CN202066607U - 一种基于无线通讯的农业温室温湿度测控仪 - Google Patents

一种基于无线通讯的农业温室温湿度测控仪 Download PDF

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蔚瑞华
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Abstract

本实用新型涉及一种基于无线通讯的农业温室温湿度测控仪，该温湿度测控仪包括无线温湿度采集及控制器及无线控制信号接收单元，所述的无线温湿度采集及控制器包括第一主控芯片，第一电源及复位模块，温湿度采集模块，存储模块，RS232接口，第一无线通讯模块，按键显示报警模块，所述的无线控制信号接收单元包括第二无线通讯模块、第二主控芯片、第二电源及复位模块、继电器。与现有技术相比，本实用新型具有能实时对温湿度进行监控及报警，并可以根据内置算法自动或手动发送执行机构电机无线控制指令，从而实现对温室内的温湿度的有效控制，便于温室的自动化运营和管理。

Description

一种基于无线通讯的农业温室温湿度测控仪
技术领域
本实用新型涉及一种温湿度测控仪，尤其是涉及一种基于无线通讯的农业温室温湿度测控仪。
背景技术
在农业温室生产中，温湿度扮演着极其重要的角色，其作为衡量作物生长环境的重要参数。近年来，随着无线通信的发展，出现了大量的基于无线通讯的温湿度检测仪器。无线温湿度检测仪器可使得使用者方便快捷地布置采集节点，大大减轻了人工操作的工作量，并且传输距离可以进行扩展和延伸，彻底改变了早期农业温室温湿度需要布线等的初期建设和维护成本高的缺点。但传统的温湿度检测仪器通常只能够完成单一的温湿度检测和无线传送数据功能，其控制功能需要进一步设计采集系统和控制系统进行，从而造成了一定的资源浪费。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能定时对温湿度进行监控及报警，同时自动控制调节温室内的温湿度，且还能记录温湿度数据的基于无线通讯的农业温室温湿度测控仪。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于无线通讯的农业温室温湿度测控仪，其特征在于，该温湿度测控仪包括无线温湿度采集及控制器、无线控制信号接收单元；所述的无线温湿度采集及控制器包括第一主控芯片，第一电源及复位模块，温湿度采集模块，存储模块，RS232接口，第一无线通讯模块，按键显示报警模块；所述的无线控制信号接收单元包括第二无线通讯模块、第二主控芯片、第二电源及复位模块、继电器；所述的第一电源及复位模块，温湿度采集模块，存储模块，RS232接口，按键显示报警模块分别与第一主控芯片连接；所述的第一无线通讯模块的输入端与第一主控芯片连接，第一无线通讯模块的输出端通过无线通讯与第二无线通讯模块连接，所述的第二无线通讯模块、第二电源及复位模块、继电器分别与第二主控芯片连接。
所述的第一无线通讯模块、第二无线通讯模块均为2.4G无线射频芯片。
所述的温湿度采集模块为温湿度传感器。
所述的按键显示报警模块包括键盘、显示器、报警器。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
1、能够根据设定的采样周期采集温室内的温湿度信息，又能够对温湿度进行监控，在温湿度越界时自动报警，并且能够能通过无线发送命令给农业温室内的执行机构的电机进行开关动作以调节温湿度。
2、可以用作数据中继，从而拓展采集范围，并且有利于温室内大环境的采集。
3、该实用新型还可以通过RS232与上位机实现通信，可将存储的温湿度历史数据导入至上位机进行分析，便于研究使用。
附图说明
图1为无线温湿度采集及控制器结构示意图；
图2为无线控制信号接收单元结构示意图；
图3为本实用新型的应用结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
实施例
一种基于无线通讯的农业温室温湿度测控仪，该温湿度测控仪包括无线温湿度采集及控制器及无线控制信号接收单元，无线温湿度采集及控制器如图1所示，由温湿度采集模块1，第一主控芯片2，存储模块3，第一无线通讯模块4，RS232接口5，第一电源及复位模块7，以及按键显示报警模块6组成。无线控制信号接收单元如图2所示，由第二主控芯片8、第二无线通讯模块9、继电器10、第二电源及复位模块11组成。为了降低能耗和长期使用成本，无线温湿度采集及控制器和无线控制信号接收单元的CPU模块(第一主控芯片2和第二主控芯片8)均采用超低功耗MSP430F2274作为主控芯片，温湿度采集模块1采用了温湿度传感器SHT10，第一无线通讯模块和第二无线通讯模块使用的是2.4G无线射频芯片EM198810。按键显示报警模块包括键盘、显示器、报警器。
无线温湿度采集及控制器的主控芯片MSP430F2274采用的是16位精简指令集，集成了16个通用寄存器、2个16位定时器，支持SPI、I2C和通用串行接口。可工作在活动模式和5个可软件设置的低功耗模式。芯片电源电压采用1.8～3.6V，其在1MHz的时钟条件下运行时，芯片的电流为200～400uA左右，低功耗模式时钟关断最低只有0.1uA，极大地延长了测控仪电池的使用寿命。中断事件可把系统从任何低功耗模式唤醒，并且在执行完中断服务程序后可返回到中断前的状态。
