CN105223939A - 适用于农业物联网应用的多源传感信息采集与控制一体化通用装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于农业物联网应用的多源传感信息采集与控制一体化通用装置，包括电源模块、采样检测单元、反馈控制单元、通信单元、数据存储模块、时钟电路单元、液晶显示单元、LED状态显示单元和微控制器MCU。本发明通过模块化设计三个通用单元：采样检测单元、反馈控制单元、通信单元，集“感知-决策-控制”功能于一体，实现农业生产现场多源传感信息采集与控制的一体化；通用接口涵盖了农业现场常用信息采集设备和控制设备的要求，可用于温室水产、畜禽养殖多种农业物联网系统中，当场景和具体挂接设备有变化时，无需重新设计控制器；上层应用即可以统一基于此种设备进行管理，从而实现统一管理和调度；适应农业低成本要求，简单可靠。

Description

适用于农业物联网应用的多源传感信息采集与控制一体化通用装置

技术领域

本发明涉及农业物联网应用领域，具体涉及一种适用于农业物联网应用的多源传感信息采集与控制一体化通用装置。

背景技术

农业物联网是指通过农业信息感知设备，按照约定协议，把农业系统中动植物生命体、环境要素、生产工具等物理部件和各种虚拟“物件”与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现对农业对象和过程智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。农业是物联网应用的一个重要领域，物联网技术与农业生产、经营、管理、服务全产业链的深度融合，对改造传统农业、提升农业现代化水平具有重要意义。

农业物联网应用领域非常广泛，就行业来说包括设施农业、大田种植、水产养殖、畜禽养殖、以及农产品溯源等。可以说其应用主要集中在农业种、养殖生产过程全程信息化记录与自动化控制。

物联网主要由三个层面构成：感知层、网络层和应用层。目前，农业物联网应用大部分集中在信息感知、数据传输和监测环节，终端的智能控制应用较少，多是单一功能，单一的采集器，控制器，或者执行机构，有感知无决策、有决策无控制的单环节应用比较普遍。要实现农业物联网的高级应用(智能监控)，就必须构建“感知-决策-控制”闭环体系。而其中的关键环节即多种传感器信息的采集、数据综合处理、分析、存储、与远程监控中心建立双向通信、以及控制电气设备等。现有的农业信息化设备的大部分是传感器的采集、存储、传输，无法完成物联网的闭环控制；或者通过构建功能更加强大的PLC系统实现农业现场电气的设备控制，但系统整体成本昂贵、一旦应用场景或者挂接的采集执行设备有变化就需要重新设计控制器，扩展性差、不适合农业低成本。

因此，迫切需要一种通用的，易于扩展的集成感知，决策控制的通用的设备。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有农业物联网应用存在的上述问题，分析总结农业现场常用的采集传感器设备、执行设备的通用特点，提出一种集感知、决策控制一体的适用于农业物联网应用的多源传感信息采集与控制的一体化通用装置，可靠性高、简单实用。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种适用于农业物联网应用的多源传感信息采集与控制一体化通用装置，它包括电源模块、采样检测单元、反馈控制单元、通信单元、数据存储模块、时钟电路单元、液晶显示单元、LED状态显示单元和微控制器MCU，所述采样检测单元、反馈控制单元、通信单元、数据存储模块、时钟电路单元、液晶显示单元、LED状态显示单元、微控制器MCU均与电源模块连接；同时，所述采样检测单元与微控制器MCU的IIC接口连接；所述反馈控制单元包括反馈检测单元和继电器驱动单元，反馈检测单元与微控制器MCU外部中断口INT连接，微控制器MCU的IO接口与继电器驱动单元连接；所述通信单元与微控制器MCU的USART接口连接；所述数据存储模块与微控制器MCU的SPI接口连接，时钟电路单元与微控制器MCU的IIC接口连接，液晶显示单元与微控制器MCU的USART接口连接，LED状态显示单元与微控制器MCU的IO接口连接。

