CN105807809A - 一种基于物联网技术的信号滤波式温室大棚温度监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网技术的信号滤波式温室大棚温度监控系统，其特征在于，主要由分站系统，通过无线网络与分站系统相连接的主站系统组成；所述分站系统由分站单片机，分别与分站单片机相连接的蜂鸣器、第一无线传输模块、信号处理单元、制冷机和电暖器，以及与信号处理单元相连接的温度传感器组成；所述主站系统则由主站单片机、分别与主站单片机相连接的数据储存器、显示器等组成。本发明分站系统所采集的信号通过无线网络发送给主站系统，无需通过线路连接，使整个监控系统更加简单，造价成本更低。本发明的二阶滤波电路可以对信号在无线传输过程中所产生的干扰信号进行过滤，避免干扰信号影响本发明的控制准确度。

Description

一种基于物联网技术的信号滤波式温室大棚温度监控系统

技术领域

本发明涉及自动化控制领域，具体是指一种基于物联网技术的信号滤波式温室大棚温度监控系统。

背景技术

农作物的生长与温度息息相关，目前很多蔬菜都采用温室大棚种植，对于温室大棚来说，最重要的一个管理因素是温度控制，温度太低，蔬菜就会被冻死或者停止生长，温度过高也不利于蔬菜的生长，所以在蔬菜种植的过程中需要将大棚温度始终控制在适合蔬菜生长的范围内。然而，目前温室大棚的温度控制主要依靠人工进行控制，这种温度控制方法不仅耗费大量人力，而且容易发生差错；并且传统的温度控制系统均通过线路连接，其线路铺设繁琐、造价高昂，不利于广泛推广。

发明内容

本发明的目的在于克服传统的温室大棚温度依靠人工控制，需耗费大量人力，并且传统的温度控制系统均通过线路连接，其线路铺设繁琐、造价高昂的缺陷，提供一种基于物联网技术的信号滤波式温室大棚温度监控系统。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种基于物联网技术的信号滤波式温室大棚温度监控系统，主要由分站系统，通过无线网络与分站系统相连接的主站系统组成；所述分站系统由分站单片机，分别与分站单片机相连接的蜂鸣器、第一无线传输模块、信号处理单元、制冷机和电暖器，以及与信号处理单元相连接的温度传感器组成；所述主站系统则由主站单片机、分别与主站单片机相连接的数据储存器、显示器、键盘和二阶滤波电路，以及与二阶滤波电路相连接的第二无线传输模块组成；所述主站单片机还直接与第二无线传输模块相连接；所述第一无线传输模块通过无线网络与第二无线传输模块相连接。

进一步的，所述二阶滤波电路由三极管VT4，三极管VT5，三极管VT6，放大器P4，一端与放大器P4的正极相连接、另一端则与第二无线传输模块相连接的电阻R15，一端与放大器P4的负极相连接、另一端接地的电阻R16，正极与放大器P4的正极相连接、负极则与放大器P4的输出端相连接的电容C7，P极与放大器P4的正极相连接、N极则与三极管VT6的基极相连接的二极管D5，正极与放大器P4的输出端相连接、负极接地的电容C8，串接在放大器P4的输出端和三极管VT4的集电极之间的电阻R17，N极与三极管VT4的基极相连接、P极则与电容C8的负极相连接的二极管D6，正极与三极管VT5的发射极相连接、负极则与电容C8的负极相连接的电容C10，正极与二极管D5的N极相连接、负极则与三极管VT4的集电极相连接的电容C9，N极与三极管VT5的集电极相连接、P极顺次经电阻R18和电阻R19后与三极管VT6的集电极相连接的二极管D7，负极与电容C8的负极相连接、正极经电阻R20后与三极管VT6的发射极相连接的电容C11，以及正极与三极管VT6的发射极相连接、负极则与电容C11的正极相连接的电容C12组成；所述三极管VT5的基极与三极管VT4的发射极相连接；所述三极管VT6的基极与二极管D7的P极相连接；所述电阻R18和电阻R19的连接点接15V电压；所述电容C12的负极还与主站单片机相连接。

