CN204963904U - 温室环境云感知终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种温室环境云感知终端，包括：空气防辐射罩、太阳能电池板、电源供电管理系统、按键和显示屏、数据采集器和无线通讯天线；所述太阳能电池板与所述电源供电管理系统连接，所述电源供电管理系统与所述数据采集器连接，所述按键和显示屏、所述无线通讯天线均与所述数据采集器连接；所述太阳能电池板、所述按键和显示屏设置于所述空气防辐射罩外表面，所述数据采集器位于所述空气防辐射罩内部。通过该温室环境云感知终端，能够监测参数并发送至信息发布系统，支持短信报警，搭配显示设备支持现场数据查看，采用多面太阳能结构解决温室内能源供给问题，为科学调控温室环境提供决策依据。

Description

温室环境云感知终端

技术领域

本实用新型涉及数据通信领域，具体涉及一种温室环境云感知终端。

背景技术

温室作为设施农业中的典型类型，可以摆脱自然环境的限制，在人为控制环境下，实现周年生产，并大幅度提高土地产出率，解放劳动力，有效缓解粮食安全保障问题。影响作物生产的主要环境因素有空气温度、空气湿度、光合有效辐射、土壤温度、土壤含水量、二氧化碳浓度、叶面温度，对以上参数的实时监测和及时获取可以为实施反馈调控达到作物生长最佳状态提供依据，具有重要意义。

现阶段相对成熟的环境监测方式是采用微处理器搭配各种传感器采集环境信息，通过有线(RS485/232总线或控制器局域网络(ControllerAreaNetwork，CAN)总线)或无线(ZigBee或通用无线分组业务(GeneralPacketRadioService，简称GPRS)/全球定位系统(GlobalPositioningSystem，简称GPS))的方式发送给现场或远程监控中心进行处理。当前采用的方式有多种：有的采用集合太阳辐射、二氧化碳、空气温湿度于一体的温室环境监测复合传感器，通讯支持RS-485及SDI-12方式；有的通过GPRS网络自动上传光照和空气温湿度数据至远程数据中心，进行查看和分析；有的利用短程无线网络、GPRS网络和服务器，提供一种远程监测温室内空气温湿度、光照强度、二氧化碳浓度、土壤温湿度等环境参数的解决方案，但采用的短程无线网络稳定性及可靠性有待考证，并且生长现场缺乏直观的显示设备；有的把传感器节点采集空气温湿度后通过CAN总线汇聚到网关，再通过GPRS网络将信息发送到数据中心处理，实现大棚温室环境监测，但其只能监测空气温湿度，且在信息采集前端采用了有线方式，安装及维护不方便；有的利用光谱、视觉图像、红外温度探测等技术，结合空气温湿度、光照、光照强度、二氧化碳浓度和营养液的可溶性盐含量(ElectricalConductivity，简称EC)、酸碱度(PotentialofHydrogen，简称PH)值的检测，获取作物的生理状态信息和环境综合信息，但其监控计算机需放在生产现场，不能远程监测。

采用传统有线方式进行数据采集时，施工复杂，传输距离受限，维护困难；采用近程通过短距离无线网络进行数据采集和整合、远程通过GSM/GPRS进行数据传输的无线方式时，短距离无线网络的稳定性和可靠性与GSM/GPRS网络相比具有较大差距，环境信息采集的实时性、有效性得不到保障，同时采用移动通信网络很多需要外部电源供电。另外，上述方案为了降低功耗在生产现场大都没有直观的显示设备，不能给在现场的用户提供实时的环境数据；采集的环境参数种类少，局限性较大。因此，在作物生产现场需要一种可监测多种环境参数、无线传输数据可靠性和安全性高、适合温室现场无需供电、可现场查看数据的温室环境监测设备。

实用新型内容

针对现有技术中传统有线方式施工复杂，传输距离受限，维护困难和短距离无线网络的稳定性和可靠性与GSM/GPRS网络相比具有较大差距，环境信息采集的实时性、有效性得不到保障，同时采用移动通信网络很多需要外部电源供电的问题，本实用新型提供了一种温室环境云感知终端。

