嵌入式農作物生長環境信息採集儀及工作方法
2023-05-17 03:04:31 2
專利名稱：嵌入式農作物生長環境信息採集儀及工作方法
技術領域：
本發明涉及農作物生長環境信息採集領域，特別涉及嵌入式農作物生長環境信息採集儀及工作方法。
背景技術：
現代化精準農業需要對影響農作物生長的環境信息進行全面的採集，以了解和掌握農作物生長環境的狀態， 並通過對所測信號的處理和分析，結合所測對象的歷史狀態來定量識別農作物生長環境的狀態，從而獲得調節農產品生長的最佳條件。在現有專利技術中有多種設計的針對農作物生長信息檢測的裝置或儀器，專利號為CN100453977C的「嵌入式農業植物生長環境探測儀及其工作方法」，公開號為CN101511066A的「與藍牙設備進行信息交互的快捷方法和系統」和專利號為CN101216482B的「一種農田環境的監測裝置」等。經檢索查新，其中專利號為CN100453977C的專利是最接近的專利技術。此發明公開了嵌入式農業植物生長環境探測儀及其工作方法，輸入部件為傳感部件，含有溫度、溼度、液體流速、植物莖杆直徑、植物生長高度、土壤粘度和土壤酸鹼度多種傳感器；微型計算機為嵌入式部件，由模數轉換器和單片機組成，用於將傳感器部件輸出的模擬量電信號轉換成數字量和對其進行處理；輸出部件為數據傳輸接口用於將嵌入式部件處理後的數字量信號送往顯示部件或上位計算機；工作方法包括接收傳感器農業植物生長環境的信息和輸出處理結果，終端部分數據的存儲、顯示以及數據分析處理。本發明結構簡單，將傳感器技術用於農業信息的獲取，能夠客觀準確地反映農作物的生長狀態等，為判斷灌溉、施肥等措施的科學合理性提供基礎。CN100453977C專利具體公開了一種嵌入式農業植物生長環境探測儀及其工作方法，具體包括微型計算機和與其電連接的輸入、輸出部件，並實現接收傳感器農業植物生長環境的信息和輸出處理結果，終端部分數據的存儲、顯示以及數據分析處理。在對上述現有技術進行分析後，發明人發現現有技術存在著以下不足之處一、現有農作物生長信息檢測的裝置或儀器是通過傳感器來完成對農作物信息的採集，但採用的傳感器均為單電氣類型，即採用電流型傳感器或電壓型傳感器，而無法支持總線型傳感器的接入，如RS232總線型傳感器、RS485總線型傳感器等。二、現有農作物生長信息檢測的裝置或儀器對採集得到的農作物信息均通過有線或無線方式，傳輸至遠程控制端或遠端監測界面，而現場農田工作人員，或農業種植戶卻無法直接獲取現場採集的數據，從而使得現有的各種農作物生長信息檢測的裝置或儀器嚴重脫離農業生產直接利益關係者；三、現有農作物生長信息檢測的裝置或儀器採用的通信地址和速率均為固定的，即使能夠修改，修改的過程也十分複雜和專業，從而使得現有農作物生長信息檢測的裝置或儀器的靈活性和可配置性不夠；四、現有農作物生長信息檢測的裝置或儀器採用專用化模塊設計，功能單一，且整個裝置體積較大，採用固定化安裝方式，並需要專業人士指導安裝。而在實際中，農業技術專家需要一種能夠提供移動式採集，並具有「隨測隨走」功能的裝置或儀器。
發明內容
