CN214372645U - 一种基于NB-IoT的茶园环境监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于NB‑IoT的茶园环境监测装置，其结构包括机箱、支架、大气温湿度传感器、太阳能板、太阳能供电控制器、数据采集传输控制器、土壤温湿度传感器、二氧化碳传感器、蓄电池、光照传感器，本实用新型为解决位于山区的茶园环境监测问题，该装置采用太阳能板供电，侧边位置设有光照传感器和大气温湿度传感器，机箱内集成安装了太阳能供电控制器、数据采集传输控制器、土壤温湿度传感器、二氧化碳传感器、蓄电池，并且通过数据采集传输控制器的NB‑IoT网络进行数据传输，达到广覆盖、低功耗、少维护的目的。

Description

一种基于NB-IoT的茶园环境监测装置

技术领域

本实用新型是一种基于NB-IoT的茶园环境监测装置，属于环境监测技术领域。

背景技术

茶园大多位于山区，要建立环境监测系统，最大的困难是供电和网络通讯问题，大多数茶园没有市电接入，要持续监测茶园的环境数据，必须安装固定的监测装置，并且这个装置要实现自主供电，并能通过网络传输数据。

当前，中国电信、中国联通积极跟进NB-IoT技术发展，已在全国布署NB-IoT网络，只要手机信号覆盖到，即可应用。针对茶园的特点，本装置旨在利用NB-IoT技术，设计一种广覆盖、低功耗、少维护的茶园生态环境数据实时采集设备。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型目的是提供一种基于NB-IoT的茶园环境监测装置，以解决茶园大多位于山区，要建立环境监测系统，最大的困难是供电和网络通讯问题，大多数茶园没有市电接入，无法持续监测茶园的环境数据的问题。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：一种基于NB-IoT的茶园环境监测装置，其结构包括机箱、支架、大气温湿度传感器、太阳能板、太阳能供电控制器、数据采集传输控制器、土壤温湿度传感器、二氧化碳传感器、蓄电池、光照强度传感器，所述机箱内集成安装了太阳能供电控制器，所述机箱结构顶部位置配设有太阳能板，所述太阳能供电控制器一侧位置对应安装有相间隔的数据采集传输控制器，所述大气温湿度传感器探头与光照强度传感器安装在太阳能板侧边位置上。

进一步地，所述土壤温湿度传感器7探头通过线缆埋设在地下相应深度。

进一步地，所述机箱结构下部位置配设有焊接一体的支架。

进一步地，所述蓄电池通过导线连接至所述太阳能供电控制器，所述太阳能供电控制器通过导线连接至太阳能板输出端。

进一步地，所述数据采集传输控制器安装高度超过土壤温湿度传感器位置。

进一步地，所述数据采集传输控制器采用高性能SMT32L107系列MCU、通信采用了移远的NB-IOT全频段模块、具有8路独立控制的RS485接口、8路数据采集IO输入接口、1路本地RJ45网络接口。

进一步地，所述土壤温湿度传感器由DS18B20温度传感器与FDS-100土壤水分传感器组合构成，其中DS18B20温度传感器采用FDR频域法测量，利用电磁脉冲原理、根据电磁波在介质中传播频率来测量土壤的表观介电常数ε，从而得到土壤容积含水量θv，而FDS-100土壤水分传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。

进一步地，所述大气温湿度传感器由使用DHT11数字温湿度传感器构成，内部由一个8位单片机控制一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，常用于大气温湿度的测量。

进一步地，所述二氧化碳传感器采用MH-Z14芯片，是一个通用智能小型传感器，利用非色散红外NDIR原理对空气中存在的C02进行探测，具有很好的选择性和无氧气依赖性，寿命长的特点。

进一步地，所述光照传感器采用MAX44009芯片，工作电流小于1μA，是业内功耗最低的环境光传感器之一，具有22位超宽动态范围(0.045lux至188,000lux)。

有益效果

本实用新型一种基于NB-IoT的茶园环境监测装置，为解决位于山区的茶园环境监测问题，该装置采用太阳能板供电，侧边位置设有光照传感器，机箱内集成安装了大气温湿度传感器、太阳能供电控制器、数据采集传输控制器、土壤温湿度传感器、二氧化碳传感器、蓄电池，并且通过数据采集传输控制器的NB-IoT网络进行数据传输，达到广覆盖、低功耗、少维护的目的。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型一种基于NB-IoT的茶园环境监测装置的结构示意图；

图2为本实用新型的箱内传感器装配结构示意图；

图3为本实用新型的太阳能板结构示意图；

图4为本实用新型的大气温湿度传感器测量参数图；

图5为本实用新型的MCU模块电路图；

图6为本实用新型的NB通信模块电路图；

图7为本实用新型的电源管理模块电路图；

图8为本实用新型的8路光耦IO输入接口电路图；

图9为本实用新型的8路485控制接口电路图；

图10为本实用新型的RS485通信接口电路图；

图11为本实用新型的本地网络接口模块电路图。

图中：机箱-1、支架-2、大气温湿度传感器-3、太阳能板-4、太阳能供电控制器-5、数据采集传输控制器-6、土壤温湿度传感器-7、二氧化碳传感器-8、蓄电池-9、光照强度传感器-10。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

