CN207380034U - 墒情监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种墒情监测系统，包括：电源模块、墒情采集器以及与墒情采集器通讯连接的下位机，所述墒情采集器包括：主要由CPU构成的控制模块、多条用于探测土壤温度和湿度的温湿度传感电路以及与所述CPU连接的耦合信号隔离单元，所述温湿度传感电路输出信号，所述控制模块接收来自温湿度传感电路的信号、发送信号至下位机；所述耦合信号隔离单元包括：双通道数字隔离器、光电耦合器中的至少一种；所述电源模块为所述温湿度传感电路和控制模块供电。本实用新型的有益效果是：采用耦合信号隔离单元，设备运行稳定，减少维护成本。

Description

墒情监测系统

技术领域

本实用新型涉及土壤信息采集设备技术领域，具体涉及一种墒情监测系统。

背景技术

墒情，即土壤含水量，是影响农作物生长发育、区域干旱程度的重要指标，由于区域地形地貌、土壤物理化学特性 气象等因素的差异，致使区域墒情分布亦极不均匀，适时掌握区域土壤墒情的动态信息，对于提高抗旱管理水平，科学指导抗旱救灾，预防和减轻干旱灾害及其造成的损失，保障生活用水、生态用水、科学利用水资源具有十分重要的意义。对土壤墒情数据进行动态的、 实时的、 连续的监测， 需要适应时代的设备。

公开日为2013年2月20日的中国专利文献CN101846669B公开了一种土壤墒情自动监测终端机，其主要由：终端箱体、太阳能电池板、GPRS发射天线、避雷针、液晶显示屏、指示灯、控制开关、墒情传感器、温度传感器、湿度传感器、传感器插座、墒情屏蔽电路箱、通讯屏蔽电路箱、墒情电路板、通讯电路板、太阳能控制器、屏蔽电缆、太阳能蓄电池、导线组成。因野外环境复杂及各设备需耦合连接，该技术方案中，因未设置信号隔离，在商业化运行中无法稳定工作。

发明内容

本实用新型要解决的问题是提供一种墒情监测系统，其带有耦合信号隔离单元。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

设计一种墒情监测系统，包括：电源模块、墒情采集器以及与墒情采集器通讯连接的下位机，所述墒情采集器包括：主要由CPU构成的控制模块、多条用于探测土壤温度和湿度的温湿度传感电路以及与所述CPU连接的耦合信号隔离单元，所述温湿度传感电路输出信号，所述控制模块接收来自温湿度传感电路的信号、发送信号至下位机；所述耦合信号隔离单元包括：双通道数字隔离器、光电耦合器中的至少一种；所述电源模块为所述温湿度传感电路和控制模块供电。采用耦合信号隔离单元利于保证CPU的稳定运行。

优选的，所述温湿度传感电路的传感器为二合一型温湿度传感器，属于不同温湿度采集电路中的温湿度传感器用于安装在不同的高度上。通过选用二合一型的温湿度传感器集成，减少传感器与外界的接触，避免元器件及电路被腐蚀的概率；安装在不同高度上的温湿度传感器可以检测土壤的墒情分布，采集的信息更完整。

优选的，所述耦合信号隔离单元的输出端连接有RS485输出接口电路，所述墒情采集器与所述下位机通过RS485总线通讯连接。

进一步的，所述RS485输出接口电路包括：与所述耦合信号隔离单元输出端连接的RS485转换芯片、与所述RS485转换芯片的输出端连接的稳压单元和瞬态电压浪涌抑制单元。瞬态电压流涌抑制单元有助于抑制RS485总线内的信号波动，提高数据传输的安全性。

更进一步的，所述稳压单元包括：与所述RS485转换芯片的A引脚连接的上拉电阻R15以及与所述RS485转换芯片的B引脚连接的下拉电阻R16；所述瞬态电压浪涌抑制单元包括：依次串联连接的第一瞬态电压浪涌抑制器、第三瞬态电压浪涌抑制器和第二瞬态电压浪涌抑制器，所述第一瞬态电压浪涌抑制器和第二瞬态电压浪涌抑制器的另一端均接地，所述RS485转换芯片的A引脚、B引脚与所述第三瞬态电压浪涌抑制器的两端并联连接。

进一步的，所述RS485输出接口电路包括：与所述耦合信号隔离单元输出端连接的RS485转换芯片以及与所述RS485转换芯片的输出端连接的避雷单元。避雷单元避免雷电对设备的影响。

更进一步的，所述避雷单元包括：依次串联连接的第一放电管、第三放电管和第二放电管，所述第一放电管和第二放电管的另一端均接地，所述RS485转换芯片的A引脚、B引脚与所述第三放电管的两端并联连接。

