水阀控制系统、方法及存储介质

技术领域

本申请涉及水阀控制领域，具体涉及一种水阀控制系统、方法及存储介质。

背景技术

现有的发电装置和能量采集电路，都有许多不足的地方，比如结构不够优化，成本偏高，采集效率低等等问题，导致在使用过程中，由于成本高，可靠性不好，能量输出低，在给水阀供电的过程中，会导致水阀无法正常使用。

发明内容

本申请实施例提供一种水阀控制系统、方法及存储介质，能够采集环境中的光能量，存储在可充电池里，为水阀供电，可实现水阀较长时间免维护的使用。

本申请实施例的第一方面提供了一种水阀控制系统，所述系统包括能量采集电路和控制电路，所述能量采集电路与所述控制电路连接，所述控制电路包括第一控制芯片；

所述能量采集电路，用于采集光能；将采集的光能转换为电能对电池充电；

所述第一控制芯片，用于控制所述能量采集电路采集光能和对电池充电；

所述控制电路，还用于控制水阀的开启和关闭，以及控制所述水阀的流量流速。

本申请实施例的第二方面提供了一种水阀控制方法，应用于水阀控制系统，所述方法包括：

所述能量采集电路采集光能；将采集的光能转换为电能对电池充电；

所述第一控制芯片控制所述能量采集电路采集光能和对电池充电；

所述控制电路控制水阀的开启和关闭，以及控制所述水阀的流量流速。

本申请实施例的第三方面提供了一种计算机可读存储介质，上述计算机可读存储介质用于存储计算机程序，上述计算机程序被处理器执行，以实现如本申请实施例第二方面所述的方法中所描述的部分或全部步骤。

本申请实施例的第四方面提供了一种计算机程序产品，上述计算机程序产品包括存储了计算机程序的非瞬时性计算机可读存储介质，上述计算机程序可操作来使计算机执行如本申请实施例第二方面所述的方法中所描述的部分或全部步骤。

实施本申请实施例，具有至少如下有益效果：

可以看出，通过本申请实施例中的水阀控制系统，包括能量采集电路和控制电路，控制电路包括第一控制芯片；能量采集电路，用于采集光能；将采集的光能转换为电能对电池充电；第一控制芯片，用于控制能量采集电路采集光能和对电池充电；控制电路，还用于控制水阀的开启和关闭，以及控制水阀的流量流速，如此，采集环境中的光能量，存储在可充电池里，为水阀供电，可实现水阀较长时间免维护的使用；还能控制水阀的流量流速。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1A为本申请实施例提供的一种水阀控制系统的结构示意图；

图1B为本申请实施例提供的一种能量采集电路与第一控制器连接的电路图；

图1C为本申请实施例提供的一种控制电路的电路示意图；

图2为本申请实施例提供的一种水阀控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参阅图1A，图1A是本申请实施例提供的一种水阀控制系统的结构示意图，所述水阀控制系统包括能量采集电路和控制电路，所述能量采集电路与所述控制电路连接，所述控制电路包括第一控制芯片；其中，

所述能量采集电路，用于采集光能；将采集的光能转换为电能对电池充电；

所述第一控制芯片，用于控制所述能量采集电路采集光能和对电池充电；

所述控制电路，还用于控制水阀的开启和关闭，以及控制所述水阀的流量流速。

其中，第一控制芯片可产生控制信号，例如PWM信号，该PWM信号可用于控制能量采集电路采集光能。

可选地，所述能量采集电路还包括光能板S1、第一晶体管Q1、第一电容C1、第一二极管D1、第三二极管D3、第一电阻R1、第二电阻R2、第二二极管D2、第一电感L1、第二电容C2、电池BATT；其中，

所述光能板S1的正极与所述第一电容C1的一端、所述第一二极管的正极、所述第三二极管的负极连接；所述光能板S1的负极与所述第一电容的另一端、所述第一晶体管Q1的漏极连接；

