CN207730242U - 一种用于山地柑橘园环境信息自动采集的节点 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于山地柑橘园环境信息自动采集的节点，包括微处理器模块、稳压电源模块、光电转换模块、串口电平转换模块、传感器模块、光照解析模块、GPRS模块。本实用新型微处理器模块采用基于低功耗内核ARM Cortex‑M3的HT32芯片，稳压电源模块采用开关电源芯片TI公司的开关电源芯片TPS54331D。光电转换模块用于将太阳能转换为电能为锂电池充电。串口电平转换模块用于将微处理器输出的TTL电平转换为RS232电平用于与GPRS模块通过串口通信。传感器模块采用M20土壤温湿度模块。光照解析模块采用L‑10模块，用于采集山地柑橘园光照、太阳辐射量、有效辐射时间等信息。本实用新型还具有结构简单、操作方便、系统运行稳定可靠的优点。

Description

一种用于山地柑橘园环境信息自动采集的节点

技术领域

本实用新型涉及山地柑橘园环境信息测量装置领域，尤其涉及一种用于山地柑橘园环境信息自动采集的节点。

背景技术

柑橘是一种重要的经济作物，我国的柑橘生产多年来总体情况是，数量大，质量一般。主要原因在于我国的柑橘生产基本依靠人工经验，对于柑橘的实际含水量、需水量、年光照情况等缺乏精确的认知。随着科学技术的发展，研究对山地柑橘园生长基本信息如土壤温湿度、光照情况等进行实时自动采集，对于提高山地柑橘种植信息化水平具有重要意义。

目前对于柑橘园环境信息采集，主要利用专用设备，随机选取几个地点，将设备探头插入土壤中，读取数据并人工记录后录入计算机来进行数据分析，之后再前往下一地点继续采集。这种方式缺乏实时性，且检测需要专人操作专用设备，在大型山地柑橘园中如此工作，会导致劳动量极大，最终效果也不太理想。同时，对于一年中光照情况，也缺乏专用仪器设备进行测量，只有气象宏观数据，而缺乏针对具体山地柑橘园的专用检测手段。因此，如何设计一种能够对山地柑橘园环境信息进行自动采集的节点，将山地柑橘园土壤信息和光照信息准确方便的呈现在种植用户眼前，成为一个急需解决的重要问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、能够自动采集并上传环境数据的节点。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

一种用于山地柑橘园环境信息自动采集的节点，该节点利用微处理器模块自动采集各种传感器的数据信息，并通过无线数据传输的方式将收集并处理好的数据信息发送至云服务器上。该节点的结构主要包括用于采集并处理各传感器数据的微处理器模块、用于提供稳定电压的稳压电源模块、用于储存电量的锂电池、用于将太阳能转换为电能的光电转换模块、用于检测山地柑橘园土壤实时温湿度信息的传感器模块、用于检测山地柑橘园光照强度、辐射量、有效辐射时间的光照解析模块、用于将山地柑橘园环境信息传输至远程云服务器GPRS模块、以及用于微处理器模块与GPRS模块之间电平转换的串口电平转换模块。

具体的，所述微处理器模块分别与光电转换模块、串口电平转换模块、传感器模块、光照解析模块、以及GPRS模块电连接，实现太阳能的存储及转化、通信端口的电平转化、土壤温湿度信息的采集、光照信息的采集、以及节点与云服务器之间的数据传输。

具体的，所述稳压电源模块分别与微处理器模块、光电转换模块、锂电池、串口电平转换模块、传感器模块、光照解析模块、GPRS模块电连接，实现整个节点的稳定供电。

作为本实用新型的优选方案，所述微处理模块采用基于低功耗内核ARMCortex-M3的HT32芯片。该芯片具有超低功耗，同时具有该系列内核的高性能特点，能够实时处理柑橘园环境信息的采集。

作为本实用新型的优选方案，所述稳压电源模块采用型号为TPS54331D的开关电源芯片。该芯片开关频率达到4MHz，具有较高的转换效率，其输入电压为4-28V,输出电流可以达到3A，能够为节点提供稳定的电源。

作为本实用新型的优选方案，所述光电转换模块采用转换效率在80％以上的SA-10模块。该模块的光电转换效率高，能够长时间高效率地为锂电池充电并确保节点装置在连续的阴雨天仍然正常持续地工作，从而提高了节点长期运行的稳定性和可靠性。

作为本实用新型的优选方案，所述串口电平转换模块采用型号为MAX3232的低功耗芯片。该芯片具备双通道电平转换功能，并可以实现串口数据的全双工接收和发送，从而提高数据传输的效率、节省传输时间。

作为本实用新型的优选方案，所述传感器模块采用型号为M20的土壤温湿度传感器。该传感器待机电流为2uA，工作电流为20uA，具有超低功耗，同时该传感器采用TDR时域反射原理检测土壤温湿度，精确度高。

