CN105509802B - 一种一体式作物层气象温湿度仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种温湿度仪，尤其是一种一体式作物层气象温湿度仪，属于作物气象温湿度监测的技术领域。按照本发明提供的技术方案，所述一体式作物层气象温湿度仪，包括立柱，在所述立柱上设置若干用于对所需作物层进行温湿度监测的温湿度监测仪，所述温湿度监测仪与立柱上方箱体内的控制电路板电连接，所述控制电路板包括用于与温湿度监测仪连接的测量处理板以及与所述测量处理板连接的通信管理板，所述测量处理板采集并处理温湿度监测仪监测的温湿度值，并能将处理得到的作物层温湿度值通过通信管理板进行所需的传输。本发明结构紧凑，占地面积小，安装灵活，维护方便，能满足不同类型、不同高度作物的多层多路温湿度观测的要求，安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种温湿度仪，尤其是一种一体式作物层气象温湿度仪，属于作物气象温湿度监测的技术领域。
背景技术
在农田小气候环境下，准确获取农作物冠层内部的温湿度信息，能够为有效预防和管理作物病虫害、估算作物产量、农气气象情报和预报提供重要依据，进一步鉴定农业气象条件对作物生长发育、生理特性和品质的影响，也是估算农作物因气象灾害造成损失的数据支撑与科学依据，有效的为高产、优质、高效农业服务。
目前，农田作物层中的温湿度信息主要是通过自动气象站的温湿度传感器监测得到。而自动观测站一般选址在固定的田埂或者农田边缘，这样就产生了以下问题：1）、由于农田边界效应，观测数据不具有代表性。2）、由于安装温湿度传感器的横臂与主立柱之间是钢性连接，不能灵活移动或迁移，影响农田作业。3）、通常使用的自动观测站占地面积大，破坏了小气候环境。
也有在农田中安装简易的温湿度测量仪，但是仍然存在以下问题：1）、简易且功耗低的温湿度测量仪精度不高，不能满足观测要求，尤其是科研要求。2）、即便实现多层多路作物冠层内部的测量，其结构和布局也很混乱，数据传输也较复杂。3）、尤其在一些轮作间作的农田中，维护和布局并不方便。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种一体式作物层气象温湿度仪，其结构紧凑，占地面积小，安装灵活，维护方便，能满足不同类型、不同高度作物的多层多路温湿度观测的要求，安全可靠。
按照本发明提供的技术方案，所述一体式作物层气象温湿度仪，包括立柱，在所述立柱上设置若干用于对所需作物层进行温湿度监测的温湿度监测仪，所述温湿度监测仪与立柱上方箱体内的控制电路板电连接，所述控制电路板包括用于与温湿度监测仪连接的测量处理板以及与所述测量处理板连接的通信管理板，所述测量处理板采集并处理温湿度监测仪监测的温湿度值，并能将处理得到的作物层温湿度值通过通信管理板进行所需的传输。
所述温湿度监测仪包括若干用于温湿度监测的温湿度传感器以及用于温度值监测的温度传感器，所述温湿度传感器、温度传感器均与测量处理板连接；
所述测量处理板包括用于与温湿度传感器、温度传感器连接的模拟开关，所述模拟开关通过AD转换器与主控芯片连接，主控芯片能对温湿度传感器、温度传感器监测的温湿度值、温度值处理后得到作物层温湿度值通过通信管理板传输。
所述通信管理板包括用于数据交互传输的通信芯片，所述通信芯片通过UART口与主控芯片连接，所述通信芯片与箱体外用于耦合收发信号的通信天线电连接。
所述通信管理板还包括用于供电管理的电源管理模块，所述电源管理模块的电源端与箱体内的充电电池连接，电源管理模块与通信芯片的电源端以及测量处理板的供电端连接。
所述充电电池与箱体上的太阳能板连接，所述电源管理模块与太阳能板连接；电源管理模块内设有供电电压阈值，电源管理模块采集充电电池的供电电压，当所述供电电压小于供电电压阈值时，电源管理模块关断充电电池的供电输出。
所述测量处理板还设有与电源管理模块连接的DC-DC模块，所述DC-DC模块的输出端与模拟开关、AD转换器以及主控芯片的电源端连接。
所述温湿度监测仪通过安装支架安装于立柱上，所述箱体包括用于与立柱顶端紧固连接的下体以及位于所述下体上的上体，所述控制电路板位于下体内。
所述立柱的底端设置用于插拔安装的支撑脚，所述支撑脚与立柱同轴分布。
所述支撑脚包括位于下部的支撑安装端以及位于上部的支撑连接端，支撑脚的支撑连接端能伸入立柱内，并与立柱紧固连接。