本發明所要解決的技術問題即目的是解決上述現有技術中農作物生長信息檢測的裝置或儀器的不足之處，研製一種結構簡單，參數動態配置，支持移動測量，能為農業現場作業人員提供科學和直接的生產種植信息指導，使用方便的嵌入式農作物生長環境信息採集儀及工作方法。本發明的技術方案是一種嵌入式農作物生長環境信息採集儀，包括相互電連接的採集部件、調理部件、數據處理部件、通信部件和存儲部件。所述採集部件包含八種不同類型的模擬量傳感器，分別為空氣溫度傳感器、空氣溼度傳感器、光照強度傳感器、CO2濃度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤溼度傳感器、土壤熵情傳感器和農作物顏色傳感器，用於將大棚農作物的生長環境物理量信息轉換為模擬量的電信號。所述調理部件包括八個精密儀表放大器INA326，八個可調式電阻和八個陶瓷電容，其中八個可調式電阻和八個陶瓷電容電連接組成八個低通型濾波器；信息採集部件中的八種不同類型的傳感器分別與八個精密儀表放大器INA326電連接，八個精密儀表放大器INA326又分別與八個低通型濾波器電連接，實現模擬量傳感器信號的輸出、精確放大和濾波。所述數據處理部件包括模數轉換器AD7949和單片機C8051F320，模數轉換器AD7949的輸入埠 CHI、CH2、CH3、CH4、CH5、CH6、CH7和CH8分別電連接調理模塊中八個低通型濾波器的輸出埠上，用於接收經過放大和低通濾波處理後的模擬量電信號；模數轉換器AD7949的數據地址總線埠 12、13、14腳電連接單片機08051 320的數據地址總線埠 22、23、24腳，用於選擇八路模擬輸入中的一路和傳輸處理後數據；單片機C8051F320的控制埠腳與模數轉換器AD7949的片選埠電連接，用於選擇模數轉換器AD7949和啟動模數轉換器AD7949。特別是所述通信部件包括多個數據傳輸接口，分別為USB總線接口、BlueTooth總線接口、RS485接口，其中USB總線接口電連接單片機C8051F320的通信埠 4、5腳。BlueTooth總線接口由驅動器BTAlO實現，具體是通過接口件和撥碼開關組合設計來實現。在接口件和撥碼開關組合電路連接中，單片機C8051F320的引腳埠 LO LI與驅動器BTAlO的引腳埠 PO Pl分別依次電連接，單片機C8051F320的引腳埠 L2 Lll與開關陣列器SPl的輸入埠分別依次電連接，開關陣列器SPl的輸出埠與驅動器BTAlO的引腳埠 P2 Pll分別依次電連接，單片機C8051F320的總線埠 SI S8與驅動器BTAlO的總線埠 UO U7分別依次電連接，驅動器BTAlO的引腳埠 P2 P5與撥碼開關SW2的輸入管腳I 4分別依次電連接，驅動器BTAlO的引腳埠 P6 Pll與撥碼開關SWl的輸入管腳I 6分別依次電連接,撥碼開關SWl的輸出管腳7 12分別依次與地端連接，撥碼開關SW2的輸出管腳5 8分別依次與地端連接。
單片機C8051F320的引腳埠 LO LI與驅動器BTAlO的引腳埠 PO Pl分別依次電連接，用於設置嵌入式農作物生長環境信息採集儀在BlueTooth通信中是主機狀態還是從機狀態，單片機C8051F320的引腳埠 L2 Lll通過開關陣列器SPl分別與驅動器BTAlO的引腳埠 P2 Pll依次電連接，或驅動器BTAlO的引腳埠 P2 Pll分別於撥碼開關SW1，SW2依次電連接，根據用戶發送命令參數或手動動態修改BlueTooth通信中採集器的通信通道地址和通信速率，以適應不同手機或智能終端和不同環境下，建立快速和穩定BlueTooth通信的要求。