本实用新型提出一种温室环境云感知终端，包括：空气防辐射罩、太阳能电池板、电源供电管理系统、按键和显示屏、数据采集器和无线通讯天线；

所述太阳能电池板与所述电源供电管理系统连接，所述电源供电管理系统与所述数据采集器连接，所述按键和显示屏、所述无线通讯天线均与所述数据采集器连接；

所述太阳能电池板、所述按键和显示屏设置于所述空气防辐射罩外表面，所述数据采集器位于所述空气防辐射罩内部。

优选地，所述数据采集器包括数据采集壳和电路板，所述电路板位于所述数据采集壳内部；

所述电路板包括：微处理器、实时时钟、存储模块、GPRS/GPS模块、传感器供电模块以及传感器接口；

所述实时时钟、所述存储模块、所述GPRS/GPS模块、所述传感器供电模块、所述传感器接口均与所述微处理器连接；

所述电源供电管理系统和所述微处理器连接。

优选地，所述空气防辐射罩包括顶盘、外扩测盘、中空盘和底盘；

所述数据采集壳固定在所述底盘的内侧面；

所述太阳能电池板、所述按键和显示屏均设置在所述外扩测盘的外表面；

所述顶盘、所述外扩测盘、所述中空盘和所述底盘通过固定螺丝串接在一起。

优选地，还包括内置循环风扇，所述内置循环风扇通过螺丝扣固定在所述中空盘的内侧面。

优选地，所述太阳能电池板有多个时，1个所述太阳能电池板与所述内置循环风扇连接；其余所述太阳能电池板并联连接，并与所述电源供电管理系统连接。

优选地，所述顶盘和所述底盘为塑料材质。

优选地，所述数据采集壳的上下两端包括若干开口，所述传感器供电模块和所述传感器接口经过所述开口与若干外部传感器电连接。

优选地，所述外部传感器包括空气温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤含水量传感器、光照强度传感器和二氧化碳浓度传感器。

优选地，所述电源供电管理系统包括充电芯片、可充电锂电池、低压差线性稳压器芯片、升压型直流-直流转换器、可调升压芯片；

所述太阳能电池板与所述充电芯片连接。

优选地，所述太阳能电池板可用直流电源代替。

由上述技术方案可知，本实用新型能够根据需求选择空气温湿度、土壤温度、土壤含水量、光照强度、CO2浓度等监测参数，通过运营商搭建的GSM/GPRS网络把数据发送至信息发布系统，支持短信报警，搭配显示设备支持现场数据查看，采用多面太阳能结构解决温室内能源供给问题，为科学调控温室环境提供决策依据，对促进作物安全、高产具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例提供的一种温室环境云感知终端的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例提供的一种温室环境云感知终端的结构连接图；

图3为本实用新型一实施例提供的一种温室环境云感知终端的网络结构图；

图4为本实用新型一实施例提供的一种温室环境云感知终端的数据交互图；

图5为本实用新型一实施例提供的一种温室环境云感知终端的充电和供电示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

图1示出了本实施例提供的一种温室环境云感知终端的结构示意图，包括：空气防辐射罩600、太阳能电池板100、电源供电管理系统200、按键和显示屏400、数据采集器300和无线通讯天线500；

所述太阳能电池板100与所述电源供电管理系统200连接，所述电源供电管理系统200与所述数据采集器300连接，所述按键和显示屏400、所述无线通讯天线500均与所述数据采集器300连接；

所述太阳能电池板100、所述按键和显示屏400设置于所述空气防辐射罩600外表面，所述数据采集器300位于所述空气防辐射罩600内部。

上述温室环境云感知终端采用多面太阳能结构解决温室内能源供给问题，为科学调控温室环境提供决策依据，对促进作物安全、高产具有重要意义。

作为本实施例的优选方案，如图2所示的本实施例提供的一种温室环境云感知终端的结构连接图，所述数据采集器300包括数据采集壳310和电路板320，所述电路板320位于所述数据采集壳310内部。

具体地，所述电路板320包括：微处理器、实时时钟、存储模块、GPRS/GPS模块、传感器供电模块以及传感器接口；所述实时时钟、所述存储模块、所述GPRS/GPS模块、所述传感器供电模块、所述传感器接口均与所述微处理器连接；所述电源供电管理系统200和所述微处理器连接。

所述空气防辐射罩600包括顶盘610、外扩测盘620、中空盘630和底盘640；所述空气防辐射罩通过所述顶盘610的固定螺丝孔位650串接在一起。所述顶盘610和所述底盘640为白色塑料材质，所述数据采集壳310置于所述空气防辐射罩600内部，与白色塑料底盘640固定一体，固定在所述底盘640的内侧面；所述太阳能电池板100、所述按键和显示屏400均设置在所述外扩测盘620的外表面；所述顶盘610、所述外扩测盘620、所述中空盘630和所述底盘640通过固定螺丝660串接在一起。

本实施例还包括内置循环风扇700，所述内置循环风扇700通过4个螺丝扣固定在所述中空盘630的内侧面。

针对温室内光照不均匀，可用能源供给不足，采用混合多面太阳能结构，代替昂贵追日系统。举例来说，所述太阳能电池板100有4个，其中1个所述太阳能电池板100与所述内置循环风扇700连接，用于为系统和所述内置循环风扇700供电，当太阳辐射越强太阳能板地宫的电压电流都会增加循环风扇的转速提高通风效率；其余3个太阳能电池板100并联连接，并与所述电源供电管理系统200连接，3个太阳能板面向不同方向，能够延长太阳充电时间。