所述第三二极管的正极接地；所述第一晶体管的源极接地；

所述第一晶体管Q1的栅极与所述第一控制芯片的控制端口连接；

所述第一二极管的负极、所述第一电阻的一端与所述第一控制芯片的输入端口连接；

所述第一电阻的另一端、所述第二电阻的一端与所述第一控制芯片的过充电压保护端口；所述第二电阻的另一端接地；

所述第一电感的一端与所述第一控制芯片的电源电压端口连接；

所述第二二极管的一端、所述第二电容的一端、所述电池的正极与所述第一电感的另一端连接；所述第二二极管的一端、所述第二电容的一端、所述电池的负极接地。

其中，第一控制芯片用于产生PWM信号，通过PWM信号控制第一晶体管Q1的导通和截止；

在第一晶体管Q1导通时，光能板S1产生的电能经过第一二极管D1流到第一控制芯片，在第一控制芯片的电源上形成脉冲电能；脉冲电能经第一电感L1对电池BATT充电；

当第一晶体管Q1导通，第一控制芯片MCU的电压VCC大于电池电压VBAT；

当第一晶体管Q1截止，MCU的电压VCC小于电池电压，第一电感L1、电池和第二二极管D2构成续流回路，对电池充电。

其中，光能板S1可以为非晶硅光能板，可采集环境中不同强度的光。

如图1B所示，图1B为本申请实施例提供的一种能量采集电路与第一控制器连接的电路图，具体地，当第一晶体管Q1导通，第一控制芯片MCU的电压大于电池电压VBAT，电流流过第一电感L1对电池充电。第一控制芯片控制光能板S1的输出维持在最大功率输出状态；第一电感L1、电池和第二二极管D2构成非线性BULK充电电路。

通过第一控制芯片MCU，第一晶体管Q1可完成最大功率点跟踪(maximum powerpoint tracking，MPPT)的调整，第一电感L1，第二二极管D2，电池可完成电能的非线性BULK充电，使水阀以最少电能的耗损的光能采集和系统工作，实现水阀控制系统的微功耗系统工作和微能耗能量采集的目的。

可选地，所述控制电路还包括：马达控制电路、电流检测电路和水阀检测电路；马达控制电路、电流检测电路、水阀检测电路均与所述第一控制芯片连接；其中，

所述第一控制芯片，还用于在接收到控制指令后，向所述马达控制电路发送控制信号；

马达控制电路，用于控制所述水阀的开启和关闭；

电流检测电路，用于检测电流，以根据电流反馈是否需要所述能量采集电路进行能量采集；

水阀检测电路，用于控制水阀的开启角度，控制水量的输出速度。

可选地，马达控制电路包括：马达、第七电容、第四电容、第五电容、第三电容、贴片电容EC1、第二控制芯片、第三电阻、第四电阻；其中，

马达与第七电容并联；马达、第七电容的一端、第四电容的一端与第二控制芯片的第一输出端口连接；马达、第七电容的另一端、第五电容的一端与第二控制芯片的第二输出端口连接；

第五电容的另一端接地；第四电容的另一端、第三电容的一端、贴片电容的一端接地；第三电容的另一端、贴片电容的另一端、第二控制芯片的电压输入端、第二控制芯片的输入电压端口、供电电压端口连接电池；

电流检测电路包括：第四二极管、第五电阻、第二晶体管、第六电阻、第六电容、第七电阻；其中，

第四二极管的正极、第五电阻的一端、第六电阻的一端接地；

第四二极管的负极、第五电阻的另一端与第二晶体管的漏极连接；第二晶体管的栅极与第一控制芯片连接；第二晶体管的源极接地；

第六电阻的另一端、第六电容的一端连接第七电阻的一端；第六电容的另一端接地；第七电阻的另一端与第一控制芯片连接；

所述水阀检测电路包括：第九电容、第三控制芯片、第十电容、第八电容、第八电阻、第九电阻、可变电阻；其中，

第九电容的一端与第三控制芯片的电压输入端口连接第二控制芯片；第九电容的另一端接地；第十电容的一端、第八电阻的一端与第三控制芯片的电压输出端口连接；第十电容的另一端接地；

第八电阻的另一端、第八电容的一端、可变电阻的第一端连接第二控制芯片；第八电容的另一端接地；

可变电阻的第二端连接第九电阻的一端；第九电阻的另一端；可变电阻的第三端接地。

请参阅图1C，图1C为本申请实施例提供的一种控制电路的电路示意图。其中，第一控制芯片MCU收到无线的控制指令后，可启动第二控制芯片U2，马达打开/关闭水阀，通过可变电阻VR1检测水阀的偏转角度，控制阀体实现阀门的角度开启，精准控制水量的输出速度。

可选地，所述水阀为电动角阀，所述水阀检测电路通过可变电阻VR1检测水阀的偏转角度。

可选地，所述控制电路还包括流量计，所述流量计用于实施计量所述水阀的流量，以控制所述水阀的流量。

其中，光能板S1的电能经第一二极管D1到第一控制芯片MCU的电压VCC，同时分压连入到第一控制芯片MCU的输入输出IO口检测输入的电压。通过开关管第二晶体管Q2，以及控制脉冲端口实现动态浮地式MPPT能量采集。

具体实施中，在微弱光的情况下，例如10lux-1000lux的光照条件，第一控制芯片MCU的管理光能的能量直接对可充电池充电。维持极低的待机功耗例如，小于2uA。由于第一控制芯片发出控制信号工作时有能量耗损，在输入能量弱时，发出控制信号的工作耗损和输入的能量在同一数量级时，采有脉冲调整MPPT是不划算的，可关闭脉冲，第二晶体管Q2通地，光能直接对电池充电。