RS485總線接口通過驅動器MAX485E的通信埠 1、4腳電連接單片機C8051F320的通信埠 31、32腳。所述存儲部件5包括非易失性電可擦除數據存儲器AT24C256，非易失性電可擦除數據存儲器AT24C256的頁面選擇埠 3、4和數據總線埠 5、6腳分別與單片機C8051F320的引腳埠 17、18腳和數據總線埠 19，20電連接，其中，頁面選擇埠 3，4腳實現對非易失性電可擦除數據存儲器AT24C256的存儲頁面進行選擇，總共可選擇四個存儲頁面，第一存儲頁面和第二存儲頁面的頁面錨記為屬性頁面，第三存儲頁面和第四存儲頁面的頁面錨記為信息頁面，每個頁面的存儲空間為64KB，存儲部件5的數據總線埠 5、6腳根據選擇的存儲頁面和頁面錨記，完成不同類型的數據傳輸和存儲，從而實現向非易失性電可擦除數據存儲器AT24C256指定存儲頁面寫入數據，或從非易失性電可擦除數據存儲器AT24C256指定存儲頁面讀取數據的功能。將存儲經過處理後的農作物現場數據的寫入給現場農田工作人員，或農業種植戶對本發明採集儀的配置信息的讀取，以實現一種「隨測隨走」的數據採集功能。USB總線接口、BlueTooth總線接口和RS485總線接口根據應用場景需求設定為總線輸出型傳感器接入，用於對總線輸出型傳感器接入的處理和分析，其中作為無線通信接口的BlueTooth總線接口通過嵌入式農作物生長環境信息採集儀與現場農田工作人員，或農業種植戶的手機進行無線連接，安裝相應的顯示界面建立數據通信，實現現場數據的直觀顯示和查看，並根據實時採集的數據顯示結果，判斷和了解現場農作物的生長態勢和健康狀況。作為對現有技術的進一步改進所述通信部件包括多個數據傳輸接口，分別為USB總線接口、BlueTooth總線接口、RS485總線接口，或為RS232接口、紅外接口、乙太網接口；所述數據處理部件中模擬轉換器AD7949的轉換精度為14位解析度；所述接口件中開關陣列器SPl內部由10個單向開關Cl ClO構成，採用的開關類型為固態觸點開關。—種嵌入式農作物生長環境信息米集儀的工作方法，包括農作物生長環境信息現場採集、現場手機配對、數據通信、保存數據以及傳輸數據或返回應答信號給現場農田工作人員，或農業種植戶的手機，特別是該工作方法步驟為a、上電啟動建立嵌入式農作物生長環境信息採集儀的工作環境；b、部件初始化包括採集部件、調理部件、數據處理部件、通信部件和存儲部件的初始化；C、啟動BlueTooth通信嵌入式農作物生長環境信息採集儀通過默認的BlueTooth通信通道地址和通信速率，與手機或智能終端建立BlueTooth數據通信鏈路，進行命令交互完成進一步的設置；
d、命令解析嵌入式農作物生長環境信息採集儀通過BlueTooth總線接口接收和分析手機發送的命令，並根據命令完成參數通信速率和通信通道地址設置、模式設置；e、參數設置？判斷是否進行參數設置？如果是，則參數配置嵌入式農作物生長環境信息現場採集儀根據手機或智能終端發送的新配置信息，包括設置新的通信通道地址和通信速率，在設置完成後，將配置信息存入嵌入式農作物生長環境信息現場採集儀內部的屬性存儲頁面中，同時啟動在新通信通道地址和通信速率上與手機或智能終端進行BlueTooth通信；如果否,則默認參數配置；f、默認參數配置當手機或智能終端沒有發送參數配置命令時，嵌入式農作物生長環境信息現場採集儀讀取屬性存儲頁面內存儲的默認配置數據完成對通信通道地址和通信速率的設置，並在配置完成後，啟動在默認的通信通道地址和通信速率上與手機或智能終端進行BlueTooth通信；g、模式設置？判斷是否進入模式設置？如果是，則本地存儲，如果否，則實時傳輸;h、數據寫入存儲空間當工作在本地存儲時，嵌入式農作物生長環境信息採集儀將存儲的數據寫入信息存儲頁面中，實現「隨測隨走」和離線數據分析；i、數據通信當工作在實時傳輸時，嵌入式農作物生長環境信息現場採集儀與手機或智能終端建立數據通信，實現數據傳輸，並在手機或智能終端的顯示屏幕上進行曲線繪製，顯示農作物生長的環境信息。