CN209879305U - 一种农业环境传感器用电量控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型一种农业环境传感器用电量控制装置，属于农业环境传感器用电量控制技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种农业环境传感器用电量控制装置硬件结构的改进；解决该技术问题采用的技术方案为：包括单片机控制器，所述单片机控制器通过无线网络与多个环境传感器无线相连，所述环境传感器的电源输入端与电源管理模块相连；所述电源管理模块内部使用的芯片为升压转换器U1，所述电源管理模块的电路中还设置有MOS管Q1；本实用新型应用于农作物监控场所。
Description
技术领域
本实用新型一种农业环境传感器用电量控制装置，属于农业环境传感器用电量控制技术领域。
背景技术
近年随着农业技术的不断发展，农业环境信息采集系统也得到了普遍的应用，该系统通过对种植环境的温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度等多种环境因子实时采集，满足了科学合理种植需求，实现了种植作物大丰收。但由于作物种植面积范围较大，为了能够准确反映全方位环境信息，往往系统中环境传感器布局点较多，传统意义上传感器布局采用有线组网技术，该技术网络布线复杂，在连接上易发生故障，且连接线插接头易出现腐蚀，成本较高，功耗大。
因此为了布线方便，人们开始倾向于使用无线传感器多方位布局方法，该方法布点灵活，而由于无线传感器通常采用电池供电，且不同类型的环境传感器用电功率也不同，电池电量不足以支持传感器对种植作物全生长周期进行数据采集，目前使用的传感器电源模块均不能保证对传感器的长时间持续供电，使得在对农作物生长环境进行数据采集时工作人员需要频繁更换电池，严重影响干扰农作物的生长环境，降低了数据采集的准确率，并增加了工作量。
实用新型内容
本实用新型为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种农业环境传感器用电量控制装置硬件结构的改进。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种农业环境传感器用电量控制装置，包括单片机控制器，所述单片机控制器通过无线网络与多个环境传感器无线相连，所述环境传感器的电源输入端与电源管理模块相连；
所述电源管理模块内部使用的芯片为升压转换器U1，所述电源管理模块的电路中还设置有MOS管Q1，所述电源管理模块的电路结构为：
所述MOS管Q1的栅极并接电阻R1的一端后与电阻R2的一端相连，所述MOS管Q1的源极并接电阻R2的另一端后与3.7V电源输入端相连；
所述MOS管Q1的漏极并接有极电容C1的正极，电阻R3的一端，电感L1的一端后与升压转换器U1的5脚相连；
所述升压转换器U1的4脚与电阻R3的另一端相连；
所述升压转换器U1的1脚并接电感L1的另一端后与二极管D1的正极相连，所述二极管D1的负极并接电阻R4的一端，电容C2的一端，有极电容C3的正极后与5V电源输出端相连，所述电阻R4的另一端与电阻R5的一端相连；
所述升压转换器U1的3脚并接电阻R5的另一端，电容C2的另一端后与电阻R6的一端相连，所述升压转换器U1的2脚并接有极电容C1的负极，电阻R6的另一端，有极电容C3的负极后接地。
所述单片机控制器具体为ZigBee通信模块，型号为CC2530F256；
所述升压转换器U1的型号为LM2733。
所述环境传感器包括空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、土壤pH值传感器、二氧化碳传感器、风速风向传感器。
本实用新型相对于现有技术具备的有益效果为：本实用新型提供的用电控制装置可以保证作物在整个生长周期内都能受到环境传感器定时的数据采集，保证各环境传感器的持续供电，减少电池更换频率，使电池供电方式更加合理，有利于节能环保；本实用新型提供的用电量控制装置结构简单，操作方便，可以有效提高传感器内电池的使用效率，保证长时间稳定采集农作物的生长环境数据。
附图说明
下面结合附图对本实用新型做进一步说明：
图1为本实用新型的电路结构示意图；
图2为本实用新型电源管理模块的电路图；
图中：1为单片机控制器、2为环境传感器、3为电源管理模块。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实用新型一种农业环境传感器用电量控制装置，包括单片机控制器（1），所述单片机控制器（1）通过无线网络与多个环境传感器（2）无线相连，所述环境传感器（2）的电源输入端与电源管理模块（3）相连；
所述电源管理模块（3）内部使用的芯片为升压转换器U1，所述电源管理模块（3）的电路中还设置有MOS管Q1，所述电源管理模块（3）的电路结构为：
