CN107796436A - 环境监控数据采集器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种环境监控数据采集器，包括：数据采集模块，包括：电流传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、以及水温传感器的其中之一或任意组合；数据采集模块还包括：模拟通道，分别连接电流传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、以及水温传感器的其中之一或任意组合；模数转换器，与模拟通道连接；环境监控数据采集器还包括：通信接口模块；电源转换模块；微处理器，分别与模数转换器、通信接口模块、以及电源转换模块连接，用于根据用户指令，控制数据采集模块采集电流模拟数据、土壤温度模拟数据、土壤湿度模拟数据、水温模拟数据的其中之一或任意组合。本发明的环境监控数据采集器可实时、精确采集数据。

Description

环境监控数据采集器

技术领域

本发明涉及数据采集领域，具体地，涉及一种环境监控数据采集器。

背景技术

目前，在气象、电力、环保、矿山、地质、岩土、水文等领域中，数据的自动采集一直是个难题。业界的数据采集的主要方式为手工记录数据，然后将数据输入到电脑中进行后续处理。这种数据处理方式工作繁重，无法实时采集数据，也无法保证数据的准确性。

发明内容

本发明提供一种环境监控数据采集器，以解决现有技术中数据不精确，无法实时采集数据的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种环境监控数据采集器，包括：数据采集模块，包括：电流传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、以及水温传感器的其中之一或任意组合；电流传感器用于采集电缆的电流模拟数据，并将电流模拟数据转换为电压模拟数据；土壤温度传感器用于采集土壤温度模拟数据；土壤湿度传感器用于采集土壤湿度模拟数据；水温传感器用于采集水温模拟数据；数据采集模块还包括：模拟通道，分别连接电流传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、以及水温传感器的其中之一或任意组合，用于：从电流传感器获得电压模拟数据、从土壤温度传感器获得土壤温度模拟数据、从土壤湿度传感器获得土壤湿度模拟数据、以及从水温传感器获得水温模拟数据；模数转换器，与模拟通道连接，用于：从模拟通道获得电压模拟数据、土壤温度模拟数据、土壤湿度模拟数据、和水温模拟数据；将电压模拟数据转换为电压数字数据、将土壤温度模拟数据转换为土壤温度数字数据，将土壤湿度模拟数据转换为土壤湿度数字数据，以及将水温模拟数据转换为水温数字数据；环境监控数据采集器还包括：通信接口模块，用于：输出电压数字数据、土壤温度数字数据、土壤湿度数字数据、以及水温数字数据，并接收用户指令；电源转换模块，用于向环境监控数据采集器和外部负载供电；微处理器，分别与模数转换器、通信接口模块、以及电源转换模块连接，用于根据用户指令，控制数据采集模块采集电流模拟数据、土壤温度模拟数据、土壤湿度模拟数据、水温模拟数据的其中之一或任意组合。

在其中一种实施例中，数据采集模块还包括：水位传感器，与数字通道连接，用于采集水位数字数据；数字通道，与微处理器连接，用于从水位传感器水位数字数据；微处理器还用于：根据用户指令，控制数据采集模块采集水位数字数据；通信接口模块还用于：输出水位数字数据。

在其中一种实施例中，环境监控数据采集器还包括：与微处理器连接的状态指示模块，用于显示环境监控数据采集器的运行状态；微处理器还用于：控制状态指示模块显示环境监控数据采集器的运行状态。

在其中一种实施例中，状态指示模块包括：状态指示灯和显示屏；状态指示灯用于显示环境监控数据采集器的供电状态、工作状态、数据采集状态和通信状态；显示屏用于显示环境监控数据采集器的工作温度、环境监控数据采集器的工作电压、以及通信接口模块的连接状态。

在其中一种实施例中，状态指示灯包括：电源灯、功能灯、采集灯以及通信灯的其中之一或任意组合；电源灯用于显示环境监控数据采集器的供电状态；功能灯用于显示环境监控数据采集器的工作状态；采集灯用于显示环境监控数据采集器的数据采集状态；通信灯用于显示环境监控数据采集器的通信状态。

