CN211181045U - 智慧农业用多功能温湿度传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智慧农业用多功能温湿度传感器，包括温湿度采集单元、微控制器单元、拨码开关电路单元、状态指示电路单元、无线传输控制单元、有线传输控制单元和电源电路；温湿度采集单元用于将采集的温湿度数据传输至微控制器单元；微控制器单元用于将接收到的温湿度数据进行处理转换后分别发送至无线传输控制单元和有线传输控制单元，并分析各单元的工作状态；状态指示电路单元用于根据各单元的工作状态进行状态指示；拨码开关电路单元用于设置温湿度传感器的通信地址。本实用新型的传感器兼容多种通信方式，适用性强；数据采集准确率高、稳定性强。

Description

智慧农业用多功能温湿度传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器，具体涉及一种智慧农业用多功能温湿度传感器。

背景技术

近年来规模化集约化的养殖技术和种植技术越来越成熟，全封闭的养殖棚舍及农业大棚等现代农业生产现场对其内各项环境指标提出了极高的要求，特别是温湿度信息对畜禽及作物的生长发育起着至关重要的作用。

目前智慧农业领域监测控制系统中温湿度传感器大都采用热敏电阻和湿敏电阻直接布线接入网关集中器上。这些温度和湿度传感器均为模拟量直接采集，热敏电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，电阻体的阻值随温度的变化而变化，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度，湿敏电阻同理。但其存在下列问题：在精度和稳定性方面，由于热敏电阻与温度(湿敏电阻与湿度)的变化是非线性关系，其传感精度及准确度不够高，且容易受周围环境影响，不稳定。在适用性方面，现有传感器探头通过有线方式接入控制器，在探头很多及距控制器很远的情况下布线极其繁琐复杂，工程量大，影响生产环境的布局及外观，且易发生生产事故。随着智慧农业生产现场自动化程度的不断提高，很多现场均已布设RS485或CAN总线通信网络，以及Lora无线通信网络等，目前市场上的温湿度传感器大都无法直接接入这些通信网络；且温湿度传感器大都无法通过物理方式直接在传感器上设置通信地址。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的在于提供一种智慧农业用温湿度传感器，解决现有温湿度传感器精度准确度及稳定性低，无法兼容多种通信网络的缺陷。

技术方案：本实用新型提供了一种智慧农业用多功能温湿度传感器，包括温湿度采集单元、微控制器单元、拨码开关电路单元、状态指示电路单元、无线传输控制单元、有线传输控制单元和电源电路；微控制器单元分别与温湿度采集单元、拨码开关电路单元、状态指示电路单元、无线传输控制单元及有线传输控制单元相连接；温湿度采集单元用于将采集的温湿度数据传输至微控制器单元；微控制器单元用于将接收到的温湿度数据进行处理转换后分别发送至无线传输控制单元和有线传输控制单元，并分析各单元的工作状态；状态指示电路单元用于根据各单元的工作状态进行状态指示；拨码开关电路单元用于设置温湿度传感器的通信地址；电源电路与各单元连接，用于为温湿度传感器供电。

进一步地，有线传输控制单元包括RS485总线控制器和CAN总线控制器，二者分别连接RS485总线接口和CAN总线接口，将来源于微控制器单元的温湿度数据分别再处理后汇集至RS485总线接口和CAN总线接口。

进一步地，温湿度采集单元通过IIC协议将采集的温湿度数据传输至微控制器单元；微控制器单元通过UART接口连接RS485总线控制器，通过CAN接口连接CAN总线控制器。

进一步地，无线传输控制单元采用LoRa射频电路单元，接射频天线，以将来源于微控制器单元的温湿度数据再处理后传输至对应的无线网络中。

进一步地，温湿度采集单元通过IIC协议将采集的温湿度数据传输至微控制器单元；微控制器单元通过UART接口连接LoRa射频电路单元。

进一步地，拨码开关电路单元连接微控制器单元的八个GPIO口，微控制器单元通过GPIO口读出并计算拨码开关电路单元设置的通信地址。

进一步地，温湿度采集单元采用数字温湿度传感芯片。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型的温湿度传感器具有以下优点：

1.通过同时增加RS485、CAN以及LoRa通信方式使得温湿度传感器可以直接接入这些通信网络，并且一个传感器可以同时加入多种通信网络进行数据传输，避免需要各种协议转换器来重新进行协议转换及开发；