作为本实用新型的优选方案，所述光照解析模块采用型号为L-10型的模块。该模块采用串口通信协议，能够同时检测出当前光照度、辐射量、总有效辐射时间等参数，检测精度高、效率高、速度快。

作为本实用新型的优选方案，所述GPRS模块采用型号为SIM-900的模块。该模块价格便宜，兼容性好，可靠性高，并具有自动重连功能，适合在野外长时间工作。

本实用新型的工作过程和原理是：本实用新型在通电后，传感器模块、光照解析模块、看门狗定时等进程初始化，之后检测土壤温湿度传感器数据更新、光照解析模块数据更新，通过传感器模块和光照解析模块的配合，由微处理器进行总体协调，实现对山地柑橘园环境信息的自动采集，系统进入看门狗定时阶段，每当定时时间到时，就重新检测数据更新，重复以上过程，最后将环境信息数据通过GPRS模块远程传输到云服务器上。本实用新型还具有结构简单、操作方便、系统运行稳定可靠的优点。

与现有技术相比，本实用新型还具有以下优点：

(1)本实用新型所提供的用于山地柑橘园环境信息自动采集的节点设计合理，采用能够在阴雨天仍然能够工作的SA-10型光电转换模块，转换效率达到80％。

(2)本实用新型所提供的用于山地柑橘园环境信息自动采集的节点采用基于ARMCortex-M3低功耗内核的HT32芯片，该芯片能够具备高性能和低功耗的特点。

(3)本实用新型所提供的用于山地柑橘园环境信息自动采集的节点采用M20土壤温湿度传感器，该传感器工作电流仅20uA，适合在山地能量补充不够方便的地方工作。

(4)本实用新型所提供的用于山地柑橘园环境信息自动采集的节点采用L-10型光照解析模块，该模块能够检测光照强度、辐射量，有效辐射时间，对于获取山地柑橘园环境信息具有重要作用。

(5)本实用新型所提供的用于山地柑橘园环境信息自动采集的节点采用GPRS模块，能够将柑橘园环境信息通过广域网传输至远程服务器。

(6)本实用新型所提供的用于山地柑橘园环境信息自动采集的节点具有看门狗程序，定时喂狗，防止自动采集节点数据发送意外。

(7)本实用新型所提供的用于山地柑橘园环境信息自动采集的节点采用低电压供电，能够避免触电隐患。

附图说明

图1是本实用新型所提供的用于山地柑橘园环境信息自动采集的节点的控制系统框图。

图2是本实用新型所提供的用于山地柑橘园环境信息自动采集的节点控制流程图。

图3是本实用新型所提供的光照解析模块的数据包的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：

如图1、图2和图3所示，本实用新型公开了一种用于山地柑橘园环境信息自动采集的节点包括微处理器模块、稳压电源模块、光电转换模块、串口电平转换模块、传感器模块、光照解析模块、GPRS模块。其中所述的微处理器模块采用基于低功耗内核ARM Cortex-M3的HT32芯片，分别与光电转换模块、串口电平转换模块、传感器模块、光照解析模块、GPRS模块相连。所述的稳压电源模块采用开关电源芯片TI公司的开关电源芯片TPS54331D，分别与微处理器模块、光电转换模块、串口电平转换模块、传感器模块、光照解析模块、GPRS模块相连，用于为节点提供所需电源。

本实用新型中一种用于山地柑橘园环境信息自动采集的节点以HT32微处理器为核心，其电路组成中包含自动上电复位模块。

如图2所示为本实用新型的工作流程图，具体工作流程为：首先系统上电后，传感器模块、光照解析模块、看门狗定时等进程初始化，之后检测土壤温湿度传感器数据更新、光照解析模块数据更新，图3为光照解析模块数据包格式。当数据更新完成后将数据打包后通过GPRS模块传输至远程服务器。最后，系统进入看门狗定时阶段，每当定时时间到时，就重新检测数据更新，重复以上过程。

实施例2：

如图1、图2和图3所示，本实用新型公开了一种用于山地柑橘园环境信息自动采集的节点，该节点利用微处理器模块自动采集各种传感器的数据信息，并通过无线数据传输的方式将收集并处理好的数据信息发送至云服务器上。该节点的结构主要包括用于采集并处理各传感器数据的微处理器模块、用于提供稳定电压的稳压电源模块、用于储存电量的锂电池、用于将太阳能转换为电能的光电转换模块、用于检测山地柑橘园土壤实时温湿度信息的传感器模块、用于检测山地柑橘园光照强度、辐射量、有效辐射时间的光照解析模块、用于将山地柑橘园环境信息传输至远程云服务器GPRS模块、以及用于微处理器模块与GPRS模块之间电平转换的串口电平转换模块。

