横向信息集成，从而大大降低了生产成本。OPC作为标准的工业协议，采用C/S架构，大大的提高了设备的可扩展性和多元化。相对与传统的OPC_DA，其脱离了微软的DCOM，通过TCP协议通讯，具有适用于嵌入式设备的强大优势。嵌入式与OPC_UA的结合，将大大的提高产品的通用性、可扩展性。是工业互联网的强大表现。

众所周知，我国是一个水资源短缺的国家，而且水资源的分布非常不均匀。随着经济的不断发展，我国水资源污染相当严重，工业污水、生活废水排放不断增加，水资源的短缺已是一个相当严重的问题。在此种情况下，节约用水已经是一个刻不容缓的问题。但我国的农业用水浪费现象仍旧相当的严重，其中灌溉工作中的水资源浪费现象较为突出，要减小农业用水的浪费就必须解决节水灌溉工作中的浪费问题。目前，我国普遍采用的是定时人工开启水阀实现灌溉方法。这种方法操作简单，但是水资源浪费严重，而且需要专人负责开启或关闭。

发明内容

本发明对现有技术的不足，提出了一种基于OPC协议的智能灌溉设备。

本发明采用先进的OPC_UA协议，在主芯片中移植入采用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，其数据传输方式主要采用GPRS。OPC协议是通用的工业协议。本发明将OPC_UA与嵌入式结合，是工业物联网的一种全新的表现。

本发明包括控制器模块、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。本发明的技术方案：1.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。2.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。