按上述方案，所述电源模块包括3.3V电源单元、可控传感器供电单元、RS-485通信供电单元、3路可控12V供电单元，其中，3.3V电源单元通过3.3V开关稳压器实现直流24V到3.3V直流输出的转换，3.3V电源单元供给微控制器MCU、采样检测单元、通信单元、数据存储模块以及周边接口电路；可控传感器供电单元通过12V开关稳压器、5V开关稳压器提供3种电源供应，分别是直流24V、12V、5V，实现相应电源转换；RS-485通信供电单元提供RS-485通信芯片通信总线侧隔离电源的供应；3路可控12V供电单元提供远程无线通信模块、液晶显示单元、备用模块的电源供应。

按上述方案，所述采样检测单元至少对接电流信号、电压信号、数字量型信号三种类型的传感器，实现电流型、电压型、数字量型的信号采集。

按上述方案，所述采样检测单元包括取样电阻、电阻分压网络、滤波保护电路、AD模数转换器、RS-485通信芯片，取样电阻、电阻分压网络均通过滤波保护电路接入AD模数转换器，AD模数转换器、RS-485通信芯片通过IIC总线连接至微控制器MCU；取样电阻用于在接入电流信号时，将电流信号转换成电压信号，再将此电压信号经滤波保护电路滤波去耦后接入AD模数转换器，实现模拟信号转换成对应的数字信号，微控制器MCU再通过IIC总线读取AD模数转换器的转换数值；电阻分压网络用于在接入电压信号时，将电压信号分压在AD模数转换器的转换范围内，再将分压信号经滤波保护电路滤波去耦后接入AD模数转换器，微控制器MCU再通过IIC总线读取AD模数转换器的转换数值；RS-485通信芯片用于在采集数字量型信号时，通过RS-485通信芯片配合微控制器MCU的USART接口读取转换数值。

按上述方案，所述反馈控制单元包括继电器驱动单元和反馈检测单元两部分，继电器驱动单元用于驱动外部电气柜里的中间继电器、交流接触器，从而实现对外部两相或三相设备的控制；反馈检测单元用于通过交流接触器的辅助触点及时准确检测被控设备的运行状况；继电器驱动单元主要由光耦隔离器TLP181、施密特触发器CD40106、欧姆龙G5NB继电器、开关管NUD3160组成，光耦隔离器TLP181用来对输入、输出电信号起隔离作用，施密特触发器CD40106用于对传输中受干扰发生波形畸变的信号整形；反馈检测单元主要由光耦隔离器TLP181、施密特触发器CD40106组成；当微控制器IO口输出高电平时，触发光耦隔离器TLP181的发光二极管导通，光敏元件受到光照后，光敏三极管导通，经过施密特触发器CD40106反向输出高电平，驱动开关管NUD3160导通，触发G5NB继电器线圈回路导通，继电器线圈产生磁场，触使G5NB继电器常开触点闭合，驱动外部中间继电器、接触器回路导通；当微控制器IO口输出低电平时，光耦隔离器TLP181的发光二极管截止，光敏三极管截止，经过施密特触发器CD40106反向输出低电平，开关管NUD3160截止，G5NB继电器线圈回路不导通，触使G5NB继电器常开触点断开，外部中间继电器、接触器回路不导通。

按上述方案，所述通信单元包括远程无线通信模块、短程无线通信模块、RS-485通信接口、JTAG调试接口，短程无线通信模块短程无线通信模块用2.4G频段ZigBee无线通信模块，用于本装置与现地端其他采用同样通信模式的设备进行组网、信息交互；远程无线通信模块选用GSM通信网络的GPRS通信模块，用于本装置与监控中心服务器进行双向通信；RS-485通信接口通过RS-485通信芯片挂接到RS-485总线与外部设备通信；外部仿真器或程序下载器通过JTAG调试接口与微控制器MCU连接。

按上述方案，所述时钟电路单元包括备用电池和时钟芯片，时钟芯片与微控制器MCU的IIC接口连接，时钟芯片为整个系统装置提供精准的实时时间，备用电池用于在电源模块断电时继续保证时钟芯片运行。