在中等光照时，例如，1000lux-1万lux，第一控制芯片MCU进入间隙式工作模式，也就是几百毫秒起来工作采集一下能量，再休眠几百毫秒。把光能电池板的输出电压维持最大输出功率时的电压点上。

在强光模式下，例如>1万lux，第一控制芯片可进入全速控制模式，通过控制脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)的宽度，实现把光能电池板的输出电压维持最大输出功率时的电压点上。

其中，太阳能板的地和电池的地是隔开，通过对这2个地的开关控制，可实现在第十电感L10产生脉冲的电流。第六电感L6与第三二极管D3具有续流特性，可实现对电池充电的能量的非线性变换，同时，控制好对光能的能量采集，保持能板的输出在功率最大点时的电压点，从而可实现动态(不同光强)浮地式MPPT能量采集。

可选地，所述系统还包括网关设备、云端服务器和客户端设备；

所述控制电路还用于将控制所述水阀的数据和结果上报至所述网关设备；

所述网关设备用于将所述控制所述水阀的数据和结果上报至所述云端服务器；

所述客户端设备，用于从所述云端服务器获取所述水阀的数据和结果。

举例说明，水阀控制系统启动后，进入微功耗模式例如，<30uA，也就是系统全待机<2uA,然后1s醒来一次，打开射频RF 3-5ms时间，在这个窗口期间如果没有收到数据，则系统进入全待机，等待下1秒的唤醒，这样整体的待机功耗平均下来就<30uA，可实现微功耗的待机，电池可以轻松的在光能补充充电的情况下，实现了永久的免维护的使用。在窗口期如果收到了数据，则执行对应的动作操作，比如打开水阀，关闭水阀等操作，同时把执行的过程和结果上报给网关设备。再由网关设备上报到云端服务器。从而，用户可通过客户端设备实现APP实时控制，监控水阀。

实际应用中，通常50mmX40mm的非晶硅太阳能电池每天可以提供4mAH-8mah的能量，经过动态的浮地MPPT的能量采集，可以增加额外30％的能量，而如果平均每天开关水阀<5次，加上待机，所消耗的能量在2maH的样子。由于采集的能量大于使用的能量的2倍以上，所以设备基本就是永久的免维护使用。

此外，本地的实时计时器，在和网关设备和云端服务器同步时钟后，本地时间就可以按设置的水量，时间点定时，定量的浇水管理，在停电断网的情况也能正常的工作。

可以看出，通过本申请实施例中的水阀控制系统，包括能量采集电路和控制电路，控制电路包括第一控制芯片；能量采集电路，用于采集光能；将采集的光能转换为电能对电池充电；第一控制芯片，用于控制能量采集电路采集光能和对电池充电；控制电路，还用于控制水阀的开启和关闭，以及控制水阀的流量流速，如此，采集环境中的光能量，存储在可充电池里，为水阀供电，可实现水阀较长时间免维护的使用；还能控制水阀的流量流速。

请参阅图2，图2为本申请实施例提供的一种水阀控制方法的流程示意图。如图2所示，本申请实施例提供的水阀控制方法应用于如图1所示的水阀控制系统，该方法可包括以下步骤：

201、所述能量采集电路采集光能；将采集的光能转换为电能对电池充电；

202、所述第一控制芯片控制所述能量采集电路采集光能和对电池充电；

203、所述控制电路控制水阀的开启和关闭，以及控制所述水阀的流量流速。

其中，第一控制芯片用于产生PWM信号，通过PWM信号控制第一晶体管Q1的导通和截止；

在第一晶体管Q1导通时，光能板S1产生的电能经过第一二极管D1流到第一控制芯片，在第一控制芯片的电源上形成脉冲电能；脉冲电能经第一电感L1对电池BATT充电；

当第一晶体管Q1导通，第一控制芯片MCU的电压VCC大于电池电压VBAT；

当第一晶体管Q1截止，MCU的电压VCC小于电池电压，第一电感L1、电池和第二二极管D2构成续流回路，对电池充电。

具体地，当第一晶体管Q1导通，第一控制芯片MCU的电压大于电池电压VBAT，电流流过第一电感L1对电池充电。第一控制芯片控制光能板S1的输出维持在最大功率输出状态；第一电感L1、电池和第二二极管D2构成非线性BULK充电电路。

通过第一控制芯片MCU，第一晶体管Q1可完成MPPT的调整，第一电感L1，第二二极管D2，电池可完成电能的非线性BULK充电，使水阀以最少电能的耗损的光能采集和系统工作，实现水阀控制系统的微功耗系统工作和微能耗能量采集的目的。

