CN103926858A - 具有风速传感器接口电路的农业环境信息采集控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有风速传感器接口电路的农业环境信息采集控制装置，其特征在于：所述农业环境信息采集控制装置包括电连接的控制电路、风速传感器接口电路、GPS和GPRS通讯接口电路；风速传感器接口电路与控制电路连接；GPS和GPRS通讯接口电路，通过GPRS通讯模块，无线连接Internet网络，将数据发送至远程服务器，通过过GPRS无线网络连接Internet，实现远程智能监控和远程数据分析，通过无线接口随意增加环境参数种类。该方案对传感器节点采用分布式管理，各种传感器可以随意组合，增加系统灵活性。

Description

具有风速传感器接口电路的农业环境信息采集控制装置

技术领域

   本发明涉及一种农业环境信息采集控制装置，具体地说，涉及一种具有风速传感器接口电路的农业环境信息采集控制装置，属于农业技术领域。

背景技术

农业环境是指农业生物生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，农业环境监测就是利用物理、化学等手段监测农业现场的环境参数。长期以来农业生产采用粗放式管理，以生产者的经验对作物环境做出判断，然后采取相应的措施。随着精准农业的发展趋势，越来越重视环境信息的采集，开始采用土壤温度，土壤湿度，光照等传感器，但仍为人工离散的采集方式为主，工作量大，不能实时的，长期的对农业环境做出判断。

发明内容

本发明要解决的问题是针对以上问题，提供一种具有风速传感器接口电路的农业环境信息采集控制装置。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：具有风速传感器接口电路的农业环境信息采集控制装置，其特征在于：所述农业环境信息采集控制装置包括电连接的控制电路、风速传感器接口电路、GPS和GPRS通讯接口电路；

所述风速传感器接口电路与控制电路连接；

所述GPS和GPRS通讯接口电路，通过GPRS通讯模块，无线连接Internet网络，将数据发送至远程服务器。

一种优化方案，所述控制电路包括微处理器U1、移位寄存器U16，微处理器U1的型号为STM32F107，微处理器U1的94脚经电阻R4接插接件J0，微处理器U1的8脚与9脚之间接晶振X1，微处理器U1的12脚与13脚之间接晶振X2，微处理器U1的14脚接电阻R1的一端、电容C5的一端，电阻R1的另一端接电源，电容C5的另一端接地。

进一步地，所述微处理器U1的23脚接唤醒电路，唤醒电路包括电阻R3、电容C6和开关K1，微处理器U1的23脚接电阻R3的一端、电容C6的一端和开关K1的一端，电阻R3的另一端接电源，开关K1的另一端接地，电容C6的另一端接地。

进一步地，所述移位寄存器U16的1脚接微处理器U1的63脚，移位寄存器U16的2脚接微处理器U1的61脚，移位寄存器U16的9脚接微处理器U1的62脚。

进一步地，所述风速传感器接口电路包括双电源转换收发器U5、电阻R24、电阻R25、电容C11和插接件J4，双电源转换收发器U5的型号为74LVC4245，插接件J4用来连接风速风向传感器，风速风向传感器采用EC-8SX一体化风速风向传感器，插接件J4的1脚接风速风向传感器的风向信号D0，插接件J4的2脚接风速风向传感器的风向信号D1，插接件J4的3脚接风速风向传感器的风向信号D2，插接件J4的4脚接风速风向传感器的风向信号D3，插接件J4的5脚接风速风向传感器的风向信号D4，插接件J4的6脚接风速风向传感器的风向信号D5，插接件J4的7脚接风速风向传感器的风向信号D6，插接件J4的8脚接风速风向传感器的电源正极，插接件J4的9脚接风速风向传感器的电源负极，插接件J4的10脚空，插接件J4的11脚接风速风向传感器的风速信号CP，插接件J4的11脚接接风速风向传感器的电源负极，双电源转换收发器U5的1脚、2脚接电源和插接件J4的8脚，双电源转换收发器U5的3脚、4脚、5脚、6脚、7脚、8脚、9脚与插接件J4的1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚、7脚一一对应，双电源转换收发器U5的10脚、插接件J4的11脚接电容C11的一端、电阻R25的一端，电容C11的另一端接地，电阻R25的另一端接电源，插接件J4的9脚经电阻R24接电源，双电源转换收发器U5的14脚接微处理器U1的40脚，双电源转换收发器U5的14脚接微处理器U1的40脚，双电源转换收发器U5的15脚接微处理器U1的46脚，双电源转换收发器U5的16脚接微处理器U1的45脚，双电源转换收发器U5的17脚接微处理器U1的44脚，双电源转换收发器U5的18脚接微处理器U1的43脚，双电源转换收发器U5的19脚接微处理器U1的41脚，双电源转换收发器U5的20脚接微处理器U1的39脚，双电源转换收发器U5的21脚接微处理器U1的38脚。

进一步地，所述GPS和GPRS通讯接口电路包括单通道限流配电开关U13、收发器U17、电阻R75至电阻R78、电容C22、电容C23、电容C34至电容C37、插接件J12和插接件J13，单通道限流配电开关U13的型号为TPS2041BDBV，收发器U17的型号为MAX3232，插接件J12用来连接GPRS通讯模块，GPRS通讯模块采用LT2302嵌入式GPRS DTU模块，插接件J12的1脚接GPRS通讯模块的ON/OFF端，插接件J12的2脚接GPRS通讯模块的电源正极DC+，插接件J12的3脚接GPRS通讯模块的电源负极DC-，插接件J12的4脚接GPRS通讯模块的TTL电平串口接收TR，插接件J12的4脚接GPRS通讯模块的TTL电平串口发送TT，插接件J12的4脚接GPRS模块的准备好信号LINK，插接件J12的1脚接电阻R75的一端、微处理器U1的76脚，插接件J12的4脚接微处理器U1的78脚，插接件J12的5脚接微处理器U1的79脚，插接件J12的6脚接微处理器U1的77脚、电阻R76的一端，电阻R76的另一端接电源。

