一種設施農業生產環境數據採集器的製作方法

2023-10-21 11:28:39 1

本實用新型涉及農業生產環境監測的技術領域，特別涉及一種設施農業生產環境數據採集器。

背景技術：

空氣溫溼度、二氧化碳濃度、光照度、土壤溫溼度等指標是溫室農業生產過程中對作物生長至關重要的環境指標。傳感器是指能感受規定的被測量，並按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置，傳感器作為信息獲取的重要手段，與通信技術和計算機技術共同構成信息技術的三大支柱。目前我國常見溫室大棚環境監測方法依然是採取人工觀察溫度計、溼度計並對其進行紙質記錄，而對土壤溫溼度的判斷則依靠經驗進行判斷。這種方法不僅數據獲取不準確，且不易保存和後期的分析處理。因此，以快速、準確獲取溫室生產環境參數為目的，設計一個設施農業生產環境數據採集器尤為重要。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於克服現有技術的缺點與不足，提供一種設施農業生產環境數據採集器。

本實用新型的目的通過下述技術方案實現：

本實用新型一種設施農業生產環境數據採集器，包括用於數據處理和任務管理的處理器模塊、用於測量環境信息採集的傳感器模塊、用於傳感器與處理器數據通信的RS485通訊接口、用於顯示檢測結果以及工作狀態的液晶顯示模塊、用於採集器與電腦終端數據通信的串口通信模塊、以及用於提供各模塊工作電源的電源供電模塊；所述電源供電模塊分別與處理器模塊、傳感器模塊、液晶顯示模塊、串口通信模塊連接，所述處理器模塊分別與串口通信模塊、RS485通訊接口、傳感器模塊、液晶顯示模塊連接，所述傳感器模塊通過RS485通訊接口與處理器模塊連接。

作為優選的技術方案，所述傳感器模塊包括土壤溫溼度傳感器、空氣溫溼度傳感器、光照度傳感器、以及二氧化碳濃度傳感器；所述土壤溫溼度傳感器、空氣溫溼度傳感器、光照度傳感器、以及二氧化碳濃度傳感器均通過RS485通訊接口連接與處理器模塊連接。

作為優選的技術方案，所述二氧化碳濃度傳感器選用Sensor Air S08傳感器，所述空氣溫溼度傳感器選用DHT22傳感器，所述光照度傳感器選用BH1750FVI傳感器，所述土壤溫溼度傳感器選用SOIL MOISTURE SENSOR傳感器。

作為優選的技術方案，所述串口通信模塊內核晶片為RS3232晶片。

作為優選的技術方案，所述RS485通訊接口內核晶片為RS485晶片。

作為優選的技術方案，所述液晶顯示模塊採用128x96圖形點陣顯示屏。

作為優選的技術方案，所述電源供電模塊包括12V鋰電池和直流穩壓晶片，12V鋰電池經直流穩壓晶片降壓至3.3V為系統各模塊供電。

作為優選的技術方案，所述直流穩壓晶片為TPS62170晶片。

作為優選的技術方案，所述處理器模塊內核晶片為STM32微處理器。

本實用新型相對於現有技術具有如下的優點及效果：

1、本實用新型設施農業生產環境數據採集器可將被檢測區域的環境信息進行快速、精準採集，並可將採集到的數據通過液晶屏直接顯示並傳輸至電腦終端進行展示和存儲。

2、本實用新型設施農業生產環境數據採集器具有體積小、工作穩定、低功耗以及可靠性強等優點。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖；

圖2是本實用新型的處理器模塊電路組成原理圖；

圖3是本實用新型的液晶顯示模塊與處理器模塊接口電路原理圖；

圖4是本實用新型的3.3V穩壓電路原理圖；

圖5是本實用新型5V穩壓電路原理圖；

圖6是本實用新型的RS485通訊接口電路原理圖；

圖7是本實用新型的串口通信模塊電路原理圖。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。

實施例

如圖1所示，本實施例一種設施農業生產環境數據採集器，包括用於數據處理和任務管理的處理器模塊、用於測量環境信息採集的傳感器模塊、用於傳感器與處理器數據通信的RS485通訊接口、用於顯示檢測結果以及工作狀態的液晶顯示模塊、用於採集器與電腦終端數據通信的串口通信模塊、用於提供各模塊工作電源的電源供電模塊；所述電源供電模塊分別與處理器模塊、傳感器模塊、液晶顯示模塊、串口通信模塊連接，所述處理器模塊分別與串口通信模塊、RS485通訊接口、傳感器模塊、液晶顯示模塊連接，所述傳感器模塊與RS485通訊接口連接。本實施例主要是利用空氣溫溼度傳感器、二氧化碳濃度傳感器、光照度傳感器和土壤溫溼度傳感器檢測溫室生產的環境指標，檢測結果可通過液晶顯示模塊實時讀取，並可通過串口通訊模塊傳輸至電腦進行顯示、分析和存儲。