按上述方案，所述液晶显示单元包括RS-485通信芯片和液晶显示模块，液晶显示模块通过RS-485通信接口与RS-485通信芯片连接，RS-485通信芯片通过USART接口与微控制器MCU连接。

按上述方案，所述LED状态显示单元主要由发光二极管灯组组成，微控制器MCU的IO口与发光二极管连接，微控制器MCU的IO口输出高低电平驱动LED亮灭，以此来动态指示控制设备状态以及传感器通道状态信息。

按上述方案，所述微控制器MCU采用基于Cotex-M3内核ARM32位处理器。

本发明产生的有益效果是：

1、本装置采用嵌入式电子器件实现农业物联网现场应用，其功能包括多源传感信息采集、数据存储、人机交互显示、无线通信组网、与远程监控中心交互、电气设备自动控制、智能控制、远程控制，相比于传统PLC系统，本装置无论从整体成本、可靠性、灵活性、扩展性方面，都能很好适应农业低成本、高可靠、简单实用的要求；

2、本发明主要通过模块化设计三个通用单元：采样检测单元、反馈控制单元、通信单元，电源模块也为各个通用单元的不同供电要求提供了支持；通用接口涵盖了农业现场常用信息采集设备和控制控制设备的要求，可用于温室，水产，畜禽养殖多种农业物联网系统中，上层应用即可以统一基于此种设备进行管理，从而实现统一管理和调度；

3、采样检测单元对接与多种不同类型传感器类型的支持，包括电流型、电压型、数字量型三种类型的信号采集装置，实现多种传感器信息采集，满足农业种、养殖行业物联网应用所需的各类常用传感器；便于增加信息采集节点和控制节点，当应用场景或者挂接的采集执行设备有变化时不需要重新设计控制器，一次设计多处通用，系统升级维护方便；

4、反馈控制单元实现对多种电气控制柜下的不同执行机构进行控制，通用继电驱动的电气设备单元，涵盖了农业现场常用的电气设备；针对控制环节，除了执行基本控制之外，能够通过反馈检测控制设备运行状况，有效避免了设备误动作；可靠性高、简单实用；

5、通信单元实现上层多种通信系统，支持多种无线接入技术；异构支持性强，通用性强；灵活性好，易于组网，实现农业现场灵活配置和快速组网；

6、目前农业物联网应用存在的问题，大部分应用集中在信息感知、数据传输和监测环节，终端的智能控制应用较少，有感知无决策、有决策无控制的单环节应用比较普遍，通过本一体化装置能够很完整实现农业物联网“感知-决策-控制”闭环体系，填补市场应用空白。

附图说明

图1是本发明实施例的系统结构示意图。

图2是本发明实施例的可控传感供电单元电路原理图。

图3是本发明实施例的传感采集单元电路原理图。

图4是本发明实施例的继电器驱动单元电路原理图

图5是本发明实施例的控制反馈检测单元电路原理图。

图6是本发明实施例的RS-485通信单元电路原理图。

图7是本发明实施例应用于农业物联网系统中的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例提供的多源传感信息采集与控制一体化通用装置，常用于农业物联网感知控制层的构建。它包括电源模块、采样检测单元、反馈控制单元、通信单元、数据存储模块、时钟电路单元、液晶显示单元、LED状态显示单元和微控制器MCU，所述采样检测单元、反馈控制单元、通信单元、数据存储模块、时钟电路单元、液晶显示单元、LED状态显示单元、微控制器MCU均与电源模块连接；同时，所述采样检测单元与微控制器MCU的IIC接口连接；所述反馈控制单元包括反馈检测单元和继电器驱动单元，反馈检测单元与微控制器MCU外部中断口INT连接，微控制器MCU的IO接口与继电器驱动单元连接；所述通信单元与微控制器MCU的USART接口连接；所述数据存储模块与微控制器MCU的SPI接口连接，时钟电路单元与微控制器MCU的IIC接口连接，液晶显示单元与微控制器MCU的USART接口连接，LED状态显示单元与微控制器MCU的IO接口连接。