所述信号处理单元由三端偏置放大电路，与三端偏置放大电路相连接的复合调制电路组成。

所述三端偏置放大电路由放大器P1，放大器P2，放大器P3，一端与放大器P1的正极相连接、另一端则与温度传感器相连接的电阻R1，正极与放大器P1的正极相连接、负极则与放大器P1的输出端相连接的电容C1，与电容C1相并联的电阻R2，正极与放大器P1的负极相连接、负极则与放大器P3的负极相连接的电容C2，串接在放大器P3的负极和输出端之间的电阻R6，P极经电阻R3后与放大器P2的负极相连接、N极接地的二极管D1，串接在放大器P2的输出端和放大器P3的正极之间的电阻R5，N极与放大器P2的输出端相连接、P极经电阻R4后与放大器P2的正极相连接的二极管D2，以及正极与放大器P1的输出端相连接、负极则与放大器P2的正极相连接的电容C3组成；所述放大器P3的正极与放大器P1的输出端相连接、其输出端则与复合调制电路相连接；所述放大器P2的输出端与复合调制电路相连接。

所述复合调制电路由三极管VT1，三极管VT2，三极管VT3，处理芯片U，P极与三极管VT1的集电极相连接、N极经电阻R7后与三极管VT1的发射极相连接的二极管D3，串接在三极管VT1的集电极和三极管VT2的集电极之间的电阻R9，串接在三极管VT1的集电极和三极管VT3的集电极之间的电阻R12，串接在三极管VT1的集电极和处理芯片U的VCC管脚之间的电阻R14，负极与三极管VT2的基极相连接、正极经电阻R8后与三极管VT1的发射极相连接的电容C4，一端与三极管VT2的发射极相连接、另一端则经电位器R11后与三极管VT1的发射极相连接的同时接地的电阻R10，负极接地、正极经电阻R13后与三极管VT3的发射极相连接的电容C5，正极与处理芯片U的CONT管脚相连接、负极则与处理芯片U的GND管脚相连接的同时接地的电容C6，以及P极与处理芯片U的OUT管脚相连接、N极与分站单片机相连接的二极管D4组成；所述三极管VT1的基极与放大器P2的输出端相连接、其发射极则与放大器P3的输出端相连接；所述三极管VT2的基极与三极管VT3的基极相连接；所述处理芯片U的RE管脚与三极管VT1的集电极相连接、其DIS管脚和THRE管脚以及TRIG管脚均与电容C5的正极相连接。

所述处理芯片U为NE555集成芯片。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明分站系统所采集的信号通过无线网络发送给主站系统，无需通过线路连接，使整个监控系统更加简单，造价成本更低。

(2)本发明可以实时的采集大棚内的温度，当大棚内的温度过高或过低时可以自动启动制冷机或电暖器，从而能够及时准确的对温度进行调节，实现温度采集和温度控制的智能化，为农作物生长提供良好的条件；同时本发明的自动化程度高，可以节省劳动力。

(3)本发明的号处理单元可以对温度传感器采集到的温度信号进行处理，从而提高本发明对大棚温度检测的准确性，避免出现错误操作。

(4)本发明的二阶滤波电路可以对信号在无线传输过程中所产生的干扰信号进行过滤，避免干扰信号影响本发明的控制准确度。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的信号处理单元的电路结构示意图。

图3为本发明的二阶滤波电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式并不限于此。

实施例

如图1所示，本发明的基于物联网技术的信号滤波式温室大棚温度监控系统，主要由分站系统，通过无线网络与分站系统相连接的主站系统组成。所述分站系统由分站单片机，分别与分站单片机相连接的蜂鸣器、第一无线传输模块、信号处理单元、制冷机和电暖器，以及与信号处理单元相连接的温度传感器组成。所述主站系统则由主站单片机、分别与主站单片机相连接的数据储存器、显示器、键盘和二阶滤波电路，以及与二阶滤波电路相连接的第二无线传输模块组成；所述主站单片机还直接与第二无线传输模块相连接。所述第一无线传输模块通过无线网络与第二无线传输模块相连接。