所述支撑安装端呈锥形，在过渡法兰上还设置紧固连接的强化板。
本发明的优点：在立柱的顶端设置箱体，在箱体上设置用于供电的太阳能板，在箱体内设置控制电路板，控制电路板与立柱上的温湿度监测仪连接，通过测量处理板采集处理后得到作物层温湿度值，通过通信管理板实现作物层温湿度值的无线传输，通过电源管理模块能实现供电的有效管理，结构简单；占地面积小；安装灵活；维护简易；功耗低；外形美观且经济；能满足不同类型、不同高度作物的多层多路温湿度观测要求，观测数据具有代表性，能够实现不同作物的裸温测量；通过支撑脚与立柱间的可插拔式设计能够灵活应用于各种类型农田、果园等的维护和布局中。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的结构框图。
附图标记说明：1-箱体、1.1-下体、1.2-上体、1.3-通信天线、1.4-充电电池、1.5-控制电路板、1.6-太阳能板、1.7-压板、2-立柱、3-支撑脚、3.1-支撑安装端、3.2-过渡法兰、3.3-支撑连接端、3.4-强化板、4-安装支架、5-防辐射罩、6-温湿度监测仪、7-温湿度传感器、8-温度传感器、9-测量处理板、10-通信管理板、11-模拟开关、12-AD转换器、13-主控芯片、14-DC-DC模块、15-通信芯片以及16-电源管理模块。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示：为了能满足不同类型、不同高度作物的多层多路温湿度观测的要求，同时提高作物层温湿度传输的稳定性以及可靠性，本发明包括立柱2，在所述立柱2上设置若干用于对所需作物层进行温湿度监测的温湿度监测仪6，所述温湿度监测仪6与立柱2上方箱体1内的控制电路板1.5电连接，所述控制电路板1.5包括用于与温湿度监测仪6连接的测量处理板9以及与所述测量处理板9连接的通信管理板10，所述测量处理板9采集并处理温湿度监测仪6监测的温湿度值，并能将处理得到的作物层温湿度值通过通信管理板10进行所需的传输。
具体地，立柱2呈竖直分布，在立柱2上设置多个温湿度监测仪6，所述多个温湿度监测仪6分别处于立柱2的不同高度或处于同高度的不同位置，以满足对作物层的不同位置温湿度监测要求。立柱2的高度可以根据需要进行选择确定，具体高度与监测的农作物类型有关，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。温湿度监测仪6将监测所在高度以及相应位置的温湿度值传输至控制电路板1.5内，由控制电路板1.5存储记录以及传输至远程的监控中心内，其中，控制电路板1.5内的测量处理板9主要用于采集温湿度监测仪6监测的温湿度，并对所有的温湿度监测仪6监测的温湿度值进行所需的数据以得到作物层温湿度值，通信管理板10能实现将作物层温湿度值传输至远程监控中心内。
进一步地，所述温湿度监测仪6包括若干用于温湿度监测的温湿度传感器7以及用于温度值监测的温度传感器8，所述温湿度传感器7、温度传感器8均与测量处理板9连接；
所述测量处理板9包括用于与温湿度传感器7、温度传感器8连接的模拟开关11，所述模拟开关11通过AD转换器12与主控芯片13连接，主控芯片13能对温湿度传感器7、温度传感器8监测的温湿度值、温度值处理后得到作物层温湿度值通过通信管理板10传输。
本发明实施例中，通过温湿度传感器7主要用于实现所在位置的温湿度采样，通过温度传感器8主要用于实现对所在位置的温度值采样，主控芯片13对温湿度值、温度值进行处理主要实现对多个温湿度值、温度值间的数据融合，以便远程监控中心能够有效识别以及相应的后续处理。一般地，主控芯片13内具有存储能力，即能实现对作物层温湿度值的有效存储记录。通过模拟开关11能实现AD转换器12的时分多路复用，以便能同时接入多组温湿度传感器7以及温度传感器8，实现多组温湿度值以及多组温度值的采样。具体实施时，模拟开关11采用型号为HC4051的芯片，AD转换器12采用AD公司的24位ADC AD7793，所述AD转换器12带有两路差分功能输入的24位AD转换芯片，主控芯片13采用型号为ARM Cortex M4STM32F411的芯片。当然，模拟开关11、AD转换器12以及主控芯片13还可以采用其他常用的芯片类型，只要能实现上述说明的能力即可，具体类型的选择可以根据需要进行确定，具体不再赘述。
