CN206628077U - 基于LoRa的环境数据采集装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于LoRa的环境数据采集装置，包括：控制器、温湿度采集模块、气体采集模块、放大滤波模块、电源模块、天线、外部控制模块；主要应用于将农业大棚内温度、土壤湿度、以及各种气体含量等信息通过LoRa模块无线传输给监控主机，实现对于环境的实时监控和远程应急控制。本实用新型对信号进行了放大、滤波处理，具有在复杂电磁环境下抗干扰、较远距离传输的等优点。
Description
技术领域
本实用新型属于无线扩频调制数据通信技术领域，具体涉及到一种基于LoRa的环境数据采集装置。
背景技术
随着各种便携式个人通信设备与工业电器设备的增加，人们在享受蜂窝移动通信系统带来的便利的同时，对短距离的无线与移动通信也提出了新的需求，这使得短距离无线通信异军突起，包括无线局域网(WLAN)、蓝牙(Blue-Tooth)技术、无线保真(Wi-Fi)、超宽带(UWB)、Zigbee以及扩频通信技术(LoRa)等各种热点技术相继出现，均展现出各自巨大的应用潜力。其中，采用扩频调制技术，高灵敏度、远距离传输且可靠性极高的LoRa技术作为无线传感器网络的主要支撑技术获得广泛的关注。LoRa作为一种新兴的远距离无线通信技术，推动着无线个人区域网络LR-WPAN(Low-Rate Wireless Personal Area Network)的发展，可以广泛应用于工业控制、家庭自动化、医疗护理、智能农业、消费类电子和远程控制等领域。
国内LoRa的研究起步较晚，并受芯片厂家数量、价格限制，再加上国内市场主要由国外仪器所占领，国内尚未见成熟的自主研制的LoRa产品。具体地，在智慧农业、智慧城市、智慧社区的现代化管理方式中，需要采集工作环境，特别是复杂环境下空间的气体含量、温度、湿度等多种信息，但是现在市场上还没有特别满足在复杂环境下的监测装置。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种设计合理、结构简单、操作方便、将采集到的环境的温度、土壤湿度、以及各种气体含量等信息通过LoRa模块无线传输给监控主机，实现对于环境的实时监控和远程控制相应的基于LoRa的环境数据采集装置。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：包括控制器、温湿度采集模块、气体采集模块、放大滤波模块、电源模块、天线、外部控制模块；
所述的控制器通过天线与上位机通过LoRa通信方式进行通信，所述的温湿度采集模块的输出端接控制器，用于采集环境的温度、湿度信息；所述的气体采集模块的输出端接控制器，用于采集环境的气体信息；所述的电源模块的输出端接控制器，用于给控制器供电，所述的控制器和天线之间设置有放大滤波模块，用于对天线收发的信号进行再次放大、滤波处理；所述的外部控制模块与控制器相连，用于驱动环境内外部设备工作。
优选地，本实用新型的控制器的型号为STM32F103ZET6，所述的控制器连接有RTC时钟模块，用于控制器处于休眠时继续进行内部计时，使控制器能准确计时唤醒，进入工作模式。
优选地，本实用新型的控制器上连接有报警模块，用于装置发生系统错误时报警。
优选地，本实用新型的温湿度采集模块为温湿度信号传感器，型号为HTU21D；气体采集模块为气体采集传感器，型号为CO2/S-100。
优选地，本实用新型的外部控制模块包括隔离器和继电器，所述的的隔离器的型号为BTS3410GTR-E。
优选地，本实用新型的放大滤波模块由放大芯片和π型滤波电路连接构成，所述的放大芯片的型号为RFX2401。
优选地，本实用新型的电源模块包括工作电源单元、上位机供电单元；所述的工作电源单元采用型号为HKS05003的电源芯片，上位机供电单元采用型号为AP1117Y33LA的电源芯片；所述的控制器通过工作电源单元供电，所述的工作电源单元通过上位机供电单元处理后为上位机提供3.3v电源。
优选地，本实用新型的控制器还连接有系统接口，所述的系统接口的型号为MOLEX436450500，具有电源输入端口、3.3V参考电压输入端口、接地端口、Rx端口和Tx端口，所述电源输入端口与所述工作电源单元相连，所述3.3V参考电压输入端口与所述上位机供电单元相连，所述控制器与所述上位机通过Rx端口和Tx端口进行通信。
本实用新型主要应用于将农业大棚内温度、土壤湿度、以及各种气体含量等信息通过LoRa模块无线传输给监控主机，实现对于环境的实时监控和远程应急控制。本实用新型对信号进行了放大、滤波处理，具有在复杂电磁环境下抗干扰、较远距离传输的等优点。
附图说明
图1是本实用新型一个是实施例的结构示意图。
图2是图1中电源模块4的结构示意图。
图中：1、天线；2、放大滤波模块；3、控制器；4、电源模块；5、温度湿度采集模块；6、气体采集模块；7、外部控制模块；8、RTC时钟模块；9、报警模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步详细说明，但本实用新型不限于下述的实施方式。