所述电源模块包括3.3V电源单元、可控传感器供电单元、RS-485通信供电单元、3路可控12V供电单元。整个系统的输入电源直流24V，经过电源模块变换成系统需要的24V、12V、5V、3.3V，其中，3.3V电源单元主要通过3.3V开关稳压器实现直流24V(输入范围4.75V～28V)到3.3V直流输出的转换，此3.3V电源单元供给微控制器MCU、采样检测单元、通信单元、数据存储模块以及周边接口电路；

可控传感器供电单元主要提供3种电源供应，分别是直流24V、12V、5V，以满足主流传感器供电需求，可控传感器供电单元主要通过12V开关稳压器、5V开关稳压器实现相应电源转换，考虑到某些传感器可间歇式供电工作，可控传感器供电单元通过三极管S8050、PMOS开关管NTD25P03L、电阻、电容组成的可控电源，通过微控制器MCU的IO口控制是否供电，如图2所示，当IO口Ctr_P3输出高电平时，三极管Qp4.1导通，PMOS管Qp4.2栅极经电阻网络分压为1/2Vin，PMOS管Qp4.2导通，稳压模块Up4.1的VIN端口输入24V，VOUT端口12V直流稳压输出，传感器供电；当IO口Ctr_P3输出低电平时，三极管Qp4.1截止，PMOS管Qp4.2栅极电压为Vin，PMOS管Qp4.2截止，稳压模块Up4.1的VIN端口无输入，VOUT端口也无输出，传感器不供电。

所述3.3V开关稳压器采用金升阳公司的K7803-500R2电源模块，12V开关稳压器采用金升阳公司的K7812-1000电源模块，5V开关稳压器采用金升阳公司的K7805-1000电源模块。此类电源模块具有宽电压输入，非隔离稳压输出，效率高、损耗小、发热低等特性。

RS-485通信供电单元提供隔离RS-485芯片通信总线侧隔离电源的供应；3路可控12V供电单元主要提供远程无线通信模块、液晶显示单元、备用模块的电源供应，考虑到此类设备能耗比较大，采用可控电源的方式灵活控制其通断电。上述设计方案与可控传感器供电单元设计类似，不再赘述。

所述采样检测单元主要实现电流型、电压型、数字通信型三类传感器信号的采集与检测。采样检测单元包括取样电阻、电阻分压网络、滤波保护电路、AD模数转换器、RS-485通信芯片等。如图3所示，如果接入4-20mA电流型传感器信号(4-20mA信号检测)，先通过取样电阻Ra1.10和Ra1.11(100欧姆，精度0.1％)将电流信号转换成电压信号AD_IN1，再将此电压信号滤波去耦后接入AD模数转换器的AIN0口，实现模拟信号转换成对应的数字信号，微控制器MCU再通过IIC总线读取转换数值；如果接入0-5V/10V电压型传感器信号(0-5V/10V信号检测)，将此信号接入电阻分压网络，分别为Ra1.10和Ra1.11(0-5V选择Ra1.10＝15K，Ra1.11＝10K，0-10V选择Ra1.10＝40K，Ra1.11＝10K，精度0.1％)，使其分压后的电压值在AD模数转换器的转换范围内，再将分压信号滤波去耦后接入AD模数转换器，微控制器MCU再通过IIC总线读取转换数值；如果接入RS-485数字量型信号(RS-485数据采集)，通过RS-485通信芯片配合微控制器MCU的USART接口读取转换数值。

