CN204101201U - 设施温室监控中无线温湿度、光照采集器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种设施温室监控中的温湿度、光照采集器，它包括：测量控制主机、测量控制主机外壳以及采集器支架；所述的测量控制主机包括：单片机数据处理单元、无线传输单元、LCD液晶显示单元、复位电路、传感器接口电路、电源管理电路。在采集器支架上方连接一个三维云台，测量控制主机通过铝合金支架与三维云台连接固定。本实用新型设计了连接温度、湿度和光照传感器的接口，以使仪器可以同时采集、计算和显示环境的温度、湿度和光照数据，达到一次采集获取三项指标的目的。与传统读数式采集设备相比，能够提高工作人员工作效率，并且能适应农业物联网环境下的数据无线传输的要求。

Description

设施温室监控中无线温湿度、光照采集器

 技术领域

本实用新型涉及一种应用于设施农业中，能够检测环境温湿度和光照参数的数据采集设备，更具体的说是一种设施温室监控中无线温湿度、光照采集器。

背景技术

设施农业是发达地区现代农业的重要标志，是天津沿海都市型农业的支柱产业和农民增收的主要途径，在农业及农村经济发展中的地位和作用越来越重要。随着农业物联网技术的发展，使得设施农业能够实现集中管理，整体监控。农业传感技术作为农业物联网的核心，通过采集各种农业要素获取当前环境信息，通过无线传感器网络与监控中心相连。在温室应用中，将大量数据采集设备构成监控网络，通过各种数据采集信息，以帮助农民及时发现问题并且准确地确定发生问题的位置，这样农业将有可能逐渐地以人力为中心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息和软件为中心的生产模式，从而大量使用各种自动化、智能化、远程控制的生产设备。

在设施农业生产过程中，植物的生长对于温湿度、光照的要求极为严格，不当的温湿度、光照下，植物会停止生长，甚至死亡。基于传感器技术的农业环境数据采集是现代农业的重要技术手段，随着传感器技术的快速发展，其应用涵盖了如农田小气候、农作物理化参数以及农业灾害等多个方面。总的来看，基于传感器技术农业环境采集方法不受地域限制，在实时性和自动化方面具有传统农业气象观测无法比拟的优势。

目前，传统读数式采集设备大多针对单种传感器，只能连接一种传感器实现数据采集，导致现场需要安装不同种类的采集器，增加了装配和维护的难度；农业温室大棚环境参数检测多采用人工读数的方式，极易产生随机误差，并且无法适应在无线网络环境下实现温室环境的远程智能监控。

发明内容

本实用新型所要解决的问题是：克服现有技术的不足，提供一种可同时对温室环境温度、湿度和光照情况进行实时测量，通过LCD实现在种植现场实时显示测量数据，并能够通过无线网络上传数据的设施温室监控中的温湿度、光照采集器。本实用新型所公开的采集器具有体积小，重量轻，操作简单，安装简便，采集速度快等特点。

为实现上述目的，本实用新型公开了如下的技术方案：

一种设施温室监控中的温湿度、光照采集器，其特征在于该采集器包括：测量控制主机、测量控制主机外壳以及传感器支架；

所述的测量控制主机包括：单片机数据处理单元、无线传输单元、LCD液晶显示单元、复位电路、传感器接口电路、电源管理电路，其工作时将传感器采集的环境温度、湿度、光照参数通过信号转换、调理为合适的电参数，通过总线的方式与测量控制主板上传感器接口电路相连并传送至单片机引脚，通过单片机接收并进行数据处理，之后，通过LCD液晶显示单元显示处理后的数据，同时通过无线传输单元将采集的温湿度、光照数据上传至上位机当中，实现与上位机的无线通信。电源管理电路负责为整个测量控制主机供电，复位电路用于系统重启和复位。