本發明的有益效果是其一，本發明嵌入式農作物生長環境信息採集儀，包括電連接的採集部件，調理部件，數據處理部件，通信部件以及存儲部件。其中通信部件中包含多個數據傳輸接口，包括USB總線接口、BlueTooth總線接口和RS485總線接口。USB總線接口、BlueTooth總線接口和RS485總線接口可根據應用場景需求設定為總線輸出型傳感器接入，用於對總線輸出型傳感器接入的處理和分析。通過通信部件的多種總線接口，將數據處理部件處理後的數字量信號傳送至現場設備或顯示部件，方便現場農田工作人員或農業種植戶實時獲得採集的信息。BlueTooth總線接口由驅動器BTAlO實現，具體是通過接口件和撥碼開關SW1、SW2組合設計來實現，單片機C8051F320的引腳埠 LO LI與驅動器BTAlO的引腳埠 PO Pl分別連續電連接，用於設置嵌入式農作物生長環境信息採集儀在BlueTooth通信中是主機狀態還是從機狀態；單片機C8051F320的引腳埠 L2 Lll通過開關陣列器SPl分別與驅動器BTAlO的引腳埠 P2 Pl I連續電連接，或驅動器BTAlO的引腳埠 P2 Pll分別與撥碼開關SWl，SW2依次電連接。上述結構的連接方式可以使數據處理部件根據用戶發送的命令參數或手動動態的修改BlueTooth通信中採集器的通信通道地址和通信速率，以適應不同手機或智能終端和不同環境下，建立快速和穩定BlueTooth通信的要求，從而非常方便的利用本發明提供的嵌入式農作物生長環境信息採集儀實現對大田環境的組網測量，尤其是多個具有不同通信通道地址的嵌入式農作物生長環境信息採集儀可同時與同一個手機或智能終端進行數據通信，大大簡化了測量的過程，同時也提供了更為全面的農作物生長環境信息。開關陣列器SP1、撥碼開關SWl和撥碼開關SW2的組合提供了兩種動態修改、BlueTooth通信中採集器的通信通道地址和通信速率的方式，即開關陣列器SPl提供了一種程序自動修改BlueTooth通信中採集器的通信通道地址和通信速率；撥碼開關SWl和撥碼開關SW2的組合提供了一種手動修改BlueTooth通信中採集器的通信通道地址和通信速率，這兩種方式在實際採集器部署中，提供了極為靈活的動態修改BlueTooth通信中採集器的通信通道地址和通信速率。例如，在利用本發明提供的嵌入式農作物生長環境信息採集儀進行組網測量時，可以利用開關陣列器SPl使得單片機C8051F320的引腳埠 L2 Lll與驅動器BTAlO的引腳埠 P2 Pll直接電連接，實現一種程序自動修改通信通道地址和通信速率，從而節省整個參數的配置過程，而在利用本發明提供的本發明嵌入式農作物生長環境信息採集儀進行單點測量時，則可以直接使用 撥碼開關SWl和撥碼開關SW2的組合來實現一種手動修改通信通道地址和通信速率，具有直觀和方便的特點。存儲部件包括非易失性電可擦除數據存儲器AT24C256，用來存儲經過處理後的農作物現場數據和現場農田工作人員，或農業種植戶對嵌入式農作物生長環境信息採集儀的配置信息。特別是，為了實現對上述信息數據的有效存儲管理，存儲部件包括非易失性電可擦除數據存儲器AT24C256。嵌入式農作物生長環境信息採集儀通過對AT24C256的存儲空間進行頁面管理，分別實現對農作物現場數據和採集儀配置信息的分頁存儲。其電連接結構為非易失性電可擦除數據存儲器AT24C256的頁面選擇埠 3、4和數據總線埠 5、6腳分別與單片機C8051F320的引腳埠 17、18腳和數據總線埠 19、20電連接。