所述AD模数转换器采用德州仪器公司(TI)的超小型16位精密模数转换器ADS1115，具有板载基准电压和振荡器，通过IIC接口传输数据，工作电压从2.0V到5.5V，取样频率高达860sps，可以同时采集四路模拟信号。所述RS-485通信芯片选用隔离型ADM2483，它针对平衡传输线路而设计，符合ANSITIA/EIARS-485-A标准，该器件采用ADI公司的iCoupler技术，将3通道隔离器、三态差分线路驱动器和差分输入接收器集成于单封装中，器件逻辑端可以采用VCC485(3.3V)电源供电，总线端则采用V485(5V)电源供电，如图6所示。

微控制器MCU读取的数字量转换值经过零点-满量程数学转换公式计算后，能得到实际监测的物理量数值。

所述反馈控制单元主要是配合外部电气控制柜实现农用生产强电设备的启停、反转等控制功能。反馈控制单元包括继电器驱动单元和反馈检测单元两部分，继电器驱动单元用于驱动外部电气柜里的中间继电器、交流接触器，从而实现对外部两相或三相设备的控制；反馈检测单元通过交流接触器的辅助触点及时准确检测被控设备的运行状况。

继电器驱动单元主要由光耦隔离器TLP181、施密特触发器CD40106、欧姆龙G5NB继电器、开关管NUD3160组成，如图4所示，当微控制器IO口CTR1输出高电平时，触发TLP181的发光二极管导通，光敏元件受到光照后，光敏三极管导通，经过施密特触发器CD40106反向输出高电平，驱动开关管NUD3160导通，触发G5NB继电器线圈回路导通，继电器线圈产生磁场，触使G5NB继电器常开触点闭合，从而驱动外部中间继电器、接触器回路导通，相应的电气设备通电开始工作。同理，当微控制器IO口CTR1输出低电平时，TLP181的发光二极管截止，光敏三极管截止，经过施密特触发器CD40106反向输出低电平，开关管NUD3160截止，G5NB继电器线圈回路不导通，触使G5NB继电器常开触点断开，从而导致外部中间继电器、接触器回路不导通，相应的电气设备断电停止工作。

光耦隔离器TLP181用来对输入、输出电信号起隔离作用，输入的电信号驱动发光二极管，使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电-光-电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦隔离器TLP181输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。

当微控制器MCU输出0/1脉冲控制信号时，如果在传输中受干扰发生波形畸变，出现上升沿和下降沿不理想的情况，通过施密特触发器CD40106整形后，能获得较理想的矩形脉冲，从而使设备抗干扰能力增强。

反馈检测单元主要由光耦隔离器TLP181、施密特触发器CD40106组成。如图5所示。本装置的K1口与外部主控回路交流接触器的辅助触点的一端连接，辅助触点的另一端与本装置的公共地GND连接。当主控回路接通时(即被控设备上电运行)，交流接触器的辅助触点同时也闭合，K1口与GND接通，触发光耦隔离器TLP181的发光二极管导通，光敏元件受到光照后，光敏三极管导通，信号经CD40106反向输出高电平，连接到微控制器MCU的外部中断口INT1，微控制器MCU实时检测到触发的高电平中断，本装置就能够准确判定被控设备通电运行。如微控制器MCU未检测到高电平中断，本装置就能够判定被控设备未通电运行。

通信单元包括远程无线通信模块、短程无线通信模块、RS-485通信接口、JTAG调试接口，短程无线通信模块通过USART接口与微控制器MCU连接，短程无线通信模块选用2.4G频段ZigBee无线通信模块，主要用于本装置与现地端其他采用同样通信模式的设备进行组网、信息交互；远程无线通信模块通过USART接口与微控制器MCU连接，远程无线通信模块选用GSM通信网络的GPRS通信模块，主要用于本装置与监控中心服务器进行双向通信；RS-485通信接口通过RS-485通信芯片挂接到RS-485总线与外部设备通信。如图6所示，RS-485通信芯片与微控制器MCU的USART接口连接。RX3、TX3分别为微控制器MCU数据接收端口、发送端口。CX3为微控制器MCU控制通信芯片收发使能的IO口。