第一控制芯片MCU收到无线的控制指令后，可启动第二控制芯片U2，马达打开/关闭水阀，通过可变电阻VR1检测水阀的偏转角度，控制阀体实现阀门的角度开启，精准控制水量的输出速度。

可选地，所述水阀为电动角阀，所述水阀检测电路通过可变电阻VR1检测水阀的偏转角度。

可选地，所述控制电路还包括流量计，所述流量计用于实施计量所述水阀的流量，以控制所述水阀的流量。

其中，控制电路也可以接流量计，对输出的流量进行精准的量控制。

例如，霍尔流量计可实时计量流速，流量。轻松精准的控制流体的量。

其中，光能板S1的电能经第一二极管D1到第一控制芯片MCU的电压VCC，同时分压连入到第一控制芯片MCU的输入输出IO口检测输入的电压。通过开关管第二晶体管Q2，以及控制脉冲端口实现动态浮地式MPPT能量采集。

具体实施中，在微弱光的情况下，例如10lux-1000lux的光照条件，第一控制芯片MCU的管理光能的能量直接对可充电池充电。维持极低的待机功耗例如，小于2uA。由于第一控制芯片发出控制信号工作时有能量耗损，在输入能量弱时，发出控制信号的工作耗损和输入的能量在同一数量级时，采有脉冲调整MPPT是不划算的，可关闭脉冲，第二晶体管Q2通地，光能直接对电池充电。

在中等光照时，例如，1000lux-1万lux，第一控制芯片MCU进入间隙式工作模式，也就是几百毫秒起来工作采集一下能量，再休眠几百毫秒。把光能电池板的输出电压维持最大输出功率时的电压点上。

在强光模式下，例如>1万lux，第一控制芯片可进入全速控制模式，通过控制脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)的宽度，实现把光能电池板的输出电压维持最大输出功率时的电压点上。

其中，太阳能板的地和电池的地是隔开，通过对这2个地的开关控制，可实现在第十电感L10产生脉冲的电流。第六电感L6与第三二极管D3具有续流特性，可实现对电池充电的能量的非线性变换，同时，控制好对光能的能量采集，保持能板的输出在功率最大点时的电压点，从而可实现动态(不同光强)浮地式MPPT能量采集。

可选地，所述系统还包括网关设备、云端服务器和客户端设备；

所述控制电路还用于将控制所述水阀的数据和结果上报至所述网关设备；

所述网关设备用于将所述控制所述水阀的数据和结果上报至所述云端服务器；

所述客户端设备，用于从所述云端服务器获取所述水阀的数据和结果。

举例说明，水阀控制系统启动后，进入微功耗模式例如，<30uA，也就是系统全待机<2uA,然后1s醒来一次，打开射频RF 3-5ms时间，在这个窗口期间如果没有收到数据，则系统进入全待机，等待下1秒的唤醒，这样整体的待机功耗平均下来就<30uA，可实现微功耗的待机，电池可以轻松的在光能补充充电的情况下，实现了永久的免维护的使用。在窗口期如果收到了数据，则执行对应的动作操作，比如打开水阀，关闭水阀等操作，同时把执行的过程和结果上报给网关设备。再由网关设备上报到云端服务器。从而，用户可通过客户端设备实现APP实时控制，监控水阀。

实际应用中，通常50mmX40mm的非晶硅太阳能电池每天可以提供4mAH-8mah的能量，经过动态的浮地MPPT的能量采集，可以增加额外30％的能量，而如果平均每天开关水阀<5次，加上待机，所消耗的能量在2maH的样子。由于采集的能量大于使用的能量的2倍以上，所以设备基本就是永久的免维护使用。

此外，本地的实时计时器，在和网关设备和云端服务器同步时钟后，本地时间就可以按设置的水量，时间点定时，定量的浇水管理，在停电断网的情况也能正常的工作。

可以看出，通过本申请实施例中的水阀控制方法，应用于水阀控制系统，包括能量采集电路和控制电路，控制电路包括第一控制芯片；能量采集电路采集光能；将采集的光能转换为电能对电池充电；第一控制芯片控制能量采集电路采集光能和对电池充电；控制电路控制水阀的开启和关闭，以及控制水阀的流量流速，如此，采集环境中的光能量，存储在可充电池里，为水阀供电，可实现水阀较长时间免维护的使用；还能控制水阀的流量流速。

本申请实施例还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质存储用于电子数据交换的计算机程序，该计算机程序使得计算机执行如上述方法实施例中记载的任何一种肌电采集方法的部分或全部步骤。

本申请实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储了计算机程序的非瞬时性计算机可读存储介质，该计算机程序使得计算机执行如上述方法实施例中记载的任何一种肌电采集方法的部分或全部步骤。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在申请明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件程序模块的形式实现。

所述集成的单元如果以软件程序模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：U盘、只读存储器(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器、随机存取器、磁盘或光盘等。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。