再进一步的，所述温湿度传感器的输出信号为RS485信号，所述温湿度传感器的输出端与所述RS485输出接口电路连接。

优选的，所述墒情监测系统还包括：与所述下位机通讯连接的服务器。

进一步的，所述下位机为工控机，所述工控机连接有DTU，所述下位机通过DTU与接入网络的服务器通讯连接。

更进一步的，所述墒情监测系统还包括：接入通讯网络的手机，所述手机与所述服务器通讯连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果是：采用耦合信号隔离单元，设备运行稳定，减少维护成本。

附图说明

图1为一种墒情监测系统的原理框图。

图2为一种墒情监测系统中墒情采集器的温湿度传感器的探针安装示意图，其中，该5个温湿度传感器探针近似埋设于同一位置的不同高度上。

图3为电源模块的降压电路。

图4为控制模块的电气原理图。

图5为一种RS485输出接口电路。

图6为另一种RS485输出接口电路。

图中，11为墒情采集器，111-115为温湿度传感器，116为控制模块，117为耦合信号隔离单元，12为电源模块，121为太阳能电池，122为蓄电池，2为下位机，3为DTU，4为服务器，5为手机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本实用新型的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本实用新型，并不以任何方式限制本实用新型的范围。

下述实施例中，CPU型号为STM32F103V，温湿度传感器型号为KG50B3002，太阳能电池型号为DYS_60W，输出电压12VDC，蓄电池为AP0L-12型胶体蓄电池，额定电压12VDC，下位机为WLT-070工控机，DTU型号为USR-GPRS-730，双通道数字隔离器型号为ADUM1201，RS485转换芯片型号为SP3485，瞬态电压浪涌抑制器型号为P6KE 6.8CA，放电管型号为TED485。所涉及或依赖的程序均为简单程序或本技术领域的常规程序。

实施例1：一种墒情监测系统，参见图1-5，包括：电源模块12、墒情采集器11以及与墒情采集器11通讯连接的下位机2，墒情采集器11包括：主要由CPU构成的控制模块、多条用于探测土壤温度和湿度的温湿度传感电路以及与CPU连接的耦合信号隔离单元117，温湿度传感电路输出信号，控制模块接收来自温湿度传感电路的信号，发送信号至下位机2；耦合信号隔离单元117包括：双通道数字隔离器U12、光电耦合器U13中的至少一种，本实施例中，采用双通道数字隔离器U12和光电耦合器U13的结合，在其它实施例中，也可以采用两个双通道数字隔离器或三个光电耦合器；电源模块12为温湿度传感电路和控制模块112供电。采用耦合信号隔离单元利于保证CPU的稳定运行。

参见图1、图3，其中，电源模块12包括太阳能电池121、蓄电池122、降压电路，其中，太阳能电池121的正极与蓄电池122的正极连接，太阳能电池121的负极与蓄电池122的负极连接，由蓄电池122为温湿度传感电路和控制模块112提供电压。

参见图2，本实施例中，温湿度传感电路的传感器为二合一型温湿度传感器，属于不同温湿度采集电路中的温湿度传感器用于安装在不同的高度上。通过选用二合一型的温湿度传感器集成，减少传感器与外界的接触，避免元器件及电路被腐蚀的概率；安装在不同高度上的温湿度传感器可以检测土壤的墒情分布，采集的信息更完整。耦合信号隔离单元117的输出端连接有RS485输出接口电路，墒情采集器11与下位机2通过RS485总线通讯连接。参见图2，本实施例中，温湿度传感器有5个，对应的温湿度传感电路有5条。KG50B3002型温湿度传感器为四线型传感器，其中两条为6-24VDC宽电压供电，另两条为RS485总线输出。STM32F103V型CPU默认有5个USART输出口，均可连接RS485输出接口电路，因此采用其I/O接口模拟出一个RS485串口通讯端口用于连接上位机，如图4中的引脚54、引脚53、引脚52。

参见图5，本实施例中，RS485输出接口电路还包括：与耦合信号隔离单元117输出端连接的RS485转换芯片U11、与RS485转换芯片U11的输出端连接的稳压单元和瞬态电压浪涌抑制单元。瞬态电压流涌抑制单元有助于抑制RS485总线内的信号波动，提高数据传输的安全性。稳压单元包括：与RS485转换芯片U11的A引脚连接的上拉电阻R15以及与RS485转换芯片U11的B引脚连接的下拉电阻R16；瞬态电压浪涌抑制单元包括：依次串联连接的第一瞬态电压浪涌抑制器U14、第三瞬态电压浪涌抑制器U16和第二瞬态电压浪涌抑制器U15，第一瞬态电压浪涌抑制器U14和第二瞬态电压浪涌抑制器U15的另一端均接地，RS485转换芯片U11的A引脚、B引脚与第三瞬态电压浪涌抑制器U16的两端并联连接。