具体的，所述微处理器模块分别与光电转换模块、串口电平转换模块、传感器模块、光照解析模块、以及GPRS模块电连接，实现太阳能的存储及转化、通信端口的电平转化、土壤温湿度信息的采集、光照信息的采集、以及节点与云服务器之间的数据传输。

具体的，所述稳压电源模块分别与微处理器模块、光电转换模块、锂电池、串口电平转换模块、传感器模块、光照解析模块、GPRS模块电连接，实现整个节点的稳定供电。

作为本实用新型的优选方案，所述微处理模块采用基于低功耗内核ARMCortex-M3的HT32芯片。该芯片具有超低功耗，同时具有该系列内核的高性能特点，能够实时处理柑橘园环境信息的采集。

作为本实用新型的优选方案，所述稳压电源模块采用型号为TPS54331D的开关电源芯片。该芯片开关频率达到4MHz，具有较高的转换效率，其输入电压为4-28V,输出电流可以达到3A，能够为节点提供稳定的电源。

作为本实用新型的优选方案，所述光电转换模块采用转换效率在80％以上的SA-10模块。该模块的光电转换效率高，能够长时间高效率地为锂电池充电并确保节点装置在连续的阴雨天仍然正常持续地工作，从而提高了节点长期运行的稳定性和可靠性。

作为本实用新型的优选方案，所述串口电平转换模块采用型号为MAX3232的低功耗芯片。该芯片具备双通道电平转换功能，并可以实现串口数据的全双工接收和发送，从而提高数据传输的效率、节省传输时间。

作为本实用新型的优选方案，所述传感器模块采用型号为M20的土壤温湿度传感器。该传感器待机电流为2uA，工作电流为20uA，具有超低功耗，同时该传感器采用TDR时域反射原理检测土壤温湿度，精确度高。

作为本实用新型的优选方案，所述光照解析模块采用型号为L-10型的模块。该模块采用串口通信协议，能够同时检测出当前光照度、辐射量、总有效辐射时间等参数，检测精度高、效率高、速度快。

作为本实用新型的优选方案，所述GPRS模块采用型号为SIM-900的模块。该模块价格便宜，兼容性好，可靠性高，并具有自动重连功能，适合在野外长时间工作。

本实用新型的工作过程和原理是：本实用新型在通电后，传感器模块、光照解析模块、看门狗定时等进程初始化，之后检测土壤温湿度传感器数据更新、光照解析模块数据更新，通过传感器模块和光照解析模块的配合，由微处理器进行总体协调，实现对山地柑橘园环境信息的自动采集，系统进入看门狗定时阶段，每当定时时间到时，就重新检测数据更新，重复以上过程，最后将环境信息数据通过GPRS模块远程传输到云服务器上。本实用新型还具有结构简单、操作方便、系统运行稳定可靠的优点。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于山地柑橘园环境信息自动采集的节点，其特征在于，包括微处理器模块、稳压电源模块、锂电池、用于将太阳能转换为电能的光电转换模块、用于检测山地柑橘园土壤实时温湿度信息的传感器模块、用于检测山地柑橘园光照强度、辐射量、有效辐射时间的光照解析模块、用于将山地柑橘园环境信息传输至远程云服务器GPRS模块、以及用于微处理器模块与GPRS模块之间电平转换的串口电平转换模块；

所述微处理器模块分别与光电转换模块、串口电平转换模块、传感器模块、光照解析模块、以及GPRS模块电连接，实现太阳能的存储及转化、通信端口的电平转化、土壤温湿度信息的采集、光照信息的采集、以及节点与云服务器之间的数据传输；

所述稳压电源模块分别与微处理器模块、光电转换模块、锂电池、串口电平转换模块、传感器模块、光照解析模块、GPRS模块电连接，实现整个节点的稳定供电。

2.根据权利要求1所述的用于山地柑橘园环境信息自动采集的节点，其特征在于，所述微处理模块采用基于低功耗内核ARM Cortex-M3的HT32芯片。

3.根据权利要求1所述的用于山地柑橘园环境信息自动采集的节点，其特征在于，所述稳压电源模块采用型号为TPS54331D的开关电源芯片。

4.根据权利要求1所述的用于山地柑橘园环境信息自动采集的节点，其特征在于，所述光电转换模块采用转换效率在80％以上的SA-10模块。

5.根据权利要求1所述的用于山地柑橘园环境信息自动采集的节点，其特征在于，所述串口电平转换模块采用型号为MAX3232的低功耗芯片。

6.根据权利要求1所述的用于山地柑橘园环境信息自动采集的节点，其特征在于，所述传感器模块采用型号为M20的土壤温湿度传感器。

7.根据权利要求1所述的用于山地柑橘园环境信息自动采集的节点，其特征在于，所述光照解析模块采用型号为L-10型的模块。

8.根据权利要求1所述的用于山地柑橘园环境信息自动采集的节点，其特征在于，所述GPRS模块采用型号为SIM-900的模块。