CN113108849A - 一种农业监控变送器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种农业监控变送器，包括主电路、以及为主电路供电的电源电路，主电路包括MCU处理器、以及均分别与MCU处理器电连接的传感器单元、变送输出电路和RS485通讯电路，传感器单元通过RS232串口和/或I2C总线与MCU处理器连接，变送输出电路为一PWM转换芯片。本发明农业监控变送器，可根据需要选择接入各不同种类的传感器，也可同时接入多个不同种类传感器，完成各不同采样量的变送输出，实现一台产品中各不同传感器的可按需切换或同时使用，即本发明农业监控变送器可同时兼容多种农业传感器，其打破了传统同类产品中一种电路只能配接一种传感器的局限性，大大降低现代农业种植的投入门槛。
Description
技术领域
本发明涉及现代农业监控监测仪器仪表领域，尤其涉及一种农业监控变送器。
背景技术
随着现代农业的蓬勃发展，种植业的可视化、自动化程度越来越高，需要对种植环境进行大量监测，如大棚中的含氧量、二氧化碳浓度、光照度等，这些指标的高低决定了农作物成长的好坏。然而，相比工业领域，农业领域的自动化及信息化发展相对较慢，再加上农业种植具有种植面积大，各区域管控难的特点，使得现阶段农业领域种植数据的监控与采集，大多采用就地采集显示的方式，采集显示的数据分布零散，不利于监管、管控。现有市面上即便有部分产品能实现通讯或变送输出功能，也只能根据需要安装不同的监控变送器，实现各不同数据的单一采集、变送输出，像一个位置需要同时监测如含氧量、二氧化碳浓度、光照度等多个参数时，就要求在同一位置需要同时购买多套产品进行多个参数的监控、输出，而现代农业科学种植中对种植数据的监控参数非单一，较众多，再加上种植面积区域通常又较广阔，这就使得需要安装的设备数量非常多，设备成本、安装成本均较大。
发明内容
本发明的目的在于提供涉及一种农业监控变送器。
实现本发明目的的技术方案是：一种农业监控变送器，包括主电路、以及为主电路供电的电源电路，主电路包括MCU处理器、以及均分别与MCU处理器电连接的传感器单元、变送输出电路和RS485通讯电路，传感器单元通过RS232串口和/或I2C总线与MCU处理器连接，变送输出电路为一PWM转换芯片；其中，
传感器单元用于感应所处的环境信号，并将感应到的环境信号送给MCU处理器；
MCU处理器用于接收传感器单元传送来的环境信号；及，根据传感器单元中各传感器传送来的信号，发送相应的PWM占空比控制信号给变送输出电路；及，通过RS485通讯电路，用于与外部设备进行交互；
变送输出电路用于接收MCU处理器发送来的PWM占空比控制信号，并将该PWM占空比控制信号转换成模拟的4~20mA信号输出。
进一步地，传感器单元包括氧气传感器、二氧化碳传感器和光照度传感器，氧气传感器和二氧化碳传感器分别通过RS232串口与MCU处理器连接，光照度传感器通过I2C总线与MCU处理器的I2C总线接口连接；其中，传感器单元中的氧气传感器用于感应所处环境中的氧气含量信号，并将感应到的氧气含量信号通过RS232串口传送给MCU处理器；二氧化碳传感器用于感应所处环境中的二氧化碳含量信号，并将感应到的二氧化碳含量信号通过RS232串口传送给MCU处理器；光照度传感器用于感应所处环境的光照度信号，并将感应到的光照度信号通过I2C总线传送给MCU处理器。农业种植过程中，常要求对种植环境如大棚中的含氧量、二氧化碳浓度和光照度同时进行监测，本发明农业监控变送器，通过在传感器单元设置氧气传感器、二氧化碳传感器和光照度传感器，即可同时采集所处环境的氧气含量信号、二氧化碳含量信号和光照度信号。
进一步地，MCU处理器为32位处理器。如型号为GD32E103C8T6、STM32F103C8T6的处理器，32位处理器接口丰富，具有串口、I2C总线接口、PWM接口等众多接品，考虑到其应用要求及成本，MCU处理器较佳为32位处理器。
进一步地，变送输出电路输出端的正负极间并联有瞬态二极管TVS1。瞬态二极管TVS1的设置，可有效防止人为将变送输出电路输出端正负极短接而造成电路损坏。
