CN201215495Y - 一种经济型多功能农田环境信息采集器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于农业信息化领域。该采集器包括微处理器、数字信号采集电路、模拟信号采集电路、A/D转换电路、电流/电压转换电路、串口扩展电路、RS232/485接口转换器、GPS模块、无线通信模块、话音模块、USB接口电路、大量数据存储电路、电源模块、硬件复位电路、显示模块、键盘电路、并口电路及报警电路。本采集器可以用短消息的方式设定采集参数；可以采集多种传感器信息，包括图像信息；并通过有线或无线网络方式传输给远程监控中心；另外该采集器还可以实现与现场的通话功能。本实用新型具有低成本、高可靠性、高实时性、易携带、操作简单等特点，可作为一种通用的信息采集器用于温室、农田等信息的采集。

Description

一种经济型多功能农田环境信息采集器

技术领域  本实用新型属于农业信息化领域，具体涉及一种经济型多功能农田环境信息采集器。

背景技术  目前市场上出售的采集器大多为手持便携式数据采集器，只能对当前信息进行采集、记录，其缺点是需要人值守，且只能对小环境信息进行采集。

对于无人值守、距离远、设备多、分布散、难管理的农田来讲，为及时总揽农田现场环境信息而设计一个具有远程监控功能的采集器是相当必要的。传统的远程监控系统的传输方式分为有线传输和无线传输两种，在有线传输方式中，按网络构架其代表为RS485总线，其不足之处在于传输距离有限(1000米)，当需要采集信息的点多且与监控中心距离远时，布线难，维修费用高；而无线传输方式代表为电台方式、GSM方式和GPS方式，电台方式其弊端在于传输距离有限，需要入网许可；GSM方式不能实现采集器在农田的精确定位，且通信费用较高；GPS方式要完成环境信息传输还需要解决移动网和Internet网互联、终端设备的身份识别等问题.

发明内容  本实用新型的目的，在于提供一种可以对多处农田实现多类多路信号采集、空间定位、并与远程监控中心进行有线传输、定时无线传输、报警等通信功能且无人值守的经济型多功能农田环境信息采集器。

本实用新型的技术方案具体如下：

本信息采集器，包括：

—微处理器1；

—数字信号采集电路2，与所述微处理器1连接，该电路至少有两个可接收外部数字信号的输入端，用于采集数字传感器的数字信号；

—A/D转换电路3，与所述微处理器1连接，该电路至少有两个可接收外部模拟电压信号的输入端；

—模拟电压信号采集电路4，与所述A/D转换电路3连接，该电路至少有两个可接收外部模拟电压信号的输入端，用于采集电压模拟传感器的电压信号；

—电流/电压转换电路5，与所述A/D转换电路3连接，用于实现线电流信号到电压信号的转换；

—模拟电流信号采集电路6，与所述电流/电压转换电路5连接，该电路至少有两个可接收外部模拟电流信号的输入端，用于采集电流模拟传感器的电流信号；

—串口扩展电路7，与所述微处理器1连接，该电路至少可以扩展三个串口：第二串口9、第三串口11和第四串口13；

—第一串口8，与所述微处理器1连接，该串口8提供一个RS232端口；

—RS232/485接口转换器10，与第二串口9相连，该接口转换器提供一个用于与有线网络通信的RS485端口；

—GPS模块12，与所述第三串口11连接，用于提供采集现场的位置信息；

—无线通信模块14，与所述第四串口13连接，用于与无线网络通信；

—SIM卡15，与无线通信模块14连接，用于提供SIM卡的插槽；

—语音模块16，与所述无线通信模块14连接，用于语音通信；

—USB电路17，与所述微处理器1连接，用于连接摄像头进行图像信息采集；

—大量数据存储电路18，与所述微处理器1连接，用于数据的存储；

—电源模块19，用于为采集器各部分电路提供稳定的电源；

—报警电路20，与所述微处理器1连接，用于采集器的报警；

—并口电路21，与所述微处理器1连接，用于与PC机通信；

—键盘电路22，与所述微处理器1连接，用于采集器参数的设置和功能的操作；

—显示模块23，与所述微处理器1连接，用于数据和操作界面的显示；

—硬件复位电路24，与所述微处理器1连接，用于在紧急情况下为系统提供复位功能。

一外壳。用于安装控制面板、标准的信号输入端口和采集器电路板，所述控制面板上有信号指示灯、键盘、显示模块；所述标准的信号输入端口包括数字信号输入端口、模拟电压信号和模拟电流信号输入端口、RS485总线端口、RS232端口、电源插口和并口；采集器电路板放在外壳中，端口在外壳一侧引出。

