CN110060458A - 一种可实现快速装配的农田固定式环境数据采集模块化装置 - Google Patents

一种可实现快速装配的农田固定式环境数据采集模块化装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可实现快速装配的农田固定式环境数据采集模块化装置，包括插接柱、若干感应器和通信处理装置，所述插接柱底端为锥形结构而侧面沿上下方向设有多个快速模块安装结构区，所述感应器对应安装在所述快速模块安装结构区，所述安装结构上安装有与所述限位启动孔插接配合的启动插柱和带状金属接触点，所述带状金属接触点中的电源连接触点通过微动开关连接到所述电源管理模块，所述微动开关在受到所述启动插柱按压后接通电路，所述通信处理装置连接到所述电源管理模块，各个感应器通过所述电源连接触点连接供电。本发明提供了一种标准化的接口和连接方式，具有能同时采集多种环境信息数据的功能，减小占据空间，节省了多余的支撑架和插接柱，实现了高度的模块化功能搭配组合，并且安装快捷方便，节约设置时间。

Description

一种可实现快速装配的农田固定式环境数据采集模块化装置
技术领域
本发明属于环境监测装置领域，具体涉及一种可实现快速装配的农田固定式环境数据采集模块化装置。
背景技术
环境参数对农作物生长起着不容忽视的作用，知道环境参数对农作物生长有指导性的意义。现在已经出现了多种用于检测农田环境的数据采集系统，由于影响因素比较复杂，因此数据采集系统需要采集包括土壤湿度、土壤温度、空气温度、空气湿度以及空气中各种气体浓度等多种环境参数。土壤湿度、土壤温度需要将感应器设置到土壤中一定深度，而检测空气影响参数的感应器需要露在空气中。因此现有的数据采集系统通常会采用多个感应器相互独立设置，如插入式的土壤湿度感应器、土壤温度感应器，以及通过支架支撑的空气参数采集的感应器。
多个感应器独立设置需要重复作业，而且不同的感应器设置还需要想配套的安装组件、连接线路，让设置数据采集系统的过程复杂，各种通信线路、供电线路的排布复杂，既耗时又要花费大量成本，如果使用无线通信过多的感应器容易引发相互间的干扰。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可实现快速装配的农田固定式环境数据采集模块化装置，以解决现有技术中多种感应器设置因感应器配套安装组件多样，设置和布线复杂，模块化程度不足，缺乏标准化连接方式，安装配置大量耗费时间和成本的问题。
所述的一种可实现快速装配的农田固定式环境数据采集模块化装置，包括插接柱、若干感应器和通信处理装置，所述插接柱底端为锥形结构而侧面沿上下方向设有多个快速模块安装结构区，所述感应器对应安装在所述快速模块安装结构区，每个所述快速模块安装结构区设有外露的若干带状金属接触点和限位启动孔，所述感应器为模块化结构，包括起检测作用的感应器主体，还包括包在所述快速模块安装结构区外的安装结构，感应器主体或检测装置连接模块安装在所述安装结构上，所述安装结构上安装有与所述限位启动孔插接配合的启动插柱和带状金属接触点，所述感应器通过相对的所述带状金属接触点相互贴合实现数据通信和供电，所述插接柱内设有电源管理模块和数据总线，各个感应器连接到所述数据总线，所述数据总线连接到所述通信处理装置，所述带状金属接触点中的电源连接触点通过微动开关连接到所述电源管理模块，所述微动开关设置所述限位启动孔底部，所述微动开关在受到所述启动插柱按压后接通电路，所述通信处理装置连接到所述电源管理模块，各个感应器通过所述电源连接触点连接供电。
优选的，所述通信处理装置中设有主控模块、无线通信模块和数据采集模块，所述数据总线连接到所述数据采集模块，所述数据采集模块用于采集各个感应器发送的数据并对数据进行汇集和预处理并发送到所述主控模块，所述主控模块对数据进行处理和储存，并根据设定的要求通过所述无线通信模块发送到后端的服务器平台。
优选的，所述电源管理模块分别为所述主控模块、所述无线通信模块和所述数据采集模块供电，所述主控模块还用于控制所述电源管理模块。
优选的，所述带状金属接触点包括上下方向排列设置的电源正极触点、数据通讯A触点、数据通讯B触点和电源负极触点，所述电源正极触点和电源负极触点为所述电源连接触点，所述数据通讯A触点和所述数据通讯B触点连接到所述数据总线上。
优选的，所述安装结构包括感应器连接座、一对弧形安装板和锁扣结构，感应器主体安装在所述感应器连接座的外侧，所述启动插柱和所述带状金属接触点设在所述感应器连接座的内侧，所述感应器连接座内侧为与所述插接柱外侧相配合的弧面结构，所述弧形安装板分别铰接在所述感应器连接座两侧，一对弧形安装板的伸出端通过所述锁扣结构连接固定。
