CN206960911U - 基于Lora技术的无线智能花箱控制器 - Google Patents

Abstract

一种基于Lora技术的无线智能花箱控制器，包括直流电源供给单元、微处理器单元、Lora无线通信单元、加速度传感器单元、土壤湿度检测单元、浇灌和照明控制单元、接线连接座和防水外壳单元。其中的直流电源供给单元包含5V直流输出端和3.3V直流输出端给各个功能单元供电。Lora无线通信单元通过SPI接口连接到微处理器单元，由微处理器控制Lora无线通信单元的收发操作，加速度传感器单元通过I2C接口连接到微处理器单元，土壤湿度检测单元连接到微处理器单元的一个GPIO口上，浇灌和照明控制单元连接到微处理器单元两个独立GPIO口上。通过和主机的配合，可实现远程手机控制花箱浇灌和亮化照明，以及实时检测花箱湿度和加速位移功能。

Description

基于Lora技术的无线智能花箱控制器

技术领域

本实用新型涉及一种基于Lora技术的无线智能花箱控制器，特别涉及智能化城市建设中的需要远距离智能控制的应用领域，具体给出基于Lora技术的无线智能花箱控制器设计结构。

背景技术

在目前智慧城市建设过程中，花箱对城市绿化和美化起到非常重要的作用，可以吸收尾气净化城市空气环境，夜间花箱上的LED照明也起到美化和造景作用。然而目前市面上相应的花箱产品都需要人工浇水和费事和费力，不同的天气情况下花卉缺水等情况都需要人工管理，一旦疏漏容易出现花卉死亡现象，同时夜间缺乏LED照明使得花箱在马路等位置上容易被碰撞产生交通事故，也缺乏马路和桥梁的造景作用。

随着物联网技术的不断发展，采用无线通信技术将城市中的花箱联网起来并实现智能化操作，将极大提高城市智能化水平，但是目前大部分的无线模块通信距离有限难以覆盖花箱所在的区域，并且容易受到各种干扰导致稳定性下降。为解决这样的问题，本实用新型提出一种基于Lora技术的无线智能花箱控制器，内置具有长距离低功耗通信能力的Lora模块并将碰撞检测、浇灌、LED照明、土壤湿度等功能集成在一起，可以在长距离范围内连接网关并进一步连接到远程服务器上，通知控制中心电脑和管理员手机。反之管理员手机可随时查看土壤湿度和操作浇灌任何远程物联网智能花箱，并可以在系统中随意设置定时时间，实现自动远程下发命令浇水功能，并可以设置浇水时间和土壤湿度绑定自动浇灌。夜间可手动远程或者自动定时点亮花箱LED照明美化城市功能，提升城市管理智能化和自动化水平。

实用新型内容

一种基于Lora技术的无线智能花箱控制器，括直流电源供给单元、微处理器单元、Lora无线通信单元、加速度传感器单元、土壤湿度检测单元、浇灌和照明控制单元、接线连接座和防水外壳单元；所述的直流电源供给单元包含5V直流输出端和3.3V直流输出端，其中5V直流输出端连接到浇灌和照明控制单元，3.3V直流输出端连接到微处理单元、Lora无线通信单元、加速度传感器单元、土壤湿度检测单元；所述的Lora无线通信单元通过SPI接口连接到微处理器单元，由微处理器控制Lora无线通信单元的收发操作。加速度传感器单元通过I2C接口连接到微处理器单元，土壤湿度检测单元连接到微处理器单元的一个GPIO口上，浇灌和照明控制单元连接到微处理器单元的两个独立GPIO口上。

进一步地，所述的直流电源供给单元，包括12V转5V部件和5V转3.3V部件，其中12V转5V部件由DC-DC转换芯片和电路构成，实现较高的转换效率；5V转3.3V由线性稳压器件完成，实现低成本和高精度的稳压转换。

进一步地，所述的Lora无线通信单元通过SPI接口连接到微处理器单元的方法为：Lora无线通信单元为采用半孔封装的无线模块，通过贴片方式焊接到无线智能花箱控制器的PCB母板上，微处理器单元的MOSI、MISO、SCK、CSN引脚各自通过一个零欧姆电阻后逐一连接到Lora无线通信单元相应的MOSI、MISO、SCK和CSN半孔引脚上，从而使得微处理器单元可以通过SPI接口读写Lora无线通信单元实现无线收发操作。

