CN213601073U - 一种无线智能环境监控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开一种无线智能环境监控装置，属于环境监测技术领域。包括：数据采集组件和监控终端组件；所述数据采集组件包括第一控制器，及连接于所述第一控制器的输入/输出接口上的温湿度传感器、光照强度采集器、土壤PH值传感器及NRF905无线发射模块；所述监控终端组件包括第二控制器、NRF905无线接收模块及显示屏；所述数据采集组件与所述监控终端组件通过所述NRF905无线发射模块及NRF905无线接收模块配合无线连接。该装置便于对大棚室内的多种环境因素进行统一监控管理，适用于多种场所的环境检测及监控。

Description

一种无线智能环境监控装置

技术领域

本申请的方案属于环境监测技术领域，尤其涉及一种无线智能环境监控装置。

背景技术

大棚温室种植技术广泛应用于农业生产领域。由于植物种植所需的温度、湿度、光照及土壤等环境对植物的生长具有较大影响，而大棚内环境监测当前主要还是采用传统的单一分离式监控。比如，使用传统的或电子的温度计采集环境温度，湿度计采集环境湿度，通过土壤采样检测土壤酸碱性等，致使采集的数据分散，不便于统一管理。至于光照环境一般是根据经验设置相应的灯光，粗略判断光照是否合适，较少采用仪器或设备进行光照的量化监测。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提供一种无线智能环境监控装置，便于对大棚室内的多种环境因素进行统一监控管理。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种无线智能环境监控装置，包括数据采集组件和监控终端组件；

所述数据采集组件包括第一控制器，及连接于所述第一控制器的输入/输出接口上的温湿度传感器、光照强度采集器、土壤PH值传感器及NRF905无线发射模块；

所述监控终端组件包括第二控制器、NRF905无线接收模块及显示屏；

所述数据采集组件与所述监控终端组件通过所述NRF905无线发射模块及NRF905无线接收模块配合无线连接。

可选地，所述第一控制器及第二控制器分别为SPCE061A单片机。

可选地，所述温湿度传感器、光照强度采集器及土壤PH值传感器输出端通过信号通道切换器连接于控制器的输入/输出接口上。

可选地，所述信号通道切换器为数字控制CMOS模拟开关CD4067BE。

可选地，所述光照强度采集器采用光敏电阻比较电路，所述光敏电阻比较电路包括直流电源、第一分压电阻、第二分压电阻、光敏电阻、可变电阻、上拉电阻及电压比较器，所述直流电源输出端分别与所述第一分压电阻、第二分压电阻第一端及所述电压比较器供电端子连接；

所述第一分压电阻第二端与所述光敏电阻第一端连接，所述光敏电阻第二端接电源地，所述光敏电阻第一端还连接于所述电压比较器同相输入端；

所述第二分压电阻第二端与所述可变电阻第一端连接，所述可变电阻第二端接电源地，所述可变电阻中间端连接于所述电压比较器反相输入端；

所述电压比较器输出端还设有接入所述直流电源的上拉电阻，所述电压比较器输出端用于与所述控制器连接。

可选地，所述数据采集组件还包括：用于检测CO2气体的固态电解质式传感器，所述固态电解质式传感器的输出端与所述控制器的输入/输出端口连接。

可选地，所述数据采集组件还包括：摄像头，所述摄像头采用OV7670图像传感器，所述图像传感器输出端与所述控制器连接。

可选地，所述图像传感器输出端到所述控制器之间设有AL422B先入先出存储芯片。

可选地，所述数据采集组件与终端监控组件分别还包括：基于SPI通信方式的SD卡读写模块，所述第一控制器与第二控制器分别连接有所述SD卡读写模块；

所述显示屏为HMI串口人机界面液晶屏，所述显示屏与第二控制器通过串口通讯连接。

可选地，所述终端监控组件还包括与所述第二控制器连接的语音播报模块。

本实用新型实施例提供的无线智能环境监控装置，包括数据采集组件和监控终端组件；所述数据采集组件包括第一控制器，及连接于所述第一控制器的输入/输出接口上的温湿度传感器、光照强度采集器、土壤PH值传感器及NRF905无线发射模块；所述监控终端组件包括第二控制器、NRF905无线接收模块及显示屏；所述数据采集组件与所述监控终端组件通过所述NRF905无线发射模块及NRF905无线接收模块配合无线连接。由于所述数据采集组件集成了多种类型的传感器，可以用于采集大棚温室内不同的环境因素，并通过无线传输方式发送给终端监控组件，便于对大棚室内的多种环境因素进行统一监控管理。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型无线智能环境监控装置一实施例结构示意框图；