在其中一种实施例中，环境监控数据采集器还包括：与微处理器连接的存储模块，用于存储电压数字数据、土壤温度数字数据、土壤湿度数字数据、水温数字数据、以及水位数字数据。

在其中一种实施例中，存储模块为flash存储器。

在其中一种实施例中，环境监控数据采集器还包括：与微处理器连接的功能扩展模块；功能扩展模块包括：GPS接收模块和SDI-12数据接口；GPS接收模块用于提供定位数据；SDI-12数据接口用于连接符合SDI-12输入输出接口规范的数字传感器。

在其中一种实施例中，通信接口模块为RS232接口、RS485接口、GPRS接口、WIFI接口、LAN接口的其中之一或任意组合。

在其中一种实施例中，环境监控数据采集器还包括：与微处理器连接的实时时钟模块；实时时钟模块用于提供基准实时时钟。

在本发明实施例中，环境监控数据采集器的数据采集模块实时采集数据；通信接口模块提供环境监控数据采集器与外部设备的通信连接接口，同时接收用户指令；微处理器根据用户指令，控制数据采集模块实时、精确采集用户所需的数据。

附图说明

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明中环境监控数据采集器的组成结构图；

图2是本发明中环境监控数据采集模块的示意图；

图3是本发明中状态指示模块的示意图；

图4是本发明中功能扩展模块的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

鉴于现有数据的主要采集方式得出的数据不精确，本发明实施例提供了一种环境监控数据采集器，能实时精确采集用户所需的数据。以下结合附图对本发明进行详细说明。

图1是本发明中环境监控数据采集器的组成结构图，图2是本发明中数据采集模块的示意图。如图1及图2所示，环境监控数据采集器包括：数据采集模块11，包括：电流传感器201、土壤温度传感器202、土壤湿度传感器203、以及水温传感器204的其中之一或任意组合；电流传感器201用于采集电缆的电流模拟数据，并将电流模拟数据转换为电压模拟数据；土壤温度传感器202用于采集土壤温度模拟数据；土壤湿度传感器203用于采集土壤湿度模拟数据；水温传感器204用于采集水温模拟数据；数据采集模块11还包括：模拟通道21，分别连接电流传感器201、土壤温度传感器202、土壤湿度传感器203、以及水温传感器204的其中之一或任意组合，用于：从电流传感器201获得电压模拟数据、从土壤温度传感器202获得土壤温度模拟数据、从土壤湿度传感器203获得土壤湿度模拟数据、以及从水温传感器204获得水温模拟数据；模数转换器22，与模拟通道21连接，用于：从模拟通道21获得电压模拟数据、土壤温度模拟数据、土壤湿度模拟数据、和水温模拟数据；将电压模拟数据转换为电压数字数据、将土壤温度模拟数据转换为土壤温度数字数据，将土壤湿度模拟数据转换为土壤湿度数字数据，以及将水温模拟数据转换为水温数字数据；环境监控数据采集器还包括：通信接口模块12，用于：输出电压数字数据、土壤温度数字数据、土壤湿度数字数据、以及水温数字数据，并接收用户指令；电源转换模块13，用于向环境监控数据采集器和外部负载供电；微处理器10，分别与模数转换器22、通信接口模块12、以及电源转换模块13连接，用于根据用户指令，控制数据采集模块11采集电流模拟数据、土壤温度模拟数据、土壤湿度模拟数据、水温模拟数据的其中之一或任意组合。

实施例中，电流传感器201的原边、副边之间高度绝缘，具有高精确度、高线性度、高集成度、体积小、结构简单、长期稳定工作且适应各种工作环境的特点，能在恶劣环境下实时采集直流接地电缆的电流数据。土壤湿度传感器203通过电磁脉冲原理测量土壤的表观介电常数得到土壤真实水分含量，不受土壤中化肥和金属离子的影响，快速准确、稳定可靠；土壤温度传感器12与水温传感器15均可采用铂热电阻PT100；模拟通道21包括PT100采集通道，用于获得土壤温度模拟数据和水温模拟数据。