其中，頁面選擇埠 3、4腳實現對非易失性電可擦除數據存儲器AT24C256的存儲頁面進行選擇，總共可選擇四個存儲頁面，第一存儲頁面和第二存儲頁面的頁面錨記為屬性頁面，第三存儲頁面和第四存儲頁面的頁面錨記為信息頁面，每個頁面的存儲空間為64KB。存儲部件的數據總線埠 5、6腳根據選擇的存儲頁面和頁面錨記，完成不同類型的數據傳輸和存儲，從而實現向非易失性電可擦除數據存儲器AT24C256指定存儲頁面寫入數據或從非易失性電可擦除數據存儲器AT24C256指定存儲頁面讀取數據的功能。將存儲經過處理後的農作物現場數據的寫入給現場農田工作人員，或農業種植戶對嵌入式農作物生長環境信息採集儀的配置信息的讀取，以實現一種「隨測隨走」的數據採集功能，方便現場農田工作人員或農業種植戶信息數據存檔和領域專家離線數據分析。其二，嵌入式農作物生長環境信息採集儀的工作方法，基於嵌入式農作物生長環境信息採集儀，包括上電啟動、部件初始化、啟動BlueTooth通信、命令解析、參數設置、模式設置、數據寫入儲存空間和數據通信。該方法步驟簡單，使用方便，可以在任意手機或智能終端上使用，直接實現將農作物生長環境信息傳輸到現場農田工作人員，或農業種植戶手機中，以根據實時採集的數據顯示結果，判斷、得知和了解現場農作物的生長態勢和健康狀況；實時的反映現場農作物的生長態勢和健康狀況，為判斷灌溉，施肥，防病蟲害等措施的科學合理性和大田作物精細化種植管理提供基礎。
圖I是嵌入式農作物生長環境信息現場採集儀的硬體結構示意圖；圖2是嵌入式農作物生長環境信息現場採集儀中接口件和撥碼開關組合電路連線示意圖3是嵌入式農作物生長環境信息現場採集儀接口件中開關陣列器SPl內部示意圖；圖4為嵌入式農作物生長環境信息現場採集儀工作方法的程序流程圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步的詳細說明。圖I是嵌入式農作物生長環境信息現場採集儀的硬體結構示意圖；本發明的硬體結構主要是由採集部件1，調理部件2，數據處理部件3，通信部件4，接口件41以及存儲部件5五部分組成。採集部件I含有空氣溫度傳感器11、空氣溼度傳感器12、光照強度傳感器13、CO2濃度傳感器14、土壤溫度傳感器15、土壤溼度傳感器16、土壤熵情傳感器17和農作物顏色傳感器18，用於將大棚農作物的生長環境物理量信息轉換為模擬量的電信號。調理部件2由八個精密儀表放大器INA326，八個可調式電阻和八個陶瓷電容組成，實現模擬量傳感器輸出信號的精確放大和濾波，每一個模擬量傳感器接口都針對性的配置該通道的模擬量傳感器信號調理部件；其中八個精密儀表放大器INA326的輸入埠分別連接空氣溫度傳感器11、空氣溼度傳感器12、光照強度傳感器13、CO2濃度傳感器14、土壤溫度傳感器15、土壤溼度傳感器16、土壤熵情傳感器17和農作物顏色傳感器18，用於分別實現對各個傳感器送來的模擬量電信號進行10 10000倍的精確放大處理，以使得放大後的模擬量電信號能夠被足夠採集和傳輸；其中八個可調式電阻和八個陶瓷電容共同組成八個低通型濾波器，分別用來對放大後的空氣溫度傳感器11、空氣溼度傳感器12、光照強度傳感器13、C02濃度傳感器14、土壤溫度傳感器15、土壤溼度傳感器16、土壤熵情傳感器17和農作物顏色傳感器18的輸出模擬電信號進行濾波處理，以降低外界中高頻信號對有用模擬電信號的幹擾，特別是八個低通型濾波器可通過八個可調式電阻來進行低通截止頻率的選擇，即針對空氣溫度傳感器11、空氣溼度傳感器12、光照強度傳感器13、C02濃度傳感器14、土壤溫度傳感器15、土壤溼度傳感器16、土壤熵情傳感器17和農作物顏色傳感器18的輸出模擬電信號頻譜特徵，分別進行低通截止頻率在線設定和調節，以充分獲得精確的輸出模擬電信號。