CN207718201U - 基于物联网的农田环境监测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于物联网的农田环境监测仪，涉及农田环境监测领域，包括主杆、第一横杆、第二横杆、三角支架；所述主杆的顶端和底端分别固定连接第一横杆和三角支架；所述第二横杆连接在主杆的侧壁，且位于第一横杆下方；所述第一横杆两端分别安装有风速传感器和风向传感器；所述第二横杆两端分别安装有空气温湿度检测模块和光照传感器；所述三角支架的底端设置有土壤湿度传感器；所述主杆的侧壁连接有控制箱；所述控制箱包括微处理器、信号调理电路、RS232扩充电路、USB存储器、时钟芯片、电源模块、ZigBee模块。不仅结构简单、便于安装，适用广泛、组网简单，而且监测全面、准确。

Description

基于物联网的农田环境监测仪

技术领域

本实用新型涉及农田环境监测领域，具体的说，是基于物联网的农田环境监测仪。

背景技术

农田是一种不可增长的自然资源，如何在有限的农田资源基础上，借助先进的科技手段来提高农田的生产效率、经济效益与环境效益已经成为我国必须要解决的重大课题，而信息技术与农业技术融合为解决上述问题提供了途径。

以往农户往往靠经验对大棚进行管理，这就很容易影响到对棚内作物管理的及时性和科学性。目前国内外利用信息技术与农业技术融合提出的物联网农田监测系统通常是以采集农田中多个地点的环境数据，然后传输到监控中心进行监看，以达到对大面积的农田进行高效监测、管理。因此设置在农田中用于采集农田环境信息的农田环境监测仪就变得非常关键，作为监测系统的感知层，农田环境监测仪能否检测准确直接决定了监测系统的准确性。而现有的监测仪往往存在检测不够全面、准确，成本较高，结构复杂、不易安装，功耗太大、使用寿命不长等缺陷。

有鉴于此，提供一种基于物联网的农田环境监测仪能够高效全面地对农田环境进行检测是非常有必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供基于物联网的农田环境监测仪，不仅结构简单、便于安装，适用广泛、组网简单，而且监测全面、准确。

本实用新型通过下述技术方案实现：基于物联网的农田环境监测仪，包括主杆、第一横杆、第二横杆、三角支架；所述主杆的顶端和底端分别固定连接第一横杆和三角支架；所述第二横杆连接在主杆的侧壁，且位于第一横杆下方；所述第一横杆两端分别安装有风速传感器和风向传感器；所述第二横杆两端分别安装有空气温湿度检测模块和光照传感器；所述三角支架的底端设置有土壤湿度传感器；所述主杆的侧壁连接有控制箱；所述控制箱包括微处理器、信号调理电路、RS232扩充电路、USB存储器、时钟芯片、电源模块、ZigBee模块；所述微处理器分别与信号调理电路、RS232扩充电路、USB存储器、时钟芯片、电源模块、ZigBee模块电性连接；所述RS232扩充电路还分别连接4G模块和液晶显示模块；所述信号调理电路分别与风速传感器、风向传感器、空气温湿度检测模块、光照传感器、土壤湿度传感器电性连接。

其工作原理：电源模块为各设备提供稳定工作电压，然后监测仪启动，第一横杆上的风速传感器和风向传感器联合作为风速风向采集器，用于实时采集农田中的风速和风向信息；第二横杆上的空气温湿度检测模块和光照传感器，用于实时采集农田中的光照强度和空气温湿度信息；三角支架的底部分别设置了三个土壤湿度传感器，土壤湿度传感器的传感探头埋入土壤中以实时采集土壤湿度信息。

各个传感器的采集数据经过信号调理电路对采集数据进行信号放大、模数转换等处理，然后传输至微处理器中进行处理并由USB存储器进行储存，然后，一方面，微处理器驱动液晶显示模块对当前采集数据进行现场显示，时钟芯片则控制数据更新频率。另一方面微处理器能够通过ZigBee模块或者4G模块将采集数据进行远程传输，以供监测人员能够远程监测。