进一步地，所述插接件J13用来连接GPS通讯模块，采用环球BR-355 GPS模块，插接件J13的1脚接GPS通讯模块的电源负极，插接件J13的2脚接GPS通讯模块的RS-232串口发送TX，插接件J13的3脚接GPS通讯模块的RS-232串口接收RX，插接件J13的4脚接GPS通讯模块的电源正极，插接件J13的5脚接GPS通讯模块的电源负极，插接件J13的2脚接收发器U17的13脚，插接件J13的3脚接收发器U17的14脚，插接件J13的4脚接单通道限流配电开关U13的1脚、电容C22的一端、电容C23的一端，电容C22的另一端、电容C23的另一端接地，单通道限流配电开关U13的4脚接微处理器U1的85脚、电阻R77的一端，电阻R77的另一端接电源，收发器U17的11脚接微处理器U1的80脚，收发器U17的12脚接微处理器U1的83脚。

本发明采取以上技术方案，具有以下优点：针对以上缺点，该装置以网络技术和传感器技术为核心，适应现代农业发展的要求，实现农业环境的智能化监控。该装置对有线和无线传感器节点进行分布式管理，根据现场或远程设置获取农业现场环境参数，并通过过GPRS无线网络连接Internet，实现远程智能监控和远程数据分析。

该装置解决了农业现场环境参数的实时监测，长期监测等问题，可以通过无线连接Internet网络，使用方便灵活。特别是具有无线传感器节点接口，不仅使信息采集范围大大扩大，而且通过无线接口随意增加环境参数种类。该方案对传感器节点采用分布式管理，各种传感器可以随意组合，增加系统灵活性。各传感器节点电源独立控制，可以有效降低系统功耗，满足野外长期工作要求。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

附图1为本发明实施例中控制电路的电路框图；

附图2为本发明实施例中传感器接口电路的电路原理图；

附图3为本发明实施例中气压传感器接口电路、土壤温度传感器接口电路、空气温湿度传感器接口电路的电路原理图；

附图4为本发明实施例中风速传感器接口电路、光照传感器接口电路、土壤湿度传感器接口电路的电路原理图；

附图5为本发明实施例中二氧化碳传感器接口电路的电路原理图；

附图6为本发明实施例中蒸发量传感器接口电路的电路原理图；

附图7为本发明实施例中降雨量传感器接口电路的电路原理图；

附图8为本发明实施例中无线接口电路的电路原理图；

附图9为本发明实施例中网络接口电路的电路原理图；

附图10为本发明实施例中电源电路的电路原理图；

附图11为本发明实施例中GPS和GPRS通讯接口电路的电路原理图；

附图12为附图2中微处理器U1的放大图；

图中，

1-控制电路，2-传感器接口电路，3-无线接口电路，4-网络接口电路，5-电源电路，6-气压传感器接口电路，7-土壤温度传感器接口电路，8-空气温湿度传感器接口电路，9-风速传感器接口电路，10-光照传感器接口电路，11-土壤湿度传感器接口电路，12-二氧化碳传感器接口电路，13-蒸发量传感器接口电路，14-降雨量传感器接口电路，15-无线发送接口电路，16-无线接收接口电路，17-电源开关电路，18-稳压电路，19-充电电路，20-电量指示电路，21-GPS和GPRS通讯接口电路。

具体实施方式

实施例，如图1所示，一种农业环境信息采集控制装置，包括电连接的控制电路1、传感器接口电路2、无线接口电路3、网络接口电路4和电源电路5。

控制电路1的作用：包括微处理器U1，是整个系统的核心，微处理器U1采用STM32F107芯片，STM32F107是意法半导体公司推出的一款STM32互连型系列、内核为ARM Cortex-M3的32位高性能微控制器。负责系统调度，数据采集，数据处理，网络传输等功能。

传感器接口电路2的作用：是各种传感器接口，包括有线传感器节点及无线传感器节点。每个传感器具有独立电源，或者几个传感器共有一个独立电源，每个独立电源均可以独立开关，只在采集某个传感器时，才打开相应电源，从而有效降低功耗，延长电池使用寿命。每个传感器接口均设置在线检测信号，提高系统灵活性。传感器接口电路2包括电连接的气压传感器接口电路6、土壤温度传感器接口电路7、空气温湿度传感器接口电路8、风速传感器接口电路9、光照传感器接口电路10、土壤湿度传感器接口电路11、二氧化碳传感器接口电路12、蒸发量传感器接口电路13、降雨量传感器接口电路14。

无线接口电路3，包括无线发送接口电路15和无线接收接口电路16，无线发送接口电路15连接433MHz无线发射模块，用于给无线传感 器节点发送指令；无线接收接口电路16连接315MHz无线接收模块，用于接收无线传感器节点的采集数据。

网络接口电路4的作用：实现TCP/IP网络接口，可以有线连接Internet网络，增加系统可靠性。

电源电路5的作用：是整个系统供电系统，具有蓄电池和市电供电功能，具有  软开关机功能，保证关机状态下零功耗。电源电路5包括电源开关电路17、稳压电路18、充电电路19和电量指示电路20。

气压传感器接口电路6，采用瑞士INTERSEMA数字气压传感器MS5540C，符合欧洲ROHS标准，具有低功耗，低电压等特点。

土壤温度传感器接口电路7，连接美国DALLAS公司的DS18B20数字式温度传感器，接口带有在线检测功能，增加系统智能性。

空气温湿度传感器接口电路8，连接SHT11湿度和温度传感器，SHT11  是瑞士Sensirion公司生产的具有I2C总线接口的单片全校准数字式相对湿度和温度传感器。该传感器采用独特的CMOSens TM技术，具有数字式输出、免调试、免标定、免外围电路及全互换的特点。接口带有在线检测功能，增加系统智能性。