进一步地，所述通信管理板10包括用于数据交互传输的通信芯片15，所述通信芯片15通过UART口与主控芯片13连接，所述通信芯片15与箱体1外用于耦合收发信号的通信天线1.3电连接。
本发明实施例中，通信芯片15可以采用型号为ZigBee CC2530的芯片，通信管理板10与测量处理板9分别位于两个不同的PCB板上，通信管理板10内的通信芯片15与测量处理板9内的主控芯片13间形成双MCU的机构，主控芯片13负责对温湿度监测仪6监测的温湿度数据进行采集与分析的计算，通信芯片15负责搭建ZigBee无线通信网络，与散布在农田中的其他温湿度仪进行自适应组网，实现区域内作物温湿度数据的交互、汇总与上传。主控芯片13与通信芯片15的双MCU架构具有架构灵活、性能可靠、集成度高、功耗低等优势，是实现农作物冠层内部的温湿度测量分析的理想结构。
此外，所述通信管理板10还包括用于供电管理的电源管理模块16，所述电源管理模块16的电源端与箱体1内的充电电池1.4连接，电源管理模块16与通信芯片15的电源端以及测量处理板9的供电端连接。
本发明实施例中，充电电池1.4可以采用锂电池等可重复充电的电池类型，通过充电池1.4能为通信管理板10以及测量处理板9提供所需的工作电源。电源管理模块16可以采用linear的LTC4121芯片。
具体实施时，所述充电电池1.4与箱体1上的太阳能板1.6连接，所述电源管理模块16与太阳能板1.6连接；电源管理模块16内设有供电电压阈值，电源管理模块16采集充电电池1.4的供电电压，当所述供电电压小于供电电压阈值时，电源管理模块16关断充电电池1.4的供电输出。
本发明实施例中，通过在电源管理模块16内设置供电电压阈值，能避免充电电池1.4的过度放电。太阳能板1.6能为充电电池1.4充电，电源管理模块16能控制太阳能板1.6的工作状态，实现对充电电池1.4充电状态的控制。
所述测量处理板9还设有与电源管理模块16连接的DC-DC模块14，所述DC-DC模块14的输出端与模拟开关11、AD转换器12以及主控芯片13的电源端连接。本发明实施例中，通过DC-DC模块14能实现电源管理模块16的电压进行转换，以满足模拟开关11、AD转换器12以及主控芯片13的工作电压，DC-DC模块14的可以选用本技术领域常用的类型，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
所述温湿度监测仪6通过安装支架4安装于立柱2上，所述箱体1包括用于与立柱2顶端紧固连接的下体1.1以及位于所述下体1.1上的上体1.2，所述控制电路板1.5位于下体1.1内。
本发明实施例中，立柱2上设有内凹的曲面，安装支架4一般包括与立柱2连接的支架环以及与所述支架环连接的支架杆，安装支架4通过支架环与立柱2上的内凹曲面配合能在立柱2上移动，当安装支架4在立柱2上移动到所需的高度以及所需的位置后，能锁紧在立柱2上，以实现温湿度监测仪在立柱2上安装位置的可调性以及稳定性。安装支架4在立柱2上的锁紧方式可以采用本技术领域常用的结构形式，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
一般地，温度传感器8以及温湿度传感器7均安装于安装支架4的支架杆上，对于温湿度传感器，需要套防辐射罩7，而温度传感器8直接安装于安装支架4上，以满足温度传感器5以及温湿度传感器7对于温度、温湿度测量的要求。
下体1.1紧固在立柱2的顶端，下体1.1内具有容纳控制电路板1.5以及太阳能电池1.4的空间，上体1.2在下体1.1上呈倾斜分布，上体1.2能将下体1.1上端的开口进行封闭。太阳能板1.6通过压板1.7贴装在上体1.2上，且太阳能板1.6与上体1.2的表面平行，以使得呈倾斜分布的太阳能板1.6能有效接收外部的阳光。太阳能板1.6能对充电电池1.4进行充电，利用充电电池1.4内的电能实现控制电路板1.5的供电要求。
所述立柱2的底端设置用于插拔安装的支撑脚3，所述支撑脚3与立柱2同轴分布。
所述支撑脚3包括位于下部的支撑安装端3.1以及位于上部的支撑连接端3.3，支撑脚3的支撑连接端3.3能伸入立柱2内，并与立柱2紧固连接。
