CN106768036A - 带有红外接收的可校准农业温湿度传感器 - Google Patents

带有红外接收的可校准农业温湿度传感器 Download PDF

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张海峰
刘晓为
王青春
桑胜田
李晓明
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Abstract

带有红外接收的可校准农业温湿度传感器，属于农业传感器技术领域。本发明是为了解决现有农业温湿度传感器不能在线校准，增大成本并且易造成传感器二次损坏的问题。它的温湿度传感器探头用于采集监测地点的当前温湿度数据，该当前温湿度数据传递给单片机控制模块并经显示模块进行当前温湿度数据显示；红外收发模块用于接收温湿度数据的参考校准信息，该参考校准信息通过单片机控制模块内部的校准曲线实现对当前温湿度数据的校准，再通过输出电路模块输出校准后的温湿度数据；电源管理模块用于为单片机控制模块提供工作电源。本发明用于农业技术中温湿度数据的传感。

Description

带有红外接收的可校准农业温湿度传感器
技术领域
本发明涉及带有红外接收的可校准农业温湿度传感器，属于农业传感器技术领域。
背景技术
近年来，农业传感器在现代农业中的应用越来越广泛，尤其是在农业物联网、设施农业等领域具有广泛的应用前景。随着现代农业的发展，农业传感器的使用正在呈现高速增长的趋势。传感技术在精准农业的发展过程中发挥着越来越重要的作用，使农业物联网系统的实践成为可能，实现了大田、大棚、水产和畜牧等环境的远程科学监测，为农户提供科学生产依据，提高农业综合收益。空气温湿度传感器是在现代农业种植中应用最为广泛的传感器，现有传感器的敏感结构和检测电路在长期使用的过程中会产生老化显现，导致测量的数据产生漂移，这种情况使得传感器测量与实际结果偏差很大，严重时会影响农业的科学生产。
当前，大多数农业温湿度传感器只具有测量功能，当发生数据漂移后，需要现场拆除传感器，对传感器进行重新标定后方可进行准确测量。这使得在现场使用过程中存在较大的弊端，传感器的拆卸和校准不仅增大了产品的成本，同时也引入了传感器拆装造成二次损坏的可能。
发明内容
本发明目的是为了解决现有农业温湿度传感器不能在线校准，增大成本并且易造成传感器二次损坏的问题，提供了一种带有红外接收的可校准农业温湿度传感器。
本发明所述带有红外接收的可校准农业温湿度传感器，它包括单片机控制模块、温湿度传感器探头、显示模块、电源管理模块、输出电路模块和红外收发模块，
温湿度传感器探头用于采集监测地点的当前温湿度数据，该当前温湿度数据传递给单片机控制模块并经显示模块进行当前温湿度数据显示；
红外收发模块用于接收温湿度数据的参考校准信息，该参考校准信息通过单片机控制模块内部的校准曲线实现对当前温湿度数据的校准，再通过输出电路模块输出校准后的温湿度数据；
电源管理模块用于为单片机控制模块提供工作电源。
本发明的优点：本发明针对农业温湿度传感器在长期使用过程中会出现数据漂移，测量结果不准确的现象，采用红外收发模块定期对传感器输出的温湿度参数进行人工校准。它在单片机控制模块的控制下进行数据采集，再通过红外方式的无线校准模块进行数据校准，然后将处理后的数据分别采用模拟和数字两种输出方式输出。所述传感器具有操作简单、快速等特点，在农业物联网、环境监测等领域具有广阔的应用前景。
本发明不但能够通过红外收发模块进行定期校准，还能显示采集到的温湿度的数字量与真实的温湿度进行比较，这样的传感器系统，有效减小了传感器敏感结构带来的数据漂移所产生的误差，同时无线红外收发模块也操作方便。这样提高了传感器温湿度数据采集的精度，也有效减少了传感器更换频率。
本发明实现了带有红外接收的可校准农业温湿度传感器的设计，从而使得该传感器既具有温湿度传感器的基本功能，同时能够通过红外无线收发模块进行人工校准，不需要定期更换传感器，从而提高了传感器的使用寿命，减小了设备成本。
附图说明
图1是本发明所述带有红外接收的可校准农业温湿度传感器的结构框图；
图2是红外收发模块的组成框图；
图3是红外发送编码键盘的键值码和键值码功能示意图；
图4是LED信息反馈电路示意图；
图5是本发明的温度校准过程流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述带有红外接收的可校准农业温湿度传感器，它包括单片机控制模块1、温湿度传感器探头2、显示模块3、电源管理模块4、输出电路模块5和红外收发模块6，
温湿度传感器探头2用于采集监测地点的当前温湿度数据，该当前温湿度数据传递给单片机控制模块1并经显示模块3进行当前温湿度数据显示；
红外收发模块6用于接收温湿度数据的参考校准信息，该参考校准信息通过单片机控制模块1内部的校准曲线实现对当前温湿度数据的校准，再通过输出电路模块5输出校准后的温湿度数据；
电源管理模块4用于为单片机控制模块1提供工作电源。
红外收发模块6包括红外接收头和红外发送编码键盘，
红外发送编码键盘用于输入参考校准信息，该参考校准信息被红外接收头接收后传递给单片机控制模块1。
红外发送编码键盘包括温度校准密码、湿度校准密码、正负方向校准按钮、温湿度校准数据清零按钮和9个校准值五个部分，