风速传感器接口电路9，用于连接EC-8SX一体化风速风向传感器，增加系统可靠性，具有电平转换电路。接口带有在线检测功能，增加系统智能性。

光照传感器接口电路10，连接RY-G型光照强度传感器，接收4-20mA   电流环信号。接口带有在线检测功能，增加系统智能性。

土壤湿度传感器接口电路11，连接TDR-3型土壤水分传感器，接收  电压信号，具有信号调制功能。接口带有在线检测功能，增加系统智能性。

二氧化碳传感器接口电路12，连接CM1101 NDIR红外C0₂传感器，通过串口与系统相连，采用独立电源，只在检测时打开电源，可有效降低功耗。接口带有在线检测功能，增加系统智能性。

蒸发量传感器接口电路13，连接ZFL1型蒸发器，接收电压信号，具 有信号调制功能。采用独立电源，只在检测时打开电源，可有效降低功耗。接口带有在线检测功能，增加系统智能性。

降雨量传感器接口电路14，连接RY-YLH02降雨量传感器，接收开关量，接口带有在线检测功能，增加系统智能性。

电源开关电路17，电源软开关机电路，可以有效保证关机状态下零  功耗，以及关机时系统重要数据不丢失。

稳压电路18，采用开关稳压芯片，提高转换效率，降低发热；充电电路19，电池充电及指示电路；电量指示电路20，通过检测电池电压，计算电池容量。具有检测截止电路，可有效降低功耗。

GPS和GPRS通讯接口电路21，通过GPRS通讯模块，无线连接Internet网络，将数据发送至远程服务器。

如图2、图12所示，控制电路1包括微处理器U1、移位寄存器U16，微处理器U1的型号为STM32F107，微处理器U1的94脚经电阻R4接插接件J0，微处理器U1的8脚与9脚之间接晶振X1，微处理器U1的12脚与13脚之间接晶振X2，微处理器U1的14脚接电阻R1的一端、电容C5的一端，电阻R1的另一端接电源，电容C5的另一端接地。

微处理器U1的23脚接唤醒电路，唤醒电路包括电阻R3、电容C6和开关K1，微处理器U1的23脚接电阻R3的一端、电容C6的一端和开关K1的一端，电阻R3的另一端接电源，开关K1的另一端接地，电容C6的另一端接地。

微处理器U1的14、72、76、77、89、90脚接插接件J1，插接件J1用来连接调试设备以对微处理器U1进行调试。

移位寄存器U16构成在线检测电路，由八位并行输入/串行输出寄存器74LV165组成，移位寄存器U16的1脚接微处理器U1的63脚，移位寄存器U16的2脚接微处理器U1的61脚，移位寄存器U16的9脚接微处理器U1的62脚，微处理器U1通过移位寄存器U16输入各传感器的在线状态。

如图3所示，气压传感器接口电路6包括气压模块传感器U3、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17，气压模块传感器U3的型号为MS5540C，气压模块传感器U3的1脚接电阻R14的一端、微处理器U1的15脚，电阻R14的另一端接电源，气压模块传感器U3的8脚接电阻R15的一端、微处理器U1的18脚，电阻R15的另一端接电源，气压模块传感器U3的7脚接电阻R16的一端、微处理器U1的17脚，电阻R16的另一端接电源，气压模块传感器U3的6脚接电阻R17的一端、微处理器U1的26脚，电阻R17的另一端接电源，气压模块传感器U3的5脚接电源。

土壤温度传感器接口电路7包括电阻R18、电阻R19和插接件J2，插接件J2用来连接土壤温度传感器，土壤温度传感器的型号为DS18B20，插接件J2的1脚接传感器的电源负极，插接件J2的2脚接传感器信号，插接件J2的3脚接传感器正极，插接件J2的4脚与移位寄存器U16的6脚连接，电阻R18的一端、电阻R19的一端接电源，电阻R18的另一端接插接件J2的4脚、移位寄存器U16的6脚，插接件J2的3脚接电源，电阻R19的另一端接插接件J2的2脚、微处理器U1的2脚，插接件J2的1脚接地。

空气温湿度传感器接口电路8包括电阻R20、电阻R21、电阻R22和插接件J3，插接件J3用来连接空气温湿度传感器，空气温湿度传感器的型号为SHT11，插接件J3的1脚接空气温湿度传感器的电源负极，插接件J3的2脚接空气温湿度传感器的数据信号，插接件J3的3脚接空气温湿度传感器的时钟信号，插接件J3的4脚接空气温湿度传感器的电源正极，插接件J3的5脚接空气温湿度传感器的电源负极，电阻R20的一端、电阻R21的一端、电阻R22的一端接电源，电阻R20的另一端接插接件J3的5脚、移位寄存器U16的10脚，插接件J3的4脚接电源，电阻R21的另一端接插接件J3的3脚、微处理器U1的4脚，电阻R22的另一端接插接件J3的2脚、微处理器U1的5脚，插接件J3的1脚接地。

如图4所示，风速传感器接口电路9包括双电源转换收发器U5、电阻R24、电阻R25、电容C11和插接件J4，双电源转换收发器U5的型号为74LVC4245，插接件J4用来连接风速风向传感器，风速风向传感器采用EC-8SX一体化风速风向传感器，插接件J4的1脚接风速风向传感器的风向信号D0，插接件J4的2脚接风速风向传感器的风向信号D1，插接件J4的3脚接风速风向传感器的风向信号D2，插接件J4的4脚接风速风向传感器的风向信号D3，插接件J4的5脚接风速风向传感器的风向信号D4，插接件J4的6脚接风速风向传感器的风向信号D5，插接件J4的7脚接风速风向传感器的风向信号D6，插接件J4的8脚接风速风向传感器的电源正极，插接件J4的9脚接风速风向传感器的电源负极，插接件J4的10脚空，插接件J4的11脚接风速风向传感器的风速信号CP，插接件J4的11脚接接风速风向传感器的电源负极，双电源转换收发器U5的1脚、2脚接电源和插接件J4的8脚，双电源转换收发器U5的3脚、4脚、5脚、6脚、7脚、8脚、9脚与插接件J4的1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚、7脚一一对应，双电源转换收发器U5的10脚、插接件J4的11脚接电容C11的一端、电阻R25的一端，电容C11的另一端接地，电阻R25的另一端接电源，插接件J4的9脚经电阻R24接电源，双电源转换收发器U5的14脚接微处理器U1的40脚，双电源转换收发器U5的14脚接微处理器U1的40脚，双电源转换收发器U5的15脚接微处理器U1的46脚，双电源转换收发器U5的16脚接微处理器U1的45脚，双电源转换收发器U5的17脚接微处理器U1的44脚，双电源转换收发器U5的18脚接微处理器U1的43脚，双电源转换收发器U5的19脚接微处理器U1的41脚，双电源转换收发器U5的20脚接微处理器U1的39脚，双电源转换收发器U5的21脚接微处理器U1的38脚。