为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述第二横杆上还安装有高清摄像头；所述高清摄像头与控制箱中的微处理器连接。通过设置高清摄像头进一步监测农田环境，能够更加具体地了解到农田当前的环境情况。

为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述电源模块为太阳能供电模块，所述太阳能供电模块包括光伏板和与光伏板连接的电压处理模块；所述电压处理模块主要由7824、比较器、三极管、蓄电池连接而成；所述光伏板通过连杆连接在主杆的侧壁。光伏充电利用7824将光伏板产生的电压稳压输出24V，再将该值与蓄电池电压通过LM393比较器比较，若是蓄电池电压低于24V，则LM393输出高电平，使得三极管导通，向蓄电池充电；若是蓄电池电压高于24V，则LM393输出低电平，使得三极管截止，停止向蓄电池充电。这样可以为传感器节点提供稳定可靠无污染的电能。该太阳能供电模块不仅结构简单，而且能够高效稳定地为蓄电池充电，从而能够为传感器节点提供稳定的工作电压。

为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述土壤湿度传感器主要由YL-69湿度探头、电阻R1、电容C1、电容C2以及比较芯片LM393组成；所述比较芯片LM393的引脚1连接CC2530F256的P0_5口；比较芯片LM393的引脚8接VCC且分支出一条支路通过电容C1接地；比较芯片LM393的引脚2连接YL-69湿度探头，且分支出两条支路，一条支路通过电阻R1接VCC，另一条支路通过电容C2接地；比较芯片LM393的引脚4接地。采用YL-69组成的土壤湿度检测模块，不仅体积小巧、结构简单、成本较低，而且测量准确，工作稳定，具有较高性价比。

为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述控制箱的顶端还设置有遮雨罩。通过设置遮雨罩来保护控制箱，以避免控制箱内的关键设备遭受雨水侵蚀，能有效延长环境监测仪的使用寿命。

为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述微处理器为MC9S12XS128。采用MC9S12XS128具有丰富的输入/输出端口资源，同时集成了多种功能模块，端口包括PORTA、PORTB、PORTE、PORTK、PORTT、PORTS、PORTM、PORTP、PORTH、PORTJ和PORTAD共11个端口。端口引脚大多为复用口，往往具有多重功能，所有端口都具有通用I/O口功能，非常适用于该仪器。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本实用新型通过加入太阳能供电模块实现节能环保；通过简单、紧凑的结构设计，不仅成本不高，而且安装拆卸方便；便于通过多种高性能传感器进行环境监测，监测全面且准确。

附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的原理框图；

图3为本实用新型土壤湿度检测模块的电路原理图；

图4为本实用新型太阳能供电模块的电路原理图。

其中，1、风向传感器；2、风速传感器；3、空气温湿度检测模块；4、高清摄像头；5、光照传感器；6、遮雨罩；7、光伏板；8、控制箱；9、三角支架；10、土壤湿度传感器。

具体实施方式

实施例1：

本实施例的基于物联网的农田环境监测仪，如图1所示：包括主杆、第一横杆、第二横杆、三角支架9；所述主杆的顶端和底端分别固定连接第一横杆和三角支架9；所述第二横杆连接在主杆的侧壁，且位于第一横杆下方；所述第一横杆两端分别安装有风速传感器2和风向传感器1；所述第二横杆两端分别安装有空气温湿度检测模块3和光照传感器5；所述三角支架9的底端设置有土壤湿度传感器10；所述主杆的侧壁连接有控制箱8。

如图2所示：所述控制箱8包括微处理器、信号调理电路、RS232扩充电路、USB存储器、时钟芯片、电源模块、ZigBee模块；所述微处理器分别与信号调理电路、RS232扩充电路、USB存储器、时钟芯片、电源模块、ZigBee模块电性连接；所述RS232扩充电路还分别连接4G模块和液晶显示模块；所述信号调理电路分别与风速传感器2、风向传感器1、空气温湿度检测模块3、光照传感器5、土壤湿度传感器10电性连接。