在图1、2中，本实施例的控制器3的型号为STM32F103ZET6，优选地，控制器3连接有RTC时钟模块8，用于控制器处于休眠时继续进行内部计时，使控制器3能准确计时唤醒，进入工作模式，控制器3上还连接有报警模块9，用于装置发生系统错误时报警，报警模块9可以为蜂鸣器或者LED指示灯。控制器3通过天线1与上位机通过LoRa通信方式进行通信，优选地，天线1采用+2dB放大的外置、高增益天线，保证本实用新型提供的基于LoRa的环境数据采集装置的通信距离可以达到10公里范围；为了使其具有复杂电磁环境下抗干扰、较远距离传输功能，在控制器3和天线1之间设置有放大滤波模块2，用于对天线收发的信号进行再次放大、滤波处理；放大滤波模块2由放大芯片和π型滤波电路连接构成，放大芯片的型号为RFX2401。电源模块4的输出端接控制器3，用于给控制器3供电，电源模块4由工作电源单元4-1、上位机供电单元4-2构成；工作电源单元4-1采用型号为HKS05003的电源芯片，上位机供电单元4-2采用型号为AP1117Y33LA的电源芯片；控制器3通过工作电源单元4-1供电，所述的工作电源单元4-1通过上位机供电单元4-2处理后为上位机提供3.3v电源，优选地，本实施例的控制器3还连接有系统接口，该系统接口的型号为MOLEX436450500，其采用20Pin插座，插座端子定义为电源输入、3.3V参考电压输出、地、Rx、Tx，其中电源输入接口和地接口分别与工作电源单元4-1相连，3.3V参考电压输入端口与上位机供电单元4-2相连，Rx和Tx接口分别于控制器3相连用于上位机与控制器3之间的通信。
本实施例的温湿度采集模块5的输出端接控制器3，用于采集环境的温度、湿度信息并通过IO传递给控制器3；优选地，本实施例的温湿度采集模块5为温湿度信号传感器，型号为HTU21D。气体采集模块6的输出端接控制器3，用于采集环境的气体信息，并通过IO传递给控制器3；优选地，本实施例的气体采集模块6为气体采集传感器，型号为型号为CO2/S-100。外部控制模块7与控制器3相连，用于驱动环境内外部设备工作；优选地，本实施例的外部控制模块包括隔离器和继电器，所述的的隔离器的型号为BTS3410GTR-E；当控制器3收到上位机发来的控制信息时，控制器3拉低拉高外部IO通过外部控制模块7来控制外部设备。
本实用新型的工作原理：
电源输入的4V～50V的电压输入经过系统接口的电源输入端口送入工作电源单元4-1中，工作电源单元4-1将电源输入电压转变为5V/3A后为控制器3的提供工作电压，与工作电源单元4-1相连的上位机供电单元4-2通过系统接口的3.3V参考电压输出端口为上位机提供工作电压，上位机通过系统接口上的Rx和Tx端口与控制器3的通信，当控制器3接收到上位机发送的设置参数信息后，就可以断开上位机，温湿度采集模块5、气体采集模块6可以实时采集环境的气体含量、温度、湿度等信息编码，通过LoRa无线的方式发送给作为上位机的监控主机，监控主机在接收到信息进行解码、自动分析、处理，并通过LoRa无线方式下发处理方法给本实用新型提供的基于LoRa的环境数据采集装置，本实用新型提供的基于LoRa的环境数据采集装置在接收到监控主机的处理信息后，通过外部控制模块7来实现对大棚的自动控制。
Claims (8)
1.一种基于LoRa的环境数据采集装置，其特征在于，包括：控制器、温湿度采集模块、气体采集模块、放大滤波模块、电源模块、天线、外部控制模块；
所述的控制器通过天线与上位机通过LoRa通信方式进行通信，所述的温湿度采集模块的输出端接控制器，用于采集环境的温度、湿度信息；所述的气体采集模块的输出端接控制器，用于采集环境的气体信息；所述的电源模块的输出端接控制器，用于给控制器供电，所述的控制器和天线之间设置有放大滤波模块，用于对天线收发的信号进行再次放大、滤波处理；所述的外部控制模块与控制器相连，用于驱动环境内外部设备工作。
2.根据权利要求1所述的基于LoRa的环境数据采集装置，其特征在于：所述的控制器的型号为STM32F103ZET6，所述的控制器连接有RTC时钟模块，用于控制器处于休眠时继续进行内部计时，使控制器能准确计时唤醒，进入工作模式。
3.根据权利要求1所述的基于LoRa的环境数据采集装置，其特征在于：所述的控制器上连接有报警模块，用于装置发生系统错误时报警。
4.根据权利要求1所述的基于LoRa的环境数据采集装置，其特征在于：所述的温湿度采集模块为温湿度信号传感器，型号为HTU21D；气体采集模块为气体采集传感器，型号为CO2/S-100。
5.根据权利要求1所述的基于LoRa的环境数据采集装置，其特征在于，所述的外部控制模块包括隔离器和继电器，所述的隔离器的型号为BTS3410GTR-E。
6.根据权利要求1所述的基于LoRa的环境数据采集装置，其特征在于：所述的放大滤波模块由放大芯片和π型滤波电路连接构成，所述的放大芯片的型号为RFX2401。
7.根据权利要求1～6任意一项所述的基于LoRa的环境数据采集装置，其特征在于：所述的电源模块包括工作电源单元、上位机供电单元；所述的工作电源单元采用型号为HKS05003的电源芯片，上位机供电单元采用型号为AP1117Y33LA的电源芯片；所述的控制器通过工作电源单元供电，所述的工作电源单元通过上位机供电单元处理后为上位机提供3.3v电源。
8.根据权利要求7所述的基于LoRa的环境数据采集装置，其特征在于：所述的控制器还连接有系统接口，所述的系统接口的型号为MOLEX436450500，具有电源输入端口、3.3V参考电压输入端口、接地端口、Rx端口和Tx端口，所述电源输入端口与所述工作电源单元相连，所述3.3V参考电压输入端口与所述上位机供电单元相连，所述控制器与所述上位机通过Rx端口和Tx端口进行通信。
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