光照传感器接口电路10包括运算放大器U6、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R29、电阻R30和插接件J5，运算放大器U6的型号为LM358，插接件J5用来连接光照传感器，光照传感器采用RY-G型光照强度传感器，插接件J5的4脚接光照传感器的电源正极，插接件J5的3脚接光照传感器的电源负极，插接件J5的2脚接光照传感器的信号，插接件J5的1脚接光照传感器的电源负极，运算放大器U6的电源端接电源、插接件J5的4脚，运算放大器U6的同相输入端经电阻R28接电阻R27的一端、插接件J5的2脚，电阻R27的另一端接地，电阻R30设置在运算放大器U6的反相输入端与输出端之间，运算放大器U6的反相输入端经电阻R29接地，插接件J5的1脚接电阻R26的一端、移位寄存器U16的12脚，电阻R26的另一端接电源，运算放大器U6的输出端接微处理器U1的31脚。

土壤湿度传感器接口电路11包括运算放大器U7、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35和插接件J6，运算放大器U7的型号为LM358，插接件J6用来连接土壤湿度传感器，土壤湿度传感器采用TDR-3型土壤水分传感器，插接件J6的1脚接土壤湿度传感器电源负极，插接件J6的2脚接土壤湿度传感器信号，插接件J6的3脚接土壤湿度传感器电源正极，插接件J6的4脚接土壤湿度传感器电源负极，运算放大器U7的同相输入端经电阻R33接电阻R32的一端、插接件J6的2脚，电阻R32的另一端接地，电阻R35设置在运算放大器U7的反相输入端与输出端之间，运算放大器U7的反相输入端经电阻R34接地，插接件J6的4脚接电阻R31的一端、移位寄存器U16的13脚，电阻R31的另一端接电源，运算放大器U7的输出端接微处理器U1的30脚。

如图5所示，二氧化碳传感器接口电路12包括单通道限流配电开关U8、电容C12、电容C13、电阻R36、电阻R37、电阻R38、电阻R39、三极管Q1和插接件J7，单通道限流配电开关U8的型号为TPS2041BDBV，插接件J7用来连接二氧化碳传感器，二氧化碳传感器采用CM1101 NDIR红外C0₂传感器，插接件J7的1脚接C0₂传感器的电源正极，插接件J7的2脚接C0₂传感器的信号RX，插接件J7的3脚接C0₂传感器的信号TX，插接件J7的4脚接传感器的电源正极，插接件J7的5脚接C0₂传感器的电源负极，单通道限流配电开关U8的4脚接电阻R36的一端、微处理器U1的96脚，电阻R36的另一端接电源，单通道限流配电开关U8的1脚接电容C12的一端、电容C13的一端、插接件J7的1脚，电容C12的另一端、电容C13的另一端接地，插接件J7的2脚接微处理器U1的92脚，插接件J7的3脚接微处理器U1的93脚，插接件J7的4脚经电阻R38接电阻R37的一端、三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极、电阻R37的另一端接地，三极管Q1的集电极接移位寄存器U16的4脚、电阻R39的一端，电阻R39的另一端接地。

如图6所示，蒸发量传感器接口电路13包括运算放大器U9、运算放大器U10、电阻R40、电阻R41、电阻R42、电阻R43、电阻R44、三极管Q2和插接件J8，运算放大器U9、运算放大器U10的型号为LM358，插接件J8用来连接蒸发量传感器，蒸发量传感器采用ZFL1型蒸发器，插接件J8的1脚接蒸发量传感器的信号端，插接件J8的2脚接蒸发量传感器的电源正极，插接件J8的3脚接蒸发量传感器的电源负极，插接件J8的4脚接蒸发量传感器的电源负极，三极管Q2的基极经电阻R40接微处理器U1的37脚，三极管Q2的集电极接电源，三极管Q2的发射极接运算放大器U9的电源端、插接件J8的2脚，插接件J8的4脚接电阻R41的一端、移位寄存器U16的3脚，电阻R41的另一端接电源，插接件J8的1脚接运算放大器U9的同相输入端，运算放大器U9的反相输入端接其输出端，运算放大器U9的输出端经电阻R42接运算放大器U10的同相输入端，电阻R44连接在运算放大器U10的反相输入端与输出端之间，运算放大器U10的反相输入端经电阻R43接地，运算放大器U10的输出端接微处理器U1的36脚。

如图7所示，降雨量传感器接口电路14包括电容C14、电阻R45、电阻R46、电阻R47和插接件J9，插接件J9用来连接降雨量传感器，降雨量传感器采用RY-YLH02降雨量传感器，插接件J9的1脚接降雨量传感器的电源负极，插接件J9的1脚接降雨量传感器的电源正极，插接件J9的3脚接降雨量传感器的电源负极，插接件J9的3脚接电阻R45的一端、移位寄存器U16的14脚，电阻R45的另一端接电源，插接件J9的2脚接电阻R46的一端、电阻R47的一端、电容C14的一端，电阻R46的另一端接电源，电容C14的另一端接地，电阻R47的另一端接微处理器U1的42脚。