预设置温度校准密码和湿度校准密码，当校准密码输入正确，温度校准标志位或湿度校准标志位置位；
温度校准标志位或湿度校准标志位置位后，对当前温度或湿度数据进行校准，将当前温度或湿度数据与参考校准信息比较后，明确温湿度数据是向正方向漂移还是负方向漂移，通过正负方向校准按钮选择正校准或负校准；然后对当前温度或湿度数据通过9个校准值进行校准；每次校准后，通过温湿度校准数据清零按钮清零。
输出电路模块5包括RS485输出总线和两条模拟信号输出通路；
RS485输出总线用于输出由单片机控制模块1传递的数字量的校准后的温湿度数据；
两条模拟信号输出通路用于分别输出由单片机控制模块1传递的模拟量的校准后的温度数据和湿度数据；
两条模拟信号输出通路的组成相同，分别包括光电耦合模块5-1、RC滤波模块5-2和4-20mA输出接口5-3，
由单片机控制模块1传递的模拟量的校准后的温度数据和湿度数据分别经电耦合模块5-1耦合后，再经RC滤波模块5-2进行滤波，最后经4-20mA输出接口5-3输出。模拟输出2路4-20MA模拟电流信号，片上带有PWM输出的微控制器配合光耦芯片、RC低通滤波电路和V-I电路实现电压-电流的转换。
本实施方式中，在单片机控制模块的控制下，输出电路模块能够实现采集温湿度数据的数字和模拟输出，数字输出采用标准的RS485总线输出，以Modbus通信协议与外界进行通信，所述微控制器作为Modbus通信中的从机端可以识别主机发出的访问并读取寄存器内容的指令，接收到指令后，微控制器向主机发送存放各项数据的数据包。红外收发模块可以接收参考温湿度信息，通过单片机控制模块内部的校准曲线实现对待测传感器的温湿度信息校准。在实际使用时，可以采用两个单片机分别实现温湿度数据信息的采集。温湿度传感器探头2可以采用数字温湿度传感器，也可以采用模拟输出温湿度传感器，例如SHT11温湿度数字传感器。通过红外发送编码键盘输入现场实际的温湿度信息实现对温湿度数据的校准。红外发送编码键盘可以为红外遥控器，红外遥控器上不同的按键对应不同的键值码，操作者按下不同的按键后，编码调制电路将对应的键值码调制在一定频率范围的载波上，红外发射管将经过放大电路放大的载波信号向外传输。红外接收头的监测二极管时刻监测外界发送的载波，并向单片机发送校准的数据进行人工校准。
单片机控制模块通过温湿度传感器探头进行温湿度数据采集可以直接得到采集到的数字量，通过液晶显示模块显示出来，同时采集到的数据可以在红外收发模块的控制下进行校准，最后数据经单片机控制模块通过输出电路模块可以输出4-20mA模拟电流信号，配合RS485驱动芯片，输出数字信号。
本发明的校准依据现场设置的参考温湿度传感器测量的农业现场两点温湿度数据，通过红外遥控器对测量数据进行输入，红外收发模块6接收数据后，通过内部建立的温湿度校准模型，实现对现场的温湿度数据进行校准。
红外发送编码键盘的键值码和键值码功能进行设计如图3所示；为保证校准按键发送校准数据后，采集板卡接收到数据后能够向用户直观、及时反馈，采集板边沿设计有LED信息反馈电路，通过不同LED指示灯的亮灭，向用户反馈是否成功输入校准密码，参数是正向校准还是负向校准，具体如图4所示。
单片机控制模块1采用高速低功耗8051单片机STC12C5410AD微控制器配合外围电路实现，STC12C5410AD单片机接收传感器输出的原始数据并对原始数据进行处理，STC12C5410AD单片机也接收外部编码键盘向多参数检测板卡发送的校准数据，接收到校准数据后与处理后的数据相加减得到校准后的三项参数的数值，数字输出型温湿度传感器输出电平为TTL电平，与单片机的电平特性兼容，可以直接与单片机的通用IO口向连，STC12C5410AD单片机负责本系统输出部分的控制，接收到两项参数后，带有PWM外设负责输出控制的单片机片，配合RC滤波电路和电压-电流转换电路，多参数检测板卡可以输出4-20mA模拟电流信号，配合RS485驱动芯片，输出数字信号。STC12C5410AD单片机通过时钟总线为传感器提供时钟脉冲，保证传感器与主机之间建立正确的时序连接，主机通过数据总线向传感器发出测量命令，传感器将采集到的数据从该总线上反馈给主机。显示模块3可采用LCD1602液晶屏，温湿度传感器采集到的数据可以通过LCD1602显示屏在单片机的控制下显示出来。
下面以温度校准为例来说明整个校准过程：
图3所示，为保证校准数据的可靠性，需要设置校准密码，避免用户外的人对参数进行恶意修改，针对不同的检测参数，设定不同的校准密码，校准密码由3位组成，当用户依次按下键值码为0x45、0x46、0x47的按键后，温度校准标志位置位，温度校准灯点亮，表示密码输入正确，校准密码的按键顺序必须按照0x45、0x46、0x47按下，顺序错误，温度校准标志位不能置位。
校准标志位置位后，表明可以对温度参数进行校准，选择键值码为0x42或0x4A的按键确定正方向校准还是负方向校准，采用高可靠性温湿度计测量的数据作为参考校准信息，将参考校准信息与传感器输出数据比较后，明确温湿度数据是向正方向漂移还是负方向漂移，选择正校准或负校准。当温度校准信号灯和正负校准信号灯之一同时亮起后，表明软件部分温度校准标志位、正负校准标志位已经同时置位，可以对温度参数进行校准。