本實施例中設施農業生產環境數據採集器的處理器模塊以STM32微處理器為核心。本處理器模塊具有上電自動復位及手動按鍵復位功能，晶體振蕩電路為系統提供工作所需要的時鐘信號，所有的任務調度、數據處理、功能協調、通信控制都在此模塊的支持下完成，處理器的上述功能以及數據處理的過程等是本領域常用的手段。處理器模塊電路組成原理圖如圖2所示，由處理器STM32F103RBT6和外圍電路組成，在處理器的第5管腳上連接有電阻R1，在第5管腳和第6管腳上連接有晶振Y1，Y1的兩端又分別連接有電容C6和C7；處理器的第7管腳連接有復位開關S1，VBAT管腳分別連接有二極體D1和D2，D1的陽極連接有電阻R2和電容C8，D2的陽極連接有電池組BT1，電池組並聯連接有電容C11；處理器的4管腳連接有晶振Y2，晶振的兩端分別連接有電容C9和C10,電容C9和C10並聯和接地。

本實施例中設施農業生產環境數據採集器的液晶顯示模塊採用128x96圖形點陣顯示屏為核心，數據傳輸串口DB0-DB15直接與處理器埠PB0-PB15相連接，支持FSTN-Pos/STN-Blue/FSTN-Neg以及TAB結構，工作電壓3.3V，支持四級灰度以及高效率白LED背光，具有體積小、功耗低等優點，廣泛適用於手持儀器。液晶顯示模塊與處理器模塊接口電路原理圖如圖3所示，包括晶片TFTLCD和外圍電路，晶片的第24管腳連接有電容C18後接地，第28管腳連接有電容C19後接地。

本實施例中設施農業生產環境數據採集器的電源模塊由12V鋰電池和TPS62170直流穩壓晶片及其外圍電路構成。由於採集器的處理器模塊、串口通訊模塊的供電電壓為3.3V，而傳感器模塊、液晶顯示模塊的供電電壓為5V，因此在電源模塊的設計當中，12V電壓經由2路TPS62170降壓電路分別降至3.3V和5V輸出，3.3V降壓電路原理圖如圖4所示，5V降壓電路原理圖如圖5所示。在3.3V降壓電路中，電阻R30的阻值為300kΩ，R33的阻值為100kΩ。在5V降壓電路中，電阻R35的阻值為510kΩ，R37的阻值為100kΩ。

本實施例中設施農業生產環境數據採集器的傳感器模塊中所有傳感器均為智能化數字傳感器，RS-485接口輸出數據，支持標準Modbus RTU工業數據總線協議，能夠完成數據採集、校準及自動溫度補償等功能，用戶可自定義查詢子地址，設置傳輸波特率。傳感器模塊與處理器模塊之間的RS485通訊接口電路原理圖如圖6所示。

本實施例中，所述傳感器模塊包括土壤溫溼度傳感器、空氣溫溼度傳感器、光照度傳感器、以及二氧化碳濃度傳感器；所述土壤溫溼度傳感器、空氣溫溼度傳感器、光照度傳感器、以及二氧化碳濃度傳感器均通過RS485通訊接口連接與處理器模塊連接；另外，可根據實際應用增加或刪減傳感器的種類，所述二氧化碳濃度傳感器選用Sensor Air S08傳感器，所述空氣溫溼度傳感器選用DHT22傳感器，所述光照度傳感器選用BH1750FVI傳感器，所述土壤溫溼度傳感器選用SOIL MOISTURE SENSOR傳感器。

本實施例中設施農業生產環境數據採集器與電腦終端之間的數據交換由串口通訊模塊完成，串口通訊模塊電路原理圖如圖7所示。串口通訊模塊主要包括核心晶片MAX3232以及DB9型串口接頭J1，MAX3232的第1和第3管腳之間連接有電容C12，第2管腳連接有電容C15，第4和第5管腳之間連接有電容C16，第6管腳通過電容C17連接到J1的第5接口，第7管腳連接J1的第2接口，第8管腳連接J1的第3接口；MAX3232的第16管腳接3.3V電源，第15管腳和第16管腳之間連接電容C14後並接地。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。