如图8所示，无线接口电路3包括单通道限流配电开关U11、电阻R48、电容C14、电容C15、无线发送接口电路15和无线接收接口电路16，单通道限流配电开关U11的型号为TPS2041BDBV，单通道限流配电开关U11的4脚接微处理器U1的1脚，单通道限流配电开关U11的1脚即输出端接电容C14的一端、电容C15的一端，电容C14的另一端、电容C15的另一端接地。

无线发送接口电路15包括电阻R49、电阻R50、三极管Q3和插接件J10，插接件J10用来连接无线发射模块，采用433MHz无线发射模块，插接件J10的1脚接无线发射模块电源正极，插接件J10的2脚接无线发射模块数据端，插接件J10的3脚接无线发射模块电源负极，三极管Q3的集电极接电阻R50的一端、插接件J10的1脚，电阻R50的另一端接单通道限流配电开关U11的1脚、插接件J10的2脚，三极管Q3的基极经电阻R49接微处理器U1的29脚，三极管Q3的发射极接地。

无线接收接口电路16包括电阻R51、电阻R52、电阻R53、电阻R54、三极管Q4和插接件J11，插接件J11用来连接无线接收模块，采用315MHz无线接收模块，插接件J11的1脚接无线接收模块电源正极，插接件J11的2脚接无线接收模块数据端，插接件J11的3脚空，插接件J11的4脚接无线发射接收模块电源负极，三极管Q4的集电极接电阻R51的一端、电阻R52的一端，电阻R51的另一端接微处理器U1的98脚，电阻R52的另一端接电源，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的基极接电阻R53的一端、电阻R54的一端，电阻R53的另一端接地，电阻R54的另一端接插接件J11的2脚，插接件J11的1脚接单通道限流配电开关U11的1脚。

在距离采集控制装置较近处采用土壤湿度传感器接口电路11连接TDR-3型土壤水分传感器来检测土壤湿度；而在较远处则采用无线接口电路3连接无线发射模块、无线接收模块，无线发射接收模块连接土壤湿度传感器来检测土壤湿度。

由于无线发射模块与无线接收模块的频率不同，避免了发射、接收无线信号的相互干扰，土壤湿度传感器连接无线发射接收模块，无线发射接收模块接收无线发射模块发出的433MHZ信号，控制土壤湿度传感器工作，将检测到的湿度信息通过无线发射接收模块的415MHZ信号发射，无线接收模块接收该信号。

如图9所示，网络接口电路4包括以太网收发器U12、RJ45接头、电阻R55至电阻R74、电容C17至电容C21，以太网收发器U12的型号为DM9161AEP，RJ45接头的型号为HR911105A，太网收发器U12的10脚接微处理器U1的65脚，太网收发器U12的12脚接微处理器U1的24脚、电阻R61的一端，电阻R61的另一端接微处理器U1的67脚，太网收发器U12的32脚接电阻R57的一端、电阻R59的一端，电阻R57的另一端接微处理器U1的66脚，电阻R59的另一端电源，太网收发器U12的25脚接电阻R58的一端、微处理器U1的25脚，电阻R58的另一端接电源，太网收发器U12的24脚接微处理器U1的16脚，太网收发器U12的37脚接微处理器U1的32脚，太网收发器U12的29脚接微处理器U1的33脚，太网收发器U12的28脚接微处理器U1的34脚，太网收发器U12的21脚接微处理器U1的48脚，太网收发器U12的20脚接微处理器U1的51脚，太网收发器U12的19脚接微处理器U1的52脚，太网收发器U12的3脚、4脚、7脚、8脚、11脚、13脚与RJ45接头的3脚、6脚、1脚、2脚、10脚、11脚对应连接。

如图10所示，电源电路5包括电源开关电路17、稳压电路18、充电电路19和电量指示电路20。

电源开关电路17包括电阻R87、电阻R88、电阻R89、二极管D1、二极管D2、电容C26、开关K2和三极管Q7，电阻R87的一端接电源，电阻R87的另一端接二极管D1的正极、微处理器U1的58脚，二极管D1的负极接二极管D2的负极并经并联的电容C26、开关K2后接地，二极管D2的正极接电阻R88的一端、稳压电路18，电阻R88的另一端接三极管Q7的集电极，三极管Q7的基极经电阻R89接微处理器U1的57脚，三极管Q7的发射极接地。

稳压电路18包括电阻R90、电容C27、电容C28、电容C29、电容C30、电容C31、电容C32、电容C33、二极管D5、线圈L、稳压器U14和调压器U15，稳压器U14的型号为LM2576T-5.0，调压器U15的型号为LM1117。

充电电路19包括电阻R83、电阻R84、电阻R85、电阻R86、电容C24、电容C25、二极管D3、二极管D4、三极管Q5、锂电池BT2和插接件J14，插接件J14用来接外接电源，电阻R86的一端接电源，电阻R86的另一端接微处理器U1的59脚、三极管Q5的集电极，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的基极经电阻R84接电阻R83的一端、电阻R85的一端，电阻R83的另一端接地，电阻R85的另一端接插接件J14的2脚、电容C24的一端、电容C25的一端、二极管D3的正极，二极管D3的负极接锂电池BT2的正极、二极管D4的正极，电容C24的另一端、电容C25的另一端、锂电池BT2的负极接地，二极管D4的负极接12V电源。

电量指示电路20包括电阻R79、电阻R80、电阻R81、电阻R82、二极管D4、三极管Q6，三极管Q6的集电极接12V电源，三极管Q6的基极经电阻R79接微处理器U1的60脚，三极管Q6的发射极经电阻R81接电阻R80的一端、电阻R82的一端，电阻R82的另一端接地。

