CN219392507U - 烟草育苗多通道信号无线采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种烟草育苗多通道信号无线采集装置，包括连接有无线通讯系统的苗棚内部采集系统，还包括低功耗监测供电控制器和电源系统，低功耗监测供电控制器设有第一单片机，第一单片机经第一开关控制电路控制电源系统为苗棚内部采集系统和无线通讯系统间歇式供电，第一开关控制电路包括开关三极管，第一单片机连接开关三极管T1的基极，开关三极管T1的集电极经继电器K1的线圈连接电源系统的电源端，开关三极管T1的发射极接地；电源系统的电源端连接继电器K1的常开开关的一端，继电器K1的常开开关的另一端经苗棚内部采集系统和无线通讯系统接地。本实用新型能控制电源系统为苗棚内部采集系统和无线通讯系统间歇式供电，降低功耗。

Description

烟草育苗多通道信号无线采集装置

技术领域

本实用新型涉及烟草育苗技术领域，特别是涉及一种烟草育苗多通道信号无线采集装置。

背景技术

烟草育苗一般在苗棚内实施，根据尺寸不同，苗棚大致分为大棚、中棚、小棚，大棚有较为完备的水电基础设施，中棚和小棚则没有水电设施。育苗温湿度远程采集设备已经应用非常普遍，但是采集设备主要采用电池供电方式，因为育苗棚内的光照强度不足以维持设备的持续运行，因此需要定期充电或者更换电池。随着育苗设施的不断发展，安装的传感器越来越多，部分苗棚开始安装摄像头，功耗越来越大，采用电池供电的方式，则需要采用更大容量的电池，设备体积和重量增加，并且需要维护。此外，采集的传感器数量较多时，还会造成布线不方便。如何利用一台采集器方便的采集更多的传感器和摄像头数据，并且降低功耗，缩小对电池容量的需求，具有一定的实用性。

实用新型内容

有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本实用新型的目的是提供一种烟草育苗多通道信号无线采集装置，设置有低功耗监测供电控制器，控制电源系统为苗棚内部采集系统和无线通讯系统间歇式供电，降低功耗，缩小电量的需求。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种烟草育苗多通道信号无线采集装置，包括苗棚内部采集系统，苗棚内部采集系统设置有采集器和摄像头，采集器连接有至少一个传感器，采集器和摄像头连接无线通讯系统，还包括低功耗监测供电控制器和电源系统，电源系统为低功耗监测供电控制器供电，低功耗监测供电控制器设置有第一单片机，第一单片机经第一开关控制电路控制电源系统为苗棚内部采集系统和无线通讯系统间歇式供电，所述第一开关控制电路包括开关三极管T1和继电器K1，第一单片机设置有电源控制端CTRL PWR1，电源控制端CTRL PWR1连接开关三极管T1的基极，开关三极管T1的集电极经继电器K1的线圈连接电源系统的电源端，开关三极管T1的发射极接地；电源系统的电源端连接继电器K1的常开开关的一端，继电器K1的常开开关的另一端连接苗棚内部采集系统和无线通讯系统的电源端，苗棚内部采集系统和无线通讯系统的地端接地。

电源系统经第一电源电路为第一单片机供电。

所述电源系统包括太阳能控制器，太阳能控制器连接有充电接口、充电电池以及太阳能电池板，太阳能电池板、充电接口经太阳能控制器为充电电池充电，太阳能电池板、充电电池经太阳能控制器为苗棚内部采集系统和无线通讯系统供电。太阳能控制器设置有电源系统的电源端，电源系统的地端接地。

所述采集器设置有第二单片机，电源系统经第一开关控制电路为第二单片机和摄像头供电，继电器K1的常开开关的另一端连接第二电源电路的电源端，第二电源电路的地端接地，第二电源电路为第二单片机供电，继电器K1的常开开关的另一端还连接摄像头的电源端，摄像头的地端接地；

第二单片机连接有第二开关控制电路，电源系统经第一开关控制电路之后，再经第二开关控制电路为传感器供电，第二单片机经第二开关控制电路控制第一开关控制电路为传感器供电；

第二开关控制电路包括开关三极管T11和继电器K11，第二单片机设置有电源控制端CTRL PWR2，电源控制端CTRL PWR2连接开关三极管T11的基极，开关三极管T11的集电极经继电器K11的线圈连接继电器K1的常开开关的另一端，开关三极管T11的发射极接地；继电器K1的常开开关的另一端连接继电器K11的常开开关的一端，继电器K11的常开开关的另一端连接传感器的电源端，传感器的地端接地。