2.降低施工布线复杂度及工程量，多个传感器只需一条总线便可接入网络，接入Lora网络不需要铺设通信总线，降低各设备的故障率及维护复杂度；

3.采用高精度高准确度的SHT30数字信号芯片，保证了数据的准确度及稳定性，避免出现由于数据的不准确及不稳定造成生产事故的现象；

4.通过增加拨码硬件电路及在程序中加入逻辑判断可以通过物理方式直接设置此设备在RS485、CAN及LoRa通信网络中的地址，可以更加方便快捷地加入这些网络，无需经过繁琐的软件配置。

附图说明

图1为本实用新型的温湿度传感器的整体结构框图；

图2为本实用新型实施例中温湿度采集电路单元电路原理图；

图3为本实用新型实施例中微控制器单元电路原理图；

图4为本实用新型实施例中RS485总线控制器电路原理图；

图5为本实用新型实施例中CAN总线控制器电路；

图6为本实用新型实施例中LoRa射频电路单元原理图；

图7为本实用新型实施例中电源电路与拨码开关电路单元原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步描述：

本实用新型提供了一种智慧农业用多功能温湿度传感器，如图1所示，包括温湿度采集单元、微控制器单元、拨码开关电路单元、状态指示电路单元、无线传输控制单元、有线传输控制单元和电源电路。有线传输控制单元包括RS485总线控制器和CAN总线控制器，二者分别连接RS485总线接口和CAN总线接口，将来源于微控制器单元的温湿度数据分别再处理后汇集至RS485总线接口和CAN总线接口。无线传输控制单元采用LoRa射频电路单元，接射频天线，以将来源于微控制器单元的温湿度数据再处理后传输至对应的无线网络中。

温湿度采集单元通过IIC协议将采集的温湿度数据传输至微控制器单元；微控制器单元通过UART接口连接RS485总线控制器，通过CAN接口连接CAN总线控制器。微控制器单元通过UART接口连接LoRa射频电路单元。

温湿度采集单元采用如图2所示的SHT30电路单元，本实施例中采用SENSIRION公司的SHT30芯片，其将温度感测、湿度感测、信号变换、A/D转换和加热器等功能集成到一个芯片上，通信方式为标准IIC数字信号输出格式，具有最高12bit/14bit的RH/T分辨率；SHT30与微控制器MCU间通信主要依靠SCL和SDA脚，SCL用于同步微控制器和SHT30之间的通信，时钟频率可以在0到1000千赫之间自由选择，SDA引脚用于微控制器和SHT30之间传递数据；SHT30将感知到的温度数据和湿度数据通过IIC接口将数据传输至微控制器MCU。SHT30数字信号芯片采集的精度和准确度较高，保证了数据的准确度及稳定性，避免出现由于数据的不准确及不稳定造成生产事故的现象。

微控制器单元为本实用新型的温湿度传感器的主控芯片，将从SHT30读到的温湿度数据经过处理转换后分别发送至RS485控制器、CAN控制器以及LoRa模块。本实施例中采用如图3所示的微控制器MCU单元电路，微控制器MCU采用意法半导体公司低功耗运算主控芯片STM32F103RCT6，内核采用ARM Cortex-M3架构，该微控制器具有256KB片上Flash存储器、48KB的SRAM和多种通信接口，包括USART、SPI、I2C、CAN、USB、八个通用16位定时器，和一个高级控制PWM定时器。

RS485总线控制器单元采用如图4所示的电路，控制器采用Maxim公司的RS485芯片MAX3485EESA，它采用半双工通讯方式，完成将TTL电平转换为RS485总线差分电平的功能。RS485总线控制器相当于微控制器MCU与RS485总线通信的桥梁，将从RS485总线上接收到的命令转发给微控制器MCU，并且将微控制器MCU发来的经过处理转换后的温湿度数据转发到RS485总线上。

CAN总线控制器单元采用如图5所示的电路，控制器采用MORNSUN公司单路高速CAN隔离收发模块TD321DCAH，主要功能是将TTL电平转换为CAN总线的差分电平。和RS485总线控制器作用相同，CAN总线控制器相当于微控制器MCU与CAN总线通信的桥梁，将从CAN总线上接收到的命令转发给微控制器MCU，并且将微控制器MCU发来的经过处理转换后的温湿度数据转发到CAN总线上。