所述数据采集壳310包括若干上端开口311和若干下端开口312，所述传感器供电模块和所述传感器接口经过所述上端开口311和所述下端开口312与若干外部传感器电连接。

具体地，所述外部传感器包括空气温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤含水量传感器、光照强度传感器和二氧化碳浓度传感器。气体传感器以及采集器置于空气防辐射罩600内，提高设备抗环境干扰能力防止传感器损坏或使其产生测量误差，避免因太阳光直射致使传感器出现老化或测量不准。

所述电源供电管理系统包括充电芯片、可充电锂电池、低压差线性稳压器芯片、升压型直流-直流转换器、可调升压芯片；所述太阳能电池板与所述充电芯片连接。

设计低功耗策略，设备绝大部分时间都处在整体休眠状态，对于功耗大的GSM/GPRS模块通过电源开闭极大程度的降低功耗；电源开关330位于底部，用于所述电源供电管理系统200的开闭。

在本实施例中，所述太阳能电池板100可用直流电源代替。

为了更详细地说明本实用新型的温室环境云感知终端，以下对其使用环境的网络结构、数据交换情况以及充电和供电情况进行描述。

图3示出了本实施例提供的一种温室环境云感知终端的网络结构图，其中温室环境云感知终端负责采集环境参数信息，运营商提供的GSM/GPRS网络负责数据传输，通过信息发布系统(如个人电脑(PersonalComputer，简称PC、平板电脑、智能手机)进行信息提示或报警。

图4示出了本实施例提供的一种温室环境云感知终端的数据交互图，主要包括太阳能电池板100及电源供电管理系统200、微处理器MSP430F2418、低功耗OLED显示屏、高精度实时时钟、大容量存储设备、按键面板、GPRS/GSM模块及传感器接口。太阳能电池板100及电源供电管理系统200向整个设备(包括传感器)提供电源解决方案；微处理器作为核心，统一管理各模块实现采集、显示、存储及发送等功能；OLED显示屏是输出设备，向外界提供直观的数据显示；按键面板是输入设备，用户可使用它对设备参数进行设置；高精度实时时钟提供精确的时间信息；大容量存储设备，掉电数据不丢失的闪存芯片，用来存储已采集的环境参数数据；GSM/GPRS模块负责把数据通过运营商提供的网络发送出去；目前，传感器接口可同时接空气温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤含水量传感器、光照强度传感器、二氧化碳传感器，还可扩展支持叶面温度传感器、光合有效辐射传感器。

图5示出了本实施例提供的一种温室环境云感知终端的充电和供电示意图。太阳能电池板100及电源供电管理系统200是设备的电源支撑，是设备持续工作的基础。本实施例采用如下充电供电机制和设备低功耗策略：四块标称6V/200mA的太阳能电池板采集清洁无污染的太阳能，由充电芯片BQ2410转换成电能，向3.7V/6Ah的锂电池充电，电源管理芯片BQ2410可编程充电电流，最大可达800mA，是一款单输入、单节锂离子电池太阳能充电控制器。锂电池输出的3.7V电压分为多路，一路通过低压差线性稳压器芯片TP78233将电压转换为3.3V，然后再分为数字电压和模拟电压，分别向微处理器、多种数字传感器和模拟传感器供电；一路经过升压型DC-DC转换器MAX1688ESA升压扩流后输出稳定的4V/2A加到GSM/GPRS模块SIM900A的电源端；还有一路接入输出编程可调升压芯片TPS61081，获得5～24V的多种输出电压以兼容有特殊供电需求的传感器。由图4可以看出设备采用分级、分离式供电，可一定程度上降低功耗，为确保设备在较长时间内可持续工作、不必更换电池，除采用太阳能供电之外，设备在设计时便采取了一系列的低功耗策略：a、硬件是实现低功耗的基础，选用低功耗元器件，比如选取的低压差线性稳压器TPS78233具有低至0.5uA的超低静态电流，各功能模块都具有休眠功能；b、绝大部分时间处于整体休眠状态，有异常事件发生时按需要唤醒一个或多个模块，执行功能结束后再次休眠；c、除必要不能断电的器件，其他元器件和模块利用各电源芯片的使能功能设置软件开关，用则打开对应电源、不用则关闭；d、微处理器的各引脚与外围器件相连接，可能会因为电平不一致产生漏电流或拉电流，为避免这种情况，对IO引脚电平进行微调，使其与外部所接电平保持匹配。