图2为本实用新型无线智能环境监控装置的供电电源模块一实施电路原理图；

图3为图1中数据采集组件一实施例结构示意框图；

图4为图1或图3中光照强度采集器一实施例的电路原理图；

图5为图1中语音播报模块一实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。

应当明确，为了更加清楚说明本实用新型，在以下的具体实施例中描述了众多技术细节，本领域技术人员应当理解，没有其中的某些细节，本实用新型同样可以实施。另外，为了凸显本实用新型的实用新型主旨，涉及的一些本领域技术人员所熟知的方法、手段、零部件及其应用等未作详细描述，但是，这并不影响本实用新型的实施。本文所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1所示，本实用新型提供的无线智能环境监控装置，适用于多种场所的环境检测及监控，例如，建筑工地、大棚温室等。基于本实用新型的技术构思，通过更换传感器的类型，可以适用于更多的环境监测场景中。

所述无线智能环境监控装置包括数据采集组件和监控终端组件。其中，所述数据采集组件包括第一控制器，及连接于所述第一控制器的输入/输出接口上的温湿度传感器、光照强度采集器、土壤PH值传感器及NRF905无线发射模块；

所述监控终端组件包括第二控制器、NRF905无线接收模块及显示屏；所述数据采集组件与所述监控终端组件通过所述NRF905无线发射模块及NRF905无线接收模块配合无线连接。

本实用新型实施例提供的无线智能环境监控装置，由于所述数据采集组件集成了多种类型的传感器，可以用于采集大棚温室内不同的环境因素，并通过无线传输方式发送给终端监控组件，便于对大棚室内的多种环境因素进行统一监控管理。

另外，当前的单一分离式监测方式，采集的环境数据需要分别发送汇总到监控终端，一般是通过通信线缆进行连接以实现传输，而对于多参数多点监控的场所，由于设备接口资源有限，通过线缆连接通信方式需要占用较多接口资源。

本实用新型中，数据采集组件与终端监控组件之间通过无线方式通信连接，数据采集组件将采集的多种数据统一发送给终端监控组件，不仅便于数据统一管理，而且可以较少地占用设备接口资源。

其中，参看图2所示，本装置采用两块大容量聚合物电池串联得到7.4V左右的直流电压，利用LM7805进行稳压得到+5V的直流电压，给数据采集组件的温湿度传感器、光照强度采集器、土壤PH值传感器等电路供电；再利用集成芯片SPY0029进行第二级稳压得到+3.3V的直流电压，给控制器供电。

参看图1及图2所示，图2中具体还展示了控制器的结构，在一些实施例中，所述第一控制器及第二控制器分别为SPCE061A单片机。SPCE061A单片机是凌阳科技推出的一款16位结构的微控制器，具有处理速度快、功耗低、便于程序调试等优点。本实用新型通过采用该型号单片作为控制器，可以提高监控装置整体的处理速度，降低功耗。

所述温湿度传感器采用DHT21传感器，其为单总线数字输出、集温湿度一体的传感器，而且片内集成8位单片机，不需要额外的外围电路，并且转换时间和单次通讯时间较短。因此，在该系统中通过选用DHT21传感器进行温湿度的检测，结构简单，且传输数据效率高。

在实际应用中，由于植物生长只需要维持在一个临界光照环境值即可，因此不需要实时测量环境光照强度的准确数值大小，只是需要一个临界值，确保待监控环境光照强度不超过安全值即可。因此，作为一可选实施例，所述光照强度采集器采用光敏电阻比较电路采集光强。

具体地，参看图4所示，所述光敏电阻比较电路包括直流电源、第一分压电阻、第二分压电阻、光敏电阻、可变电阻、上拉电阻及电压比较器，所述直流电源输出端分别与所述第一分压电阻、第二分压电阻第一端及所述电压比较器供电端子连接；