其中，分站单片机作为分站系统的控制中心，而主站单片机则作为主站系统的的控制中心，该分站单片机和主站单片机均采用MCS-51单片机来实现。该温度传感器用于采集大棚内的温度信号，其采用DS18B20型温度传感器。该第一无线传输模块和第二无线传输模块均采用NRF24L01无线传输模块来实现。该分站MCS-51单片机的P0.4管脚与蜂鸣器相连接、其P0.3管脚则与第一无线传输模块相连接、其P0.2管脚与电暖器相连接、其P0.1管脚则与制冷机相连接、其P1.0管脚则与信号处理单元相连接。该主站MCS-51单片机的P0.1管脚与数据储存器相连接、其P0.4管脚则与显示器相连接、其P1.1管脚则与键盘相连接、其P1.3管脚则与二阶滤波电路相连接、其P0.5管脚则与第二无线传输模块相连接。

该信号处理单元可以对温度传感器采集到的温度信号进行处理，从而提高本发明对大棚温度检测的准确性，避免出现错误操作；其结构如图2所示，由三端偏置放大电路，与三端偏置放大电路相连接的复合调制电路组成。

其中，该三端偏置放大电路由放大器P1，放大器P2，放大器P3，电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电阻R5，电阻R6，电容C1，电容C2，电容C3，二极管D1以及二极管D2组成。

连接时，电阻R1的一端与放大器P1的正极相连接、其另一端则与温度传感器相连接。电容C1的正极与放大器P1的正极相连接、其负极则与放大器P1的输出端相连接。电阻R2与电容C1相并联；电容C2的正极与放大器P1的负极相连接、其负极则与放大器P3的负极相连接。电阻R6串接在放大器P3的负极和输出端之间。二极管D1的P极经电阻R3后与放大器P2的负极相连接、其N极接地。电阻R5串接在放大器P2的输出端和放大器P3的正极之间。二极管D2的N极与放大器P2的输出端相连接、其P极经电阻R4后与放大器P2的正极相连接。电容C3的正极与放大器P1的输出端相连接、其负极则与放大器P2的正极相连接。所述放大器P3的正极与放大器P1的输出端相连接、其输出端则与复合调制电路相连接。所述放大器P2的输出端与复合调制电路相连接。该放大器P1用于第一级放大，放大器P2和放大器P3则用于第二级放大，信号经过两级放大后不会出现失真现象。

另外，该复合调制电路由三极管VT1，三极管VT2，三极管VT3，处理芯片U，电阻R7，电阻R8，电阻R9，电阻R10，电位器R11，电阻R12，电阻R13，电阻R14，电容C4，电容C5，电容C6，二极管D3以及二极管D4组成。

其中，二极管D3的P极与三极管VT1的集电极相连接、其N极经电阻R7后与三极管VT1的发射极相连接。电阻R9串接在三极管VT1的集电极和三极管VT2的集电极之间。电阻R12串接在三极管VT1的集电极和三极管VT3的集电极之间。电阻R14串接在三极管VT1的集电极和处理芯片U的VCC管脚之间。电容C4的负极与三极管VT2的基极相连接、其正极经电阻R8后与三极管VT1的发射极相连接。电阻R10的一端与三极管VT2的发射极相连接、其另一端则经电位器R11后与三极管VT1的发射极相连接的同时接地。电容C5的负极接地、其正极经电阻R13后与三极管VT3的发射极相连接。电容C6的正极与处理芯片U的CONT管脚相连接、其负极则与处理芯片U的GND管脚相连接的同时接地。二极管D4的P极与处理芯片U的OUT管脚相连接、其N极与分站单片机相连接。

所述三极管VT1的基极与放大器P2的输出端相连接、其发射极则与放大器P3的输出端相连接。所述三极管VT2的基极与三极管VT3的基极相连接。所述处理芯片U的RE管脚与三极管VT1的集电极相连接、其DIS管脚和THRE管脚以及TRIG管脚均与电容C5的正极相连接。

该复合调制电路可以把不同频率的信号搬移到频率较高的频段，并以电磁波的方式发送出去，如此则有利于信号远距离传输，为了达到更好的实施效果，所述处理芯片U优先NE555集成芯片来实现。