优选的，所述传感器主体包括检测土壤内各种参数的土壤检测模块和检测土壤外各种参数的外露检测模块，所述土壤检测模块随所述插接柱插入到土壤中，所述外露检测模块设在所述土壤检测模块上方，暴露在土壤上面。
优选的，所述感应器主体中一部分为感应器连接模块和外接监测设备，所述感应器连接模块安装在所述安装结构上，所述外接监测设备通过通信线路与所述感应器连接模块连接，所述感应器连接模块用于在所述外接监测设备和所述数据总线之间进行数据通信和信号转化。
本发明有下列优点：
1、本发明通过内部设有数据总线的插接柱作为支撑安装结构，感应器的结构模块化，进行数据采集的感应器主体都以模块化的安装结构安装在插接柱上。通过带状金属触点接通供电线路和信号线路，安装时只需将启动插柱插入限位启动孔在通过锁扣结构将安装结构安装在插接柱上，安装结构简单，无需过多连接线路和附属的安装组件，使用时插接柱直接插接在农田中，下面的感应器随之插入土中，上面的支撑在土壤上可用来检测空气中的数据信息。
2、本方案中同一装置中的感应器采集的数据通过数据总线传递，每个装置无线通信与处理器或服务器连接，大大减少了通信线路，减少了干扰。同时本方案的供电线路是有电源管理模块控制对各个感应器和电路模块的供电，能满足不同感应器和模块的供电需要，外接电源只需对插接柱上的电源接口进行供电，因此供电线路事先在插接柱中设置好即可，减少了现场布置供电线路，布置线路更简洁方便，减少布线时间。
3、本装置中对感应器的供电需要启动插柱插入限位启动孔按压微动开关才能实现，这样插接柱上即使有未连接感应器而露出的金属触点也不会发生短路故障，使用更加安全可靠。
4、通过数据采集装置将各个感应器采集的不同信息汇集转化为便于主控模块统一处理和储存的数据，并与各个感应器形成对应关系，再由主控模块通过无线通信模块发送，减少了无线通信装置的数量，减少了各个无线通信装置之间产生的干扰。经过数据采集装置汇集后的数据便于服务器进行处理，主控模块储存数据后如果还可以从主控模块重复获取之前储存的检测数据，即使通信过程中有数据丢失也可以进行补救。
5、通过模块化的感应器连接模块，本装置还能接收外接检测设备发出的数据，经数据采集模块汇集后发送到服务器处理，减少了通信装置的数量，也能对外接检测设备采集的信息进行预处理方便服务器进行最后处理。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1所示结构中通信处理装置和插接柱的结构示意图；
图3为本发明中安装后的感应器的结构示意图；
图4为本发明中设有感应器连接模块的安装结构的结构示意图；
图5为图5所示结构在另一角度下的结构示意图；
图6为本发明中各模块之间通信关系的模块连接图；
图7为本发明中各模块之间供电关系的模块连接图。
上述附图中的附图标记为：
1、插接柱，11、电源接口，12、限位启动孔，13、带状金属接触点一，2、感应器，21、感应器主体，22、感应器连接座，23、弧形安装板，24、锁扣结构，25、感应器连接模块，26、带状金属触点二，27、启动插柱，3、通信处理装置。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
实施例1：
如图1-7所示，本实施例中本发明提供了一种可实现快速装配的农田固定式环境数据采集模块化装置，包括插接柱1、若干感应器2和通信处理装置3，所述插接柱1底端为锥形结构而侧面沿上下方向设有多个快速模块安装结构区，所述感应器2对应安装在所述快速模块安装结构区，每个所述快速模块安装结构区设有外露的若干带状金属接触点和限位启动孔12，所述感应器2为模块化结构，包括起检测作用的感应器主体21，还包括包在所述快速模块安装结构区外的安装结构，感应器主体21安装在所述安装结构上，所述安装结构上安装有与所述限位启动孔12插接配合的启动插柱27和带状金属接触点，所述感应器2通过相对的所述带状金属接触点相互贴合实现数据通信和供电。其中设在所述插接柱1侧面的带状金属接触点一13由上至下分别为电源正极触点、数据通讯A触点、数据通讯B触点和电源负极触点，所述电源正极触点和电源负极触点为所述电源连接触点，所述数据通讯A触点和所述数据通讯B触点连接到所述数据总线上。相应的安装结构内侧面的带状金属触点二26的触点结构与带状金属接触点一13一一对应。