所述的测量控制主机壳体上盖包括：壳体上盖1、LCD液晶显示屏3、光照传感器接口4、上下盖固定孔5、电源线固定孔7、温湿度传感器固定孔8、电源开关13、射频天线接口14；壳体上盖1设有LCD液晶显示屏3、光照传感器接口4、电源线固定孔7、温湿度传感器固定孔8，电源线与温湿度传感器通过相应固定孔与主电路板10相连接。

所述的测量控制主机壳体下盖包括：壳体下盖2、电路板固定孔9、测量控制主电路板10、LCD液晶固定孔11、光照传感器固定孔12；壳体下盖2通过4个螺丝固定孔5与壳体上盖1连接固定，通过两个螺丝固定孔6与铝合金支架连接固定，测量控制主电路板10通过4个电路板固定孔9固定于壳体下盖2，测量控制主电路板10与LCD液晶固定孔11、光照传感器固定孔12和温湿度传感器接口8、光照传感器接口4、电源开关13、LCD液晶显示屏3、射频天线接口14相连接。

所述射频天线频率为2.4GHz，增益为3dBi，采用SMA内螺内针针头；主电路板10由MSP430F149单片机及其外围电路构成。

所述的采集器支架16采用铝合金材质的三脚架，支架上方连接一个三维云台17，测量控制主机通过铝合金支架与三维云台连接固定。

本实用新型更加详细的描述如下：

一种设施温室监控中的温湿度、光照采集器，包括测量控制主机、测量控制主机外壳以及采集器支架；

    所述测量控制主机的外壳内设置有单片机、复位电路、传感器接口电路、无线传输单元、电源管理单元以及连接所述单片机的LCD液晶显示单元，所述测量控制主机的外壳上设置有LCD液晶显示屏、光照传感器接口、上下盖固定孔、电源线固定孔、温湿度传感器固定孔、电源开关、射频天线接口；

本实用新型所述的单片机采用MSP430F149芯片；具有1.8~3.6V的工作电压；1MHz的时钟条件下运行，耗电电流在0.1~400uA，待机模式为1.6uA，RAM保持的节点模式为0.1uA。满足设施温室环境下对温室小气候环境信息数据的采集、处理、存储、显示和传输的要求；

本实用新型所述的采集器支架采用铝合金材质的三脚架，支架上方连接一个三维云台，测量控制主机通过铝合金支架与三维云台连接固定。

   本实用新型所述的环境温湿度传感器，采用集成的SHT11，实现免标定，同时能够精确地测量温湿度；测湿范围：0-100%RH；测湿精度：±3%RH；测温范围：-40-123.8℃；测温精度：±0.4℃。

    本实用新型所述的光照传感器，采用BH1750FVI是一个数字环境光传感器IC，采用I²C传输协议，具有宽范围和高分辨率，对光源依懒性不大，封装上充分考虑长期防潮、防腐蚀的温室大棚环境，保证精确、实时、稳定的采集光照信息。光照度传感器主要技术参数：测量范围：1-65535 Lux；测量精度：±5%FS。

    本实用新型中LCD液晶显示屏采用1602点阵式LCD，能够显示字母、数字、符号等，能够同时显示16x02即32个字符，其硬件电路结构和显示程序与其他液晶模块相比要简单的多，另外它还具有低电压、低功耗的特点和相对较低的价格。

  本实用新型中电源开关采用PX-16mm金属按钮开关，其额定电压为12V，发热电流为3A，额定使用电流为1A，带灯自锁和复位功能。

 本实用新型中射频天线频率为2.4GHz，增益为3dBi，采用SMA内螺内针针头。

 本实用新型中采用PG7-M12尼龙塑料电缆防水固定头固定传感器线缆和电源线缆。其具有夹紧电缆范围大，带自锁功能，抗拉力特强等特点，可防水、防尘、耐酸碱、油脂及一般溶剂。工作温度为静态-40至100℃，瞬时耐热至120℃，动态-20至60℃，瞬间耐热至100℃。

   本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型设计了连接温度、湿度和光照传感器的接口，以使仪器可以同时采集、计算和显示环境的温度、湿度和光照数据，达到一次采集获取三项指标的目的，同时，所述的传感器接口具有扩展功能，可根据实际需要连接其他通用型传感器。