参见图1，墒情监测系统还包括：接入通讯网络的服务器4和接入通讯网络的手机5，本实施例中，下位机为工控机，工控机连接有DTU3，下位机2通过DTU3与服务器4通讯连接，手机与服务器通讯连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果是：采用耦合信号隔离单元，设备运行稳定，减少维护成本。

实施例2：本实施例与实施例1大部分相同，不同之处在于，参见图6，RS485的输出接口电路还包括：与耦合信号隔离单元117输出端连接的RS485转换芯片U11以及与RS485转换芯片U11的输出端连接的避雷单元。避雷单元用于避免雷电对设备的影响。

本实施例中，避雷单元包括：依次串联连接的第一放电管VR11、第三放电管VR13和第二放电管VR12，第一放电管VR11和第二放电管VR12的另一端均接地， RS485转换芯片U11的A引脚、B引脚与第三放电管VR13的两端并联连接。上述墒情监测系统的有益效果是，可避免野外环境中雷电对设备通讯的影响。

上面结合附图和实施例对本实用新型作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本实用新型宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本实用新型的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (10)

1.一种墒情监测系统，包括电源模块，其特征在于，还包括墒情采集器以及与墒情采集器通讯连接的下位机，所述墒情采集器包括：主要由CPU构成的控制模块、多条用于探测土壤温度和湿度的温湿度传感电路以及与所述CPU连接的耦合信号隔离单元，所述温湿度传感电路输出信号，所述控制模块接收来自温湿度传感电路的信号、发送信号至下位机；所述耦合信号隔离单元包括：双通道数字隔离器、光电耦合器中的至少一种；所述电源模块为所述温湿度传感电路和控制模块供电。

2.根据权利要求1所述的墒情监测系统，其特征在于，所述耦合信号隔离单元的输出端连接有RS485输出接口电路，所述墒情采集器与所述下位机通过RS485总线通讯连接。

3.根据权利要求2所述的墒情监测系统，其特征在于，所述RS485输出接口电路包括：与所述耦合信号隔离单元输出端连接的RS485转换芯片、与所述RS485转换芯片的输出端连接的稳压单元和瞬态电压浪涌抑制单元。

4.根据权利要求3所述的墒情监测系统，其特征在于，所述稳压单元包括：与所述RS485转换芯片的A引脚连接的上拉电阻R15以及与所述RS485转换芯片的B引脚连接的下拉电阻R16；所述瞬态电压浪涌抑制单元包括：依次串联连接的第一瞬态电压浪涌抑制器、第三瞬态电压浪涌抑制器和第二瞬态电压浪涌抑制器，所述第一瞬态电压浪涌抑制器和第二瞬态电压浪涌抑制器的另一端均接地，所述RS485转换芯片的A引脚、B引脚与所述第三瞬态电压浪涌抑制器的两端并联连接。

5.根据权利要求2所述的墒情监测系统，其特征在于，所述RS485输出接口电路包括：与所述耦合信号隔离单元输出端连接的RS485转换芯片以及与所述RS485转换芯片的输出端连接的避雷单元。

6.根据权利要求5所述的墒情监测系统，其特征在于，所述避雷单元包括：依次串联连接的第一放电管、第三放电管和第二放电管，所述第一放电管和第二放电管的另一端均接地，所述RS485转换芯片的A引脚、B引脚与所述第三放电管的两端并联连接。

7.根据权利要求2所述的墒情监测系统，其特征在于，所述温湿度传感电路的传感器为二合一型温湿度传感器，该温湿度传感器的输出信号为RS485信号，所述温湿度传感器的输出端与所述RS485输出接口电路连接；属于不同温湿度采集电路中的温湿度传感器用于安装在不同的高度上。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的墒情监测系统，其特征在于，所述墒情监测系统还包括：与所述下位机通讯连接的服务器。

9.根据权利要求8所述的墒情监测系统，其特征在于，所述下位机为工控机，所述工控机连接有DTU，所述下位机通过DTU与接入网络的服务器通讯连接。

10.根据权利要求9所述的墒情监测系统，其特征在于，所述墒情监测系统还包括：接入通讯网络的手机，所述手机与所述服务器通讯连接。