CN211184254U - 一种碟形监测终端设备 - Google Patents

Abstract

一种碟形监测终端设备，包括电路部分和外壳结构部分，电路部分包括圆形温湿度PCB和半球型光照强度传感器，外壳结构部分包括上盖和底壳，上盖扣在底壳上形成一个腔体，底壳内底部有底壳凹台，底壳凹台的底面为通气孔面，圆形温湿度PCB安装在底壳凹台上，圆形温湿度PCB的感温湿度器件一面朝向通气孔面，上盖中心设置有开孔凹台，半球型光照强度传感器安装在开孔凹台上。该终端设备具有便捷小巧、防水、低功耗的特点，可以很方便地摆放或挂载，从而适应不同农业设施环境。同时手机等移动端能够方便地绑定该终端设备，从而能对农业生产环境的一些数据进行实时可视化监测，进而提供某一环境下的某一特定作物的生长阶段指导和告警服务等。

Description

一种碟形监测终端设备

技术领域

本发明属于农业现代化技术领域，涉及农业物联网领域，特别涉及一种碟形监测终端设备。

背景技术

随着农业物联网的快速发展，农业环境更亟待一些超低功耗的和低成本的监测设备和无线便捷的智能物联网系统。超低功耗能够有效节约能源，不需要高储能电池或外部电源引线供电使得用户方便省事。低成本主要涉及到监测设备的价格和传输数据时的入网资费问题，监测设备便捷小巧且入网资费低才能赢来长足的市场。同时现代化农业同样需求万物互联、大连接，通过物联网的方式将会使农业发展插上翅膀。正迎合着这些契机，NB-IoT(低功耗窄带物联网)已经成为目前最为流行的物联网技术，其被广泛应用在各个领域，但是针对农业环境，如果园、温室大棚等，借助NB-IoT技术的通用、低成本、防水、便捷的，并能提供生产指导等的环境监测设备和物联网系统缺乏。

发明内容

为了克服现有农业环境监测设备和物联网系统的技术缺点，本发明的目的在于提供一种碟形监测终端设备，并基于该结构提供一种可用于农业环境监测与智能服务的NB-IoT物联网系统。该终端设备具有便捷小巧、防水、低功耗的特点，可以很方便地摆放或挂载，从而适应不同农业设施环境。同时手机等移动端能够方便地绑定该终端设备，从而能对农业生产环境的一些数据进行实时可视化监测，进而提供某一环境下的某一特定作物的生长阶段指导和告警服务等。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种碟形监测终端设备，包括电路部分和外壳结构部分，所述电路部分包括圆形温湿度PCB6和半球型光照强度传感器7，其特征在于，所述外壳结构部分包括上盖1和底壳2，上盖1扣在底壳2上形成一个腔体，底壳2内底部有底壳凹台2-4，底壳凹台2-4的底面为通气孔面，圆形温湿度PCB6安装在底壳凹台2-4上，圆形温湿度PCB6的感温湿度器件一面朝向所述通气孔面，所述上盖 1中心设置有开孔凹台1-2，半球型光照强度传感器7安装在开孔凹台1-2上。

所述电路部分还包括圆形主电路PCB5和开关电路PCB8，所述圆形主电路 PCB5上集成低功耗单片机的最小系统电路、NB模组及其外围电路、锂电池充放电管理电路以及电量监测电路。

所述开关电路PCB8由螺钉紧固在底壳2内底面的两根螺柱上，所述圆形主电路PCB5由螺钉紧固在底壳2的支撑螺柱上。

所述上盖1底部与底壳2边缘的接口处设有槽顶为椭圆弧面的环形凹槽 1-3，环形凹槽1-3中配置有O型防水橡胶圈9，所述上盖1底部靠近最外圈设有缓冲环槽1-4。

所述底壳2底部结构设有三个支撑脚2-1，以实现整体结构的稳定摆放，底壳2底部正中心为底壳凹台2-4，底壳凹台2-4底面设有若干通气孔；所述上盖 1边沿设有三个通孔1-1，分别通过一个弹簧扣3-1连接一根挂链3的下端，各挂链3的上端汇聚并连接至挂钩4，以实现整体结构的挂载。