请参阅图1-图4，本实用新型提供一种技术方案：一种基于NB-IoT的茶园环境监测装置，其结构包括机箱1、支架2、大气温湿度传感器3、太阳能板4、太阳能供电控制器5、数据采集传输控制器6、土壤温湿度传感器7、二氧化碳传感器8、蓄电池9，所述机箱1内集成安装了太阳能供电控制器5，所述机箱1结构顶部位置配设有太阳能板4，所述太阳能供电控制器5一侧位置对应安装有相间隔的数据采集传输控制器6，所述大气温湿度传感器3探头与光照强度传感器10安装在太阳能板4侧边位置上，所述土壤温湿度传感器7探头通过线缆埋设在地下相应深度，所述机箱1结构下部位置配设有焊接一体的支架2，所述蓄电池9通过导线连接至所述太阳能供电控制器5，所述太阳能供电控制器5通过导线连接至太阳能板4输出端，所述数据采集传输控制器6安装高度超过土壤温湿度传感器7位置，所述数据采集传输控制器6采用高性能SMT32L107系列MCU、通信采用了移远的NB-IOT全频段模块、具有8路独立控制的RS485接口、8路数据采集IO输入接口、1路本地RJ45网络接口，所述土壤温湿度传感器7由DS18B20温度传感器与FDS-100土壤水分传感器组合构成，其中DS18B20温度传感器采用FDR频域法测量，利用电磁脉冲原理、根据电磁波在介质中传播频率来测量土壤的表观介电常数ε，从而得到土壤容积含水量θv，而FDS-100土壤水分传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，所述大气温湿度传感器由使用DHT11数字温湿度传感器构成，内部由一个8位单片机控制一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，常用于大气温湿度的测量，所述二氧化碳传感器8采用MH-Z14芯片，是一个通用智能小型传感器，利用非色散红外NDIR原理对空气中存在的CO2进行探测，具有很好的选择性和无氧气依赖性，寿命长的特点，所述光照传感器10采用MAX44009芯片，工作电流小于1μA，是业内功耗最低的环境光传感器之一，具有22位超宽动态范围(0.045lux至188,000lux)。

本专利所说的数据采集传输控制器6主控芯片为STM32F107VCT6TR，负责“数据采集传输控制器”的管理工作，可以根据预设的时间控制8路外接传感器的供电以及数据采集，使装置在除采样时间之外处于待机状态，大大降低装置的功耗，达到只利用太阳能和蓄电池就能长期工作的目的，满足在山区持续采集数据的要求。NB-IoT模块采用移远公司的NB-BC95-B5芯片，实现与云平台数据低功耗、高稳定连接和传输。电源模块分别采用LM2596和AMS1117，提供稳定的供电。8路IO输入接口采用高精度光耦芯片隔离，减少干扰，提高系统稳定性。

例如：在进行使用时，为解决位于山区的茶园环境监测问题，该装置采用太阳能板4供电，侧边位置设有光照传感器10，机箱1内集成安装了大气温湿度传感器3、太阳能供电控制器5、数据采集传输控制器6、土壤温湿度传感器7、二氧化碳传感器8、蓄电池9，并且通过数据采集传输控制器6的NB-IoT网络进行数据传输，达到广覆盖、低功耗、少维护的目的。

本实用新型解决的问题是茶园大多位于山区，要建立环境监测系统，最大的困难是供电和网络通讯问题，大多数茶园没有市电接入，无法持续监测茶园的环境数据，本实用新型通过上述部件的互相组合，采用太阳能供电，并且通过NB-IoT网络进行数据传输，机箱内集成安装了大气温湿度传感器、太阳能供电控制器、数据采集传输控制器、土壤温湿度传感器、二氧化碳传感器、蓄电池，并且通过数据采集传输控制器的NB-IoT网络进行数据传输，达到广覆盖、低功耗、少维护的目的。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种基于NB-IoT的茶园环境监测装置，其结构包括机箱(1)、支架(2)、大气温湿度传感器(3)、太阳能板(4)、太阳能供电控制器(5)、数据采集传输控制器(6)、土壤温湿度传感器(7)、二氧化碳传感器(8)、蓄电池(9)、光照强度传感器(10)，其特征在于：

所述机箱(1)内集成安装了太阳能供电控制器(5)，所述机箱(1)结构顶部位置配设有太阳能板(4)，所述太阳能供电控制器(5)一侧位置对应安装有相间隔的数据采集传输控制器(6)，所述大气温湿度传感器(3)探头与光照强度传感器(10)安装在太阳能板(4)侧边位置上。

2.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT的茶园环境监测装置，其特征在于：所述土壤温湿度传感器(7)探头通过线缆埋设在地下相应深度。

3.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT的茶园环境监测装置，其特征在于：所述机箱(1)结构下部位置配设有焊接一体的支架(2)。

4.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT的茶园环境监测装置，其特征在于：所述蓄电池(9)通过导线连接至所述太阳能供电控制器(5)，所述太阳能供电控制器(5)通过导线连接至太阳能板(4)输出端。

5.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT的茶园环境监测装置，其特征在于：所述数据采集传输控制器(6)安装高度超过土壤温湿度传感器(7)位置。

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