进一步地，所述的加速度传感器单元通过I2C接口连接到微处理器单元的方法为：加速度传感器的SCL引脚、SDA引脚、INT1引脚逐一连接到微处理器单元的SCL引脚、SDA引脚、一个GPIO口上，并且SCL引脚和SDA引脚各自通过一个上拉电阻连接到电源正极实现IO口上拉操作；微处理器单元通过I2C接口写入初始化参数到加速度传感器单元，加速度传感器单元检测到事件后通过INT1引脚用中断方式通知微处理器单元，再由微处理器单元通过I2C接口读取加速度传感器单元的数据。

进一步地，所述的土壤湿度检测单元进一步包括PCB叉针传感器和湿度信号处理电路，其中的PCB叉针传感器由包含铜箔和过孔的两个电极组成，用于探测土壤原始的电阻值，湿度信号处理电路由运放电路构成，PCB叉针传感器的输出端连接到运放电路的输入端，运放电路的输出端连接到微处理器单元的一个GPIO端口，从而实现湿度检测和读取功能。

进一步地，所述的浇灌和照明控制单元，其照明控制组件采用微处理器的GPIO口驱动三极管放大电路控制继电器线圈通断，进一步控制连接在继电器触点两端的LED照明灯带开关；浇灌控制组件采用微处理器的GPIO口启动三极管通断，进一步驱动功率MOS管开关进行马达开关控制。

进一步地，接线连接座包含间距均为2毫米的6Pin插座和2Pin插座，其中6Pin插座包含了土壤湿度信号引脚，电源信号引脚和马达控制引脚，2Pin插座包含了LED灯光控制引脚，通过插件方式焊接在母板上；所述的防水外壳单元为防水等级为IP67的长方体外壳，电路板通过螺丝固定在防水外壳内部的底部，防水外壳通过两个侧边开孔连接防水接线柱方式，将信号线通过接线柱引出壳体外边。

附图说明

图1是本实用新型的基于Lora技术的无线智能花箱控制器结构框图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施实例对本技术方案进行进一步说明。

图1为一种基于Lora技术的无线智能花箱控制器总体结构图，其中的直流供电单元包含由LM2596专用电源转换芯片和外围电路构成的DC-DC转换，将输入的12V直流输入转换成为5V直流输出，给两路宏发HF32F继电器供电，其中一路继电器的两个触点端分别连接12V电源正极和抽水马达正极，用于控制浇灌操作功能，另外一路继电器的两个触点分别连接12V电源负极和LED灯带正极，用于控制花箱照明灯带的工作。5V直流输出再次经过型号为AMS1117的LDO转换成稳定的3.3V直流输出，提供给微处理单元、Lora无线通信单元、加速度传感器单元、土壤湿度检测单元供电。

主控制器采用ST公司的stm8s103微控制器，供电电压3.3v并具有I2C、UART、GPIO扩展端口功能。Lora无线通信单元采用semtech公司的sx1278通信芯片，采用半空封装的贴片模块设计，贴片焊接到底板上和stm8s103连接。stm8s103微处理器的MOSI、MISO、SCK、CSN引脚各自通过一个零欧姆电阻后逐一连接到Lora无线通信单元相应的MOSI、MISO、SCK和CSN引脚，通过SPI接口和sx1278进行读写操作实现数据收发。

加速度传感器采用ADI公司的ADXL345数字加速度传感器监测碰撞事件，ADXL345的SCL引脚、SDA引脚、INT1引脚逐一连接到stm8s103微处理器单元的SCL引脚、SDA引脚，PD2口上，并且SCL引脚和SDA引脚各自通过一个10K欧姆电阻连接到电源正极实现IO口上拉。通过预先设定基准值和加速度传感器当前值，通过比较即可准确监测到当前的加速度和振动情况，并通过INT1引脚和stm8s103连接，通知微处理器进行数据读取和检测判断。

土壤检测传感器采用U型的PCB板做成测量电极，插入土壤中检测两个电极之间的电阻，并通过串联一个电阻测量电极两端的电压将其转换成为湿度的相对值，当湿度增加时候两个电极的电阻减小，采集的电压减小从而输出低电平表示土壤湿度增加。Lora模块、加速度传感器以及土壤湿度和主处理器连接。通过stm8s103的SPI口操作lora模块将湿度值通过网关上报给后台数据系统。控制器中的stm8s103的GPIO口通过串联一个1k的电阻后连接到NPN三极管S8050的基极，通过三极管放大后由集电极驱动继电器的线圈控制外接电器工作。