所述第一分压电阻第二端与所述光敏电阻第一端连接，所述光敏电阻第二端接电源地，所述光敏电阻第一端还连接于所述电压比较器同相输入端；所述第二分压电阻第二端与所述可变电阻第一端连接，所述可变电阻第二端接电源地，所述可变电阻中间端连接于所述电压比较器反相输入端。

所述电压比较器输出端还设有接入所述直流电源的上拉电阻，所述电压比较器输出端用于与所述控制器连接。

土壤PH值传感器采用H311-AS002传感器，其可直接与控制器，也就是前述的单片机相连，其使用范围广，既可以简化整体装置的电路，又能长期在线检测，可以大大提高装置的智能化程度。

在一些实施例中，所述数据采集组件还包括：用于检测CO2气体的固态电解质式传感器，所述固态电解质式传感器的输出端与所述控制器的输入/输出端口连接。

固态电解质式传感器具有灵敏度高、受温湿度影响小、稳定性好、线性度好等特点，而且输出的电压易于放大，大大简化了测量电路。

其中，固态电解质式传感器选用固态电解质测量方式的MS4100传感器对CO2气体进行检测。

在一些实施例中，所述温湿度传感器、光照强度采集器、土壤PH值传感器及固态电解质式传感器输出端通过信号通道切换器连接于控制器的输入/输出接口上。

所述信号通道切换器，用于切换数据采样通道，以使控制器采集不同的传感器测量的数据。所述信号通道切换器可以为数字控制CMOS模拟开关CD4067BE。

参看图3所示，所述数据采集组件还包括：摄像头模块，包括摄像头，所述摄像头采用OV7670图像传感器，所述图像传感器输出端与所述控制器连接。

OV7670图像传感器的数据输出速度较高，数据流很大，控制器(以下也称为单片机)与OV7670图像传感器直连，但需要单片机腾出较多的资源来配合OV7670图像传感器，才能完成图像数据的采集，从而使得单片机与OV7670较难匹配，增大了单片机的功耗，增加了数据的出错率，其稳定性也随之下降。

为了解决控制器与OV7670图像传感器直连存在的上述问题，一些实施例中，所述图像传感器输出端到所述控制器之间设有AL422B先入先出存储芯片。通过在OV7670图像传感器数据输出端添加AL422B先入先出存储芯片，AL422B先入先出存储芯片内部可存储3M位的数据，OV7670输出的数据暂存入AL422B先入先出存储芯片中，起到缓冲作用，单片机仅需要定时读取一次AL422B先入先出存储芯片中的图像数据即可，而且读取速度由用户自由设定，大大降低了单片机的资源消耗。

另一些实施例中，所述数据采集组件与终端监控组件分别还包括：基于SPI通信方式的SD卡读写模块，所述第一控制器与第二控制器分别连接有所述SD卡读写模块；由于SD卡读写模块，容量大，方便使用，且采用SPI通信方式，单片机I/O端口占用少，读写速度快，再配合FAT文件系统，可以很方便的对SD卡进行读写操作。

所述显示屏为HMI串口人机界面液晶屏，所述显示屏与第二控制器通过串口通讯连接。通过采用HMI串口人机界面液晶屏，串口通讯，操作简单，仅需要2个I/O口，波特率最高可达961200bps，内部集成专用TFT驱动芯片以及图形操作SPI函数接口，可存储255张图片，图像刷新速率快，大大降低了单片机的资源占有率，具有较高的人机交互能力。

参看图1及图3所示，在一些实施例中，所述数据采集组件还包括：语音录制模块，所述语音录制模块与所述第一控制器连接。语音录制模块具有10位模/数转换器(俗称ADC)实现对环境声音的录制输入。

数据采集组件采集到环境声音之后，通过无线发射模块NRF905发送到终端监控组件。

参看图5所示，在一些实施例中，所述终端监控组件还包括与所述第二控制器连接的语音播报模块。所述语音播报模块具有10位数/模转换模块(俗称DAC)。在终端监控组件侧，通过无线接收模块NRF905接收数据，接收到的语音压缩编码通过语音播报模块内的10位DAC进行解码后播放。进一步地，还可以将接收到的环境参数、声音、照片等存储到SD卡中。

所述语音播报模块的电路原理图如图5所示，语音信号经语音库函数解码后，由处理器内部10位D/A模块将数字编码转换为语音模拟信号，最后经过语音信号放大芯片SPY0030将语音信号放大后播放，使管理人员可以通过视听方式知晓监测地点的环境状况。