Claims (4)

1.一种带有红外接收的可校准农业温湿度传感器，其特征在于，它包括单片机控制模块（1）、温湿度传感器探头（2）、显示模块（3）、电源管理模块（4）、输出电路模块（5）和红外收发模块（6），
温湿度传感器探头（2）用于采集监测地点的当前温湿度数据，该当前温湿度数据传递给单片机控制模块（1）并经显示模块（3）进行当前温湿度数据显示；
红外收发模块（6）用于接收温湿度数据的参考校准信息，该参考校准信息通过单片机控制模块（1）内部的校准曲线实现对当前温湿度数据的校准，再通过输出电路模块（5）输出校准后的温湿度数据；
电源管理模块（4）用于为单片机控制模块（1）提供工作电源。
2.根据权利要求1所述的带有红外接收的可校准农业温湿度传感器，其特征在于，红外收发模块（6）包括红外接收头和红外发送编码键盘，
红外发送编码键盘用于输入参考校准信息，该参考校准信息被红外接收头接收后传递给单片机控制模块（1）。
3.根据权利要求2所述的带有红外接收的可校准农业温湿度传感器，其特征在于，红外发送编码键盘包括温度校准密码、湿度校准密码、正负方向校准按钮、温湿度校准数据清零按钮和9个校准值五个部分，
预设置温度校准密码和湿度校准密码，当校准密码输入正确，温度校准标志位或湿度校准标志位置位；
温度校准标志位或湿度校准标志位置位后，对当前温度或湿度数据进行校准，将当前温度或湿度数据与参考校准信息比较后，明确温湿度数据是向正方向漂移还是负方向漂移，通过正负方向校准按钮选择正校准或负校准；然后对当前温度或湿度数据通过9个校准值进行校准；每次校准后，通过温湿度校准数据清零按钮清零。
4.根据权利要求1所述的带有红外接收的可校准农业温湿度传感器，其特征在于，输出电路模块（5）包括RS485输出总线和两条模拟信号输出通路；
RS485输出总线用于输出由单片机控制模块（1）传递的数字量的校准后的温湿度数据；
两条模拟信号输出通路用于分别输出由单片机控制模块（1）传递的模拟量的校准后的温度数据和湿度数据；
两条模拟信号输出通路的组成相同，分别包括光电耦合模块（5-1）、RC滤波模块（5-2）和4-20mA输出接口（5-3），
由单片机控制模块（1）传递的模拟量的校准后的温度数据和湿度数据分别经电耦合模块（5-1）耦合后，再经RC滤波模块（5-2）进行滤波，最后经4-20mA输出接口（5-3）输出。
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