數據處理部件3為嵌入式部件，具體由模數轉換器AD7949和單片機C8051F320組成，用於將調理部件2輸出的模擬量電信號轉換成數字量並對其進行處理。特別是，數據處理部件3能夠實現對接入傳感器輸出類型的檢測，即判斷當前接入的傳感器為單電氣輸出型傳感器或總線輸出型傳感器。模數轉換器AD7949 的輸入埠 CHl、CH2、CH3、CH4、CH5、CH6、CH7 和 CH8 分別電連接調理部件2的相應輸出埠上，用 於接收經過放大和低通濾波處理後的模擬量電信號。模數轉換器AD7949的數據地址總線埠 12、13、14腳電連接單片機C8051F320的數據地址總線埠 22、23、24腳，用於選擇八路模擬輸入中的一路和處理後數據的傳輸。模擬轉換器AD7949可實現14位解析度的轉換精度，為精準化農業種植需求和農業專家系統推理需求提供精確的農業現場數據。
單片機C8051F320的控制埠腳26與模數轉換器AD7949的片選埠 11電連接，用於選擇模數轉換器AD7949並啟動模數轉換器AD7949開始工作。通信部件4為數據傳輸接口，具體包括USB總線接口、BlueTooth總線接口和RS485總線接口，用於將數據處理部件3處理後的數字量信號傳送至現場設備或顯示。USB總線接口可直接通過單片機C8051F320的通信埠 4、5腳電連接來實現。BlueTo oth總線接口由驅動器BTAlO實現，具體是通過接口件41和撥碼開關SWl、SW2組合設計來實現；RS485總線接口由驅動器MAX485E實現，具體是通過驅動器MAX485E通信埠 I、4腳和單片機C8051F320的通信埠 31、32腳電連接來實現；其中，BlueTooth總線接口可直接實現本發明採集儀與現場農田工作人員或農業種植戶的手機或智能終端進行連接，並建立數據通信，通過在現場農田工作人員，或農業種植戶的手機上安裝相應的顯示界面，即可實現現場數據的直觀顯示，從而方便現場農田工作人員，或農業種植戶查看，並根據實時採集的數據顯示結果，來判斷、得知和了解現場農作物的生長態勢和健康狀況；進一步的，BlueTooth總線接口可通過特殊的接口件41和撥碼開關SWl、SW2組合，來實現對BlueTooth通信中通信通道地址和通信速率的動態改變,從而可非常方便的利用本發明提供的採集儀實現對大田環境的組網測量，特別是多個具有不同通信通道地址的採集儀可同時與一個手機進行數據通信，大大簡化了測量的過程，同時也提供了更為全面的農作物生長環境信息。其中，USB總線接口、BlueTooth總線接口和RS485總線接口可以根據應用場景需求設定為總線輸出型傳感器接入，具體為提供USB總線型傳感器輸入接口、BlueT00th總線型傳感器輸入接口和RS485總線型傳感器輸入接口，以實現對總線輸出型傳感器接入的處理和分析。存儲部件5為數據存儲器件，具體由非易失性電可擦出數據存儲器AT24C256組成，用於存儲經過處理後的農作物現場數據和現場農田工作人員，或農業種植戶對本發明採集儀的配置信息，以實現一種「隨測隨走」的數據採集功能。特別是，為了實現對上述信息數據的有效存儲管理，本發明提供的採集儀通過對AT24C256的存儲空間進行頁面管理，來分別實現對農作物現場數據和採集儀配置信息的分頁存儲。非易失性電可擦除數據存儲器AT24C256的頁面選擇埠 3、4和數據總線埠 5、6腳分別與單片機C8051F320的引腳埠 17、18腳和數據總線埠 19、20電連接；其中，頁面選擇埠 3，4腳實現對々12扣256的存儲頁面進行選擇。