外部仿真器或程序下载器通过JTAG调试接口与微控制器MCU连接。JTAG是一种嵌入式调试技术，常用于实现在线系统编程功能，如对FLASH器件进行编程等。本装置JTAG调试接口采用20针标准接口，可以连接各种标准的仿真器，也可以接简易的JTAG下载器。

数据存储模块采用存储芯片W25Q64，64M串行flash存储器，数据存储模块通过SPI接口与微控制器MCU连接，主要用于存储本设备运行参数信息、配置信息和传感器历史数据信息等。

时钟电路单元包括备用电池和型号为DS3231的时钟芯片，时钟芯片与微控制器MCU的IIC接口连接，时钟芯片为整个系统装置提供精准的实时时间，备用电池用于在电源模块断电时继续保证时钟芯片运行。

液晶显示单元包括RS-485通信芯片和液晶显示模块，液晶显示模块采用武汉中显智能显示终端，型号为SDW8048-080-TS40W，智能显示终端通过RS-485通信接口与RS-485通信芯片ADM2483连接，RS-485通信芯片ADM2483通过USART接口与微控制器MCU连接；液晶显示单元作为本装置与外界的人机交互接口，实时显示传感器数据、控制设备状态以及相关参数信息。

LED状态显示单元主要由发光二极管灯组组成，微控制器MCU的IO口与发光二极管连接，微控制器MCU的IO口输出高低电平驱动LED亮灭，以此来动态指示控制设备状态以及传感器通道状态等信息。

所述微控制器MCU采用基于Cotex-M3内核ARM32位处理器，型号为STM32F107，是一款互连型系列微控制器，性能较强大，集成了各种高性能工业标准接口。

本实施例的工作过程如下：

本装置的输入电源为直流24V，通过电源模块提供整个系统各个单元所需的直流24V、12V、5V、3.3V电源。时钟电路单元为整个装置提供精准、稳定、不间断的实时时钟，考虑到时钟长时间运行存在偏离误差，时钟电路单元每隔一段时间通过本装置的通信接口接收时钟校准指令。

本装置相应的传感检测端口被配置成实际所连接的传感器(4-20mA，0-5V/10V)，同时为传感器提供多种可控直流电源。传感器信息号经过采样检测单元后变成可读取的数字量，微控制器MCU再按照标准的协议通过IIC接口读取数字量信息，数字量转换值经过零点-满量程数学转换公式计算后，能得到实测的物理量数值，此数值可通过液晶显示单元直接显示出来，同时通过RS-485通信接口传输给监控中心或其他设备。另外，本装置采集传感器数据可通过实时时钟定时自动采集上报，或者通过RS-485通信接口被动执行采集上报。本装置可通过数据存储模块按时间记录存储所采集的传感器数值，并可随时调取历史数据。

本装置通过反馈控制单元，配合外部电气柜实现两相、三相设备的启停控制，一共有两类控制方式：

(1)主动控制，控制权交由微控制器MCU自行决定。可以是基于时间层面，或基于阈值参数层面的条件控制，基于时间的条件控制即某一时段某个控制端口设备的启停控制，此时钟为本装置的系统时钟，来源于时钟电路单元，且与外部我们日常使用的时钟是一致的。基于阈值参数的条件控制是微控制器MCU根据已检测到的传感器数值，然后与预先设定的该传感器参数阈值比对，符合条件时再执行端口设备的启停控制。以上所涉及的时间参数、阈值参数均是交由监控中心通过本装置的RS-485通信接口进行配置的，并且这些参数配置全部存储在数据存储模块中，微控制器MCU可以随时调取出来。

(2)被动控制，微控制器MCU听取外部发送的控制命令执行控制动作，控制命令可以是来源于监控中心，或者是其他外部设备。通信渠道是本装置的通信单元，包括RS-485通信接口、短程无线通信模块的ZigBee无线通信模块和远程无线通信模块的GPRS通信模块。

无论是主动控制还是被动控制，当微控制器执行相应的控制操作后，都会通过反馈检测单元检查相应的接触器回路是否完成动作，然后将实际检测到状态通过LED状态显示单元和液晶显示单元实时显示出来，同时通过RS-485通信接口回馈控制状态命令给监控中心。