其工作原理：电源模块为各设备提供稳定工作电压，然后监测仪启动，第一横杆上的风速传感器2和风向传感器1联合作为风速风向采集器，用于实时采集农田中的风速和风向信息；第二横杆上的空气温湿度检测模块3和光照传感器5，用于实时采集农田中的光照强度和空气温湿度信息；三角支架9的底部分别设置了三个土壤湿度传感器10，土壤湿度传感器10的传感探头埋入土壤中以实时采集土壤湿度信息。

各个传感器的采集数据经过信号调理电路对采集数据进行信号放大、模数转换等处理，然后传输至微处理器中进行处理并由USB存储器进行储存，然后，一方面，微处理器驱动液晶显示模块对当前采集数据进行现场显示，时钟芯片则控制数据更新频率。另一方面微处理器能够通过ZigBee模块或者4G模块将采集数据进行远程传输，以供监测人员能够远程监测。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上做进一步优化，所述第二横杆上还安装有高清摄像头4；所述高清摄像头4与控制箱8中的微处理器连接。通过设置高清摄像头4进一步监测农田环境，能够更加具体地了解到农田当前的环境情况。

所述控制箱8的顶端还设置有遮雨罩6。通过设置遮雨罩6来保护控制箱8，以避免控制箱8内的关键设备遭受雨水侵蚀，能有效延长环境监测仪的使用寿命。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在实施例2的基础上做进一步优化，如图4所示：所述电源模块为太阳能供电模块，所述太阳能供电模块包括光伏板7和与光伏板7连接的电压处理模块；所述电压处理模块主要由7824、比较器、三极管、蓄电池连接而成；所述光伏板7通过连杆连接在主杆的侧壁。光伏充电利用7824将光伏板7产生的电压稳压输出24V，再将该值与蓄电池电压通过LM393比较器比较，若是蓄电池电压低于24V，则LM393输出高电平，使得三极管导通，向蓄电池充电；若是蓄电池电压高于24V，则LM393输出低电平，使得三极管截止，停止向蓄电池充电。这样可以为传感器节点提供稳定可靠无污染的电能。该太阳能供电模块不仅结构简单，而且能够高效稳定地为蓄电池充电，从而能够为传感器节点提供稳定的工作电压。

本实施例的其他部分与实施例2相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在实施例3的基础上做进一步优化，如图3所示：所述土壤湿度传感器10主要由YL-69湿度探头、电阻R1、电容C1、电容C2以及比较芯片LM393组成；所述比较芯片LM393的引脚1连接CC2530F256的P0_5口；比较芯片LM393的引脚8接VCC且分支出一条支路通过电容C1接地；比较芯片LM393的引脚2连接YL-69湿度探头，且分支出两条支路，一条支路通过电阻R1接VCC，另一条支路通过电容C2接地；比较芯片LM393的引脚4接地。采用YL-69组成的土壤湿度检测模块，不仅体积小巧、结构简单、成本较低，而且测量准确，工作稳定，具有较高性价比。

本实施例的其他部分与实施例3相同，故不再赘述。

实施例5：

本实施例在实施例4的基础上做进一步优化，所述微处理器为MC9S12XS128。采用MC9S12XS128具有丰富的输入/输出端口资源，同时集成了多种功能模块，端口包括PORTA、PORTB、PORTE、PORTK、PORTT、PORTS、PORTM、PORTP、PORTH、PORTJ和PORTAD共11个端口。端口引脚大多为复用口，往往具有多重功能，所有端口都具有通用I/O口功能，非常适用于该仪器。

本实施例的其他部分与实施例4相同，故不再赘述。

实施例6：

在本实施例中的基于物联网的农田环境监测仪，如图1-4所示：包括主杆、第一横杆、第二横杆、三角支架9；所述主杆的顶端和底端分别固定连接第一横杆和三角支架9；所述第二横杆连接在主杆的侧壁，且位于第一横杆下方；