（2）本实用新型将数显与无线传输两种通信方式结合使用，与传统读数式采集设备相比，能够提高工作人员工作效率，并且能适应农业物联网环境下的数据无线传输的要求，与上位机进行数据交换。

（3）该设计整个设备具有体积小，重量轻，操作简单，安装简便，采集速度快等特点。

（4）本实用新型由于选用了功能、价格比较高的芯片，还具备价格低廉的优点。

附图说明

图1是设施温室监控中的温湿度、光照采集器测量控制主机的外壳上盖结构示意图；

图2是设施温室监控中的温湿度、光照采集器测量控制主机的外壳下盖结构示意图；

图3是设施温室监控中的温湿度、光照采集器测量控制主机的外壳右视图；

图4是设施温室监控中的温湿度、光照采集器测量控制主机的外壳左视图；

图5是设施温室监控中的温湿度、光照采集器系统组成结构示意图；

图6为设施温室监控中的温湿度、光照采集器结构示意图；

其中：

1：壳体上盖              2：壳体下盖           3：LCD液晶显示屏

4：光照传感器接口         5：上下固定盖孔        6：测量控制主机固定孔

7：电源线固定孔          8：温湿度传感器固定孔  9：电路板固定孔            

10：测量控制主电路板     11：LCD液晶固定孔     12：光照传感器固定孔

13：电源开关             14：射频天线接口       15:测量控制主机外壳

16：采集器支架           17：三维云台。

具体实施方式

    以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述。需要强调的是，本实用新型的实施例是说明性的，而不是限定性的，不能以本实施例作为本实用新型的限定。

实施例1

参考图1-5，设施温室监控中的温湿度、光照采集器，它包括测量控制主机、测量控制主机外壳以及采集器支架；

所述的测量控制主机包括：单片机数据处理单元、无线传输单元、LCD液晶显示单元、复位电路、传感器接口电路、电源管理电路，其工作时将传感器采集的环境温度、湿度、光照参数通过信号转换、调理为合适的电参数，通过总线的方式与测量控制主板上传感器接口电路相连并传送至单片机引脚，通过单片机接收并进行数据处理，之后，通过LCD液晶显示单元显示处理后的数据，同时通过无线传输单元将采集的温湿度、光照数据上传至上位机当中，实现与上位机的无线通信。电源管理电路负责为整个测量控制主机供电，复位电路用于系统重启和复位。

所述的测量控制主机壳体上盖包括：壳体上盖1、LCD液晶显示屏3、光照传感器接口4、上下盖固定孔5、电源线固定孔7、温湿度传感器固定孔8、电源开关13、射频天线接口14；壳体上盖1设有LCD液晶显示屏3、光照传感器接口4、电源线固定孔7、温湿度传感器固定孔8，电源线与温湿度、光照传感器通过相应固定孔与主电路板10相连接。

所述的测量控制主机壳体下盖包括：壳体下盖2、电路板固定孔9、主电路板10、LCD液晶屏幕固定孔11、光照传感器固定孔12；壳体下盖通过4个螺丝固定孔5与壳体上盖1连接固定，通过两个螺丝固定孔6与铝合金支架连接固定，测量控制主电路板10通过4个电路板固定孔9固定于壳体下盖2，主电路板10设有LCD液晶屏幕固定孔11、光照传感器固定孔12，并与温湿度传感器、光照传感器、电源、LCD液晶屏幕、射频天线相连接；主电路板10由MSP430F149单片机及其外围电路构成。

所述的采集器支架16采用铝合金材质的三脚架，支架上方连接一个三维云台17，测量控制主机通过铝合金支架与三维云台连接固定。

图1示出了本实用新型测量控制主机壳体上盖设计情况。由图可见，所述的壳体上盖1设有LCD液晶显示屏3窗口、光照传感器接口4、电源线固定孔7、温湿度传感器固定孔8。

  图2示出了本实用新型测量控制主机壳体下盖设计情况。由图可见，所述的壳体下盖2通过4个螺丝固定孔5与壳体上盖1连接固定；测量控制主电路板10通过4个电路板固定孔9固定于壳体下盖，主电路板10设有LCD液晶屏幕固定孔11、光照传感器固定孔12和温湿度传感器接口、光照传感器接口、电源接口、LCD液晶屏幕接口、射频天线接口。

