CN204405115U - 基于可穿戴设备的灌溉环境监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于可穿戴设备的灌溉环境监测装置，包括微处理器以及与微处理器连接的无线充电单元、蓄电池、无线通讯单元；所述微处理器包括充电控制单元、供电稳压单元、用于对检测信号进行处理的主处理器单元以及用于提供显示环境信息和发出灌溉控制指令的触控接口单元；所述充电控制单元、供电稳压单元、触控接口单元均分别与主处理器单元连接；所述无线充电单元与充电控制单元相连。本实用新型通过蓄电池供电，无需外接市电，安装简单；采用无线充电技术，减少充电端口，实现无导电接点外露，避免充电线的重复插入引起不必要的故障。

Description

基于可穿戴设备的灌溉环境监测装置

技术领域

本实用新型涉及灌溉环境监测的研究领域，特别涉及一种基于可穿戴设备的灌溉环境监测装置。

背景技术

我国传统农业的管理大多依靠人工完成，效率低下、工作量大、管理不科学。中小型农场设施现代化水平低，缺乏配套设施，存在可靠性和时效性问题。作物的灌溉大都采用漫灌或渠灌，且仅凭个人的经验选择水分补给时间。

目前，WSN(Wireless Sensor Network)及GPRS(General Packet RadioService)技术对能够农作物的整个生长周期内实现全天候，实时的灌溉环境监测数据将采集到的数据上传至远程服务器。服务器中的灌溉决策系统以无线监测系统采集的环境信息作为灌溉决策系统的数据基础实现灌溉。此技术的局限性在于灌溉环境监测数据存储和灌溉控制需要在远程服务器中完成，使用不方便，特别是在野外环境进行实地考察和作业时不适用。

可穿戴技术越来越多地应用于健康娱乐生活等领域，但是在农业上应用却很少。目前市场上的可穿戴应用产品仅仅提供底层数据采集及监测的服务，缺乏一种能够对一定区域的分布式传感控制设备进行管理的装置。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于可穿戴设备的灌溉环境监测装置。

为了到达上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种基于可穿戴设备的灌溉环境监测装置，包括微处理器以及与微处理器连接的无线充电单元、蓄电池、无线通讯单元；所述微处理器包括充电控制单元、供电稳压单元、用于对检测信号进行处理的主处理器单元以及用于提供显示环境信息和发出灌溉控制指令的触控接口单元；所述充电控制单元、供电稳压单元、触控接口单元均分别与主处理器单元连接；所述无线充电单元与充电控制单元相连。

优选的，所述充电控制单元包括充电管理电路和蓄电池电压监测电路，所述的无线充电单元、充电管理电路、蓄电池依次连接，所述的充电管理电路和蓄电池电压监测电路分别与主处理器单元连接，所述的蓄电池电压监测电路与蓄电池连接。

优选的，所述充电管理电路为基于锂电池的充电管理芯片，不仅用于向蓄电池提供正向充电电压和电流，还用于监测电路蓄电池的充电电压、电路和温度并自动控制充电的开启或关闭；蓄电池电压监测电路用于监测蓄电池的供电电压。

优选的，所述的供电稳压单元包括用于为主处理器和无线通讯单元供电的主稳压电路和用于为触控接口单元供电的扩展稳压电路，所述主稳压电路分别与蓄电池、主处理器单元、无线通讯单元连接；所述扩展稳压电路分别与蓄电池、触控接口单元、无线通讯单元连接。

优选的，所述主稳压电路和扩展稳压电路均采用相同的LDO稳压芯片.

优选的，所述触控接口单元包括显示电路、触摸监测电路以及触摸彩屏，所述显示电路与主处理器单元连接，触摸监测电路与无线通讯单元连接，显示电路和触摸监测电路均连接触摸彩屏。

优选的，所述的显示电路为触摸彩屏显示电路，所述的触摸监测电路为触摸彩屏触摸监测电路。

优选的，所述主处理器单元为STM32F103REG6单片机。

优选的，所述无线通讯单元为CC2530无线通讯单元。

优选的，所述无线充电单元为基于电磁感应的无线充电单元。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1.本实用新型通过蓄电池供电，无需外接市电，安装简单；采用无线充电技术，减少充电端口，实现无导电接点外露，避免充电线的重复插入引起不必要的故障。

2.本实用新型采用Zigbee无线自组网络实现全网中环境信息的数据融合，整个网络具有自动愈合功能，网络稳定性强。

3.本实用新型的采用低功耗的休眠/唤醒机制设计，降低装置的能量消耗，静态电流小于7mA，低功耗策略效果显著，待机时间长。

4.本实用新型体积小，适合穿戴在工作人员手腕上，携带方便，操作简单，实现防水外壳，适合野外环境使用。

附图说明

图1是本实用新型装置的整体结构框图；

图2是图1所示装置的详细结构框图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

如图1、图2所示，基于可穿戴设备的灌溉环境监测装置，，包括微处理器以及与微处理器连接的无线充电单元、蓄电池、无线通讯单元；所述微处理器包括充电控制单元、供电稳压单元、用于对检测信号进行处理的主处理器单元以及用于提供显示环境信息和发出灌溉控制指令的触控接口单元；所述充电控制单元、供电稳压单元、触控接口单元均分别与主处理器单元连接；所述无线充电单元与充电控制单元相连。