本发明还提供了基于所述碟形监测终端设备的NB-IoT物联网系统，包括：

所述碟形监测终端设备，为感知层硬件设备，设备集成低功耗单片机的最小系统、NB模组及其外围电路、锂电池充放电管理电路以及电量监测电路；

云端管理平台，为应用层，主要提供后端管理功能、前端用户接口、数据采集服务和告警推送服务，经由碟形监测终端设备将监测的环境数据上行至基站、核心网，最后数据汇聚至电信云平台，将电信云平台数据推送至私有服务器，即形成了所述云端管理平台；

微信移动服务平台，为微信公众号平台，其对接所述云端管理平台，通过调用云端管理平台提供的前端用户接口满足用户侧的功能需要。

所述后端管理功能主要包括设备管理功能、数据查询功能和用户管理功能，所述设备管理功能包括：提供设备查询、添加、修改、删除和二维码生成；支持设备序列号自动生成；支持添加和删除设备时自动在物联网平台进行同步操作；所述数据查询功能，即提供所有设备历史数据查询功能；所述用户管理功能，即提供后端管理用户维护功能，允许查询、添加、修改和删除后端管理用户；

所述前端用户接口主要是向微信移动服务平台提供可调用的API，主要包括提供区域管理接口、区域数据接口以及用户接口，所述区域管理接口包括设备绑定接口、设备重新绑定接口、区域信息修改接口、告警设置接口和删除区域接口，所述区域数据接口包括实时数据接口、历史数据接口、阶段指导信息接口、历史告警信息接口和历史推送信息接口，所述用户接口包括用户绑定接口、用户重新绑定接口、用户推送设置接口、意见反馈接口和用户验证接口；

所述数据采集服务为底层设备即碟形监测终端设备提供实时数据采集和入库服务，底层设备经由物联网平台，将数据推送至数据采集服务，数据采集服务进行过滤、分析后保存至数据库，数据采集服务支持数据源验证、设备验证、数据验证和分析功能，为平台各项功能提供可靠的基础实时数据支撑；

所述告警推送服务为用户提供实时的告警推送服务，告警分为监控告警、低电量告警和阶段提醒三类，所述监控告警是根据用户设置的区域告警阈值，实时对比关联的设备数据，超出阈值时进行告警推送；所述低电量告警是对用户设备进行实时电量检查，电量过低时进行告警推送；所述阶段提醒是根据用户设置的区域作物类型和种植时间，自动推算作物生长阶段，并向用户推送当前生长阶段的作物种植指导信息。

所述推送类型主要支持公众号推送和短信推送两类，公众号推送即将告警信息推送至用户微信，以公众号模板消息形式推送；短信推送是以短信形式将告警信息推送至用户手机。

所述微信移动服务平台调用云端管理平台提供的前端用户接口，通过扫描碟形监测终端设备底部的二维码绑定设备，进而为农业用户提供农业环境数据的监测可视化和阶段指导、告警服务。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明碟形监测终端设备结构稳定牢固、防水、轻便小巧，不仅可以摆放，还可以挂载在果园树枝或农业设施的横梁上。

2)本发明物联网系统功耗低，碟形监测终端设备一次充电后可以监测至半年以上，整体成本较低，适用于农业用户的使用和推广。

3)本发明物联网系统可使用微信公众号直接扫描碟形监测终端设备底部二维码进行关注和绑定，并可设定设备部署的某农业环境下的特定作物，如黄瓜、草莓等，实时对作物生长的环境进行可视化监测，同时融入了一些特定作物的生长阶段指导，以定期推送生长阶段的指导建议。

附图说明

图1是本发明碟形监测终端设备整体结构示意图。

图2是本发明碟形监测终端设备结构爆炸示意图。

图3是本发明碟形监测终端设备剖面结构示意图。

图4是本发明碟形监测终端设备侧向安装示意图。

图5是本发明系统的总体架构框图。

图6是本发明圆形主电路PCB的NB-IOT模块具体电路结构。

图7是本发明圆形主电路PCB的电源模块具体电路结构。

图8是本发明圆形主电路PCB的传感器接口模块具体电路结构。

图9是本发明圆形主电路PCB的处理器模块具体电路结构。

图10是本发明圆形主电路PCB的充电接口模块具体电路结构。

图11是本发明圆形温湿度PCB的一种具体电路结构。

图12是圆形主电路PCB、圆形温湿度PCB、开关电路PCB的一种具体连接结构。

图13是本发明系统的云端管理平台功能结构分布图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

如图1、图2、图3和图4所示，本发明碟形监测终端设备主要由电路部分和外壳结构部分组成，电路部分主要由四个电路板模块组成，分别为：圆形主电路PCB5、圆形温湿度PCB6、半球型光照强度传感器7、开关电路PCB8。结合图5所示，圆形主电路PCB5上集成低功耗单片机的最小系统电路、NB模组及其外围电路、锂电池充放电管理电路以及电量监测电路。