控制器外壳采用长96mm宽65mm高55mm的长方形防水塑料外壳，2个侧边各开9mm的孔。其中一端通过防水接线柱接入6芯的信号导线，其中依次包含信号VCC、GND、湿度信号GND、马达信号正极、GND。另外一端也通过防水接线柱连接灯带正极、GND信号。接线柱采用间距为2mm的信号插头，和焊接在地板上的插座对插实现信号连接。

Claims (7)

1.一种基于Lora技术的无线智能花箱控制器，其特征在于包括直流电源供给单元、微处理器单元、Lora无线通信单元、加速度传感器单元、土壤湿度检测单元、浇灌和照明控制单元、接线连接座和防水外壳单元；所述的直流电源供给单元包含5V直流输出端和3.3V直流输出端，其中5V直流输出端连接到浇灌和照明控制单元，3.3V直流输出端连接到微处理单元、Lora无线通信单元、加速度传感器单元、土壤湿度检测单元；所述的Lora无线通信单元通过SPI接口连接到微处理器单元，由微处理器控制Lora无线通信单元的收发操作，加速度传感器单元通过I2C接口连接到微处理器单元，土壤湿度检测单元连接到微处理器单元的一个GPIO口上，浇灌和照明控制单元连接到微处理器单元的两个独立GPIO口上。

2.根据权利要求1所述的基于Lora技术的无线智能花箱控制器，其特征在于所述的直流电源供给单元，进一步包括12V转5V部件和5V转3.3V部件，其中12V转5V部件由DC-DC转换芯片和电路构成，实现较高的转换效率；5V转3.3V由线性稳压器件完成，实现低成本和高精度的稳压转换。

3.根据权利要求1所述的基于Lora技术的无线智能花箱控制器，其特征在于所述的Lora无线通信单元通过SPI接口连接到微处理器单元的方法为：Lora无线通信单元为采用半孔封装的无线模块，通过贴片方式焊接到无线智能花箱控制器的PCB母板上，微处理器单元的MOSI、MISO、SCK、CSN引脚各自通过一个零欧姆电阻后逐一连接到Lora无线通信单元相应的MOSI、MISO、SCK和CSN半孔引脚上，从而使得微处理器单元可以通过SPI接口读写Lora无线通信单元实现无线收发操作。

4.根据权利要求1所述的基于Lora技术的无线智能花箱控制器，其特征在于所述的加速度传感器单元通过I2C接口连接到微处理器单元的方法为：加速度传感器的SCL引脚、SDA引脚、INT1引脚逐一连接到微处理器单元的SCL引脚、SDA引脚、一个GPIO口上，并且SCL引脚和SDA引脚各自通过一个上拉电阻连接到电源正极实现IO口上拉操作；微处理器单元通过I2C接口写入初始化参数到加速度传感器单元，加速度传感器单元检测到事件后通过INT1引脚用中断方式通知微处理器单元，再由微处理器单元通过I2C接口读取加速度传感器单元的数据。

5.根据权利要求1所述的基于Lora技术的无线智能花箱控制器，其特征在于所述的土壤湿度检测单元进一步包括PCB叉针传感器和湿度信号处理电路，其中的PCB叉针传感器由包含铜箔和过孔的两个电极组成，用于探测土壤原始的电阻值，湿度信号处理电路由运放电路构成，由PCB叉针传感器的输出端连接到运放电路的输入端，运放电路的输出端连接到微处理器单元的一个GPIO端口，从而实现湿度检测和读取功能。

6.根据权利要求1所述的基于Lora技术的无线智能花箱控制器，其特征在于所述的浇灌和照明控制单元，其照明控制组件采用微处理器的GPIO口驱动三极管放大电路控制继电器线圈通断，进一步控制连接在继电器触点两端的LED照明灯带开关；浇灌控制组件采用微处理器的GPIO口控制三极管通断，进一步驱动功率MOS管开关进行马达开关控制。

7.根据权利要求1所述的基于Lora技术的无线智能花箱控制器，其特征在于接线连接座包含间距均为2毫米的6Pin插座和2Pin插座，其中6Pin插座包含了土壤湿度信号引脚，电源信号引脚和马达控制引脚，2Pin插座包含了LED灯光控制引脚，6Pin插座和2Pin插座均通过插件方式焊接在母板上；所述的防水外壳单元为防水等级为IP67的长方体外壳，电路板通过螺丝固定在防水外壳内部的底部，防水外壳通过两个侧边开孔连接防水接线柱，将信号线通过防水接线柱引出壳体外边。