CN201503636U

CN201503636U - 嵌入式环境数据采集传输系统

Info

Publication number: CN201503636U
Application number: CN2009202230572U
Authority: CN
Inventors: 杜尚丰; 陈家敏; 姜国权; 万传飞; 刘涛; 窦楠
Original assignee: China Agricultural University
Current assignee: China Agricultural University
Priority date: 2009-09-24
Filing date: 2009-09-24
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2019-09-24

Abstract

本实用新型公开了一种嵌入式环境数据采集传输系统。该系统包括：发送连接远程服务器命令、控制命令的主控制器；与所述主控制器连接，接收所述控制命令，并将所采集的有效数据转换成数字信号的A/D转换模块；和分别与所述主控制器、远程服务器连接，将所述数字信号传送给所述远程服务器的GPRS模块。本实用新型的系统能够采集环境数据，并对环境数据进行远程传输的嵌入式环境数据采集传输系统，该系统成本低，精度高，尤其适用于设施农业及设施渔业环境的数据采集。

Description

嵌入式环境数据采集传输系统

技术领域

本实用新型涉及设施农业、设施渔业环境工程领域，尤其涉及一种嵌入式环境数据采集传输系统。

背景技术

设施农业是通过采用现代化农业工程和机械技术，改变自然环境，为动、植物生产提供相对人为可控的温度、湿度、光照、水肥和气等环境条件的农业。近20年来，设施农业在我国得到了突飞猛进的发展，设施类型也由季节性的简易拱棚逐步在向常年性的温室方向发展。温室作为设施农业的生产车间，必须为作物提供良好的生长环境，这就需要对温室环境因子进行控制与管理，从而为作物创造适宜的生长发育环境。影响温室环境的因素多种多样，如温室内环境温度、湿度、光照量、CO₂浓度、水量、水温、pH等，而室外环境也对温室内部有影响；再者温室环境控制对象种类繁多，同一品种在不同生长阶段有不同的需求。因此，温室环境控制必须在极有效率的状态下进行，这就要求对温室环境各项数据进行正确采集、实时分析、有效控制。而当前，我国的温室环境控制技术水平低下，设备质量不过关，绝大多数温室没有主动调控环境的设施，并且对温室环境的控制多采用经验管理和单因子定性调控的方法。

工厂化水产养殖，又称为设施渔业，采用水体再循环的方式，具有不受环境和生产场所因素的影响，节水、省地、环保等诸多优点。可以通过控制水体环境的各种因子，使养殖产品能在最佳的水温、水质、溶氧、饲料等条件下生长，因此可以提高养殖密度，缩短养殖周期，降低饲料系数，并可以在全年连续地收获。这种养殖方式被视为今后水产养殖业发展的方向。国外发达国家从60年代开始进行工厂化养鱼技术研究，我国起始于70年代，仅落后发达国家10余年，到80年代初已达到国际同类水平。但近20年为解决吃鱼难，靠扩大养殖面积，提高养鱼技术使池塘养殖面积翻了几番，工厂化养鱼却基本处于停滞状态，明显落后于世界水平。因而追踪国际先进水平，推出适合我国国情的工厂化养鱼成套技术和设备，就显得十分必要和紧迫。而实现工厂化养殖的关键是水体循环处理和控制系统，即控制水体温度、浊度、pH、氨氮、COD、BOD、DO等具有重要意义的水质参数。这些参数中，有些是通过生物方法进行控制的；另一些参数，如温度、pH、DO、浊度等，需要进行在线监测并可以及时自动调整以保证养殖水体满足鱼类生长要求。

现有技术中，用于工业的数据采集系统成本高、系统复杂，不适用于设施农业及设施渔业环境的数据采集。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种能够采集环境数据，并对环境数据进行远程传输的嵌入式环境数据采集传输系统，该系统成本低，精度高，尤其适用于设施农业及设施渔业环境的数据采集。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种嵌入式环境数据采集传输系统，其包括：