  图3示出了本实用新型测量控制主机壳体上盖右侧设计情况。由图可见，射频天线通过射频天线接口14与主电路板相连接。

  图4示出了本实用新型测量控制主机壳体上盖左侧设计情况。由图可见，电源开关13通过电缆线与主电路板相连接。

  系统使用市电进行供电，将市电通过电源线固定孔7引入测量控制主机当中，并与主电路板连接。

  所述的无线数传模块采用的是基于CC2530的ZigBee模块，该模块通过射频方式与设施温室监控环境数据采集器外部的设备进行数据交换，并通过RS232串口方式与主电路板连接，进行数据交互。

 主电路板由单片机数据处理单元、无线传输单元、LCD液晶显示单元、复位电路、传感器接口电路、电源管理电路组成，作为整个系统的控制核心，它控制各部分电路完成指令接收，三种参数传感器数据的读取、转换、显示和无线数据发送等总体任务。

实施例2

   设计了连接温度、湿度和光照传感器的接口，以使仪器可以同时采集、计算和显示环境的温度、湿度和光照数据，达到一次采集获取三项指标的目的，采用所述的设施温室监控中的温湿度、光照采集器观测草莓的生长情况，将测量控制主机与采集器支架连接固定，调整三脚架的高度和三维云台角度，将采集器放置在草莓温室中央位置，调整采集器位置，使光照传感器朝向温室的朝阳方向，将电源线接入温室内市电接入端口，打开电源开关，等待系统工作稳定后通过LCD屏幕观测采集数据，也可以通过上位机进行远程观测。

Claims (3)

1.一种设施温室监控中的温湿度、光照采集器，其特征在于该采集器包括：测量控制主机、测量控制主机外壳以及采集器支架；

所述的测量控制主机包括：单片机数据处理单元、无线传输单元、LCD液晶显示单元、复位电路、传感器接口电路、电源管理电路；

所述的测量控制主机外壳的上盖包括：壳体上盖（1）、LCD液晶显示屏（3）、光照传感器接口（4）、上下盖固定孔（5）、电源线固定孔（7）、温湿度传感器固定孔（8）、电源开关（13）、射频天线接口（14）；壳体上盖（1）设有LCD液晶显示屏（3）、光照传感器接口（4）、电源线固定孔（7）、温湿度传感器固定孔（8），电源线与温湿度传感器通过相应固定孔与主电路板（10）相连接；

所述的测量控制主机外壳的下盖包括：壳体下盖（2）、电路板固定孔（9）、测量控制主电路板（10）、LCD液晶固定孔（11）、光照传感器固定孔（12）；壳体下盖（2）通过4个螺丝固定孔（5）与壳体上盖（1）连接固定，通过两个螺丝固定孔（6）与铝合金支架连接固定，测量控制主电路板（10）通过4个电路板固定孔（9）固定于壳体下盖（2），测量控制主电路板（10）与LCD液晶固定孔（11）、光照传感器固定孔（12）和温湿度传感器接口（8）、光照传感器接口（4）、电源开关（13）、LCD液晶显示屏（3）、射频天线接口（14）相连接；  

所述的采集器支架（16）采用铝合金材质的三脚架，支架上方连接一个三维云台（17），测量控制主机通过铝合金支架与三维云台连接固定。

2.根据权利要求1所述的设施温室监控中的温湿度、光照采集器，其特征在于所述主电路板（10）由MSP430F149单片机及其外围电路构成。

3.根据权利要求1所述的设施温室监控中的温湿度、光照采集器，其特征在于所述射频天线频率为2.4GHz，增益为3dBi，采用SMA内螺内针针头。