基于温室内温湿度测量的精度要求和成本考虑，温湿度采集模块采用了SHT10温湿度一体化数字传感器。SHT10传感器包括一个电容式聚合体测湿元件和一个能隙式测温元件，集成了一个14位的A/D转换器以及串行接口电路。该传感器具有响应快、抗干扰能力强、可靠性较高、性价比极高等优点。SHT10的测湿精度为±4.5％，测温精度为±0.5℃。温湿度传感器在封装时置于仪器封装边缘，有较好的空气对流，同时又避免了仪器自身发热引起的测量失真。同时考虑到日光辐射会产生一定热量，在封装时整体采用了防辐射罩，避免了温湿度传感器因外表温度增加引起的测量误差。
第一无线通讯模块和第二无线通讯模块采用了EM198810芯片，其内置2.4GHzGFSK射频收发器，带有8位数据帧无线收发功能，前导区可以设置为1～8字节，支持1～4个字地址(最多可达64位)，最大数据传输速率为1Mbps，允许长数据包传送；，传输距离可达100m(PCB天线)，RF输出功率2dBm，接收灵敏度在-85dBm以上，采用SPI数字编程接口，接口电压为2.5～3.7V。该芯片发射功率可数字编程调节，通过寄存器的设置也可以很容易实现低功耗模式；其内置多种纠检错功能，采用各种有效载荷数据格式来消除直流漂移量；支持FEC的1/3、2/3纠检错功能和CRC16检错功能。内部具有FIFO和DIRECT两种工作模式：FIFO模式简单易用，对MCU要求不高，发射和接收各有64字节的缓冲区，一次发送、接收可以最多处理64字节数据；DIRECT模式对MCU要求较高，需要MCU处理各种纠检错功能。在本实用新型采用了FIFO模式及CRC16检错功能来传输温湿度、命令以及状态反馈等数据。
无线温湿度采集及控制器的主控芯片MSP430F2274在开启电源，程序初始化完毕后进入低功耗状态。主控芯片MSP430F2274与SHT10传感器通过通用串行接口通讯，并通过定时中断的方式采集SHT10温湿度传感器的数据并交由按键显示报警模块进行显示，同时存储到外部存储器中。MSP430F2274芯片与EM198810芯片通过SPI接口通讯，通过定时中断方式读写EM198810芯片。
无线温湿度采集及控制器通过键盘输入来完成对温湿度的上下限的设置，当温湿度超过设定的阈值时可进行声光报警，并且可以自动发送预设的无线控制指令给相应的如天窗、遮阳网等执行机构电机进行开启或者关闭操作。无线控制信号接收单元接收到无线温湿度采集及控制器发来的控制指令时，通过继电器控制执行机构电机12，从而进行开关窗启停电机等控制操作。继电器的作用是使控制信号为某一定值时，按触点组的不同形式，同时换接、开断、接通多路电路，并且将其放大，使组成程序控制线路，从而实现自动化运行。该实用新型还提供了良好的上位机13与测控仪通过RS232接口进行数据传输，对测控仪内存储的历史温湿度数据进行导入或清空，便于专业人员进行研究分析。
由于温室环境是一个复杂的分布式系统，在不同区域温湿度可能不尽相同，无线温湿度采集及控制器还可以屏蔽其与无线控制信号接收单元的通讯功能后单独用作温湿度采集器，并可以利用其的无线通讯模块与其它采集器进行通信。此外，当传输距离扩大时，无线温湿度采集器还可以用作数据中继，从而大大拓展采集范围，可基于此信息进行温室环境的综合调控。
无线温湿度采集及控制器可实现以下几种不同的功能：
温湿度自动采集、存储及显示：可根据设定的采样频率对温室内的温度和相对湿度进行采集，并以数码管显示和存储，供日后研究分析。
温湿度的采集和无线传送：可将采集点的温湿度数据信息打包发送至主测控仪，在温室测量范围比较大的场合，该无线温湿度采集及控制器还可以作为中继点和转发点，使得主测控仪可在此基础上进行温室大环境的综合调控。
控制信号无线传送：执行机构的电机的控制信号可以由无线温湿度采集及控制器进行无线操作，可有手动和自动两种模式。手动模式下，无线温湿度采集及控制器可直接通过按键形式发送启停指令给相应的执行电机；自动模式下，无线温湿度采集及控制器可根据用户设定的启停时间周期，以及用户设定的温室内温湿度的上下限进行综合动作。
每个无线控制信号接收单元对应一个唯一的编码地址，无线温湿度采集及控制器可以通过这个唯一编址给指定的无线信号接收单元发送电机操作命令。无线控制信号接收单元在上电系统初始化之后，首先进入低功耗状态，以定时器触发的形式查询读取无线通信模块数据。如果无线通信模块收到无线温湿度采集及控制器发来的电机控制指令数据，则启动继电器进行电机的操作，执行完毕后返回指令执行状态给无线温湿度采集及控制器，然后转入低功耗状态，以此循环。
该实用新型还提供了上位机交互界面，可以通过RS232接口连接一个无线温湿度采集器，通过无线通信收集各采集器的温湿度历史数据，并可根据需要绘制温湿度变化图像，用于专业人员的研究分析。
一般地，如图3所示，可以在农业温室中布置多个屏蔽了控制功能的无线温湿度采集及控制器32，主无线温湿度采集及控制器31与各采集点的屏蔽了控制功能的无线温湿度采集及控制器之间通过无线通讯模块进行通信，采集得到各个采集点的温湿度数据后，根据一定的控制算法(如加权平均各采集点的温湿度值和设定的阈值相比，超过阈值时)触发报警模块，并由主无线温湿度采集及控制器31发送控制信号给相应的执行电机进行开启或者闭合动作，无线控制信号接收单元33在收到控制器的指令后，启动继电器对执行机构电机34进行相应的操作。