總共可選擇四個存儲頁面，第一存儲頁面和第二存儲頁面的頁面錨記為屬性頁面，第三存儲頁面和第四存儲頁面的頁面錨記為信息頁面，每個頁面的存儲空間為64KB，數據總線埠 5、6腳則根據選擇的存儲頁面和頁面錨記，完成不同類型的數據傳輸和存儲，從而實現向非易失性電可擦除數據存儲器AT24C256指定存儲頁面寫入數據，或從非易失性電可擦除數據存儲器AT24C256指定存儲頁面讀取數據的功能。例如，向非易失性電可擦除數據存儲器AT24C256第一存儲頁面寫入數據過程中，首先頁面選擇埠 3、4腳選擇第一存儲頁面，頁面錨記為屬性頁面，然後數據總線埠 5、6腳向第一存儲頁面寫入數據，且寫入的數據類型為頁面錨記指明的屬性頁面，即採集儀的配置信息。圖2是嵌入式農作物生長環境信息現場採集儀中接口件和撥碼開關組合電路連線示意圖；在圖2中，BlueTooth總線接口由驅動器BTAlO實現，具體是通過接口件41和撥碼開關SWl、SW2組合設計來實現。其中接口件41和撥碼開關組合具體電路連接方式為單片機C8051F320的引腳埠 LO LI與驅動器BTAlO的引腳埠 PO Pl分別依次電連接，單片機C8051F320的引腳埠 L2 LI I與開關陣列器SPl的輸入埠分別依次電連接，開關陣列器SPl的輸出埠與驅動器BTAlO的引腳埠 P2 Pll分別依次電連接，單片機C8051F320的總線埠 SI S8與驅動器BTAlO的總線埠 Ul U8分別依次電連接，驅動器BTAlO的引腳埠 P2 P5與撥碼開關SW2的輸入管腳I 4分別依次電連接，驅動器BTAlO的引腳埠 P6 Pll與撥碼開關SWl的輸入管腳I 6分別依次電連接，撥碼開關Sffl的輸出管 腳7 12分別與地端相連，撥碼開關SW2的輸出管腳5 8分別與地端相連。單片機C8051F320的引腳埠 LO LI與驅動器BTAlO的引腳埠 PO Pl分別依次電連接的作用為設置採集儀在BlueTooth通信中是主機狀態還是從機狀態，單片機C8051F320的引腳埠 L2 Lll通過開關陣列器SPl分別與驅動器BTAlO的引腳埠P2 Pll依次電連接，或驅動器BTAlO的引腳埠 P2 Pll分別於撥碼開關SWl，SW2依次電連接的作用是根據用戶發送的命令參數或手動來動態的修改BlueTooth通信中採集器的通信通道地址和通信速率，以適應不同手機或智能終端和不同環境下，建立快速和穩定BlueTooth通信的要求。開關陣列器SP1、撥碼開關SWl和撥碼開關SW2的組合提供了兩種動態修改BlueTooth通信中採集器的通信通道地址和通信速率的方式，即開關陣列器SPl提供了一種程序自動修改BlueTooth通信中採集器的通信通道地址和通信速率；撥碼開關SWl和撥碼開關SW2的組合提供了一種手動修改BlueTooth通信中採集器的通信通道地址和通信速率，這兩種方式在實際採集器部署中，提供了極為靈活的動態修改BlueTooth通信中採集器的通信通道地址和通信速率。例如，在利用本發明提供的採集器進行組網測量時，可以利用開關陣列器SPl使得單片機C8051F320的引腳埠 L2 Lll與驅動器BTAlO的引腳埠 P2 Pll直接電連接，實現一種程序自動修改通信通道地址和通信速率，從而節省整個參數的配置過程，而在利用本發明提供的採集器進行單點測量時，則可以直接使用撥碼開關SWl和撥碼開關SW2的組合來實現一種手動修改通信通道地址和通信速率，具有直觀和方便的特點。