本实用新型的工作原理是：采集器被放在农田(或温室)中，并与相关的传感器相连接，用来完成农田环境信息的采集，并将采集到的气象信息和报警信息、位置信息、系统电量信息按有线或无线传输方式发送到远程监控中心；远程监控中心根据位置信息来对采集信息进行管理，并将最新的控制信息发送给农田中的采集器，如：信息采集周期、报警范围、信息发送定时长度等。这样管理人员在远离农田的异地便可及时了解现场环境信息，提前做出决策。

首先，管理人员根据采集对象情况来选择信息传输方式，对于一些小型温室来讲，管理人员选用有线传输方式来进行环境信息的采集，具体操作方式为先将RS232/485接口转换器与RS485总线连接，然后利用键盘电路来选择有线传输方式，接着管理人员通过远程监控中心或键盘将信息采集周期、信息发送定时长度和报警范围等参数输入给采集器，并进行存储，采集电路会根据采集周期进行现场环境信息的采集，并根据信息发送定时长度将现场信息发送给监控中心，如果有某一环境因子越界，采集器同样将报警信息发送给监控中心。

而对于一些大型农田，管理人员可选择无线传输方式，无线传输方式有两种通信机制，1)定时发送方式：在任意时刻，管理人员都可以根据SIM卡号用短消息的方式对现场采集器进行参数设置(包含信息采集周期、报警范围和信息发送定时长度)，采集器则根据定时长度将最新的采集信息发送给监控中心。2)报警发送方式：在此方式中，采集器将采集信息与当前相应的数据报警范围进行判断，如果环境数据越界，采集器则会报警，并发送当前越界信息。

当采集点现场有工作人员时，现场人员和远程监控中心工作人员可进行语音通信。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是。

1.由于本装置采用了多种采集电路及一点(远程监控中心)对多点(不同地点的农田或温室)的通信方式，可以实现多类多路信号的采集；

2.由于采用了RS232/485接口转换器，使本装置具有有线网络通信的功能，系统能够实现有线和无线两种传输方式，可以供工作人员根据实际情况进行选择，具有很大的灵活性和实用性；

3.由于系统不仅实现了温度、湿度等环境因子的采集，还实现了图象信息的采集和提供了语音通信的功能，为现场人员和远程监控中心工作人员进行通信提供了方便。

4.在无线传输方式中，由于系统采用定时发送方式及GPS定位，实现了空间定位时，管理人员可以定时了解现场环境信息。此外，在报警方式中，由于采集器只有在环境信息越界的时候才将采集信息发送到监控中心，这样可以增加系统报警的实时性，并能减少系统开支。

5.由于系统采用价格低廉、方便快捷的短消息方式进行通信，因此系统也具有低成本、实时性好、经济等优点。

6.此外系统还具有操作简单、易携带等优点。

附图说明  下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，但实施例不是对本实用新型的限制。

图1为本实用新型所提供一个较佳施例的电路框图；

图2为本实用新型所提供一个电流电压转换电路图；

图3为本实用新型所提供一个大量数据存储电路图；

图4为本实用新型所提供一个串口扩展电路图。

图中，1 微处理器；2 数字信号采集电路；3 A/D转换电路；4 模拟电压信号采集电路；5 电流/电压转换电路；6 模拟电流信号采集电路；7 串口扩展电路；8 第一串口；9第二串口；10 RS232/485接口转换器；11 第三串口；12 GPS模块；13 第四串口；14 无线通信模块；15 SIM卡；16 语音模块；17 USB电路；18 大量数据存储电路；19 电源模块；20 报警电路；21 并口电路；22 键盘电路；23 显示模块；24 硬件复位电路。