如图3所示，该二阶滤波电路由三极管VT4，三极管VT5，三极管VT6，放大器P4，电阻R15，电阻R16，电阻R17，电阻R18，电阻R19，电阻R20，电容C7，电容C8，电容C9，电容C10，电容C11，电容C12，二极管D5，二极管D6以及二极管D7组成。

连接时，电阻R15的一端与放大器P4的正极相连接、其另一端则与第二无线传输模块相连接。电阻R16的一端与放大器P4的负极相连接、其另一端接地。电容C7的正极与放大器P4的正极相连接、其负极则与放大器P4的输出端相连接。二极管D5的P极与放大器P4的正极相连接、其N极则与三极管VT6的基极相连接。电容C8的正极与放大器P4的输出端相连接、其负极接地。电阻R17串接在放大器P4的输出端和三极管VT4的集电极之间。二极管D6的N极与三极管VT4的基极相连接、其P极则与电容C8的负极相连接。电容C10的正极与三极管VT5的发射极相连接、其负极则与电容C8的负极相连接。电容C9的正极与二极管D5的N极相连接、其负极则与三极管VT4的集电极相连接。二极管D7的N极与三极管VT5的集电极相连接、其P极顺次经电阻R18和电阻R19后与三极管VT6的集电极相连接。电容C11的负极与电容C8的负极相连接、其正极经电阻R20后与三极管VT6的发射极相连接。电容C12的正极与三极管VT6的发射极相连接、其负极则与电容C11的正极相连接。

所述三极管VT5的基极与三极管VT4的发射极相连接。所述三极管VT6的基极与二极管D7的P极相连接。所述电阻R18和电阻R19的连接点接15V电压。所述电容C12的负极还与主站MCS-51单片机的P1.3管脚相连接。该二阶滤波电路可以对信号在无线传输过程中所产生的干扰信号进行过滤，避免干扰信号影响主站单片机对信号的识别处理，提高本发明对大棚温度的控制精度。

工作时，温度传感器实时采集大棚内的温度信号并传输给信号处理单元，信号经信号处理单元处理后发送给分站单片机，而第一无线传输模块则通过无线网络把信号发送给第二无线传输模块。信号经二阶滤波电路处理后传输给主站单片机，而主站单片机对信号进行识别并转换为数字值后通过显示器显示出来。同时该主站单片机还把大棚实际温度值与预先储存在数据储存器内的农作物生长最佳温度范围值进行比对并储存；如果大棚实际温度低于预设的温度范围值，主站单片机则发送信号给分站单片机，由分站单片机控制电暖器对大棚内温度进行加温，直至大棚内的温度处于预设的温度范围值内时，主站单片机则不再向分站单片机发送信号，电暖器不再工作；如果大棚实际温度高于预设的温度范围值，主站单片机则发送相应信号给分站单片机，由分站单片机控制制冷机对大棚内温度进行降温，直至大棚内的温度处于预设的温度范围值内时，主站单片机则不再向分站单片机发送信号，制冷机不再工作。工作人员可以在远处的监控室即可实时了解大棚内的温度情况，而该键盘作为人机交换窗口，工作人员可以通过键盘设置预存温度范围值，从而使本发明适用于不同的农作物种植大棚。

如上所述，便可很好的实现本发明。

Claims (6)