所述插接柱1内设有电源管理模块和数据总线，各个感应器2连接到所述数据总线，所述数据总线连接到所述通信处理装置3，所述带状金属接触点中的电源连接触点通过微动开关连接到所述电源管理模块，所述微动开关设置所述限位启动孔12底部，所述微动开关在受到所述启动插柱27按压后接通电路，所述通信处理装置3连接到所述电源管理模块，各个感应器2通过所述电源连接触点连接供电。
所述通信处理装置3中设有主控模块、无线通信模块和数据采集模块，所述数据总线连接到所述数据采集模块，所述数据采集模块用于采集各个感应器2发送的数据并对数据进行汇集和预处理并发送到所述主控模块，所述主控模块对数据进行处理和储存，并根据设定的要求通过所述无线通信模块发送到后端的服务器平台。
所述电源管理模块分别为所述主控模块、所述无线通信模块和所述数据采集模块供电，所述主控模块还用于控制所述电源管理模块，使其能根据安装的感应器不同而满足不同感应器和功能模块所需的供电电压。
所述安装结构包括感应器连接座22、一对弧形安装板23和锁扣结构24，感应器主体21安装在所述感应器连接座22的外侧，所述启动插柱27和所述带状金属接触点设在所述感应器连接座22的内侧，所述感应器连接座22内侧为与所述插接柱1外侧相配合的弧面结构，所述弧形安装板23分别铰接在所述感应器连接座22两侧，一对弧形安装板23的伸出端通过所述锁扣结构24连接固定。
所述传感器主体包括检测土壤内各种参数的土壤检测模块和检测土壤外各种参数的外露检测模块，所述土壤检测模块随所述插接柱1插入到土壤中，所述外露检测模块设在所述土壤检测模块上方，暴露在土壤上面。土壤检测模块可能包括土壤湿度感应器、土壤温度感应器、土壤酸碱度感应器等常用感应器之中的一种或几种。相应的外露检测模块一般为空气温度感应器、空气湿度感应器、空气中二氧化碳浓度感应器等感应器中的一种或几种。
所述感应器主体21中一部分为感应器连接模块25和外接监测设备，所述感应器连接模块25安装在所述安装结构上，所述外接监测设备通过通信线路与所述感应器连接模块25连接，所述感应器连接模块25用于在所述外接监测设备和所述数据总线之间进行数据通信和信号转化。这是因为某些检测装置体积较大或不适宜采用插接柱1设置又或者发出的信号本身不符合通信总线的传输要求，因此对这类检测设备通过感应器连接模块25实现信息传递，也可用于供电，但是要注意检测设备的供电要求，主控模块可以通过电源管理模块进行供电电压和电流的调节。
本发明的安装过程如下：
首先将感应器2安装在所述快速安装区上，需要插入土壤中以采集土壤中数据的感应器2设在靠下的快速安装区上，采集空气的数据的感应器2设在靠上的快速安装区。各个感应器2的安装过程相近，只要打开弧形安装板2323，将感应器连接座2222盖在快速安装区上，将启动插柱27插入相应的限位启动孔12中，插到底后带状金属触点一13与带状金属触点二26贴合在一起，同时启动插柱27端部压住微动开关，实现带状金属触点一13中电源正极触点131与电源管理模块的正极线路的接通，电源负极触点134直接与电源管理模块的负极线路接通。因此本结构只有通过启动插柱27按压微动开关才能实现感应器2通过带状金属触点接通电源管理模块供电。如果微动开关没有接通，尽管带状金属触点一暴露在外，电源正极触点131即使在土壤中或露在外面的情况通过水或其他介质与电源负极触点134接通，也不会接通电路防止出现短路等电路故障。使本装置在金属触点外露的情况下仍能保证安全。感应器连接座2222盖在快速安装区上以后将一对弧形安装板2323包在插接柱12后侧，通过锁扣机构插接扣合就实现了对感应器2的安装固定。
感应器都安装好以后，将立柱主体1插入需要设置感应器的土壤中，采集土壤中数据的感应器2插入到土壤中，其他感应器2露在空气中，有的感应器主体21下面还设有与土壤接触的感应端柱。之后压实土壤固定本采集装置，并将电源接口11通过电源连接线连接到外接电源。有时如果采用外接监测设备对农田环境信息进行参数采集，所述感应器主体21可设置为与外接监测设备相连的感应器连接模块25，感应器连接模块25安装在安装结构上与进行数据传递和供电，感应器连接模块25还可将外接监测设备转化为符合本装置通信要求的信号。
使用时，外接电源通过电源管理模块为感应器2、无线通信模块、主控模块、数据采集模块供电，感应器2采集的数据通过数据总线4发送到信息采集模块，经过数据汇集预处理后发到主控模块进行处理储存，再将采集到的数据通过无线通信模块发送到服务器。主控模块还可以根据感应器的需求控制电源管理模块对感应器进行供电，调整供电电压和电流。
有些检测设备因为体积较大、或者设置方式不适宜直接安装在插接柱1上，可以通过模块化的感应器连接模块接收数据。如果感应器发送的信号不适合直接发送到数据采集模块，也可以通过感应器连接模块进行转化。经数据采集模块汇集后发送到服务器处理，减少了通信装置的数量，也能对外接检测设备采集的信息进行预处理方便服务器进行最后处理。