实施例中，电流传感器201利用霍尔效应将电缆的电流数据转换为电压模拟数据，电压模拟数据、土壤温度模拟数据、土壤湿度模拟数据和水温模拟数据通过模拟通道21进入模数转换器22，模拟通道21为多路差分模拟通道；模数转换器22将上述模拟数据转换为数字数据，通信接口模块12将来自模数转换器22的数字数据发送给外部设备。其中，外部设备可以为中心站，中心站接收来自环境监控数据采集器的各类数据，并提供实时查看各类数据的平台；同时，技术人员还可在中心站查询历史数据。

实施例中，用户可根据实际需要通过通信接口模块12发送用户指令，以控制环境监控数据采集器采集所需的数据。例如，当用户想检测地质时，可指示环境监控数据采集器采集土壤温度模拟数据与土壤湿度模拟数据。

具体实施时，电源转换模块13将9V-30V的直流输入电压转换为5V直流供电电压输出。电源转换模块13的供电电压也可以作为恒压源给其他外部设备供电，例如，在其中一个实施例中，电源转换模块13可以给手机、掌上电脑等智能设备充电。

在本申请的一个实施例中，数据采集模块11还包括：水位传感器205，与数字通道23连接，用于采集水位数字数据；数字通道23，与微处理器10连接，用于：从水位传感器205获得水位数字数据；微处理器10还用于：根据用户指令，控制数据采集模块11采集水位数字数据；通信接口模块12还用于：输出水位数字数据。

实施例中，环境监控数据采集器可以通过模拟通道21采集模拟数据，和/或通过数字通道23采集数字数据。当环境监控数据采集器采集模拟数据时，通过模拟通道21、模数转换器22将模拟数据转换为数字数据输出；和/或，当环境监控数据采集器采集数字数据时，通过数字通道23将数字数据直接输出。

模拟通道21和数字通道23仅仅是示例性的，本领域技术人员根据本发明显然可以想到其他的实现方式。数据采集模块11可以仅包括上述通道中的一种或多种，也可以根据实际需要包括本领域公知的其他通道。

在本申请的一个实施例中，环境监控数据采集器还包括：与微处理器10连接的状态指示模块15，用于显示环境监控数据采集器的运行状态；微处理器10还用于：控制状态指示模块15显示环境监控数据采集器的运行状态。

图3是本发明中状态指示模块的示意图。如图3所示，状态指示模块15包括：状态指示灯51和显示屏52；状态指示灯51显示环境监控数据采集器的供电状态、工作状态、数据采集状态和通信状态；显示屏52显示环境监控数据采集器的工作温度、环境监控数据采集器的工作电压、以及通信接口模块12的连接状态，方便用户对环境监控数据采集器进行实时监控。其中，显示屏52可以为液晶显示屏。

在本申请的一个实施例中，状态指示灯51包括：电源灯、功能灯、采集灯以及通信灯的其中之一或任意组合；电源灯用于显示环境监控数据采集器的供电状态；功能灯用于显示环境监控数据采集器的工作状态；采集灯用于显示环境监控数据采集器的数据采集状态；通信灯用于显示环境监控数据采集器的通信状态。

实施例中，电源灯为红色LED灯，常亮指示供电正常；功能灯为蓝色LED灯，正常时平均每5秒闪烁一次；采集灯为蓝色LED灯，在环境监控数据采集器采集数据时闪烁，正常时平均每40秒闪烁一次；通信灯为蓝色LED灯，在通信接口26发送数据时闪烁。具体地，当环境监控数据采集器刚上电的时候，功能灯与通信灯会轮番闪烁直到正常；当环境监控数据采集器采集数据，通过通信接口模块12输出数据时，功能灯与通信灯同时闪烁，在只有通信灯闪烁时，代表数据位不对，校验失败；当环境监控数据采集器会输出大量数据时，功能灯和通信灯会常亮直到信号发送结束。