温室环境云感知终端的具体工作流程如下：终端首先进行一系列的初始化，主要包括：关闭看门狗；配置系统时钟，按需要开启分离式供电系统的部分电源；为降低功耗，配置未使用的引脚，避免额外的电流消耗；显示屏、存储器、实时时钟及GSM/GPRS等模块的初始化；从微处理器的内部Flash(掉电不丢失)读取用户上次设置的参数值，进行现场恢复。然后，微处理器进入低功耗模式并使能中断，设备整体处于休眠状态，这是设备低功耗的主要策略之一：休眠->中断唤醒->处理中断事件->再次休眠。微处理器从深度睡眠状态被唤醒，只有三种情况：进行人机界面设置，结合按键面板和显示屏直观的对日期时间、采集间隔、发送时间、手机号码、IP地址、端口号、气温、湿度、地温、土湿、光强、二氧化碳上下限等参数进行设置，并写入微处理器内部Flash，确保设备在复位或意外掉电时，用户设置得以保存；数据采集，采集间隔到时，微处理器驱动传感器采集当前的环境数据，存入外部大容量存储芯片，如果超出用户设置的各环境参数上下限，设备会向设置的手机号码发送报警短信，通知用户及时处理，同时，判断是否达到数据发送条件，若符合条件，设备会向设置的IP地址发送数据，用户可远程进行环境参数监控；环境数据即时显示，与环境采集类似，但区别在于只进行采集、显示，但不进行存储、发送，目的在于向用户提供生产现场环境参数即时查看的功能。

本实用新型采用混合多面太阳能结构，能够延长设备温室室内充电时间，弱光时依然能够充电，满足终端能源需求；采用低功耗设计，主动上传模式和电源管理模式将能耗降为最低；作为云服务终端，可以向上服务器提供数据，亦可向下用户提供报警信息，为大数据云服务系统提供可靠数据支撑；将数据采集器置于防辐射罩中使设备受保护，提升设备抗高温高湿、喷洒水等环境，提高终端环境适应性。

应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

以上实施方式仅适于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种温室环境云感知终端，其特征在于，包括：空气防辐射罩、太阳能电池板、电源供电管理系统、按键和显示屏、数据采集器和无线通讯天线；

所述太阳能电池板与所述电源供电管理系统连接，所述电源供电管理系统与所述数据采集器连接，所述按键和显示屏、所述无线通讯天线均与所述数据采集器连接；

所述太阳能电池板、所述按键和显示屏设置于所述空气防辐射罩外表面，所述数据采集器位于所述空气防辐射罩内部。

2.根据权利要求1所述的终端，其特征在于，所述数据采集器包括数据采集壳和电路板，所述电路板位于所述数据采集壳内部；

所述电路板包括：微处理器、实时时钟、存储模块、通用无线分组业务GPRS/全球定位系统GPS模块、传感器供电模块以及传感器接口；

所述实时时钟、所述存储模块、所述GPRS/GPS模块、所述传感器供电模块、所述传感器接口均与所述微处理器连接；

所述电源供电管理系统和所述微处理器连接。

3.根据权利要求2所述的终端，其特征在于，所述空气防辐射罩包括顶盘、外扩测盘、中空盘和底盘；

所述数据采集壳固定在所述底盘的内侧面；

所述太阳能电池板、所述按键和显示屏均设置在所述外扩测盘的外表面；

所述顶盘、所述外扩测盘、所述中空盘和所述底盘通过固定螺丝串接在一起。

4.根据权利要求3所述的终端，其特征在于，还包括内置循环风扇，所述内置循环风扇通过螺丝扣固定在所述中空盘的内侧面。

5.根据权利要求4所述的终端，其特征在于，所述太阳能电池板有多个时，1个所述太阳能电池板与所述内置循环风扇连接；其余所述太阳能电池板并联连接，并与所述电源供电管理系统连接。

6.根据权利要求3所述的终端，其特征在于，所述顶盘和所述底盘为塑料材质。

7.根据权利要求2所述的终端，其特征在于，所述数据采集壳的上下两端包括若干开口，所述传感器供电模块和所述传感器接口经过所述开口与若干外部传感器电连接。

8.根据权利要求7所述的终端，其特征在于，所述外部传感器包括空气温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤含水量传感器、光照强度传感器和二氧化碳浓度传感器。

9.根据权利要求1所述的终端，其特征在于，所述电源供电管理系统包括充电芯片、可充电锂电池、低压差线性稳压器芯片、升压型直流-直流转换器、可调升压芯片；

所述太阳能电池板与所述充电芯片连接。

10.根据权利要求9所述的终端，其特征在于，所述太阳能电池板可用直流电源代替。