如图11所示，GPS和GPRS通讯接口电路21包括单通道限流配电开关U13、收发器U17、电阻R75至电阻R78、电容C22、电容C23、电容C34至电容C37、插接件J12和插接件J13，单通道限流配电开关U13的型号为TPS2041BDBV，收发器U17的型号为MAX3232，插接件J12用来连接GPRS通讯模块，GPRS通讯模块采用LT2302嵌入式GPRS DTU模块，插接件J12的1脚接GPRS通讯模块的ON/OFF端，插接件J12的2脚接GPRS通讯模块的电源正极DC+，插接件J12的3脚接GPRS通讯模块的电源负极DC-，插接件J12的4脚接GPRS通讯模块的TTL电平串口接收TR，插接件J12的4脚接GPRS通讯模块的TTL电平串口发送TT，插接件J12的4脚接GPRS模块的准备好信号LINK，插接件J12的1脚接电阻R75的一端、微处理器U1的76脚，插接件J12的4脚接微处理器U1的78脚，插接件J12的5脚接微处理器U1的79脚，插接件J12的6脚接微处理器U1的77脚、电阻R76的一端，电阻R76的另一端接电源。

插接件J13用来连接GPS通讯模块，采用环球BR-355 GPS模块，插接件J13的1脚接GPS通讯模块的电源负极，插接件J13的2脚接GPS通讯模块的RS-232串口发送TX，插接件J13的3脚接GPS通讯模块的RS-232串口接收RX，插接件J13的4脚接GPS通讯模块的电源正极，插接件J13的5脚接GPS通讯模块的电源负极，插接件J13的2脚接收发器U17的13脚，插接件J13的3脚接收发器U17的14脚，插接件J13的4脚接单通道限流配电开关U13的1脚、电容C22的一端、电容C23的一端，电容C22的另一端、电容C23的另一端接地，单通道限流配电开关U13的4脚接微处理器U1的85脚、电阻R77的一端，电阻R77的另一端接电源，收发器U17的11脚接微处理器U1的80脚，收发器U17的12脚接微处理器U1的83脚。

开机时，按下开关K2，稳压器U14的5脚电平由二极管D2，开关K2拉低，稳压器U14工作输出5V电源，经稳压器U15输出3.3V电源，控制电路1启动。控制电路1启动后立即将ONOFF_POWER位信号置高，三极管Q7导通，通过电阻R88维持稳压器U14的5脚为低电平，保持稳压电路18正常工作。当关机时，按下开关K2，ONOFF_SW信号经二极管D1、开关K2变低电平，控制电路1检测到后完成数据保存等工作，并且等开关K2弹起后将ONOFF_POWER位信号置低，三极管Q7截止，稳压器U14的5脚变高电平稳压电路18停止工作，系统断电。充电电路19实现电池充电指示功能，当插接件J14接入市电后，三极管Q5导通Power_SW信号变低，当插接件J14断电后三极管Q5截止，Power_SW信号变高，控制电路1通过检测Power_SW信号电平，指示充电状态，二极管D3、二极管D4均采用低压降二极管，降低电源损耗。电量指示电路20通过采集电池电压计算电池剩余容量，需采集电池时，控制电路1置高Batter_Power信号电平，三极管Q6导通，控制电路1通过A/D口采集Batter_AD点电压。平时控制电路1置低Batter_Power信号电平，三极管Q6截止，电阻R81、电阻R82不分流，降低电池损耗。

控制电路1包括STM32F107及其配套器件，晶振X1为低频晶振，与锂电池BT1一起供微处理器U1内部RTC电路工作，为系统提供实时时钟，晶振X2为高频时钟是U1的工作时钟，电阻R1、电容C5组成系统的上电复位电路，电阻R3、电容C6、开关K1组成唤醒电路，当系统处于省电睡眠状态时，用于唤醒系统，插接件J0、插接件J1及其附件为控制电路的编程，调试接口。

气压传感器接口电路6为大气压传感器接口，土壤温度传感器接口电路7为土壤温度传感器接口，空气温湿度传感器接口电路8为空气温湿度传感器接口，单通道限流配电开关U2、电阻R13、电容C7、电容C8组成以上三种传感器的供电电路，当开始采集其中之一传感器时，控制电路1置CG3V3_Power信号为低电平，单通道限流配电开关U2打开，传感器供电，开始工作，采集完成后控制电路1置CG3V3_Power信号为高电平，单通道限流配电开关U2断开，传感器停止工作，从而有效减低功耗。气压传感器接口电路6为大气压传感器接口，MS5540C通过I2C总线与微处理器U1通讯，将大气压数字信号传送给微处理器U1。土壤温度传感器接口电路7为土壤温度传感器接口，采用DS18B20，通过TuWen_DATA一线与微处理器U1通讯，TuWen_Online为传感器在线检测信号，在传感器端接电源负极，当接入传感器后，TuWen_Online变为低电平，否则为高电平。微处理器U1通过在线检测电路检测传感器是否在线。土壤温度传感器接口电路7为土壤温度传感器接口，采用SHT11，通过KongQi_clk,kongQi_DATA二线制信号与微处理器U1通讯，KongQi_Online为传感器在线检测信号，在传感器端接电源负极，当接入传感器后，KongQi_Online变为低电平，否则为高电平。微处理器U1经在线检测电路检测传感器是否在线。

风速传感器接口电路9为风速风向传感器接口，光照传感器接口电路10为光照强度传感器接口，土壤湿度传感器接口电路11为土壤湿度传感器接口，单通道限流配电开关U4、电阻R23、电容C9、电容C10组成以上三种传感器的供电电路，当开始采集其中之一传感器时，控制电路1置CG5V_Power信号为低电平，单通道限流配电开关U4打开，传感器供电，开始工作，采集完成后控制电路1置CG5V_Power信号为高电平，单通道限流配电开关U4断开，传感器停止工作，从而有效减低功耗。风速传感器接口电路9为风速风向传感器接口，采用EC-8SX一体化风速风向传感器，传感器信号通过双电源转换收发器U5与微处理器U1隔离，风向信号采用格雷编码，输入微处理器U1后通过译码得到风向角度，风速信号CP为脉冲信号，微处理器U1通过测量脉冲频率计算出风速。Feng_Online为传感器在线检测信号，在传感器端接电源负极，当接入传感器后，Feng_Online变为低电平，否则为高电平。微处理器U1经在线检测电路检测传感器是否在线。光照传感器接口电路10为光照强度传感器接口，采用RY-G型光照强度传感器，发送4-20mA电流环信号，电阻R27、电阻R28、电阻R29、电阻R30和运算放大器U6组成信号调理电路，将电流信号转化为0-3V的电压信号，通过微处理器U1的A/D转换接口测量信号强度，计算出光照强度。GuagZhao_Online为传感器在线检测信号，在传感器端接电源负极，当接入传感器后，GuagZhao_Online变为低电平，否则为高电平。微处理器U1经在线检测电路检测传感器是否在线。土壤湿度传感器接口电路11为土壤湿度传感器接口，采用TDR-3土壤水分传感器，输出0-2.5V电压信号，电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35和运算放大器U7组成信号调理电路，输出0-3V电压信号，通过微处理器U1的A/D转换接口测量信号强度，计算出土壤含水量。TuShi_Online为传感器在线检测信号，在传感器端接电源负极，当接入传感器后，TuShi_Online变为低电平，否则为高电平。微处理器U1经在线检测电路检测传感器是否在线。