具体实施方式

实施例

当使用本经济型多功能农田环境信息采集器进行农田环境信息远程采集和稳定传输时。选用的模块为；

微处理器1，采用美国德州仪器(TI)公司的MSP430F149单片机，它在休眠的条件下工作的电流只有0.8μA，即使在2.2V、1MHz条件下工作的电流只有280μA，可以很好的满足本装置低功耗的要求；16位RSIC结构，指令的执行时间只需要150ns，有较高的处理速度，在8MHz晶体下运算能力达到1MIPS；片上有2个16位的定时器，为装置采集定时功能的实现提供了方便；该单片机有1个并口，可以满足系统数字信号采集和与PC机通信的要求；片上有12位的A/D转换器，并且提供了片内参考电压，可满足本技术方案进行信息采集的需求；提供P1.0-P6.0共6个数据端口，为系统存储电路、显示电路和无线通信模块和无线射频模块和GPS模块的连接提供了足够的I/O资源。单片机对所采集到的信息进行处理，并通过其连接的无线射频模块和GPS模块传输信息；

数字信号采集电路2，采用数字传感器，直接与微处理器I/O相连，用于数字信号的采集；

A/D转换电路3，采用MSP430自带的快速型12位逐次逼近式A/D转换器，它无需外接元器件就可以独立完成A/D转换功能，实现模拟信号到数字信号的转换。允许电压输入范围为0-5V。

模拟电压信号采集电路4，与A/D转换电路3连接，可以直接连接输出范围为0-5V的环境信息传感器。(可以连接温度、湿度、光照度、风速等电压信号传感器)

电流/电压转换电路5，与所述A/D转换电路3连接，该电路通过一个电阻将电流信号转换成电压信号，为了提高采集的进度，需要采用高精度的电阻(1％)，电路中采用二极管作为ESD保护电路，采用电容进行滤波处理。电路允许电流输入范围为4-20mA。

模拟电压信号采集电路6，与电流/电压转换电路5连接，因此可以直接连接输出范围为4-20mA的环境信息电流传感器。(可以连接温度、湿度、光照度、风速等电流信号传感器)。

串口扩展电路7，采用成都国腾微电子有限公司推出的GM8123/25系列串口扩展芯片全硬件实现串口扩展，保证了芯片工作的稳定性，设计的最高波特率完全能满足一般系统需求，同时占用系统资源少，使用方法简单，通讯格式可设置，与标准串口通讯格式兼容，微处理器通过写控制字的方式对芯片进行控制，它可以将一个全双工的标准串口扩展成3个，并能通过外部引脚控制串口扩展模式：单通道工作模式和多通道工作模式，既可以指定一个子串口以相同的波特率单一的工作，也可以让所有子串口在母串口波特率基础上分频同时工作。本系统采用多通道工作模式。

第一串口8，与所述微处理器1连接，该第一串口8提供一个RS232端口；

RS232/485接口转换器10，与第二串口9相连，该接口转换器提供一个用于与有线网络通信的RS485端口；

GPS模块12，与第三串口11连接，采用SEIKO EPSON生产的GPS模块S4E39860001，S4E39860001具有空间节省和能量节省的特点，因此，可以被连续的使用；该模块由于功能高度集成于一个硅片上，故电器原件的数量从6个降低到了3个，这使得产品更小更薄，使它更容易被装到便携式的移动设备中，可以很好的满足本技术方案的需求；此外，模块带有一个控制命令EGIP，从而可以利用不同的数据。它与RTMC SC-104的类型1相匹配，这使得它可以将一个独立测量的地理数据转换为另一个不同的数据，从而地理测量的精确度变得更高；

无线通信模块14，与第四串口13连接，采用Siemens公司的TC35模块，模块的工作电压为3.3V-5.5V，可以工作在900MHz和1800MHz两个频段，常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK等模式，可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据传输、语音传输、短消息服务功能，本系统利用短消息成本低、快捷优势，通过无线通信模块进行数据信息和语言信息传输；