Claims (4)

1.一种基于无线通讯的农业温室温湿度测控仪，其特征在于，该温湿度测控仪包括无线温湿度采集及控制器、无线控制信号接收单元；所述的无线温湿度采集及控制器包括第一主控芯片，第一电源及复位模块，温湿度采集模块，存储模块，RS232接口，第一无线通讯模块，按键显示报警模块；所述的无线控制信号接收单元包括第二无线通讯模块、第二主控芯片、第二电源及复位模块、继电器；所述的第一电源及复位模块，温湿度采集模块，存储模块，RS232接口，按键显示报警模块分别与第一主控芯片连接；所述的第一无线通讯模块的输入端与第一主控芯片连接，第一无线通讯模块的输出端通过无线通讯与第二无线通讯模块连接，所述的第二无线通讯模块、第二电源及复位模块、继电器分别与第二主控芯片连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线通讯的农业温室温湿度测控仪，其特征在于，所述的第一无线通讯模块、第二无线通讯模块均为2.4G无线射频芯片。
3.根据权利要求1所述的一种基于无线通讯的农业温室温湿度测控仪，其特征在于，所述的温湿度采集模块为温湿度传感器。
4.根据权利要求1所述的一种基于无线通讯的农业温室温湿度测控仪，其特征在于，所述的按键显示报警模块包括键盘、显示器、报警器。
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