发送连接远程服务器命令、控制命令的主控制器；

接收所述控制命令，并将所采集的有效数据转换成数字信号的A/D(Analog/Digital)转换模块，A/D转换模块与主控制器连接；

将所述数字信号传送给所述远程服务器的GPRS(General PacketRadio Service，通用分组无线业务)模块，GPRS模块分别与主控制器、远程服务器连接。

其中，主控制器和GPRS模块之间通过RS-232串口连接，并且所述主控制器通过RS-232串口连接RS-485总线上的A/D转换模块。

其中，系统还包括显示模块，显示当前采集的环境参数，主控制器通过RS-232串口连接RS-485总线上的显示模块。

其中，系统还包括接受用户输入的输入模块；主控制器通过RS-232串口连接RS-485总线上的输入模块。

其中，系统还包括直流电源组，其分别给主控制器、GPRS模块提供12V和7.5V的电压，给A/D转换模块、显示模块和输入模块提供5V的电压。

其中，GPRS模块包括SIM300C模块及SIM(subscriber identitymodule，用户身份识别)卡。

其中，A/D转换模块包括微处理器、分别与微处理器连接的两片A/D转换芯片和复位电路，以及与A/D转换芯片连接的传感器。

其中，A/D转换芯片采用差分输入方式，复位电路包括看门狗复位电路和手动按键复位电路。

其中，A/D转换芯片为MAX186芯片。

本实用新型的上述技术方案通过采集环境数据，尤其是设施农业或设施渔业中的温室或水产养殖环境中与作物生长密切相关的参数，并将这些参数通过GPRS网络传输给远程服务器，使异地操作人员可以及时根据这些参数掌握现场情况，并对环境做出及时的控制。整个系统成本低、精度高，有利于提高温室及水产养殖厂的自动化程度，大大减轻现场工人的劳动强度，具有良好的经济和社会效益。

附图说明

图1是本实用新型实施例的系统结构示意框图；

图2是本实用新型实施例的A/D转换模块的结构示意框图；

图3是本实用新型实施例的GPRS模块的结构示意框图；

图4是本实用新型实施例的LCD显示模块的结构示意框图；

图5是本实用新型实施例的键盘模块的结构示意框图。

其中，1：主控制器；2：A/D转换模块；3：GPRS模块；4：LCD显示模块；5：键盘模块；6：直流电源组；7：SIM300C模块；8：SIM卡；9：第一微处理器；10：第一MAX186；11：第一复位电路；12：SIM卡座；13：LCM240128ZK；14：4×4键盘；15：U盘；16：第二微处理器；17：第二复位电路；18：第三复位电路；19：第三微处理器；20：第二MAX186。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

图1是本实用新型实施方式的方法流程图。如图1所示，依照本实用新型实施例的嵌入式环境数据采集传输系统，其包括：

主控制器1，优选Nano2410A开发板，其配备ARM9 CPU：S3C2410A，系统主频最高可达266Mhz，提供64M的存储容量，并为用户提供丰富的外围接口。本系统中使用ARM9提供的RS-232串口a(COM2)连接GPRS模块3，并通过COM2向GPRS模块发送连接服务器命令，发送需要传送的数据；通过RS-232串口b(COM1)连接RS-485总线上的A/D转换模块2、显示模块及输入模块，并通过COM1向各个模块分时发送命令。另外，本系统使用ARM9提供的USB接口外接外部存储装置，例如U盘15，将采集到的环境信息以文本文件的形式保存在U盘中。