进一步地，RS485通讯电路包括RS485转换芯片、若干瞬态二极管和若干陶瓷放电管，RS485转换芯片的发送端TXDA和接收端RXDB间并联有瞬态二极管TVS2，RS485转换芯片的发送端TXDA与地间并联有瞬态二极管TVS3，RS485转换芯片的接收端RXDB与地间并联有瞬态二极管TVS4，RS485转换芯片的发送端TXDA与地间还并联有陶瓷放电管GDT1，RS485转换芯片的接收端RXDB与地间还并联有陶瓷放电管GDT2。RS485转换芯片用于将与其连接的MCU处理器的通讯接口转换为二线制485通讯接口，并与外部设备进行对接通信；瞬态二极管的设置，用以防止用户误操作RS485通讯接口短路，而损坏RS485转换芯片及电源；陶瓷放电管则有效防止雷雨天气产生的感应电反窜到RS485通讯电路中，而损坏电路。瞬态二极管和陶瓷放电管的设置，使得电路的稳定性、安全性得以有效保障。
进一步地，RS485转换芯片的发送端TXDA上还串联有保险丝F1，RS485转换芯片的接收端RXDB还串联有保险丝F2。保险丝F1和保险丝F2的设置，进一步保障了该线路的安全，避免雷雨等意外造成电路的损坏。
进一步地，电源电路包括三组电压转换电路，分别为DC24V转DC5V电路、DC5V转DC18V电路、DC5V转DC3.3V电路。其中，DC24V为本发明农业监控变送器外部电源电压，DC5V为氧气传感器、二氧化碳传感器、RS485通讯电路的供电电压，DC18V为变送输出电路的供电电压，DC3.3V为MCU处理器、光照度传感器、RS485通讯电路的供电电压。
本发明农业监控变送器，可根据需要选择接入各不同种类的传感器（如选择接入氧气传感器或二氧化碳传感器或光照度传感器），也可同时接入多个不同种类传感器（如同时接入氧气传感器、二氧化碳传感器和光照度传感器），完成各不同采样量的变送输出，实现一台产品中各不同传感器的可按需切换或同时使用，即本发明农业监控变送器可同时兼容多种农业传感器，其打破了传统同类产品中一种电路只能配接一种传感器的局限性，大大降低现代农业种植的投入门槛。且，通过RS485通讯电路的设置，本发明农业监控变送器具备通讯功能，可实现数据远传，如各变送器上的环境信号可传送到同一外部设置上集中监控、记录，实现多机联网，完成对各变送器上环境信号的集中查看读取，其使产品的使用更加灵活丰富。
附图说明
图1是本发明农业监控变送器的功能结构框图；
图2是本发明农业监控变送器中氧气传感器或二氧化碳传感器的接口电路图；
图3是本发明农业监控变送器中光照度传感器的接口电路图；
图4是本发明农业监控变送器中MCU处理器的接口电路图；
图5是本发明农业监控变送器中变送输出电路的电路图；
图6是本发明农业监控变送器中RS485通讯电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明农业监控变送器的较佳实施方式作详细的说明：
如图1至图6所示，一种农业监控变送器，包括主电路10、以及为主电路10供电的电源电路20，主电路10包括MCU处理器2、以及均分别与MCU处理器2电连接的传感器单元1、变送输出电路3和RS485通讯电路4，传感器单元1包括氧气传感器11、二氧化碳传感器12和光照度传感器13，氧气传感器11和二氧化碳传感器12分别通过RS232串口与MCU处理器2连接，光照度传感器13通过I2C总线与MCU处理器2的I2C总线接口连接，变送输出电路3为一PWM转换芯片；其中，
传感器单元1中的氧气传感器11用于感应所处环境中的氧气含量信号，并将感应到的氧气含量信号通过RS232串口传送给MCU处理器2；二氧化碳传感器12用于感应所处环境中的二氧化碳含量信号，并将感应到的二氧化碳含量信号通过RS232串口传送给MCU处理器2；光照度传感器13用于感应所处环境的光照度信号，并将感应到的光照度信号通过I2C总线传送给MCU处理器2；
MCU处理器2用于接收传感器单元1传送来的环境信号；及，根据传感器单元1中各传感器传送来的信号，发送相应的PWM占空比控制信号给变送输出电路3；及，通过RS485通讯电路4，用于与外部设备进行交互；
变送输出电路3用于接收MCU处理器2发送来的PWM占空比控制信号，并将该PWM占空比控制信号转换成模拟的4~20mA信号输出。
本发明农业监控变送器，电源电路20包括三组电压转换电路，分别为DC24V转DC5V电路、DC5V转DC18V电路、DC5V转DC3.3V电路。其中，DC24V为本发明农业监控变送器外部电源电压，DC5V为氧气传感器11、二氧化碳传感器12、RS485通讯电路4的供电电压，DC18V为变送输出电路3的供电电压，DC3.3V为MCU处理器2、光照度传感器13、RS485通讯电路4的供电电压。