SIM卡15，与无线通信模块14连接，该电路采用Molex座子放置SIM卡；

语音模块16，与无线通信模块14连接，该模块包括话筒和耳麦；

USB接口电路17，与微处理器1连接，用于连接摄像头进行图像信息采集；

大量数据存储电路18，采用Smart Media卡K9S1208VOM-SSBO，其容量大(64MB)，处理灵活，采用地址线和数据线复用的方式通过向Smart Media卡发不同的命令来完成相应的操作。

电源模块19，该电源包括电池供电和外部电源供电两种接口，由于整个系统采用3.3V供电，为了保证电源的稳压功能和纹波小等性能，系统采用TI公司的TPS76033芯片实现。

报警电路20，与微处理器1连接，采用蜂鸣器；

并口电路21，与微处理器1连接，可以用于与PC机通信；

键盘电路22，采用3*3方式连接，占有系统2个中断，9个按键分别为：菜单键(MENU)、确定(ENTER)、发送(SEND)、中断(INTERRUPT)、方向键(上、下)、通道选择键(左、右)、复位键(RESET)；

显示模块23，采用CSME-LCM12864A来实现系统操作界面和数据的显示；

硬件复位电路24，用于系统工作异常时的硬件复位。

Claims (1)

1、一种经济型多功能农田环境信息采集器，其特征在于，本采集器包括：

—微处理器(1)；

—数字信号采集电路(2)，与所述微处理器(1)连接，该电路至少有两个可接收外部数字信号的输入端，用于采集数字信号传感器的数字信号；

—A/D转换电路(3)，与所述微处理器(1)连接，该电路至少有两个可接收外部模拟电压信号的输入端；

—模拟电压信号采集电路(4)，与所述A/D转换电路(3)连接，该电路至少有两个可接收外部模拟电压信号的输入端，用于采集电压模拟传感器的电压信号；

—电流/电压转换电路(5)，与所述A/D转换电路(3)连接，用于实现线电流信号到电压信号的转换；

—模拟电流信号采集电路(6)，与所述电流/电压转换电路(5)连接，该电路至少有两个可接收外部模拟电流信号的输入端，用于采集电流模拟传感器的电流信号；

—串口扩展电路(7)，与所述微处理器(1)连接，该电路至少可以扩展三个串口：第二串口(9)、第三串口(11)和第四串口(13)；

—第一串口(8)，与所述微处理器(1)连接，该串口(8)提供一个RS232端口；

—RS232/485接口转换器(10)，与串口(9)相连，该接口转换器提供一个用于与有线网络通信的RS485端口；

—GPS模块(12)，与所述串口(11)连接，用于提供采集现场位置信息；

—无线通信模块(14)，与所述串口(13)连接，用于与无线网络通信；

—SIM卡(15)，与无线通信模块(14)连接，用于为SIM卡提供插槽；

—语音模块(16)，与所述无线通信模块(14)连接，用于语音通信；

—USB电路(17)，与所述微处理器(1)连接，用于连接摄像头进行图像信息采集；

—大量数据存储电路(18)，与所述微处理器(1)连接，用于数据的存储；

—电源模块(19)，用于为采集器各部分电路提供稳定的电源；

—报警电路(20)，与所述微处理器(1)连接，用于采集器的报警；

—并口电路(21)，与所述微处理器(1)连接，用于与PC机通信；

—键盘电路(22)，与所述微处理器(1)连接，用于采集器参数的设置和功能的操作；

—显示模块(23)，与所述微处理器(1)连接，用于数据和操作界面的显示；

—硬件复位电路(24)，与所述微处理器(1)连接，用于在紧急情况下为系统提供复位功能；

一外壳，用于安装控制面板、标准的信号输入端口和采集器电路板，所述控制面板上有信号指示灯、键盘、显示模块；所述标准的信号输入端口包括数字信号输入端口、模拟电压信号和模拟电流信号输入端口、RS485总线端口、RS232端口、电源插口和并口；采集器电路板放在外壳中，端口在外壳一侧引出。

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