LoRa射频电路单元采用如图6所示的电路，LoRa无线扩频模块采用利尔达LoRaWANEnd Node模块LSD4WN-2I717M90，其内部集成的射频芯片为Semtech公司提供的SX1278芯片，内置收发射频开关，有IPEX接口，可直接外接50欧姆天线，该模块集成LoRaWAN协议栈，符合LoRaAlliance发布的LoRaWANTM Specification 1.0.2标准，支持ICA的LoRaWAN规范。微控制器MCU与LoRa无线扩频模块通过UART接口进行相连，微控制器MCU对其通过AT指令控制寄存器与收发缓存寄存器进行操作，微控制器MCU通过UART将从SHT30读到的温湿度数据发送至LoRa无线扩频模块，LoRa无线扩频模块初步处理后通过无线射频发送至LoRa通信网络。

电源电路与拨码开关电路单元采用如图7所示的电路，电源电路通过对外部供电的电压进行转换供整个系统使用。拨码开关电路单元通过硬件电路连接微控制器单元的八个GPIO口，微控制器单元通过GPIO口读出并计算拨码开关电路单元设置的通信地址。更加方便快捷地加入RS485、CAN以及LoRaWAN通信网络，无需通过软件进行设置。

图2所示的SHT30芯片通过IIC接口连接到图3所示的微控制器MCU，SHT30将感知到的温度数据和湿度数据通过IIC协议将数据传输至微控制器MCU；微控制器MCU通过UART接口连接图4所示的RS485总线控制器，通过CAN接口连接图5所示的CAN总线控制器，通过UART接口连接图6所示的LoRa扩频模块，微控制器MCU将从SHT30读取到的温湿度数据经过转换处理后分别通过这些接口发送至RS485总线控制器、CAN总线控制器及LoRa扩频模块，RS485总线控制器、CAN总线控制器及LoRa扩频模块再处理后转发至各自的通信网络中。图7所示的电源电路单元通过对外部供电的电压进行转换连接至各个模块单元供整个系统使用；拨码开关电路单元提供通信地址开支持上述三种传输方式。对于传感器入网状态及故障情况，可通过微控制器MCU内的代码逻辑并外接指示灯实现状态显示。

使用时，可以根据智慧农场现场的通信网络布设来自由选择数据传输方式，提高设备适用性，传输简洁方便，降低施工布线的工程量，降低故障发生率和维护难度。

Claims (7)

1.一种智慧农业用多功能温湿度传感器，其特征在于，包括温湿度采集单元、微控制器单元、拨码开关电路单元、状态指示电路单元、无线传输控制单元、有线传输控制单元和电源电路；所述微控制器单元分别与温湿度采集单元、拨码开关电路单元、状态指示电路单元、无线传输控制单元及有线传输控制单元相连接；

所述温湿度采集单元用于将采集的温湿度数据传输至微控制器单元；

所述微控制器单元用于将接收到的温湿度数据进行处理转换后分别发送至无线传输控制单元和有线传输控制单元，并分析各单元的工作状态；

所述状态指示电路单元用于根据各单元的工作状态进行状态指示；

所述拨码开关电路单元用于设置温湿度传感器的通信地址；

所述电源电路与各单元连接，用于为温湿度传感器供电。

2.根据权利要求1所述的温湿度传感器，其特征在于，所述有线传输控制单元包括RS485总线控制器和CAN总线控制器，二者分别连接RS485总线接口和CAN总线接口，将来源于所述微控制器单元的温湿度数据分别再处理后汇集至RS485总线接口和CAN总线接口。

3.根据权利要求2所述的温湿度传感器，其特征在于，所述温湿度采集单元通过IIC协议将采集的温湿度数据传输至微控制器单元；所述微控制器单元通过UART接口连接所述RS485总线控制器，通过CAN接口连接所述CAN总线控制器。

4.根据权利要求1所述的温湿度传感器，其特征在于，所述无线传输控制单元采用LoRa射频电路单元，接射频天线，以将来源于所述微控制器单元的温湿度数据再处理后传输至对应的无线网络中。

5.根据权利要求4所述的温湿度传感器，其特征在于，所述温湿度采集单元通过IIC协议将采集的温湿度数据传输至微控制器单元；所述微控制器单元通过UART接口连接所述LoRa射频电路单元。

6.根据权利要求1～5中任一权利要求所述的温湿度传感器，其特征在于，所述拨码开关电路单元连接所述微控制器单元的八个GPIO口，所述微控制器单元通过GPIO口读出并计算所述拨码开关电路单元设置的通信地址。

7.根据权利要求1～5中任一权利要求所述的温湿度传感器，其特征在于，所述温湿度采集单元采用数字温湿度传感芯片。

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