本发明农业监控变送器，MCU处理器2通常为32位处理器，如型号为GD32E103C8T6、STM32F103C8T6的处理器。32位处理器接口丰富，具有串口、I2C总线接口、PWM接口等众多接品。MCU处理器2可以但不限于为32位处理器，考虑到应用过程中的要求及成本，MCU处理器较佳为32位处理器。
本发明农业监控变送器，接通DC24V电源后，DC24V的电压经由电源电路20转换为DC5V、DC18V、DC3.3V后，分别供电给各电路工作。工作过程中，传感器单元1实时感应所处的环境信号，具体地，氧气传感器11实时感应所处环境中的氧气含量信号；二氧化碳传感器12实时感应所处环境中的二氧化碳含量信号；光照度传感器13实时感应所处环境的光照度信号。同时，MCU处理器2通过RS232串口不断发送读取命令的数据请求给传感器单元1中的氧气传感器11和二氧化碳传感器12，传感器单元1中的氧气传感器11和二氧化碳传感器12接收到MCU处理器2的数据请求命令后，通过RS232串口将感应到的所处环境中的氧气含量信号和二氧化碳含量信号以字节数据的形式不断应答回发给MCU处理器2；传感器单元1中的光照度传感器13实时感应所处环境的光照度信号后，则是将采集到的光照度信号以数字信号形式通过I2C总线不断发送给MCU处理器2，MCU处理器2接收到光照度传感器13发送来的对应数字信号后，将其进行转换为字节数据。而后，MCU处理器2对其内以字节数据形式存在的氧气含量信号、二氧化碳含量信号和光照度信号进行转换，转换后将各信号（氧气含量信号、二氧化碳含量信号、光照度信号）占各自全量程范围的占比量，通过MCU处理器2的PWM接口一个输出周期内的占空比进行输出，输出给变送输出电路3，变送输出电路3在接收来自MCU处理器2的PWM占空比控制信号后，将其转换为模拟的4~20mA信号输出，连续输送到其它控制系统（如计算机或显示仪表）进行监视与控制。
本发明农业监控变送器，工作过程中，MCU处理器2同时还会将其内得到的字节数据放入485通讯缓冲区，外部设备（如计算机、PLC等）连入本发明农业监控变送器的RS485通讯电路4后，当外部设备根据对应通讯协议发送了读命令时，MCU处理器2立即对其请求进行应答，将485通讯缓冲区对应的字节数据转发出去，实现远程通讯。
本发明农业监控变送器，可根据需要选择接入各不同种类的传感器（如选择接入氧气传感器11或二氧化碳传感器12或光照度传感器13），也可同时接入多个不同种类传感器（如同时接入氧气传感器11、二氧化碳传感器12和光照度传感器13），完成各不同采样量的变送输出，实现一台产品中各不同传感器的可按需切换或同时使用，即本发明农业监控变送器可同时兼容多种农业传感器，其打破了传统同类产品中一种电路只能配接一种传感器的局限性，大大降低现代农业种植的投入门槛。且，通过RS485通讯电路4的设置，本发明农业监控变送器具备通讯功能，可实现数据远传，如各变送器上的环境信号可传送到同一外部设置上集中监控、记录，实现多机联网，完成对各变送器上环境信号的集中查看读取，其使产品的使用更加灵活丰富。
本发明农业监控变送器，较佳地，如图5所示，变送输出电路3输出端的正负极间并联有瞬态二极管TVS1。瞬态二极管TVS1的设置，可有效防止人为将变送输出电路3输出端正负极短接而造成电路损坏。
本发明农业监控变送器，较佳地，如图6所示，RS485通讯电路4包括RS485转换芯片41、若干瞬态二极管和若干陶瓷放电管，RS485转换芯片41的发送端TXDA和接收端RXDB间并联有瞬态二极管TVS2，RS485转换芯片41的发送端TXDA与地间并联有瞬态二极管TVS3，RS485转换芯片41的接收端RXDB与地间并联有瞬态二极管TVS4，RS485转换芯片41的发送端TXDA与地间还并联有陶瓷放电管GDT1，RS485转换芯片41的接收端RXDB与地间还并联有陶瓷放电管GDT2。RS485转换芯片41用于将与其连接的MCU处理器2的通讯接口转换为二线制485通讯接口，并与外部设备进行对接通信；瞬态二极管的设置，用以防止用户误操作RS485通讯接口短路，而损坏RS485转换芯片41及电源；陶瓷放电管则有效防止雷雨天气产生的感应电反窜到RS485通讯电路4中，而损坏电路。瞬态二极管和陶瓷放电管的设置，使得电路的稳定性、安全性得以有效保障。