所述MOS管Q1的栅极并接电阻R1的一端后与电阻R2的一端相连，所述MOS管Q1的源极并接电阻R2的另一端后与3.7V电源输入端相连；
所述MOS管Q1的漏极并接有极电容C1的正极，电阻R3的一端，电感L1的一端后与升压转换器U1的5脚相连；
所述升压转换器U1的4脚与电阻R3的另一端相连；
所述升压转换器U1的1脚并接电感L1的另一端后与二极管D1的正极相连，所述二极管D1的负极并接电阻R4的一端，电容C2的一端，有极电容C3的正极后与5V电源输出端相连，所述电阻R4的另一端与电阻R5的一端相连；
所述升压转换器U1的3脚并接电阻R5的另一端，电容C2的另一端后与电阻R6的一端相连，所述升压转换器U1的2脚并接有极电容C1的负极，电阻R6的另一端，有极电容C3的负极后接地。
所述单片机控制器（1）具体为ZigBee通信模块，型号为CC2530F256；
所述升压转换器U1的型号为LM2733。
所述环境传感器（2）包括空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、土壤pH值传感器、二氧化碳传感器、风速风向传感器。
本实用新型提供的用电控制装置包括电源管理模块，为传感器单元提供电源，电源管理模块在功能上具备电池升压处理和定时反馈传感器工作信号的功能。
所述环境传感器包括空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、土壤pH值传感器，二氧化碳传感器和风速风向传感器，前四种传感器工作电压为5V，最后一种传感器工作电压为12V；各传感器安装电池电压为3.7V，电源管理模块可以通过升压电路分别将3.7V升压至5V和12V。
因系统不需要传感器实时采集数据，即可选择定时采集的方法，为降低系统的功耗，在定时采集完成后，应自行关闭电源模块。
本实用新型定时控制环境传感器关闭的原理如下：在定时采集数据完成后，升压电路中升压芯片LM2733的4管脚SHDN是关闭控制输入端，当其处于低电平，升压芯片LM2733会关闭输出，但因其1管脚SW与5管脚VIN之间是电感连接，即使关闭升压芯片LM2733电能输出，其输出电压也不会为零，此时传感器依然处于待机状态，存在待机功耗；为了让传感器电源完全关闭，应关闭升压芯片LM2733的输入电压，为此需要在升压芯片LM2733的输入端加入开关电路，来控制升压芯片LM2733输入电压。
本实用新型电源模块中的开关电路选用PMOS，在功率系统中，MOSFET场效应管可被看成电气开关，当在P沟道MOSFET的栅极和源极间加上负电压时，其开关导通，MOS管导通时电流可经开关从源极流向漏极，漏极和源极之间存在导通电阻RDS(ON)，当源极和栅极间的电压为零时，开关关闭，电流停止通过器件，虽然此时器件已经关闭，但仍有漏电流IDSS存在，PMOS管压降极低，可以忽略不计，通过的电流较大，完全符合控制升压芯片LM2733输入电压的要求；当PMOS处于关闭状态时，升压芯片LM2733输入电压为零，其输出电压也为零，此时传感器处于关闭状态，不存在待机功耗。
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种农业环境传感器用电量控制硬件，能够尽可能保证作物在整个生长周期内都能得到定时数据采集，保证多种环境传感器能持续供电，同时减少电池更换频率，使电池使用合理有效且节能环保。
本实用新型要求在单片机控制模块进入睡眠模式后，系统外设传感器应停止工作，以降低整个系统的功耗，硬件结构对用电量的控制主要体现在电池升压和定时采集传感器关闭功能。
本实用新型使用的电源管理模块中电池寿命计算公式如下：
；
其中：C为电池容量，其表示在一定条件下电池放出的电量；
为工作电流，其表示负载在正常工作状态下的电流；
为工作时间，其表示负载正常工作的时间；
为待机电流，其表示负载在待机状态下的电流；
为待机时间，其表示负载在待机状态下的时间；
本实用新型使用的电源规格C为6400mA，为1mA，其它3个参数与实际应用相关，由此可知，若要增加电池的使用寿命则需要尽量减小及值。
为达到上述目的，需要本实用新型使用的电量控制系统具备三项功能：识别传感器种类、定时采集传感器关闭、使系统进入睡眠模式；其中识别传感器种类要求各模块加入网络后，通过单片机控制器进行传感器类型判断，可根据需要选择使用传感器类型；在传感器数据采集完成后，应关闭传感器外部电源，主要是通过将电源模块内部PMOS管栅极拉高来关闭升压芯片LM2733输入电压，进而实现关闭传感器外部电源的目的；在传感器数据采集完成及ZigBee数据发送成功后，应使系统进入睡眠模式，首先应关闭传感器外部电源，然后通过单片机控制使系统进入睡眠模式。
当系统进入睡眠模式后，大部分控制电路都处于关闭状态，其余电路的静态功耗在1mA以内，基本可以忽略不计，可以最大程度地降低了系统的功耗，增长了电池的使用时间。