在本申请的一个实施例中，环境监控数据采集器还包括：与微处理器10连接的存储模块16，用于存储电压数字数据、土壤温度数字数据、土壤湿度数字数据、水温数字数据、以及水位数字数据，方便对上述数据的读取与传输。其中，存储模块16可以为flash存储器，它在没有电流供应的条件下也能够长久地保存数据，支持掉电保护功能，防止数据流失，令环境监控数据采集器的性能更加稳定可靠。

在本申请的一个实施例中，环境监控数据采集器还包括：与微处理器10连接的功能扩展模块17。图4是本发明中功能扩展模块的示意图。如图4所示，功能扩展模块17包括：GPS接收模块71和SDI-12数据接口72；GPS接收模块71用于提供定位数据，具体实施时，通信接口模块12将定位数据发送至外部设备。SDI-12数据接口72用于连接符合SDI-12输入输出接口规范的数字传感器。

在本申请的一个实施例中，通信接口模块12为RS232接口、RS485接口、GPRS接口、WIFI接口、LAN接口的其中之一或任意组合。通信接口模块12的上述实施方式仅仅是示例性的，本领域技术人员根据本发明显然可以想到其他的实现方式，也可以根据实际需要包括本领域公知的其他组件。

在本申请的一个实施例中，环境监控数据采集器还包括：与微处理器10连接的实时时钟模块14；实时时钟模块14用于提供基准实时时钟，令环境监控数据采集器的时间更加精确。

上述实施例仅仅是示例性的。显然，环境监控数据采集器可以仅包括上述模块中的一种或多种。

本发明提供一种环境监控数据采集器，包括微处理器10，以及分别与微处理器10连接的数据采集模块11、通信接口模块12、电源转换模块13、实时时钟模块14、状态指示模块15、存储模块16以及功能扩展模块17。数据采集模块11采集数据；通信接口模块12将数据发送至外部设备；功能扩展模块17扩展通信接口模块12的功能；电源转换模块13将9V-30V的直流输入电压转换为环境监控数据采集器和外部负载所需的5V直流供电电压；实时时钟模块14提供基准实时时钟；状态指示模块15显示环境监控数据采集器10的运行状态，其包括显示屏52与多个LED指示灯，技术人员可根据显示屏与LED指示灯来判断环境监控数据采集器10是否正常运行，便于技术人员在故障时的及时维修；存储模块16存储数据，方便数据的读取与传输。

由上述实施例可见，在本发明实施例提供的技术方案中，环境监控数据采集器的数据采集模块实时采集数据；通信接口模块提供环境监控数据采集器与外部设备的通信连接接口，同时接收用户指令；微处理器根据用户指令，控制数据采集模块实时、精确采集用户所需的数据。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种环境监控数据采集器，其特征在于，包括：

数据采集模块(11)，包括：

电流传感器(201)、土壤温度传感器(202)、土壤湿度传感器(203)、以及水温传感器(204)的其中之一或任意组合；

电流传感器(201)用于采集电缆的电流模拟数据，并将电流模拟数据转换为电压模拟数据；

土壤温度传感器(202)用于采集土壤温度模拟数据；

土壤湿度传感器(203)用于采集土壤湿度模拟数据；

水温传感器(204)用于采集水温模拟数据；

数据采集模块(11)还包括：

模拟通道(21)，分别连接电流传感器(201)、土壤温度传感器(202)、土壤湿度传感器(203)、以及水温传感器(204)的其中之一或任意组合，用于：从电流传感器(201)获得所述电压模拟数据、从土壤温度传感器(202)获得所述土壤温度模拟数据、从土壤湿度传感器(203)获得所述土壤湿度模拟数据、以及从水温传感器(204)获得所述水温模拟数据；