碟形监测终端设备的具体组成，外壳结构部分主要包括上盖1和底壳2，上盖1扣在底壳2上形成一个腔体，底壳2内底部有底壳凹台2-4，底壳凹台2-4 的底面为通气孔面，设有若干通气孔。底壳2外底部设有三个支撑脚2-1，可实现整体结构的稳定摆放，上盖1设有三个通孔1-1，可分别通过挂链3上的弹簧扣3-1连接，再将挂链3汇聚并连接至挂钩4上，可实现整体结构的挂载。

上盖1底部靠近最外圈设有缓冲环槽1-4，给雨水从上盖面流下设下缓冲区，同时上盖1和底壳2的接合也采用了内凹槽与边缘紧密嵌合结合的结构，之间又添加了O型防水橡胶圈9，可以阻挡水的进入。

其安装过程为：首先在底壳2上将圆形温湿度PCB6由防水胶粘接在底壳内底部的底壳凹台2-4上，同时使有感温湿度器件一面朝向底壳凹台2-4的通气孔面。上盖1中心设置有开孔凹台1-2，半球型光照强度传感器7粘接在开孔凹台 1-2上。

开关电路PCB8由螺钉紧固在底壳2内底面的两根螺柱上，再将圆形主电路 PCB5由螺钉紧固在底壳2支撑螺柱上。上盖1底部与底壳2边缘的接口处设有环形凹槽1-3，槽顶为椭圆弧面，上下安装时需要先嵌入直径相当的O型防水橡胶圈9，再将底壳2边缘对应地套入环槽1-3内，同时保证底壳2边缘的薄边缘 2-2处对着圆形主电路PCB5上的提示灯，底壳2上的USB孔2-3对住上盖1的切边方槽1-5，实现上盖1和底壳2的接合，最后可以由螺钉从底壳2的底部孔进行紧固连接。提示灯每隔一段时间闪烁一次，可以从薄边缘2-2观察到灯光闪现，提示终端设备工作正常

基于上述结构，本发明还提供了一种用于农业环境监测与智能服务的 NB-IoT物联网系统，参考图5，除上述碟形监测终端设备之外，还包括了云端管理平台和微信移动服务平台。碟形监测终端设备为本物联网系统的感知层硬件设备。云端管理平台为本物联网系统的应用层，该平台主要提供后端管理功能、前端用户接口、数据采集服务和告警推送服务，经由碟形监测终端设备将监测的环境数据上行至基站、核心网，最后数据汇聚至电信云平台，该系统将电信云平台数据北向推送至私有服务器，即形成了本系统的云端管理平台。微信移动服务平台为微信公众号平台，其对接了云端管理平台，通过调用其提供的前端用户接口满足用户侧各项功能需要。

微信移动服务平台调用云端管理平台提供的前端用户接口，可以完成扫描碟形监测终端设备底部的二维码绑定设备，进而为农业用户提供农业环境数据的监测可视化和阶段指导、告警等服务。

如图6、图7、图8、图9和图10所示，提供了圆形主电路PCB5的一种具体电路结构，其包含STM8L051F3P6单片机最小系统电路，NB-IoT模组及其外围电路，由电源模块和充电接口模块组成的充放电锂电池管理电路，以及传感器接口。传感器接口包含连接圆形温湿度PCB6的I2C接口以及半球型光照强度传感器的的I2C接口。

如图11所示，提供了圆形温湿度PCB6的一种具体电路结构，其集成了SHT10高精度温湿度传感器电路，可通过I2C四线接口连接在圆形主电路PCB5 上传感器接口上；半球型光照强度传感器以MAX44009芯片为核心的一体传感器，其接口也为I2C四线接口；开关电路PCB8焊接了自锁按键开关，按键头包裹着橡胶套从碟形监测终端设备的底壳2的开孔伸出，该开关连接至圆形主电路PCB5上的锂电池供电电路的支路上，各模块电路连接示意图如图12所示。