本发明实施例中，所述支撑脚3包括位于下部的支撑安装端3.1以及位于上部的支撑连接端3.3，支撑脚3的支撑连接端3.3能伸入立柱2内，并能与立柱2紧固连接。支撑脚3通过支撑连接端3.3伸入立柱2内，并达到与立柱2的紧固连接。过渡法兰3.3位于支撑连接端3.3的下方，通过过渡法兰3.3能实现与立柱2连接时的定位以及限位。
所述支撑安装端3.1呈锥形，在过渡法兰3.2上还设置紧固连接的强化板3.4。所述支撑安装端3.1的锥形结构能确保便于插拔农地，强化板3.4紧固安装于过渡法兰3.2上，通过强化板3.4能提高与地面接触安装时的稳定性以及可靠性。
本发明在立柱2的顶端设置箱体1，在箱体1上设置用于供电的太阳能板1.6，在箱体1内设置控制电路板1.5，控制电路板1.5与立柱2上的温湿度监测仪6连接，通过测量处理板9采集处理后得到作物层温湿度值，通过通信管理板10实现作物层温湿度值的无线传输，通过电源管理模块16能实现供电的有效管理，结构简单；占地面积小；安装灵活；维护简易；功耗低；外形美观且经济；能满足不同类型、不同高度作物的多层多路温湿度观测要求，观测数据具有代表性，能够实现不同作物的裸温测量；通过支撑脚3与立柱2间的可插拔式设计能够灵活应用于各种类型农田、果园等的维护和布局中。
Claims (5)
1.一种一体式作物层气象温湿度仪，其特征是：包括立柱（2），在所述立柱（2）上设置若干用于对所需作物层进行温湿度监测的温湿度监测仪（6），所述温湿度监测仪（6）与立柱（2）上方箱体（1）内的控制电路板（1.5）电连接，所述控制电路板（1.5）包括用于与温湿度监测仪（6）连接的测量处理板（9）以及与所述测量处理板（9）连接的通信管理板（10），所述测量处理板（9）采集并处理温湿度监测仪（6）监测的温湿度值，并能将处理得到的作物层温湿度值通过通信管理板（10）进行所需的传输；
所述温湿度监测仪（6）包括若干用于温湿度监测的温湿度传感器（7）以及用于温度值监测的温度传感器（8），所述温湿度传感器（7）、温度传感器（8）均与测量处理板（9）连接；
所述测量处理板（9）包括用于与温湿度传感器（7）、温度传感器（8）连接的模拟开关（11），所述模拟开关（11）通过AD转换器（12）与主控芯片（13）连接，主控芯片（13）能对温湿度传感器（7）、温度传感器（8）监测的温湿度值、温度值处理后得到作物层温湿度值通过通信管理板（10）传输；
所述通信管理板（10）包括用于数据交互传输的通信芯片（15），所述通信芯片（15）通过UART口与主控芯片（13）连接，所述通信芯片（15）与箱体（1）外用于耦合收发信号的通信天线（1.3）电连接；
所述通信管理板（10）还包括用于供电管理的电源管理模块（16），所述电源管理模块（16）的电源端与箱体（1）内的充电电池（1.4）连接，电源管理模块（16）与通信芯片（15）的电源端以及测量处理板（9）的供电端连接；
所述充电电池（1.4）与箱体（1）上的太阳能板（1.6）连接，所述电源管理模块（16）与太阳能板（1.6）连接；电源管理模块（16）内设有供电电压阈值，电源管理模块（16）采集充电电池（1.4）的供电电压，当所述供电电压小于供电电压阈值时，电源管理模块（16）关断充电电池（1.4）的供电输出；
所述测量处理板（9）还设有与电源管理模块（16）连接的DC-DC模块（14），所述DC-DC模块（14）的输出端与模拟开关（11）、AD转换器（12）以及主控芯片（13）的电源端连接。
2.根据权利要求1所述的一体式作物层气象温湿度仪，其特征是：所述温湿度监测仪（6）通过安装支架（4）安装于立柱（2）上，所述箱体（1）包括用于与立柱（2）顶端紧固连接的下体（1.1）以及位于所述下体（1.1）上的上体（1.2），所述控制电路板（1.5）位于下体（1.1）内。
3.根据权利要求1所述的一体式作物层气象温湿度仪，其特征是：所述立柱（2）的底端设置用于插拔安装的支撑脚（3），所述支撑脚（3）与立柱（2）同轴分布。
4.根据权利要求3所述的一体式作物层气象温湿度仪，其特征是：所述支撑脚（3）包括位于下部的支撑安装端（3.1）以及位于上部的支撑连接端（3.3），支撑脚（3）的支撑连接端（3.3）能伸入立柱（2）内，并与立柱（2）紧固连接。
5.根据权利要求4所述的一体式作物层气象温湿度仪，其特征是：所述支撑安装端（3.1）呈锥形，在过渡法兰（3.2）上还设置紧固连接的强化板（3.4）。
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