二氧化碳传感器接口电路12通过串口与微处理器U1通讯，微处理器U1通过串口取得C0₂浓度。单通道限流配电开关U8、电阻R36、电容C12、电容C13组成传感器的供电电路，当开始采集传感器时，控制电路1置C0₂_Power信号为低电平，单通道限流配电开关U4打开，传感器供电，开始工作，采集完成后控制电路1置C0₂_Power信号为高电平，单通道限流配电开关U8断开，传感器停止工作，从而有效减低功耗。C0₂_Online为传感器在线检测信号，在传感器端J7的4脚接电源正极，当接入传感器后，三极管Q1导通，C0₂_Online变为低电平，否则三极管Q1截止，C0₂_Online为高电平。微处理器U1经在线检测电路检测传感器是否在线。

蒸发量传感器接口电路13，ZFL1型蒸发器输出0-20mV电压信号。运算放大器U9、运算放大器U10、电阻R42、电阻R43、电阻R44组成信号调理电路，输出0-3V电压信号，通过微处理器U1的A/D转换接口测量信号强度，计算出蒸发量。电阻R40、三极管Q2组成供电电路，当开始采集传感器时，控制电路1置ZhengFa_Power信号为高电平，三极管Q2导通，传感器供电，开始工作。采集完成后控制电路1置ZhengFa_Power信号为低电平，三极管Q2截止，传感器停止工作，从而有效减低功耗。ZhengFa_Online为传感器在线检测信号，在传感器端接电源负极，当接入传感器后，ZhengFa_Online变为低电平，否则为高电平。微处理器U1经在线检测电路检测传感器是否在线。

降雨量传感器接口电路14，降雨量传感器采用RY-YLH02降雨量传感器，输出脉冲信号，经电容C14、电阻R47滤波后输入微处理器U1，微处理器U1通过测量脉冲频率计算出降雨量。

无线接口电路3连接无线传感器节点，无线接口采用发送接收双频率结构，信息发送占用433MHz频道，数据接收占用315MHz频道。采用轮询方式查询各传感器数据。无线发送接口电路15所示由电阻R49、电阻R50、三极管Q3与433MHz无线发射模块组成无线发送接口，微处理器U1通过WuXian_433发送调制信息，经三极管Q3作电平转化后，由433MHz无线发送模块发送。无线接收接口电路16所示由电阻R51、电阻R52、电阻R53、电阻R54、三极管Q4和315MHz无线接收模块组成无线接收接口，接收信号经三极管Q4作电平转换后，传递给微处理器U1，微处理器U1对接收信号解调得到测量信息。单通道限流配电开关U11、电阻R48、电容C14、电容C15组成该接口的供电电路，当开始通讯时，控制电路1置WuXian_Power信号为低电平，单通道限流配电开关U11打开，接口供电，开始工作，通讯完成后控制电路1置WuXian_Power信号为高电平，单通道限流配电开关U11断开，接口停止工作，从而有效减低功耗。

有线网络接口电路4实现装置与Internet网络的有线连接。DM9161AEP是一款完全集成的和符合成本效益单芯片快速以太网PHY,是一款常用的物理层收发器。HR911105A是带网路变压器的网络插座，利用这套方案可以组成可靠，成本低廉的网络接口。

GPRS无线网络接口由电阻R75、电阻R76和GPRS通讯模块组成，GPRS通讯模块通过TTL电平串口信号GPRS_RX，GPRS_TX与微处理器U1相连，经GPRS模块与Internet连接，实现远程智能控制及远程数据传送。微处理器U1通过设置GPRS_OFFON高低电平控制GPRS模块上电或断电。通过GPRS_LINK信号查询模块的工作状态。

GPS接口电路由电阻R77、电阻R78、电容C22、电容C33、单通道限流配电开关U13、收发器U17及GPS通讯模块组成，用于接收装置所在地的地理信息以及标准时间。微处理器U1通过RS-232接口接收GPS通讯模块信息。收发器U17为RS-232电平转换电路。单通道限流配电开关U13、电阻R77、电容C22、电容C23组成该接口的供电电路，当开始通讯时，控制电路1置GPS_Power信号为低电平，单通道限流配电开关U13打开，GPS通讯模块开始工作，通讯完成后控制电路1置GPS_Power信号为高电平，单通道限流配电开关U13断开，GPS通讯模块停止工作，从而有效减低功耗。GPS_Online为GPS通讯模块在线检测信号，在传感器端接电源负极，当接入GPS通讯模块后，GPS_Online变为低电平，否则为高电平。

以上仅是本发明的一种最优化技术方案，本发明以上电路不是唯一的，其中的各个电路也可以采用其他形式，只要能够实现其功能即可。 

本领域技术人员应该认识到，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了使本领域技术人员能够更好的理解本发明内容，不应理解为是对本发明保护范围的限制。在本发明技术方案的启示下，本领域技术人员可以不经创造性劳动，采用其它方式实现本发明的目的，比如传感器接口电路中数量的变化，以及无线接口电路的改变等，只要是根据本发明技术方案所作的改进，均落入本发明的保护范围。 