1.一种基于物联网技术的信号滤波式温室大棚温度监控系统，其特征在于，主要由分站系统，通过无线网络与分站系统相连接的主站系统组成；所述分站系统由分站单片机，分别与分站单片机相连接的蜂鸣器、第一无线传输模块、信号处理单元、制冷机和电暖器，以及与信号处理单元相连接的温度传感器组成；所述主站系统则由主站单片机、分别与主站单片机相连接的数据储存器、显示器、键盘和二阶滤波电路，以及与二阶滤波电路相连接的第二无线传输模块组成；所述主站单片机还直接与第二无线传输模块相连接；所述第一无线传输模块通过无线网络与第二无线传输模块相连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的信号滤波式温室大棚温度监控系统，其特征在于：所述二阶滤波电路由三极管VT4，三极管VT5，三极管VT6，放大器P4，一端与放大器P4的正极相连接、另一端则与第二无线传输模块相连接的电阻R15，一端与放大器P4的负极相连接、另一端接地的电阻R16，正极与放大器P4的正极相连接、负极则与放大器P4的输出端相连接的电容C7，P极与放大器P4的正极相连接、N极则与三极管VT6的基极相连接的二极管D5，正极与放大器P4的输出端相连接、负极接地的电容C8，串接在放大器P4的输出端和三极管VT4的集电极之间的电阻R17，N极与三极管VT4的基极相连接、P极则与电容C8的负极相连接的二极管D6，正极与三极管VT5的发射极相连接、负极则与电容C8的负极相连接的电容C10，正极与二极管D5的N极相连接、负极则与三极管VT4的集电极相连接的电容C9，N极与三极管VT5的集电极相连接、P极顺次经电阻R18和电阻R19后与三极管VT6的集电极相连接的二极管D7，负极与电容C8的负极相连接、正极经电阻R20后与三极管VT6的发射极相连接的电容C11，以及正极与三极管VT6的发射极相连接、负极则与电容C11的正极相连接的电容C12组成；所述三极管VT5的基极与三极管VT4的发射极相连接；所述三极管VT6的基极与二极管D7的P极相连接；所述电阻R18和电阻R19的连接点接15V电压；所述电容C12的负极还与主站单片机相连接。

3.根据权利要求2述的一种基于物联网技术的信号滤波式温室大棚温度监控系统，其特征在于：所述信号处理单元由三端偏置放大电路，与三端偏置放大电路相连接的复合调制电路组成。

4.根据权利要求3述的一种基于物联网技术的信号滤波式温室大棚温度监控系统，其特征在于：所述三端偏置放大电路由放大器P1，放大器P2，放大器P3，一端与放大器P1的正极相连接、另一端则与温度传感器相连接的电阻R1，正极与放大器P1的正极相连接、负极则与放大器P1的输出端相连接的电容C1，与电容C1相并联的电阻R2，正极与放大器P1的负极相连接、负极则与放大器P3的负极相连接的电容C2，串接在放大器P3的负极和输出端之间的电阻R6，P极经电阻R3后与放大器P2的负极相连接、N极接地的二极管D1，串接在放大器P2的输出端和放大器P3的正极之间的电阻R5，N极与放大器P2的输出端相连接、P极经电阻R4后与放大器P2的正极相连接的二极管D2，以及正极与放大器P1的输出端相连接、负极则与放大器P2的正极相连接的电容C3组成；所述放大器P3的正极与放大器P1的输出端相连接、其输出端则与复合调制电路相连接；所述放大器P2的输出端与复合调制电路相连接。

5.根据权利要求4述的一种基于物联网技术的信号滤波式温室大棚温度监控系统，其特征在于：所述复合调制电路由三极管VT1，三极管VT2，三极管VT3，处理芯片U，P极与三极管VT1的集电极相连接、N极经电阻R7后与三极管VT1的发射极相连接的二极管D3，串接在三极管VT1的集电极和三极管VT2的集电极之间的电阻R9，串接在三极管VT1的集电极和三极管VT3的集电极之间的电阻R12，串接在三极管VT1的集电极和处理芯片U的VCC管脚之间的电阻R14，负极与三极管VT2的基极相连接、正极经电阻R8后与三极管VT1的发射极相连接的电容C4，一端与三极管VT2的发射极相连接、另一端则经电位器R11后与三极管VT1的发射极相连接的同时接地的电阻R10，负极接地、正极经电阻R13后与三极管VT3的发射极相连接的电容C5，正极与处理芯片U的CONT管脚相连接、负极则与处理芯片U的GND管脚相连接的同时接地的电容C6，以及P极与处理芯片U的OUT管脚相连接、N极与分站单片机相连接的二极管D4组成；所述三极管VT1的基极与放大器P2的输出端相连接、其发射极则与放大器P3的输出端相连接；所述三极管VT2的基极与三极管VT3的基极相连接；所述处理芯片U的RE管脚与三极管VT1的集电极相连接、其DIS管脚和THRE管脚以及TRIG管脚均与电容C5的正极相连接。

6.根据权利要求5述的一种基于物联网技术的信号滤波式温室大棚温度监控系统，其特征在于：所述处理芯片U为NE555集成芯片。