所述采集器经第一RS485收发器连接无线通讯系统，采集器经第二RS485收发器连接传感器。

所述传感器为空气温湿度传感器和/或水温传感器和/或基质温度传感器和/或EC/PH传感器。

显著效果:本实用新型提供了一种烟草育苗多通道信号无线采集装置，设置有低功耗监测供电控制器，控制电源系统为苗棚内部采集系统和无线通讯系统间歇式供电，降低功耗，缩小电量的需求。

附图说明

图1为本实用新型的电路结构框图；

图2为电源系统、无线通讯系统、苗棚内部采集系统以及低功耗监测供电控制器的整体框图；

图3为第一电源电路的电路图；

图4为第一单片机的电路图；

图5为第一开关控制电路的电路图；

图6为电源电压采样电路的电路图；

图7为电量指示电路的电路图；

图8为第二电源电路的电路图；

图9为第二单片机的电路图；

图10为第一RS485收发器的电路图；

图11为第二开关控制电路的电路图；

图12为空气温湿度传感器接口的电路图；

图13为水温传感器接口的电路图；

图14为基质温度传感器接口的电路图；

图15为EC/PH传感器接口的电路图；

图16为第一备用传感器接口的电路图；

图17为第二备用传感器接口的电路图；

图18为低功耗监测供电控制器的工作流程图；

图19为采集器的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图1-图19所示，一种烟草育苗多通道信号无线采集装置，包括苗棚内部采集系统，苗棚内部采集系统设置有采集器和摄像头，采集器连接有至少一个传感器，采集器和摄像头连接无线通讯系统，还包括低功耗监测供电控制器和电源系统，电源系统为低功耗监测供电控制器供电，低功耗监测供电控制器设置有第一单片机，第一单片机经第一开关控制电路控制电源系统为苗棚内部采集系统和无线通讯系统间歇式供电，所述第一开关控制电路包括开关三极管T1和继电器K1，第一单片机设置有电源控制端CTRL PWR1，电源控制端CTRL PWR1连接开关三极管T1的基极，开关三极管T1的集电极经继电器K1的线圈连接电源系统的电源端，开关三极管T1的发射极接地；电源系统的电源端连接继电器K1的常开开关的一端，继电器K1的常开开关的另一端连接苗棚内部采集系统和无线通讯系统的电源端，苗棚内部采集系统和无线通讯系统的地端接地。

传感器用于获取苗棚内部温湿度等数据。

摄像头用于拍摄苗棚内部的图像数据。

获取苗棚内部的图像、温湿度等数据后经无线通讯系统发送到服务器平台，便于管理人员远程监控。

如图1所示，第一单片机经第一开关控制电路控制电源系统为苗棚内部采集系统和无线通讯系统间歇式供电，比如通电1分钟采集苗棚数据，断电59分钟，以一个小时为采集周期，缩小苗棚内部采集系统和无线通讯系统的用电量。

如图1、图4、图5所示，第一单片机通过其电源控制端CTRL PWR1输出高低电平给开关三极管T1的基极，从而控制开关三极管T1导通和截止，开关三极管T1控制继电器K1的线圈通断电，继电器K1的常开开关控制苗棚内部采集系统和无线通讯系统通断电。

如图3所示，电源系统经第一电源电路为第一单片机供电。

如图2所示，无线通讯系统设置有DTU网关，DTU网关连接采集器，DTU网关还连接有4G路由器，通过4G路由器收发数据。摄像头与4G路由器相连接，图像数据经4G路由器发送到服务器平台。

所述电源系统包括太阳能控制器，太阳能控制器连接有充电接口、充电电池以及太阳能电池板，太阳能电池板、充电接口经太阳能控制器为充电电池充电，太阳能电池板、充电电池经太阳能控制器为苗棚内部采集系统和无线通讯系统供电。太阳能控制器设置有电源系统的电源端，电源系统的地端接地。

采用上述的方式，可以通过充电接口经太阳能控制器为充电电池充电，也可以采用太阳能电池板获取太阳能为充电电池充电。上述太阳能控制器、充电接口、充电电池以及太阳能电池板均属于现有成熟技术，采用现有成熟产品，其结构不再详细赘述。

如图1、图9、图11、图12-图17，所述采集器设置有第二单片机，电源系统经第一开关控制电路为第二单片机和摄像头供电，继电器K1的常开开关的另一端连接第二电源电路的电源端，第二电源电路的地端接地，第二电源电路为第二单片机供电，继电器K1的常开开关的另一端还连接摄像头的电源端，摄像头的地端接地；