Claims (7)

1.具有风速传感器接口电路的农业环境信息采集控制装置，其特征在于：所述农业环境信息采集控制装置包括电连接的控制电路（1）、风速传感器接口电路（9）、GPS和GPRS通讯接口电路（21）；

所述风速传感器接口电路（9）与控制电路（1）连接；

所述GPS和GPRS通讯接口电路（21），通过GPRS通讯模块，无线连接Internet网络，将数据发送至远程服务器。

2.如权利要求1所述的农业环境信息采集控制装置，其特征在于：所述控制电路（1）包括微处理器U1、移位寄存器U16，微处理器U1的型号为STM32F107，微处理器U1的94脚经电阻R4接插接件J0，微处理器U1的8脚与9脚之间接晶振X1，微处理器U1的12脚与13脚之间接晶振X2，微处理器U1的14脚接电阻R1的一端、电容C5的一端，电阻R1的另一端接电源，电容C5的另一端接地。

3.如权利要求2所述的农业环境信息采集控制装置，其特征在于：所述微处理器U1的23脚接唤醒电路，唤醒电路包括电阻R3、电容C6和开关K1，微处理器U1的23脚接电阻R3的一端、电容C6的一端和开关K1的一端，电阻R3的另一端接电源，开关K1的另一端接地，电容C6的另一端接地。

4.如权利要求3所述的农业环境信息采集控制装置，其特征在于：所述移位寄存器U16的1脚接微处理器U1的63脚，移位寄存器U16的2脚接微处理器U1的61脚，移位寄存器U16的9脚接微处理器U1的62脚。

5.如权利要求4所述的农业环境信息采集控制装置，其特征在于：所述风速传感器接口电路（9）包括双电源转换收发器U5、电阻R24、电阻R25、电容C11和插接件J4，双电源转换收发器U5的型号为74LVC4245，插接件J4用来连接风速风向传感器，风速风向传感器采用EC-8SX一体化风速风向传感器，插接件J4的1脚接风速风向传感器的风向信号D0，插接件J4的2脚接风速风向传感器的风向信号D1，插接件J4的3脚接风速风向传感器的风向信号D2，插接件J4的4脚接风速风向传感器的风向信号D3，插接件J4的5脚接风速风向传感器的风向信号D4，插接件J4的6脚接风速风向传感器的风向信号D5，插接件J4的7脚接风速风向传感器的风向信号D6，插接件J4的8脚接风速风向传感器的电源正极，插接件J4的9脚接风速风向传感器的电源负极，插接件J4的10脚空，插接件J4的11脚接风速风向传感器的风速信号CP，插接件J4的11脚接接风速风向传感器的电源负极，双电源转换收发器U5的1脚、2脚接电源和插接件J4的8脚，双电源转换收发器U5的3脚、4脚、5脚、6脚、7脚、8脚、9脚与插接件J4的1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚、7脚一一对应，双电源转换收发器U5的10脚、插接件J4的11脚接电容C11的一端、电阻R25的一端，电容C11的另一端接地，电阻R25的另一端接电源，插接件J4的9脚经电阻R24接电源，双电源转换收发器U5的14脚接微处理器U1的40脚，双电源转换收发器U5的14脚接微处理器U1的40脚，双电源转换收发器U5的15脚接微处理器U1的46脚，双电源转换收发器U5的16脚接微处理器U1的45脚，双电源转换收发器U5的17脚接微处理器U1的44脚，双电源转换收发器U5的18脚接微处理器U1的43脚，双电源转换收发器U5的19脚接微处理器U1的41脚，双电源转换收发器U5的20脚接微处理器U1的39脚，双电源转换收发器U5的21脚接微处理器U1的38脚。

6.如权利要求5所述的农业环境信息采集控制装置，其特征在于：所述GPS和GPRS通讯接口电路（21）包括单通道限流配电开关U13、收发器U17、电阻R75至电阻R78、电容C22、电容C23、电容C34至电容C37、插接件J12和插接件J13，单通道限流配电开关U13的型号为TPS2041BDBV，收发器U17的型号为MAX3232，插接件J12用来连接GPRS通讯模块，GPRS通讯模块采用LT2302嵌入式GPRS DTU模块，插接件J12的1脚接GPRS通讯模块的ON/OFF端，插接件J12的2脚接GPRS通讯模块的电源正极DC+，插接件J12的3脚接GPRS通讯模块的电源负极DC-，插接件J12的4脚接GPRS通讯模块的TTL电平串口接收TR，插接件J12的4脚接GPRS通讯模块的TTL电平串口发送TT，插接件J12的4脚接GPRS模块的准备好信号LINK，插接件J12的1脚接电阻R75的一端、微处理器U1的76脚，插接件J12的4脚接微处理器U1的78脚，插接件J12的5脚接微处理器U1的79脚，插接件J12的6脚接微处理器U1的77脚、电阻R76的一端，电阻R76的另一端接电源。

7.如权利要求6所述的农业环境信息采集控制装置，其特征在于：所述插接件J13用来连接GPS通讯模块，采用环球BR-355 GPS模块，插接件J13的1脚接GPS通讯模块的电源负极，插接件J13的2脚接GPS通讯模块的RS-232串口发送TX，插接件J13的3脚接GPS通讯模块的RS-232串口接收RX，插接件J13的4脚接GPS通讯模块的电源正极，插接件J13的5脚接GPS通讯模块的电源负极，插接件J13的2脚接收发器U17的13脚，插接件J13的3脚接收发器U17的14脚，插接件J13的4脚接单通道限流配电开关U13的1脚、电容C22的一端、电容C23的一端，电容C22的另一端、电容C23的另一端接地，单通道限流配电开关U13的4脚接微处理器U1的85脚、电阻R77的一端，电阻R77的另一端接电源，收发器U17的11脚接微处理器U1的80脚，收发器U17的12脚接微处理器U1的83脚。