A/D转换模块2，其作用是接收主控制器1发送的命令，启动A/D转换芯片，将采集的传感器模拟电压或电流信号转换成相应的数字量，并将这些数字量返回给主控制器1。A/D转换模块2作为本系统485总线上的一个节点，其结构如图2所示。A/D转换模块2的第一微处理器9使用AT89S52芯片，AT89S52有4个通用I/O口，使用其中的P0口、P2口分别连接两片串行方式的A/D转换芯片的控制信号线及数据线，所述A/D转换芯片优选输入通道较多的芯片，例如，MAX186(第一MAX186 10和第二MAX186 20)，这样每一片A/D转换芯片能够挂接的传感器数量就较多，系统能够采集的参数也越多；而且串行方式的A/D转换芯片可以降低对微处理器的要求，节约微处理器的资源，节约成本。MAX186是8输入通道12位串行输出的A/D转换芯片，由第一微处理器实现对MAX186的片选、外部时钟输入、控制字设定、转换通道选择、读入A/D转换后的数字量。图2中两片MAX186均采用差分输入方式，可分别接入4路传感器的信号。考虑系统运行的稳定性，为第一微处理器9设置了第一复位电路11，当监控现场出现较大干扰，电压波动较大的情况时，第一微处理器9的程序可能进入异常状态，此时需要对第一微处理器9的运行状态进行监控，例如使用看门狗芯片。A/D转换模块2的第一复位电路11由看门狗复位电路和手动按键复位组成。此外，为A/D转换模块2设计了RS-232和RS-485通讯接口。

系统中使用相应的传感器将各环境因子，如温室、湿度、光照强度、pH、溶解氧等转换成标准的4mA～20mA模拟电流信号或0～5V模拟电压信号。

GPRS模块3，其作用是接收主控制器1发送的命令，连接远程服务器；接收主控制器1发送的数据，并将数据打包成TCP/IP数据包，通过GPRS无线网络将数据传送给远程服务器。GPRS模块3的结构如图3所示。GPRS模块3中选用SIM300C模块7，该模块内嵌TCP/IP协议，提供通用的AT指令。SIM300C模块7所需供电电压为：4.2V，所以需经过7.5V-4.2V电压转换，将电源提供的7.5V直流电压转换成SIM300C模块7需要的4.2V直流电压。而SIM300C模块7向SIM卡8的接口提供1.8V或2.8V电压，且通过6脚SIM卡座12与SIM卡8连接。SIM300C模块7提供的串口TTL电平经过MAX232转换为RS-232电平。GPRS模块相当于一个移动通信终端，例如手机，利用它通过移动网络进行数据通信。SIM卡存储了数字移动电话客户的信息，加密的密钥等内容，可供GSM网络对客户身份进行鉴别，可靠的保障客户的正常通信。每一SIM卡唯一标识一个客户，进行语音或数据通信产生的通信费记录在该SIM卡所唯一标识的客户帐上。

显示模块，例如LCD显示模块4，用于接收主控制器1的控制命令，显示当前采集的环境参数，主控制器1通过RS-232串口连接RS-485总线上的LCD显示模块4。LCD显示模块4的作用是接收主控制器1发送的命令，在主控制器1给定的显示位置，显示当前采集的环境参数。LCD显示模块4作为本系统485总线上的一个节点，其结构如图4所示。LCD显示模块4的第二微处理器16与A/D转换模块2的第一微处理器9相同，为AT89S52芯片。该液晶显示屏优选采用LCM240128ZK模块13，它是一款并行接口并且内嵌字库的液晶显示模块。LCD显示模块4同样设置了第二复位电路17，RS-232和RS-485通讯接口。

输入模块，例如键盘模块5，用于监测键盘上是否有键被按下，若有，则读取按键值并保存，当接收到主控制器发出的读取按键值的控制命令时，向主控制器返回当前被按下的按键值；主控制器通过RS-232串口连接RS-485总线上的键盘模块。键盘模块也作为本系统RS-485总线上的一个节点，其结构如图5所示，键盘模块5同样设置了第三复位电路18和第三微处理器19，RS-232和RS-485通讯接口，还可以设置4×4键盘14。