如图13所示，本系统的云端管理平台主要提供后端管理功能、前端用户接口、数据采集服务和告警推送服务，其中：

后端管理功能主要包括设备管理、数据查询和用户管理，所述设备管理功能包括：提供设备查询、添加、修改、删除和二维码生成等各项功能；支持设备序列号自动生成；支持添加和删除设备时自动在物联网平台进行同步操作；所述数据查询功能，即提供所有设备历史数据查询功能；所述用户管理功能，即提供后端管理用户维护功能，允许查询、添加、修改和删除后端管理用户；

前端用户接口主要是向微信移动服务平台提供可调用的API,主要包括提供区域管理、区域数据、用户等相关接口，所述区域管理包括设备绑定、设备重新绑定、区域信息修改、告警设置、删除区域等接口，所述区域数据包括实时数据、历史数据、阶段指导信息、历史告警信息、历史推送信息等接口，所述用户接口包括用户绑定、用户重新绑定、用户推送设置、意见反馈、用户验证等；

数据采集服务为底层设备碟形监测终端设备提供实时数据采集和入库服务。底层设备经由物联网平台，将数据推送至数据采集服务，数据采集服务进行过滤、分析后保存至数据库。数据采集服务支持数据源验证、设备验证、数据验证和分析等功能特性，为平台各项功能提供可靠的基础实时数据支撑；

告警推送服务为用户提供实时的告警推送服务，告警可分为：监控告警、低电量告警、阶段提醒三类，所述监控告警是根据用户设置的区域告警阈值，实时对比关联的设备数据，超出阈值时进行告警推送；所述低电量告警是对用户设备进行实时电量检查，电量过低时进行告警推送；所述阶段提醒是根据用户设置的区域作物类型和种植时间，自动推算作物生长阶段，并向用户推送当前生长阶段的作物种植指导信息。推送类型主要支持公众号推送和短信推送两类，公众号推送是将告警信息以公众号模板消息形式推送至用户微信，短信推送是将告警信息以短信形式推送至用户手机。

本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的；本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种碟形监测终端设备，包括电路部分和外壳结构部分，所述电路部分包括圆形温湿度PCB(6)和半球型光照强度传感器(7)，其特征在于，所述外壳结构部分包括上盖(1)和底壳(2)，上盖(1)扣在底壳(2)上形成一个腔体，底壳(2)内底部有底壳凹台(2-4)，底壳凹台(2-4)的底面为通气孔面，圆形温湿度PCB(6)安装在底壳凹台(2-4)上，圆形温湿度PCB(6)的感温湿度器件一面朝向所述通气孔面，所述上盖(1)中心设置有开孔凹台(1-2)，半球型光照强度传感器(7)安装在开孔凹台(1-2)上。

2.根据权利要求1所述碟形监测终端设备，其特征在于，所述电路部分还包括圆形主电路PCB(5)和开关电路PCB(8)，所述圆形主电路PCB(5)上集成低功耗单片机的最小系统电路、NB模组及其外围电路、锂电池充放电管理电路以及电量监测电路。

3.根据权利要求2所述碟形监测终端设备，其特征在于，所述开关电路PCB(8)由螺钉紧固在底壳(2)内底面的两根螺柱上，所述圆形主电路PCB(5)由螺钉紧固在底壳(2)的支撑螺柱上。

4.根据权利要求1所述碟形监测终端设备，其特征在于，所述上盖(1)底部与底壳(2)边缘的接口处设有槽顶为椭圆弧面的环形凹槽(1-3)，环形凹槽(1-3)中配置有O型防水橡胶圈(9)，所述上盖(1)底部靠近最外圈设有缓冲环槽(1-4)。

5.根据权利要求1所述碟形监测终端设备，其特征在于，所述底壳(2)底部结构设有三个支撑脚(2-1)，以实现整体结构的稳定摆放，底壳(2)底部正中心为底壳凹台(2-4)，底壳凹台(2-4)底面设有若干通气孔；所述上盖(1)边沿设有三个通孔(1-1)，分别通过一个弹簧扣(3-1)连接一根挂链(3)的下端，各挂链(3)的上端汇聚并连接至挂钩(4)，以实现整体结构的挂载。

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