如图8所示，第二电源电路为第二单片机供电；

第二单片机连接有第二开关控制电路，电源系统经第一开关控制电路之后，再经第二开关控制电路为传感器供电，第二单片机经第二开关控制电路控制第一开关控制电路为传感器供电；

第二开关控制电路包括开关三极管T11和继电器K11，第二单片机设置有电源控制端CTRL PWR2，电源控制端CTRL PWR2连接开关三极管T11的基极，开关三极管T11的集电极经继电器K11的线圈连接继电器K1的常开开关的另一端，开关三极管T11的发射极接地；继电器K1的常开开关的另一端连接继电器K11的常开开关的一端，继电器K11的常开开关的另一端连接传感器的电源端，传感器的地端接地。

第一开关控制电路的继电器K1的常开开关闭合时，电源系统经第一开关控制电路为第二单片机和摄像头供电，先拍摄苗棚内的照片，然后摄像头自动进入待机状态。

第二单片机经第二开关控制电路控制传感器延时得电。

第二单片机上电后，延时10秒左右，通过电源控制端CTRL PWR2输出高电平信号给开关三极管T11的基极，开关三极管T11导通，继电器K11的线圈得电，继电器K11的常开开关闭合，传感器得电，获取苗棚内的温湿度等检测数据，发送给第二单片机，第二单片机将传感器数据经无线通讯系统发送给服务器平台。

采用上述的结构方式，第二单片机经第二开关控制电路控制传感器延时得电，与摄像头错峰用电，降低了对电源系统的功率要求。

反之，电源控制端CTRL PWR2输出低电平信号的时候，传感器失电。

图6为电源电压采样电路的电路图；第一单片机经电源电压采样电路连接电源系统的电源端对其输出电压进行采样，转换成电压数字信号，然后通过图7的电量指示电路进行指示；LED灯D5-D8全亮时表示满电，根据电源系统输出电压等级，D5-D8逐个熄灭。

如图9、图10所示，所述采集器经第一RS485收发器连接无线通讯系统，如图9、图12-图17所示，采集器经第二RS485收发器连接传感器。

图16为第一备用传感器接口的电路图；第一备用传感器接口用于连接备用传感器；图17为第二备用传感器接口的电路图；第二备用传感器接口也用于连接备用传感器。

所述传感器为空气温湿度传感器和/或水温传感器和/或基质温度传感器和/或EC/PH传感器。

空气温湿度传感器用于检测苗棚内的空气温湿度，水温传感器用于检测苗棚内的供水温度，基质温度传感器用于检测苗棚内的土壤基质温度。

EC/PH传感器用于测量土壤基质的可溶性盐浓度和PH值，也可以用来测量液体肥料或种植介质中的可溶性离子浓度。高浓度的可溶性盐类会使植物受到损伤或造成植株根系的死亡。正常的EC值范围在1-4mmhos/cm(或mS/cm)之间。

一种烟草育苗多通道信号无线采集装置，装置设置有电源系统、通信系统、苗棚内部采集系统。

电源系统：

供电方式由充电电池和太阳能共同供电，太阳能电池板在每天太阳充足的时候对充电电池进行充电。本发明的特点是，根据育苗时间的短期性，无需持续长期工作的特点，降低对充电电池容量和太阳能电池板功率的要求，采用如下设计流程：

1、计算整个育苗季节的电量需求，比如每天功耗为5wh，育苗天数为100天，总计500wh。

2、按照苗棚的外型尺寸，确定太阳能电池板的尺寸，比如300*150mm；

3、按照太阳能电池板的尺寸、育苗期间的太阳辐射强度、苗棚透光率等，估算整个育苗季节的太阳能发电量，比如350wh；

4、充电电池容量＝电量保险系数(电量需求-太阳能发电量)+最低电池容量，保险系数由历年太阳能辐射的波动范围确定，最低电池容量由太阳能电池板充电功率、充电电池充放电特性确定。比如取保险系数为1.2，最低电池容量30wh，则电池容量为1.2*(500-350)+30＝210wh。