本方案具有能同时采集多种环境信息数据的功能，而感应器沿上下方向设置在一个立柱主体上，减小占据空间，节省了多余的支撑架和插接柱，在农田中设置本装置更加方便。并且安装快捷方便，节约设置时间。
本发明通过压紧机构能快速将需要配装的感应器在定位后夹紧实现暂时定位，这样对感应器的定位夹紧比较方便可靠，一个人在对感应器定位后即可一只手压紧固定感应器。因此本发明安装时更加方便并减少了所需安装人员的数量。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的发明构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可实现快速装配的农田固定式环境数据采集模块化装置，其特征在于：包括插接柱(1)、若干感应器(2)和通信处理装置(3)，所述插接柱(1)底端为锥形结构而侧面沿上下方向设有多个快速模块安装结构区，所述感应器(2)对应安装在所述快速模块安装结构区，每个所述快速模块安装结构区设有外露的若干带状金属接触点和限位启动孔(12)，所述感应器(2)为模块化结构，包括起检测作用的感应器主体(21)，还包括包在所述快速模块安装结构区外的安装结构，感应器主体(21)安装在所述安装结构上，所述安装结构上安装有与所述限位启动孔(12)插接配合的启动插柱(27)和带状金属接触点，所述感应器(2)通过相对的所述带状金属接触点相互贴合实现数据通信和供电，所述插接柱(1)内设有电源管理模块和数据总线，各个感应器(2)连接到所述数据总线，所述数据总线连接到所述通信处理装置(3)，所述带状金属接触点中的电源连接触点通过微动开关连接到所述电源管理模块，所述微动开关设置所述限位启动孔(12)底部，所述微动开关在受到所述启动插柱(27)按压后接通电路，所述通信处理装置(3)连接到所述电源管理模块，各个感应器(2)通过所述电源连接触点连接供电。
2.根据权利要求1所述的一种可实现快速装配的农田固定式环境数据采集模块化装置，其特征在于：所述通信处理装置(3)中设有主控模块、无线通信模块和数据采集模块，所述数据总线连接到所述数据采集模块，所述数据采集模块用于采集各个感应器(2)发送的数据并对数据进行汇集和预处理并发送到所述主控模块，所述主控模块对数据进行处理和储存，并根据设定的要求通过所述无线通信模块发送到后端的服务器平台。
3.根据权利要求2所述的一种可实现快速装配的农田固定式环境数据采集模块化装置，其特征在于：所述电源管理模块分别为所述主控模块、所述无线通信模块和所述数据采集模块供电，所述主控模块还用于控制所述电源管理模块。
4.根据权利要求1所述的一种可实现快速装配的农田固定式环境数据采集模块化装置，其特征在于：所述带状金属接触点包括上下方向排列设置的电源正极触点、数据通讯A触点、数据通讯B触点和电源负极触点，所述电源正极触点和电源负极触点为所述电源连接触点，所述数据通讯A触点和所述数据通讯B触点连接到所述数据总线上。
5.根据权利要求1所述的一种可实现快速装配的农田固定式环境数据采集模块化装置，其特征在于：所述安装结构包括感应器连接座(22)、一对弧形安装板(23)和锁扣结构(24)，感应器主体(21)安装在所述感应器连接座(22)的外侧，所述启动插柱(27)和所述带状金属接触点设在所述感应器连接座(22)的内侧，所述感应器连接座(22)内侧为与所述插接柱(1)外侧相配合的弧面结构，所述弧形安装板(23)分别铰接在所述感应器连接座(22)两侧，一对弧形安装板(23)的伸出端通过所述锁扣结构(24)连接固定。
6.根据权利要求1所述的一种可实现快速装配的农田固定式环境数据采集模块化装置，其特征在于：所述传感器主体包括检测土壤内各种参数的土壤检测模块和检测土壤外各种参数的外露检测模块，所述土壤检测模块随所述插接柱(1)插入到土壤中，所述外露检测模块设在所述土壤检测模块上方，暴露在土壤上面。
7.根据权利要求1所述的一种可实现快速装配的农田固定式环境数据采集模块化装置，其特征在于：所述感应器主体(21)中一部分为感应器连接模块(25)和外接监测设备，所述感应器连接模块(25)安装在所述安装结构上，所述外接监测设备通过通信线路与所述感应器连接模块(25)连接，所述感应器连接模块(25)用于在所述外接监测设备和所述数据总线之间进行数据通信和信号转化。
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