所述第一横杆两端分别安装有风速传感器2和风向传感器1；

所述第二横杆两端分别安装有空气温湿度检测模块3和光照传感器5；

所述三角支架9的底端设置有土壤湿度传感器10；

所述主杆的侧壁连接有控制箱8；所述控制箱8包括微处理器、信号调理电路、RS232扩充电路、USB存储器、时钟芯片、电源模块、ZigBee模块；所述微处理器分别与信号调理电路、RS232扩充电路、USB存储器、时钟芯片、电源模块、ZigBee模块电性连接；

所述RS232扩充电路还分别连接4G模块和液晶显示模块；

所述信号调理电路分别与风速传感器2、风向传感器1、空气温湿度检测模块3、光照传感器5、土壤湿度传感器10电性连接。

所述第二横杆上还安装有高清摄像头4；所述高清摄像头4与控制箱8中的微处理器连接。

所述电源模块为太阳能供电模块，所述太阳能供电模块包括光伏板7和与光伏板7连接的电压处理模块；所述电压处理模块主要由7824、比较器、三极管、蓄电池连接而成；所述光伏板7通过连杆连接在主杆的侧壁。

所述土壤湿度传感器10主要由YL-69湿度探头、电阻R1、电容C1、电容C2以及比较芯片LM393组成；所述比较芯片LM393的引脚1连接CC2530F256的P0_5口；比较芯片LM393的引脚8接VCC且分支出一条支路通过电容C1接地；比较芯片LM393的引脚2连接YL-69湿度探头，且分支出两条支路，一条支路通过电阻R1接VCC，另一条支路通过电容C2接地；比较芯片LM393的引脚4接地。

所述控制箱8的顶端还设置有遮雨罩6。

所述微处理器为MC9S12XS128。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于物联网的农田环境监测仪，其特征在于：包括主杆、第一横杆、第二横杆、三角支架（9）；所述主杆的顶端和底端分别固定连接第一横杆和三角支架（9）；所述第二横杆连接在主杆的侧壁，且位于第一横杆下方；

所述第一横杆两端分别安装有风速传感器（2）和风向传感器（1）；

所述第二横杆两端分别安装有空气温湿度检测模块（3）和光照传感器（5）；

所述三角支架（9）的底端设置有土壤湿度传感器（10）；

所述主杆的侧壁连接有控制箱（8）；所述控制箱（8）包括微处理器、信号调理电路、RS232扩充电路、USB存储器、时钟芯片、电源模块、ZigBee模块；所述微处理器分别与信号调理电路、RS232扩充电路、USB存储器、时钟芯片、电源模块、ZigBee模块电性连接；

所述RS232扩充电路还分别连接4G模块和液晶显示模块；

所述信号调理电路分别与风速传感器（2）、风向传感器（1）、空气温湿度检测模块（3）、光照传感器（5）、土壤湿度传感器（10）电性连接。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的农田环境监测仪，其特征在于：所述第二横杆上还安装有高清摄像头（4）；所述高清摄像头（4）与控制箱（8）中的微处理器连接。

3.根据权利要求1所述的基于物联网的农田环境监测仪，其特征在于：所述电源模块为太阳能供电模块，所述太阳能供电模块包括光伏板（7）和与光伏板（7）连接的电压处理模块；所述电压处理模块主要由7824、比较器、三极管、蓄电池连接而成；所述光伏板（7）通过连杆连接在主杆的侧壁。

4.根据权利要求1所述的基于物联网的农田环境监测仪，其特征在于：所述土壤湿度传感器（10）主要由YL-69湿度探头、电阻R1、电容C1、电容C2以及比较芯片LM393组成；所述比较芯片LM393的引脚1连接CC2530F256的P0_5口；比较芯片LM393的引脚8接VCC且分支出一条支路通过电容C1接地；比较芯片LM393的引脚2连接YL-69湿度探头，且分支出两条支路，一条支路通过电阻R1接VCC，另一条支路通过电容C2接地；比较芯片LM393的引脚4接地。

5.根据权利要求1-4任一项所述的基于物联网的农田环境监测仪，其特征在于：所述控制箱（8）的顶端还设置有遮雨罩（6）。

6.根据权利要求1-4任一项所述的基于物联网的农田环境监测仪，其特征在于：所述微处理器为MC9S12XS128。