通信系统：

低功耗监测供电控制器是实现整个装置低功耗运行的核心，目的是使苗棚内部采集系统在采集和传输数据的时候通电，其余时候处于待机状态，从而显著降低功耗。

常规的传感器和摄像头在通电后，即使在非采集和拍照运行状态的功耗，依然不可忽视，但是摄像头和传感器自身并没有自动断电功能，只能通过外部断电的方式来实现。

经测试，采集设备通电后，完成数据、图像采集和发送的时间约40秒，为了保险起见，每次供电1分钟，采集周期为60分钟，则采集间隔时间为59分钟。图18为低功耗监测供电控制器的工作流程图；图19为采集器的工作流程图。通过采集器的工作流程，先启动摄像头拍摄苗棚内的图像，再通过传感器采集苗棚内的温湿度等数据。

苗棚内部采集系统，包括采集传感器数据和图像，因为摄像头在通电后会自动启动拍照和发送，功耗较大，时间相对较长，一般超过10秒，传感器采集和发送时间较短，一般在2秒以内，为了减少功耗峰值，降低对电源系统的功率容量要求，采集器上电后默认为低功耗运行，等待10秒后，即等待摄像头采集发送完成后，再进行采集和发送传感器数据。

本实用新型有如下特点：

1)根据育苗监测的特点，即采集间隔时间长，育苗期有限且大致固定，采用特殊的低功耗监测供电控制器，大幅降低装置的功耗。

2)育苗期间无需更换电池，减小电池容量，由于太阳能电池板按照装置外形尺寸确定，因此对装置的体积增加较小，便于安装。

3)采集器将所有传感器数据统一采集，实现摄像头、传感器供电时序的控制，降低了设备供电初始阶段的峰值功耗。

最后，需要注意的是：以上列举的仅是本实用新型的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本实用新型进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种烟草育苗多通道信号无线采集装置，其特征在于，包括苗棚内部采集系统，苗棚内部采集系统设置有采集器和摄像头，采集器连接有至少一个传感器，采集器和摄像头连接无线通讯系统，还包括低功耗监测供电控制器和电源系统，电源系统为低功耗监测供电控制器供电，低功耗监测供电控制器设置有第一单片机，第一单片机经第一开关控制电路控制电源系统为苗棚内部采集系统和无线通讯系统间歇式供电，所述第一开关控制电路包括开关三极管T1和继电器K1，第一单片机设置有电源控制端CTRL PWR1，电源控制端CTRLPWR1连接开关三极管T1的基极，开关三极管T1的集电极经继电器K1的线圈连接电源系统的电源端，开关三极管T1的发射极接地；电源系统的电源端连接继电器K1的常开开关的一端，继电器K1的常开开关的另一端连接苗棚内部采集系统和无线通讯系统的电源端，苗棚内部采集系统和无线通讯系统的地端接地。

2.根据权利要求1所述的烟草育苗多通道信号无线采集装置，其特征在于：电源系统经第一电源电路为第一单片机供电。

3.根据权利要求1所述的烟草育苗多通道信号无线采集装置，其特征在于：所述电源系统包括太阳能控制器，太阳能控制器连接有充电接口、充电电池以及太阳能电池板，太阳能电池板、充电接口经太阳能控制器为充电电池充电，太阳能电池板、充电电池经太阳能控制器为苗棚内部采集系统和无线通讯系统供电。

4.根据权利要求1所述的烟草育苗多通道信号无线采集装置，其特征在于：所述采集器设置有第二单片机，电源系统经第一开关控制电路为第二单片机和摄像头供电，继电器K1的常开开关的另一端连接第二电源电路的电源端，第二电源电路的地端接地，第二电源电路为第二单片机供电；

第二单片机连接有第二开关控制电路，电源系统经第一开关控制电路之后，再经第二开关控制电路为传感器供电，第二单片机经第二开关控制电路控制第一开关控制电路为传感器供电；

第二开关控制电路包括开关三极管T11和继电器K11，第二单片机设置有电源控制端CTRL PWR2，电源控制端CTRL PWR2连接开关三极管T11的基极，开关三极管T11的集电极经继电器K11的线圈连接继电器K1的常开开关的另一端，开关三极管T11的发射极接地；继电器K1的常开开关的另一端连接继电器K11的常开开关的一端，继电器K11的常开开关的另一端连接传感器的电源端，传感器的地端接地。

5.根据权利要求1所述的烟草育苗多通道信号无线采集装置，其特征在于：所述采集器经第一RS485收发器连接无线通讯系统，采集器经第二RS485收发器连接传感器。

6.根据权利要求1所述的烟草育苗多通道信号无线采集装置，其特征在于：所述传感器为空气温湿度传感器和/或水温传感器和/或基质温度传感器和/或EC/PH传感器。