其中无线充电单元用于对蓄电池充电；主处理器单元用于对充电控制的检测信号、蓄电池电量的检测信号、触控接口单元的信号、无线通讯单元的信号进行处理；触控接口单元用于提供显示环境信息和发出灌溉控制指令的功能；供电稳压单元用于对微控制器、无线通讯单元、触控接口单元供电。

如图2所示，所述充电控制单元包括充电管理电路和蓄电池电压监测电路，所述的无线充电单元、充电管理电路、蓄电池依次连接，所述的充电管理电路和蓄电池电压监测电路分别与主处理器单元连接，所述的蓄电池电压监测电路与蓄电池连接

充电管理电路基于锂电池充电管理芯片，可用于向蓄电池提供正向充电电压和电流，用于监测电路蓄电池的充电电压、电路和温度并自动控制充电的开启或关闭；蓄电池电压监测电路用于监测蓄电池的供电电压。

主处理器单元可以通过蓄电池电压监测电路实现蓄电池供电电压的监测，通过触控接口单元在触摸彩屏上显示蓄电池的当前电量。

所述的供电稳压单元包括主稳压电路和扩展稳压电路，主稳压电路分别与蓄电池、主处理器单元、无线通讯单元连接，扩展稳压电路分别与蓄电池、触控接口单元、无线通讯单元连接。

其中主稳压电路用于主控制单元和无线通讯单元的供电，扩展稳压电路用于触控接口单元的供电。所述的无线通讯单元通过自身芯片IO口发出信号控制扩展稳压电路的片选端实现对触摸彩屏供电的开启或关闭。

其中主稳压电路和扩展稳压电路均采用相同的LDO稳压芯片，其输入电压范围为1.7～10.5V，输出电压范围在1.5～8.0v之间，能以0.1v间隔设定，并有电流限定、短路保护、过热保护功能。

所述的无线充电单元为基于电磁感应的无线充电单元，其输出电压为5V，输出电流为1A。

所述的蓄电池磷酸铁锂电池，其工作电压为3.2-4.1V，具备工作寿命长，不易爆，工作安全，耐高温，可满足野外恶劣环境使用。

所述的触控接口单元包括显示电路、触摸监测电路、触摸彩屏，显示电路与主处理器单元连接，触摸检测电路与无线通讯单元连接，显示电路和触摸监测电路均连接触摸彩屏。触摸彩屏能够提供工作人员和可穿戴的灌溉环境监测装置的人机交互，可实时动态显示采集到的环境信息。工作人员能够根据采集到的信息，通过操控触摸彩屏控制灌溉设备的开启或关闭。

所述的显示电路为触摸彩屏显示电路，所述的触摸监测电路为触摸彩屏触摸监测电路。

所述的主控制器单元为单片机，优选为STM32F103REG6单片机。

所述的无线通讯单元为CC2530无线通讯单元。

整个装置的静态工作电流可控制在7mA以下。

本实施例的工作原理：初始化工作；本装置的微控制器和无线通讯单元进入低功耗模式，采用休眠/唤醒机制。触摸彩屏无操作时，无线通讯单元每隔被10s唤醒一次，接收分布在环境中的传感器传来的环境信息数据，同时唤醒主处理器单元，并通过串口发给主处理器单元进行存储。触摸彩屏有操作时，触摸监测电路产生中断信号，唤醒无线通讯单元和主处理器单元，此时触摸彩屏恢复供电。通过触摸彩屏，工作人员能够查看采集到的环境信息数据，并能根据该数据判断是否需要开启或关闭灌溉设备。若需要控制灌溉设备，工作人员则通过触摸彩屏的相应触摸功能按钮发出控制信号。

本装置提供无线充电、电压监测、当前电量显示功能，确保工作人员通过查看电量信息或者电量不足报警信息及时为本装置充电。

本装置提供触摸彩屏校准、屏幕背光亮度设置、屏幕背光时间设置功能，方便工作人员根据个人需要和实际情况更改本装置的基本参数设置。

由上述装置实现的基于可穿戴设备的灌溉环境监测装置的工作过程，包括如下步骤：

(1)初始化装置，对触摸彩屏进行校准、设置屏幕背光亮度、屏幕背光时间。所述的设置屏幕背光亮度功能通过调节主处理器单元的“PWM(脉宽调制)信号”实现，所述的设置屏幕背光时间功能通过调用主处理器单元的定时器实现。当触摸彩屏背光关闭时，可点击触摸彩屏开启背光。

(2)装置放在无线充电单元发射平台进行充电，此时屏幕上弹出充电消息框，可显示当前电量，所述的显示当前电量功能通过主处理器单元向蓄电池电压监测电路发出监测命令，由蓄电池电压监测电路返回监测结果给主处理器单元显示实现。