模数转换器(22)，与模拟通道(21)连接，用于：从模拟通道(21)获得所述电压模拟数据、所述土壤温度模拟数据、所述土壤湿度模拟数据、和所述水温模拟数据；将所述电压模拟数据转换为电压数字数据、将所述土壤温度模拟数据转换为土壤温度数字数据，将所述土壤湿度模拟数据转换为土壤湿度数字数据，以及将所述水温模拟数据转换为水温数字数据；

所述环境监控数据采集器还包括：

通信接口模块(12)，用于：输出所述电压数字数据、所述土壤温度数字数据、所述土壤湿度数字数据、以及所述水温数字数据，并接收用户指令；

电源转换模块(13)，用于向环境监控数据采集器和外部负载供电；

微处理器(10)，分别与模数转换器(22)、通信接口模块(12)、以及电源转换模块(13)连接，用于根据所述用户指令，控制数据采集模块(11)采集所述电流模拟数据、所述土壤温度模拟数据、所述土壤湿度模拟数据、所述水温模拟数据的其中之一或任意组合。

2.根据权利要求1所述的环境监控数据采集器，其特征在于，数据采集模块(11)还包括：

水位传感器(205)，与数字通道(23)连接，用于采集水位数字数据；

数字通道(23)，与微处理器(10)连接，用于：从水位传感器(205)获得所述水位数字数据；

微处理器(10)还用于：根据所述用户指令，控制数据采集模块(11)采集所述水位数字数据；

通信接口模块(12)还用于：输出所述水位数字数据。

3.根据权利要求1所述的环境监控数据采集器，其特征在于，所述环境监控数据采集器还包括：与微处理器(10)连接的状态指示模块(15)，用于显示环境监控数据采集器的运行状态；

微处理器(10)还用于：控制状态指示模块(15)显示环境监控数据采集器的运行状态。

4.根据权利要求3所述的环境监控数据采集器，其特征在于，状态指示模块(15)包括：状态指示灯(51)和显示屏(52)；

状态指示灯(51)用于显示环境监控数据采集器的供电状态、工作状态、数据采集状态和通信状态；

显示屏(52)用于显示环境监控数据采集器的工作温度、环境监控数据采集器的工作电压、以及通信接口模块(12)的连接状态。

5.根据权利要求4所述的环境监控数据采集器，其特征在于，状态指示灯(51)包括：电源灯、功能灯、采集灯以及通信灯的其中之一或任意组合；

电源灯用于显示所述环境监控数据采集器的供电状态；

功能灯用于显示所述环境监控数据采集器的工作状态；

采集灯用于显示所述环境监控数据采集器的数据采集状态；

通信灯用于显示所述环境监控数据采集器的通信状态。

6.根据权利要求2所述的环境监控数据采集器，其特征在于，所述环境监控数据采集器还包括：与微处理器(10)连接的存储模块(16)，用于存储所述电压数字数据、所述土壤温度数字数据、所述土壤湿度数字数据、所述水温数字数据、以及所述水位数字数据。

7.根据权利要求6所述的环境监控数据采集器，其特征在于，存储模块(16)为flash存储器。

8.根据权利要求1所述的环境监控数据采集器，其特征在于，所述环境监控数据采集器还包括：与微处理器(10)连接的功能扩展模块(17)；

功能扩展模块(17)包括：GPS接收模块(71)和SDI-12数据接口(72)；

所述GPS接收模块(71)用于提供定位数据；

所述SDI-12数据接口(72)用于连接符合SDI-12输入输出接口规范的数字传感器。

9.根据权利要求1所述的环境监控数据采集器，其特征在于，通信接口模块(12)为RS232接口、RS485接口、GPRS接口、WIFI接口、LAN接口的其中之一或任意组合。

10.根据权利要求1所述的环境监控数据采集器，其特征在于，所述环境监控数据采集器还包括：与微处理器(10)连接的实时时钟模块(14)；实时时钟模块(14)用于提供基准实时时钟。