直流电源组6，如图1所示，其分别给主控制器1、GPRS模块3提供12V和7.5V的电压，给A/D转换模块2、LCD显示模块4和键盘模块5提供5V的电压。

本实用新型实施例的系统采用模块化设计，将主控制器、GPRS模块、A/D转换模块、显示模块、输入模块和直流电源组集成在一个仪表箱内，现场人员只需通过简单的上电、按钮等操作，就能实现无人值守的现场环境信息采集。而且采用GPRS无线通讯技术，可实现数据的远程传输，使异地操作人员可以及时掌握现场情况并做出及时的控制，保证现场环境在适宜的范围内，其中的GPRS网络覆盖范围广，只要有GPRS网络的地区，均能实现温室现场或水产养殖现场环境参数的无线传输。此外，系统集成了显示模块和输入模块，采集的现场环境信息可以实时显示，方便现场人员查看有用信息，并能通过系统提供的按键或触摸屏等输入装置进行简单的控制操作。本实用新型实施例的系统中使用的主控制器(ARM9处理器)是嵌入式处理器，且各模块中使用的微处理器也属于嵌入式处理器，整个系统构成一个嵌入式系统。

利用上述嵌入式环境数据采集传输系统进行环境数据采集传输的方法包括如下步骤：S1，A/D转换模块采集环境数据，将该数据进行模数转换后，将数字信号发送给主控制器；S2，所述主控制器将所述数字信号发送给GPRS模块，所述GPRS模块将该数字信号传送给远程服务器；S3，通过显示模块获取所述环境数据，并通过输入模块依据该环境数据对环境进行控制。

由此可以看出，本实用新型实施例的系统可以采集温室或水产养殖环境中与作物生长密切相关的参数，如温度、湿度、光照强度、PH值、溶解氧等，并能将这些环境参数通过GPRS网络传输给远程服务器，使异地操作人员可以及时掌握现场情况并做出及时的控制；而现场人员可以通过LCD屏查看当前采集的环境参数，并能通过系统提供的按键进行简单的控制操作。整个系统有效、实用，能为温室环境或水产养殖环境的后续控制提供可靠的数据采集服务，有利于提高温室及水产养殖厂的自动化程度，具有良好的经济和社会效益。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种嵌入式环境数据采集传输系统，其包括：

发送连接远程服务器命令、控制命令的主控制器；

接收所述控制命令，并将所采集的有效数据转换成数字信号的A/D转换模块，所述A/D转换模块与所述主控制器连接；和

将所述数字信号传送给所述远程服务器的GPRS模块，所述GPRS模块分别与所述主控制器、所述远程服务器连接。

2.如权利要求1所述的嵌入式环境数据采集传输系统，其特征在于，所述主控制器和所述GPRS模块之间通过RS-232串口连接，并且所述主控制器通过所述RS-232串口连接RS-485总线上的所述A/D转换模块。

3.如权利要求1所述的嵌入式环境数据采集传输系统，其特征在于，所述系统还包括显示当前采集的环境参数的显示模块，所述主控制器通过RS-232串口连接RS-485总线上的所述显示模块。

4.如权利要求1所述的嵌入式环境数据采集传输系统，其特征在于，所述系统还包括接受用户输入的输入模块；所述主控制器通过RS-232串口连接RS-485总线上的所述输入模块。

5.如权利要求1所述的嵌入式环境数据采集传输系统，其特征在于，所述系统还包括直流电源组，其分别给所述主控制器、GPRS模块提供12V和7.5V的电压，给所述A/D转换模块、显示模块和输入模块提供5V的电压。

6.如权利要求1所述的嵌入式环境数据采集传输系统，其特征在于，所述GPRS模块包括SIM300C模块及SIM卡。

7.如权利要求1所述的嵌入式环境数据采集传输系统，其特征在于，所述A/D转换模块包括微处理器、分别与所述微处理器连接的两片A/D转换芯片和复位电路，以及与所述A/D转换芯片连接的传感器。

8.如权利要求7所述的嵌入式环境数据采集传输系统，其特征在于，所述A/D转换芯片采用差分输入方式，所述复位电路包括看门狗复位电路和手动按键复位电路。

9.如权利要求8所述的嵌入式环境数据采集传输系统，其特征在于，所述A/D转换芯片为MAX186芯片。