(3)工作人员查看环境信息数据，触摸点击触摸彩屏主界面的环境监测界面。环境监测界面能够动态显示环境信息数据曲线，所述的环境信息包括土壤含水量、温度、湿度，所述的环境信息数据由分布式的传感器采集并无线发送，通过本装置的无线通讯单元接收来获取的，所述的无线通讯单元把接收的环境信息数据通过串口发送给主处理器单元，主处理器单元首先存储接收到的数据，再将数据通过触摸彩屏显示。

(4)工作人员根据本装置屏幕显示的数据，若判断此时作物需要灌溉，则触摸点击触摸彩屏主界面的灌溉控制界面，所述的灌溉控制界面提供灌溉设备开关或关闭、定时、定量灌溉触摸功能按钮，所述的触摸功能按钮将控制信号发送给主处理器单元，主处理器单元通过串口发送相应的控制信号给无线通讯单元，再由无线通讯单元将控制信号发送给灌溉设备进行相应的操作。

(5)当屏幕无任何操作并且屏幕背光关闭时，主处理器单元、无线通讯单元均进入低功耗模式，主处理器单元、无线通讯单元均在正常工作模式时触摸彩屏正常供电，当无线通讯单元执行进入低功耗模式指令前，无线通讯单元通过自身芯片IO口发出信号控制扩展稳压电路的片选端实现对触摸彩屏供电的关闭，所述的主处理器单元低功耗模式由无线通讯单元通过IO口发出的唤醒信号唤醒。

(6)所述的无线通讯单元低功耗模式由无线通讯单元的睡眠定时器中断信号或触摸检测电路外部中断信号唤醒，当所述的睡眠定时器产生定时器中断时，无线通讯单元和主控制器单元被唤醒，此时无线通讯单元接收来自传感器发来的环境信息数据并进行处理，通过串口将环境信息数据发送给主控制器单元，无线通讯单元和主控制器单元处理完数据数据之后进入低功耗模式，当所述的触摸检测电路产生外部中断时，无线通讯单元被唤醒，无线通讯单元通过自身芯片IO口发出信号控制扩展稳压电路的片选端实现对触摸彩屏供电的开启，同时发出唤醒信号唤醒主处理器单元。所述的睡眠定时器溢出时间为为10S，所述的触摸检测电路产生的外部中断由点击触摸彩屏动作产生。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于可穿戴设备的灌溉环境监测装置，其特征在于，包括微处理器以及与微处理器连接的无线充电单元、蓄电池、无线通讯单元；所述微处理器包括充电控制单元、供电稳压单元、用于对检测信号进行处理的主处理器单元以及用于提供显示环境信息和发出灌溉控制指令的触控接口单元；所述充电控制单元、供电稳压单元、触控接口单元均分别与主处理器单元连接；所述无线充电单元与充电控制单元相连。

2.根据权利要求1所述的基于可穿戴设备的灌溉环境监测装置，其特征在于，所述充电控制单元包括充电管理电路和蓄电池电压监测电路，所述的无线充电单元、充电管理电路、蓄电池依次连接，所述的充电管理电路和蓄电池电压监测电路分别与主处理器单元连接，所述的蓄电池电压监测电路与蓄电池连接。

3.根据权利要求2所述的基于可穿戴设备的灌溉环境监测装置，其特征在于，所述充电管理电路为基于锂电池的充电管理芯片，不仅用于向蓄电池提供正向充电电压和电流，还用于监测电路蓄电池的充电电压、电路和温度并自动控制充电的开启或关闭；蓄电池电压监测电路用于监测蓄电池的供电电压。

4.根据权利要求1所述的基于可穿戴设备的灌溉环境监测装置，其特征在于，所述的供电稳压单元包括用于为主处理器和无线通讯单元供电的主稳压电路和用于为触控接口单元供电的扩展稳压电路，所述主稳压电路分别与蓄电池、主处理器单元、无线通讯单元连接；所述扩展稳压电路分别与蓄电池、触控接口单元、无线通讯单元连接。

5.根据权利要求4所述的基于可穿戴设备的灌溉环境监测装置，其特征在于，所述主稳压电路和扩展稳压电路均采用相同的LDO稳压芯片.

6.根据权利要求1所述的基于可穿戴设备的灌溉环境监测装置，其特征在于，所述触控接口单元包括显示电路、触摸监测电路以及触摸彩屏，所述显示电路与主处理器单元连接，触摸监测电路与无线通讯单元连接，显示电路和触摸监测电路均连接触摸彩屏。

7.根据权利要求6所述的基于可穿戴设备的灌溉环境监测装置，其特征在于，所述的显示电路为触摸彩屏显示电路，所述的触摸监测电路为触摸彩屏触摸监测电路。

8.根据权利要求1所述的基于可穿戴设备的灌溉环境监测装置，其特征在于，所述主处理器单元为STM32F103REG6单片机。

9.根据权利要求1所述的基于可穿戴设备的灌溉环境监测装置，其特征在于，所述无线通讯单元为CC2530无线通讯单元。

10.根据权利要求1所述的基于可穿戴设备的灌溉环境监测装置，其特征在于，所述无线充电单元为基于电磁感应的无线充电单元。