本装置通过通信接口与外部设备或监控中心建立双向通信，是构建农业物联网的一个核心部件。本装置通过短程无线通信模块-ZigBee来构建农业现场局部区域的无线通信网络，通过远程无线通信模块-GPRS来构建连接现场与远程监控中心的通信网络。

本装置由上述模块实现了信号采集，决策执行与一体的多源通用控制机构。在不同的应用场景下无需重新设计新的控制器，异构支持性强，通用性强、可以实现农业现场的快速组网，也便于应用层实现统一管理和调度。

如图7所示，本发明的一体化通用装置很好的解决了目前农业物联网应用存在的问题，大部分应用集中在信息感知、数据传输和监测环节，终端的智能控制应用较少，有感知无决策、有决策无控制的单环节应用比较普遍。通过本一体化装置能够很完整实现农业物联网“感知-决策-控制”闭环体系，填补市场应用空白。

本发明不仅局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，具体的芯片型号只是优选的，只要能实现相应功能的芯片也属于本发明的保护范围，凡是具有与本发明相同或相近似的技术方案，均在其保护范围之内。

Claims (10)

1.适用于农业物联网应用的多源传感信息采集与控制一体化通用装置，其特征在于：它包括电源模块、采样检测单元、反馈控制单元、通信单元、数据存储模块、时钟电路单元、液晶显示单元、LED状态显示单元和微控制器MCU，所述采样检测单元、反馈控制单元、通信单元、数据存储模块、时钟电路单元、液晶显示单元、LED状态显示单元、微控制器MCU均与电源模块连接；同时，所述采样检测单元与微控制器MCU的IIC接口连接；所述反馈控制单元包括反馈检测单元和继电器驱动单元，反馈检测单元与微控制器MCU外部中断口INT连接，微控制器MCU的IO接口与继电器驱动单元连接；所述通信单元与微控制器MCU的USART接口连接；所述数据存储模块与微控制器MCU的SPI接口连接，时钟电路单元与微控制器MCU的IIC接口连接，液晶显示单元与微控制器MCU的USART接口连接，LED状态显示单元与微控制器MCU的IO接口连接。

2.根据权利要求1所述的适用于农业物联网应用的多源传感信息采集与控制一体化通用装置，其特征在于：所述电源模块包括3.3V电源单元、可控传感器供电单元、RS-485通信供电单元、3路可控12V供电单元，其中，3.3V电源单元通过3.3V开关稳压器实现直流24V到3.3V直流输出的转换，3.3V电源单元供给微控制器MCU、采样检测单元、通信单元、数据存储模块以及周边接口电路；可控传感器供电单元通过12V开关稳压器、5V开关稳压器提供3种电源供应，分别是直流24V、12V、5V，实现相应电源转换；RS-485通信供电单元提供RS-485通信芯片通信总线侧隔离电源的供应；3路可控12V供电单元提供远程无线通信模块、液晶显示单元、备用模块的电源供应。

3.根据权利要求1所述的适用于农业物联网应用的多源传感信息采集与控制一体化通用装置，其特征在于：所述采样检测单元至少对接电流信号、电压信号、数字量型信号三种类型的传感器，实现电流型、电压型、数字量型的信号采集。

4.根据权利要求3所述的适用于农业物联网应用的多源传感信息采集与控制一体化通用装置，其特征在于：所述采样检测单元包括取样电阻、电阻分压网络、滤波保护电路、AD模数转换器、RS-485通信芯片，取样电阻、电阻分压网络均通过滤波保护电路接入AD模数转换器，AD模数转换器、RS-485通信芯片通过IIC总线连接至微控制器MCU；取样电阻用于在接入电流信号时，将电流信号转换成电压信号，再将此电压信号经滤波保护电路滤波去耦后接入AD模数转换器，实现模拟信号转换成对应的数字信号，微控制器MCU再通过IIC总线读取AD模数转换器的转换数值；电阻分压网络用于在接入电压信号时，将电压信号分压在AD模数转换器的转换范围内，再将分压信号经滤波保护电路滤波去耦后接入AD模数转换器，微控制器MCU再通过IIC总线读取AD模数转换器的转换数值；RS-485通信芯片用于在采集数字量型信号时，通过RS-485通信芯片配合微控制器MCU的USART接口读取转换数值。