本发明农业监控变送器，如图6所示，RS485转换芯片的发送端TXDA上还串联有保险丝F1，RS485转换芯片的接收端RXDB还串联有保险丝F2。保险丝F1和保险丝F2的设置，进一步保障了该线路的安全，避免雷雨等意外造成电路的损坏。
本发明农业监控变送器较佳实施方式下，在所有的输出接口都预装了瞬态二极管，使电路具有防止信号短路的功能；同时，考虑到该类产品的安装环境大多为露天场合，在RS485通讯电路4上还使用了陶瓷放电管并接地处理、以及保险丝的设置，有效避免露天场合产品通讯远传线路被感应雷破坏。本发明农业监控变送器，通过上述多种手段，实现对产品电路的多方位保护，保障产品的稳定性。
本发明农业监控变送器，通常具有机壳，机壳上盖上开设有槽口，氧气传感器11和光照度传感器13通常内置于机壳内，氧气传感器11和光照度传感器13的正面正对机壳上盖上的槽口，以此捕获空气中流动的含氧量及光照度；二氧化碳传感器12一般可内置于机壳内，同氧气传感器11和光照度传感器13的安装方式相同，也可外置，安装于机壳底部。
本发明农业监控变送器，常可挂置安装，也可卡装。
本发明农业监控变送器，需要说明的是，各电路图中，接线端标号相同的为相连接关系；且，图4所示的MCU处理器中接口并非完全示出，如氧气传感器11和二氧化碳传感器12同时接入时，MCU处理器会提供两组串口与氧气传感器11和二氧化碳传感器12的串口分别连接。
本发明对于其所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种农业监控变送器，包括主电路、以及为主电路供电的电源电路，其特征在于：主电路包括MCU处理器、以及均分别与MCU处理器电连接的传感器单元、变送输出电路和RS485通讯电路，传感器单元通过RS232串口和/或I2C总线与MCU处理器连接，变送输出电路为一PWM转换芯片；其中，
传感器单元用于感应所处的环境信号，并将感应到的环境信号送给MCU处理器；
MCU处理器用于接收传感器单元传送来的环境信号；及，根据传感器单元中各传感器传送来的信号，发送相应的PWM占空比控制信号给变送输出电路；及，通过RS485通讯电路，用于与外部设备进行交互；
变送输出电路用于接收MCU处理器发送来的PWM占空比控制信号，并将该PWM占空比控制信号转换成模拟的4~20mA信号输出。
2.根据权利要求1所述的农业监控变送器，其特征在于：传感器单元包括氧气传感器、二氧化碳传感器和光照度传感器，氧气传感器和二氧化碳传感器分别通过RS232串口与MCU处理器连接，光照度传感器通过I2C总线与MCU处理器的I2C总线接口连接；其中，传感器单元中的氧气传感器用于感应所处环境中的氧气含量信号，并将感应到的氧气含量信号通过RS232串口传送给MCU处理器；二氧化碳传感器用于感应所处环境中的二氧化碳含量信号，并将感应到的二氧化碳含量信号通过RS232串口传送给MCU处理器；光照度传感器用于感应所处环境的光照度信号，并将感应到的光照度信号通过I2C总线传送给MCU处理器。
3.根据权利要求1所述的农业监控变送器，其特征在于：MCU处理器为32位处理器。
4.根据权利要求1所述的农业监控变送器，其特征在于：变送输出电路输出端的正负极间并联有瞬态二极管TVS1。
5.根据权利要求1所述的农业监控变送器，其特征在于：RS485通讯电路包括RS485转换芯片、若干瞬态二极管和若干陶瓷放电管，RS485转换芯片的发送端TXDA和接收端RXDB间并联有瞬态二极管TVS2，RS485转换芯片的发送端TXDA与地间并联有瞬态二极管TVS3，RS485转换芯片的接收端RXDB与地间并联有瞬态二极管TVS4，RS485转换芯片的发送端TXDA与地间还并联有陶瓷放电管GDT1，RS485转换芯片的接收端RXDB与地间还并联有陶瓷放电管GDT2。
6.根据权利要求5所述的农业监控变送器，其特征在于：RS485转换芯片的发送端TXDA上还串联有保险丝F1，RS485转换芯片的接收端RXDB还串联有保险丝F2。
7.根据权利要求1所述的农业监控变送器，其特征在于：电源电路包括三组电压转换电路，分别为DC24V转DC5V电路、DC5V转DC18V电路、DC5V转DC3.3V电路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20210713 |
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |