CN204115761U - 微气候监测仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种微气候监测仪,能够决现有技术中微气候检测仪只能采集固定位置信息，且采集的信息比较单一的问题，本申请中的微气候检测仪包括处理系统和监测环境温度和监测环境湿度的温湿度传感器、监测环境光照度的光照度传感器以及监测环境土壤水分的土壤水分传感器，还包括将任一传感器采集到的数据进行显示处理的显示单元和/或将任一传感器采集到的数据进行远程传输的无线传输模块。避免了现有技术中微气候检测仪只能采集固定位置信息，且采集的信息比较单一的问题，提高了用户的满意度。
Description
技术领域
本实用新型涉及微气候监测领域，尤其涉及一种微气候监测仪。
背景技术
目前，微气候监测技术对于室内环境主要应用于温棚中，目的在于对温棚中植物生长的环境进行监测，该情况中，多数采用有线的方式实时进行数据的采集和传输，在此情况中，虽然能够实现实时数据的观测，但耗材较多，且不易移动监测；对于室外环境主要采用无线通信技术进行数据的采集和传输，该情况中，虽然克服了微气候监测存在的不易移动的问题，但是采用无线通信技术采集的数据比较单一，不利于微气候状况的整体分析。因此，如何方便的进行微气候数据的采集和全面的分析是本申请亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供了一种微气候监测仪，包括处理系统和至少由监测环境温度和监测环境湿度的温湿度传感器、监测环境光照度的光照度传感器以及监测环境土壤水分的土壤水分传感器组成的传感器组；还包括将传感器组中任一传感器采集到的数据进行显示处理的显示单元和/或将传感器组中的任一传感器采集到的数据进行远程传输的无线传输模块。
在本申请的一实施例中，所述温湿度传感器和所述光照度传感器将采集到的数据转换为数字量后通过所述处理系统发送到所述无线传输模块和/或在所述显示单元上进行显示；所述土壤水分传感器将采集到的模拟数据换算为土壤水分值后通过所述处理系统发送到所述无线传输模块和/或在所述显示单元上进行显示。
在本申请的一实施例中，所述温湿度传感器、光照度传感器、土壤水分传感器、显示单元以及无线传输模块通过串口方式与处理系统通信。
在本申请的一实施例中，设置监测中心，所述无线传输模块将接收到的数据远程传输到监测中心，所述监测中心包括移动终端和/或下位机终端，所述移动终端用于对无线传输模块传输过来的数据进行处理显示；所述下位机终端用于对无线传输模块传输过来的数据进行记录和保存。
在本申请的一实施例中，所述温湿度传感器为SHT15型数字温湿度传感器；所述光照度传感器为NHZD10CU型数字光照度传感器；所述土壤水分传感器为TM-100型模拟传感器；所述无线传输模块为APC220模块。
在本申请的一实施例中，所述处理系统为Arduino扩展板。
本实用新型的有益效果：本实用新型公开了一种微气候监测仪,能够决现有技术中微气候检测仪只能采集固定位置信息，且采集的信息比较单一的问题，本申请提供的微气候检测仪，包括处理系统和监测环境温度和监测环境湿度的温湿度传感器、监测环境光照度的光照度传感器以及监测环境土壤水分的土壤水分传感器，还包括将任一传感器采集到的数据进行显示处理的显示单元和/或将任一传感器采集到的数据进行远程传输的无线传输模块，与现有技术相比，本申请中的微气候监测仪能够移动采集周围环境中的气候，同时也可采集周围环境中的多个信息，例如，环境温度，湿度以及光照度等信息，采用本申请中的微气候检测仪，解决了现有技术中微气候检测仪只能采集固定位置信息，且采集的信息比较单一的问题，提高了用户的满意度。
附图说明
图1是本实用新型第一实施例提供的一种微气候监测仪结构示意图。
图2是本实用新型第二实施例提供的一种微气候监测仪电路结构示意图。
图3是本实用新型第二实施例提供的一种接收终端电路结构示意图。
图4是本实用新型第二实施例提供的另一种微气候监测仪电路结构示意图。
图5是本实用新型第二实施例提供的温湿度传感器软件设计示意图。
图6是本实用新型第二实施例提供的土壤水分传感器软件设计示意图。
图7是本实用新型第二实施例提供的下位机显示界面图。
图8是本实用新型第二实施例提供的温湿度测量值与实际值对比图。
图9是本实用新型第二实施例提供的光照度测量值与实际值对比图。
图10是本实用新型第二实施例提供的土壤水分测量值与实际值对比图。
图11是本实用新型第二实施例提供的各传感器端的技术参数图表。
图12是本实用新型第二实施例提供的移动终端的技术参量图表。
具体实施方式
为了对本申请能够更好的理解，下面结合具体的实施例对本申请的内容做进一步说明：
实施例一：
图1是本实施例提供的一种微气候监测仪结构示意图，包括处理系统101，温湿度传感器102，光照度传感器103，土壤水分传感器104，显示单元105和无线传输模块106。
在本实施例中，温湿度传感器102、光照度传感器103和土壤水分传感器104采集周围环境中的温度数据、湿度数据、光照度数据和土壤水分值并将采集到的数据传输到处理系统101，处理系统101接收到数据后，将接收到的数据进行处理并在显示单元105上进行显示和/或将接受到的数据通过无线传输模块106传输到远程监控中心。
在本实施例中，温湿度传感器102、光照度传感器103以及土壤水分传感器104为微气候无线监测仪传感器组中的一部分，在本实施例中温湿度传感器102可以是温度传感器和湿度传感器两个独立的传感器，也可以是兼具有温度传感器功能和湿度传感器功能的一个兼容性传感器，在本实施例优选该温湿度传感器102是兼具有温度传感器和湿度传感器功能的兼容性传感器。
进一步地，在本实施例中，温湿度传感器102、光照度传感器103、显示单元105、土壤水分传感器104以及无线传输模块106分别通过串口方式与处理系统101进行通信，在本实施例中，优选温湿度传感器102、光照度传感器103、无线传输模块106通过I2C串行接口的方式与处理系统进行通信；土壤水分传感器104通过模拟接口与处理系统101进行通信。
进一步地，在本实施例中，温湿度传感器102和光照度传感器103将采集到的模拟数据转换为数字量，也即将采集到的数据进行A/D转换后，再将该转换后的数据通过处理系统101发送到无线传输模块106和/或在显示单元105上进行显示；土壤水分传感器104将采集到的模拟数据换算为土壤水分输出值后通过处理系统101发送到无线传输模块106和/或在显示单元105上进行显示。
进一步地，在本实施例中，无线传输模块106接收到数据后，将接收到的数据发送到监测中心，在本实施例中，该监测中心包括移动终端和/或下位机终端，优选地，在本实施例中，移动终端可以是方便用户携带的手持装置，例如，手机，平板电脑等。移动终端将远程传输过来的数据实时显示给用户，该显示包括数据显示和/或图表显示；下位机终端将远程传输过来的数据进行记录和保存，例如，将接收到的数据制作成方便用户查阅的表格形式。
实施例二：
图2是本实施例提供的一种微气候监测仪电路结构示意图，主要包括：处理系统，传感器组，显示单元以及无线传输模块，在本实施例中，优选处理系统为Arduino处理平台；传感器组包括温湿度传感器，光照度传感器以及土壤水分传感器，其中，优选温湿度传感器的型号为SHT15，光照度传感器的型号为NHZD10CU，土壤水分传感器的型号为TM-100；显示单元为12864液晶显示屏，无线传输模块型号为APC220，当然，在本实施例中，上述列举的几种具体处理期间器件仅为本实施例中为了具体说明优选的几种型号，在实际应用中，只要能够实现本实施例中对应器件功能的其他型号的类似器件都属于本实施例请求保护的范围。
通过图2可知，本申请中的微气候监测仪系统采用Arduino处理平台，为温湿度传感器SHT15，12864液晶显示屏，无线传输模块APC220，光照度传感器NHZD10CU以及土壤水分传感器TM-100提供有至少5V工作电压。
在本实施例中，温湿度传感器SHT15是一款由多个传感器模块组成的单片全校准数字输出相对湿度和温度的传感器，它采用了特有的工业级CMOS技术保证了极高的可靠性和卓越的长期稳定性。整个芯片包括校准的相对温度和湿度传感器， 1个14位的A/D转换器，还有1个I2C总线串行接口电路。每一个传感器都是在极为精确的湿度室中进行校准，校准系数预先存在OTP内存中。该传感器体积小7mm×5mm×3mm，可表面贴装，同时具有露点计算输出和自动断电功能。本实施例中，温湿度传感器SHT15在Arduino的扩展板上，集成了IIC口的读取口，将相应的线插在插口上，就可以进行数据的读取，在一定程度上简化了软件的书写。IIC是通过时钟线(SCK)和数据线(DATA)。SCK用来接收主机发送来的串行信号，使SHT15与主机保持同步。DATA为三态引出端，既可输入数据，亦可输出测量数据，不用成高阻状态。仅当DATA的下降沿过后且SCK处于上升沿时刻，才能更新数据。为了使数据信号为高电平。串行时钟最低频率没有限制，芯片可在极低频率下工作。SHT155程序流程如图6所示：分别包括芯片的复位；测温命令的写入；温度数据的读出；温度数值的计算；测湿命令的写入；湿度数据的读出；湿度数值的计算，在本实施例中，温湿度传感器SHT15测量出温湿度之后，必须要通过一定的算法进行转换，并且进行一定的温湿度数据的补偿才可实现测量数据的正确性计算。
在本实施例中，光照度传感器NHZD10CU输出模拟信号量，但是在读写的时候，是以I2C总线形式进行通信，具有较低的功耗，光源的依赖性不大等特点。在本实施例中，光照度传感器还可以优选型号为GY-30的光照度传感器，该芯片也是通过IIC总线端口进行数据的传递，和温湿度传感器SHT15都是数字类的芯片。如图4所示，是本实施例中提供的选用GY-30为光照度传感器的一种微气候监测仪电路结构示意图。
在本实施例中，土壤水分传感器TM-10是由不锈钢探针和防水探头构成，具有可长期埋设于土壤内使用，可经受长期电解，可经受土壤中的酸碱腐蚀(符合新疆的土质使用条件)；对表层和深层土壤进行定点监测和在线测量等特点，在本实施例中，土壤水分传感器TM-100传递的是模拟信号，输出电压在0-2V，土壤水分的标准计算公式为0.5*输出电压，最后得到土壤水分的值；在本实施例中，土壤水分传感器TM-100利用模拟口AO对土壤水分传感器的信号进行接收，通过Arduino处理平台进行处理，程序的编写如图7所示：包括命令的初始化；AO口收集数据；模拟量换算为土壤水分值；输出土壤水分值。
在本实施例中，显示单元和远程传输模块组成了接收终端，如图3所示，该接收终端用于将接收到的数据进行显示和远程传输。
本实施例中，微气候监测仪的具体处理过程包括：处理系统为Arduino为扩展板，光照度传感器NHZD10CU和土壤水分传感器TM-100分别与Arduino扩展板的扩展引脚PC5和PC0通过串口连接，温湿度传感器SHT15与Arduino扩展板的PB1和PB2引脚串口连接，12846液晶显示屏与Arduino扩展板的PD2，PD3和PD4引脚串行相互连接，无线传输模块APC220与Arduino扩展板的输出口（PD1）连接。
在本实施例中，优选温湿度传感器SHT15、光照度传感器NHZD10CU和土壤水分传感器TM-100将采集到的数据通过串口的方式传输到处理系统Arduino扩展板，Arduino扩展板将接收到的数据传输到接收终端，接收终端中的12864液晶显示屏进行显示的同时，将接收到的数据通过无线传输模块APC220传输到远端控制中心，远程控制中心包括移动终端和下位机终端，本申请中采集多元化环境信息数据，如环境温度，湿度，光照度以及土壤水分的数据信息，并将该多元化的信息数据进行显示以及远程传输等处理，使得环境微气候状况的分析更加全面和方便。
在本实施例中，移动终端用于将接收到的数据进行实时显示，方便用户及时了解周围环境状况；下位机终端用于将接收到的数据进行记录和保存，记录的方式包括将接收到的数据制作成方便用户查阅的表格。
为了进一步了解本申请中的微气候监测仪，本实施例中提供以下实验数据，对本申请中的微气候监测仪的实际应用情况作详细说明：
分别对采集到的数据与其他成品进行比对，测定并且改正，实现测量数据的可靠性。所有数据采用了浙江托普仪有限公司生产的农业气象监测仪进行对比，其中用到的传感器的型号分别为TP-TRHDP-1温湿度传感器、光照度传感器TP-PT-1、土壤水分传感器TP-SR-1。
首先对采集到的温湿度数据进行对比，初次进行数据对比的时候，发现数据的差值达到2.0左右，通过分析，在软件中，通过差值2对采集的数据进行调整，然后再次测量数据，以下是调整后的温湿度数据，利用excel绘制出了折线图，参见图8所示，通过这些折线图，发现光照度和温湿度的测量误差基本控制在1度左右，能够较为准确的测量温湿度值的大小。
针对光照度传感器，也进行了测量，实际测量值与本项目的测量值进行比对，根据测量数据绘制了excel表，并根据excel表绘制了曲线图，参见图9。