本实用新型用电量控制方法的步骤如下：首先启动单片机控制模块，将系统各模块初始化，并请求加入网络，成功加入网络后，进行传感器类型判断，启动定时10ms的传感器数据采集事件程序，当每次事件脉冲来临时，控制模块读取一次传感器数据，直到传感器数据全部读取完成，此时关闭传感器的外部电源，调用传感器内部通信模块发送反馈信号，若传感器数据发送成功，则启动定时t min的系统睡眠程序事件，若没有到达t min定时，则系统进入睡眠模式，若到达t min定时，系统则进入正常工作模式。
关于本实用新型具体结构需要说明的是，本实用新型采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本实用新型提出的技术问题，本实用新型中出现的部件、模块、具体元器件的型号、连接方式除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的已公开专利、已公开的期刊论文、或公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (3)
1.一种农业环境传感器用电量控制装置，其特征在于：包括单片机控制器（1），所述单片机控制器（1）通过无线网络与多个环境传感器（2）无线相连，所述环境传感器（2）的电源输入端与电源管理模块（3）相连；
所述电源管理模块（3）内部使用的芯片为升压转换器U1，所述电源管理模块（3）的电路中还设置有MOS管Q1，所述电源管理模块（3）的电路结构为：
所述MOS管Q1的栅极并接电阻R1的一端后与电阻R2的一端相连，所述MOS管Q1的源极并接电阻R2的另一端后与3.7V电源输入端相连；
所述MOS管Q1的漏极并接有极电容C1的正极，电阻R3的一端，电感L1的一端后与升压转换器U1的5脚相连；
所述升压转换器U1的4脚与电阻R3的另一端相连；
所述升压转换器U1的1脚并接电感L1的另一端后与二极管D1的正极相连，所述二极管D1的负极并接电阻R4的一端，电容C2的一端，有极电容C3的正极后与5V电源输出端相连，所述电阻R4的另一端与电阻R5的一端相连；
所述升压转换器U1的3脚并接电阻R5的另一端，电容C2的另一端后与电阻R6的一端相连，所述升压转换器U1的2脚并接有极电容C1的负极，电阻R6的另一端，有极电容C3的负极后接地。
2.根据权利要求1所述的一种农业环境传感器用电量控制装置，其特征在于：所述单片机控制器（1）具体为ZigBee通信模块，型号为CC2530F256；
所述升压转换器U1的型号为LM2733。
3.根据权利要求2所述的一种农业环境传感器用电量控制装置，其特征在于：所述环境传感器（2）包括空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、土壤pH值传感器、二氧化碳传感器、风速风向传感器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201920997267.0U CN209879305U (zh) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | 一种农业环境传感器用电量控制装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN201920997267.0U CN209879305U (zh) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | 一种农业环境传感器用电量控制装置 |
Publications (1)
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| CN (1) | CN209879305U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110161939A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-08-23 | 山西省计量科学研究院 | 一种农业环境传感器用电量控制装置及其控制方法 |
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2019
- 2019-06-28 CN CN201920997267.0U patent/CN209879305U/zh active Active
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| CN110161939A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-08-23 | 山西省计量科学研究院 | 一种农业环境传感器用电量控制装置及其控制方法 |
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