本实用新型中，以传感器技术为核心，结合单片机及控制等技术，选用一些现有的实现某种功能的电子元件或模块，将其通过一定的电路或通信关系连接，形成的本实施例提供的无线智能环境监控装置整体方案，可以满足多节点传感器数据的处理，能够全面兼顾温度、湿度、光照强度、PH值的数据采集以及环境声音的录制和现场照片的拍摄等，通过无线传输方式能够很方便的实现环境现场在外部监控，并且具有很好的移动便携性、实用性，拥有广阔的应用前景。

需要说明的是，本申请的发明点在于对各组成部件或各组成部件的结构通过一定的连接关系形成的无线智能环境监控装置，其中涉及的主控模块的控制部分以及基于硬件结构实现主控模块功能所需的电路、逻辑单元或程序为现有成熟技术，本领域技术人员根据本实施例记载的各组成部件、零件及其之间相互配合所要实现的功能，可以自由选择具体的逻辑单元、程序或采用相关的电子元器件以实现预期作用或功能，为了凸显本实用新型的创新主旨在于结构及连接关系的改进，就不再具体赘述本文中实现预定功能可能涉及的具体程序或逻辑控制电路，其并不影响本实用新型的实现。

需要说明的是，在本文中，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系的用语，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。诸如，第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种无线智能环境监控装置，其特征在于，包括数据采集组件和监控终端组件；

所述数据采集组件包括第一控制器，及连接于所述第一控制器的输入/输出接口上的温湿度传感器、光照强度采集器、土壤PH值传感器及NRF905无线发射模块；

所述监控终端组件包括第二控制器、NRF905无线接收模块及显示屏；

所述数据采集组件与所述监控终端组件通过所述NRF905无线发射模块及NRF905无线接收模块配合无线连接。

2.根据权利要求1所述的监控装置，其特征在于，所述第一控制器及第二控制器分别为SPCE061A单片机。

3.根据权利要求1所述的监控装置，其特征在于，所述温湿度传感器、光照强度采集器及土壤PH值传感器输出端通过信号通道切换器连接于控制器的输入/输出接口上。

4.根据权利要求3所述的监控装置，其特征在于，所述信号通道切换器为数字控制CMOS模拟开关CD4067BE。

5.根据权利要求1所述的监控装置，其特征在于，所述光照强度采集器采用光敏电阻比较电路，所述光敏电阻比较电路包括直流电源、第一分压电阻、第二分压电阻、光敏电阻、可变电阻、上拉电阻及电压比较器，所述直流电源输出端分别与所述第一分压电阻、第二分压电阻第一端及所述电压比较器供电端子连接；

所述第一分压电阻第二端与所述光敏电阻第一端连接，所述光敏电阻第二端接电源地，所述光敏电阻第一端还连接于所述电压比较器同相输入端；

所述第二分压电阻第二端与所述可变电阻第一端连接，所述可变电阻第二端接电源地，所述可变电阻中间端连接于所述电压比较器反相输入端；

所述电压比较器输出端还设有接入所述直流电源的上拉电阻，所述电压比较器输出端用于与所述控制器连接。

6.根据权利要求1所述的监控装置，其特征在于，所述数据采集组件还包括：用于检测CO2气体的固态电解质式传感器，所述固态电解质式传感器的输出端与所述控制器的输入/输出端口连接。

7.根据权利要求1所述的监控装置，其特征在于，所述数据采集组件还包括：摄像头，所述摄像头采用OV7670图像传感器，所述图像传感器输出端与所述控制器连接。

8.根据权利要求7所述的监控装置，其特征在于，所述图像传感器输出端到所述控制器之间设有AL422B先入先出存储芯片。

9.根据权利要求1所述的监控装置，其特征在于，所述数据采集组件与终端监控组件分别还包括：基于SPI通信方式的SD卡读写模块，所述第一控制器与第二控制器分别连接有所述SD卡读写模块；

所述显示屏为HMI串口人机界面液晶屏，所述显示屏与第二控制器通过串口通讯连接。

10.根据权利要求1所述的监控装置，其特征在于，所述终端监控组件还包括与所述第二控制器连接的语音播报模块。

Images