通过图像的对比，以及在实际采集中遇到的状况，发现光照度很多时候变化误差大，不仅仅是存在元器件上，更是存在于实际测量中。此光照度传感器应该水平放置，光照度会测量较为准确，更加相近，同时光照度传感器的位置不同，对光照度传感器的大小也有一定的影响，轻微的移动，就会发生较大的变化，这也是在经过多次调解以后，仍然存在的问题，故在使用中，应该水平放置，固定静止的测量数据。
针对土壤水分测量数据，将标准土壤水分值与实际中测量的数据进行对比，通过测量数据绘制了excel表，并根据excel表绘制了曲线图，参见图10。
通过以上数据分析可以发现，土壤水分也存在一些差异，一些数据的测量不准确，因此，也需要作校准处理。
根据各个传感器、以及各个元器件的供电情况，依据理论，以下对各硬件做一个总结：
各传感器端的技术参数，参见图11所示；移动终端的技术参量，参见图12所示。
在测量中，数值的测量会因为位置的不同而出现差异，并且光照度数据的变化较为频繁，所以在测量的时候，最好是固定某一高度，进行数据的采集和应用,会实现较好的效果。
JAVA语言已经较为普遍的成为程序员所喜好和使用的语言，本实用新型中的下位机也采用了java语言编写，能够实现对采集的数据进行存储，优选每5S将数据存储到excel中，为了防止excel出现崩溃的现象，每天可以创建2个excel表格，对数据按照时间进行存储，方便后面的数据分析，并能够对采集到的数据，绘制曲线图，便于观测微气候的变化。如图7所示，是本实施例中下位机根据采集的数据绘制的显示界面图形。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本申请的保护范围。
Claims (7)
1.一种微气候监测仪，其特征在于：包括处理系统和至少由监测环境温度和监测环境湿度的温湿度传感器、监测环境光照度的光照度传感器以及监测环境土壤水分的土壤水分传感器组成的传感器组；还包括将传感器组中任一传感器采集到的数据进行显示处理的显示单元和/或将传感器组中的任一传感器采集到的数据进行远程传输的无线传输模块；所述温湿度传感器为SHT15型数字温湿度传感器；所述光照度传感器为NHZD10CU型数字光照度传感器；所述土壤水分传感器为TM-100型模拟传感器；所述无线传输模块为APC220模块。
2.如权利要求1所述的微气候监测仪，其特征在于，所述温湿度传感器和所述光照度传感器将采集到的数据转换为数字量后通过所述处理系统发送到所述无线传输模块和/或在所述显示单元上进行显示；所述土壤水分传感器将采集到的模拟数据换算为土壤水分值后通过所述处理系统发送到所述无线传输模块和/或在所述显示单元上进行显示。
3.如权利要求1或2所述的微气候监测仪，其特征在于，所述温湿度传感器、光照度传感器、土壤水分传感器、显示单元以及无线传输模块通过串口方式与处理系统通信。
4.如权利要求3所述的微气候监测仪，其特征在于，设置监测中心，所述无线传输模块将接收到的数据远程传输到所述监测中心，所述监测中心包括移动终端和/或下位机终端，所述移动终端用于对无线传输模块传输过来的数据进行处理显示；所述下位机终端用于对无线传输模块传输过来的数据进行记录和保存。
5.如权利要求1或2所述的微气候监测仪，其特征在于，所述处理系统为Arduino扩展板。
6.如权利要求3所述的微气候监测仪，其特征在于，所述处理系统为Arduino扩展板。
7.如权利要求4所述的微气候监测仪，其特征在于，所述处理系统为Arduino扩展板。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN104729690A (zh) * | 2015-03-25 | 2015-06-24 | 山东科技大学 | 获取不同微气候条件下光照度变化规律的检测系统 |
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2014
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| CN104729690A (zh) * | 2015-03-25 | 2015-06-24 | 山东科技大学 | 获取不同微气候条件下光照度变化规律的检测系统 |
| CN104729690B (zh) * | 2015-03-25 | 2018-01-09 | 山东科技大学 | 获取不同微气候条件下光照度变化规律的检测系统 |
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