5.根据权利要求1所述的适用于农业物联网应用的多源传感信息采集与控制一体化通用装置，其特征在于：所述反馈控制单元包括继电器驱动单元和反馈检测单元两部分，继电器驱动单元用于驱动外部电气柜里的中间继电器、交流接触器，从而实现对外部两相或三相设备的控制；反馈检测单元用于通过交流接触器的辅助触点及时准确检测被控设备的运行状况；继电器驱动单元主要由光耦隔离器TLP181、施密特触发器CD40106、欧姆龙G5NB继电器、开关管NUD3160组成，光耦隔离器TLP181用来对输入、输出电信号起隔离作用，施密特触发器CD40106用于对传输中受干扰发生波形畸变的信号整形；反馈检测单元主要由光耦隔离器TLP181、施密特触发器CD40106组成；当微控制器IO口输出高电平时，触发光耦隔离器TLP181的发光二极管导通，光敏元件受到光照后，光敏三极管导通，经过施密特触发器CD40106反向输出高电平，驱动开关管NUD3160导通，触发G5NB继电器线圈回路导通，继电器线圈产生磁场，触使G5NB继电器常开触点闭合，驱动外部中间继电器、接触器回路导通；当微控制器IO口输出低电平时，光耦隔离器TLP181的发光二极管截止，光敏三极管截止，经过施密特触发器CD40106反向输出低电平，开关管NUD3160截止，G5NB继电器线圈回路不导通，触使G5NB继电器常开触点断开，外部中间继电器、接触器回路不导通。

6.根据权利要求1所述的适用于农业物联网应用的多源传感信息采集与控制一体化通用装置，其特征在于：所述通信单元包括远程无线通信模块、短程无线通信模块、RS-485通信接口、JTAG调试接口，短程无线通信模块短程无线通信模块用2.4G频段ZigBee无线通信模块，用于本装置与现地端其他采用同样通信模式的设备进行组网、信息交互；远程无线通信模块选用GSM通信网络的GPRS通信模块，用于本装置与监控中心服务器进行双向通信；RS-485通信接口通过RS-485通信芯片挂接到RS-485总线与外部设备通信；外部仿真器或程序下载器通过JTAG调试接口与微控制器MCU连接。

7.根据权利要求1所述的适用于农业物联网应用的多源传感信息采集与控制一体化通用装置，其特征在于：所述时钟电路单元包括备用电池和时钟芯片，时钟芯片与微控制器MCU的IIC接口连接，时钟芯片为整个系统装置提供精准的实时时间，备用电池用于在电源模块断电时继续保证时钟芯片运行。

8.根据权利要求1所述的适用于农业物联网应用的多源传感信息采集与控制一体化通用装置，其特征在于：所述液晶显示单元包括RS-485通信芯片和液晶显示模块，液晶显示模块通过RS-485通信接口与RS-485通信芯片连接，RS-485通信芯片通过USART接口与微控制器MCU连接。

9.根据权利要求1所述的适用于农业物联网应用的多源传感信息采集与控制一体化通用装置，其特征在于：所述LED状态显示单元主要由发光二极管灯组组成，微控制器MCU的IO口与发光二极管连接，微控制器MCU的IO口输出高低电平驱动LED亮灭，以此来动态指示控制设备状态以及传感器通道状态信息。

10.根据权利要求1所述的适用于农业物联网应用的多源传感信息采集与控制一体化通用装置，其特征在于：所述微控制器MCU采用基于Cotex-M3内核ARM32位处理器。