圖3是嵌入式農作物生長環境信息現場採集儀接口件中開關陣列器SPl內部示意圖；開關陣列器內部由10個單向開關Cl ClO構成，為了使得開關的閉合和斷開過程，其通斷電阻不會對單片機C8051F320的輸出引腳負載和驅動器BTAlO的輸入引腳負載產生幹擾或引起損壞，採用的開關類型為固態觸點開關。圖4為嵌入式農作物生長環境信息現場採集儀工作方法的程序流程圖；該方法包括上電啟動、部件初始化、啟動BlueTooth通信、命令解析、參數設置、模式設置、數據寫入存儲空間和和數據通信。步驟100 :上電啟動；具體包括建立嵌入式農作物生長環境信息採集儀的工作環境，如環境變量設置、系統時鐘啟振、固件代碼拷貝運行以及分配時間片作為傳感器採集時間基準；步驟101 :部件初始化；包括採集部件I初始化、調理部件2初始化、數據處理部件3初始化、通信部件4初始化和存儲部件5初始化；其中，採集部件I初始化，用於檢測傳感器是否正確接入；數據處理部件3初始化，用於設置系統資源分配，如中斷使能、寄存器初始化、定時器使能、工作異常指示以及接口協議初始化。特別的，數據處理部件3初始化能夠實現經過採集部件I初始化後接入傳感器輸出類型的檢測，即判斷當前接入的傳感器為單電氣輸出型傳感器、總線輸出型傳感器，並根據判斷的結果，設置相應的工作模式；通信部件4初始化，用於配置本發明採集儀提供的數據傳輸接口，如USB總線接口配置、BlueTooth總線接口配置和RS485總線接口配置；存儲部件初始化，用於實現對數據存儲器的初始化，以實現數據的正確寫入和讀取功能；
步驟102 :啟動BlueTooth通信；在完成部件初始化後，嵌入式農作物生長環境信息採集儀首先通過默認的BlueTooth通信通道地址和通信速率，與手機或智能終端建立BlueTooth數據通信鏈路，以進行命令交互完成進一步的設置；步驟103 :命令解析；嵌入式農作物生長環境信息採集儀通過BlueTooth總線接口接收和分析手機發送的命令，並根據命令完成相應的動作，如參數(具體包括通信速率和通信通道地址)設置、模式設置等；步驟104 :參數設置？當完成命令解析後，判斷是否進行參數設置？如果是，則跳到步驟105參數配置，如果否，則跳到步驟106默認參數設置；步驟105 :參數配置；嵌入式農作物生長環境信息採集儀根據手機或智能終端發送的新的配置信息，包括設置新的通信通道地址和通信速率，並在設置完成後，將配置信息存入嵌入式農作物生長環境信息採集儀內部的屬性存儲頁面中，同時立即啟動在新的通信通道地址和通信速率上與手機或智能終端進行BlueTooth通信；步驟106 :默認參數設置；當手機或智能終端沒有發送參數設置命令時，嵌入式農作物生長環境信息採集儀讀取屬性存儲頁面內存儲的默認配置數據完成對通信通道地址和通信速率的設置，並在設置完成後，立即啟動在默認的通信通道地址和通信速率上與手機或智能終端進行BlueTooth通信；步驟107 :模式設置？當嵌入式農作物生長環境信息採集儀完成參數設置後，判斷是否進入模式設置？如果是，則跳到步驟108本地存儲，如果否，則跳到步驟109實時傳輸;步驟108 :本地存儲；嵌入式農作物生長環境信息採集儀開始採集傳感器數據，但不發送採集的數據，而將數據存儲在嵌入式農作物生長環境信息採集儀內部；步驟109 :實時傳輸；嵌入式農作物生長環境信息採集儀開始採集傳感器數據，並將採集的數據通過BlueTooth總線接口進行數據發送；步驟110 :數據寫入存儲空間；當工作在本地存儲時，嵌入式農作物生長環境信息採集儀將存儲在內部的數據寫入信息存儲頁面中；步驟111 :數據通信；當工作在實時傳輸時，嵌入式農作物生長環境信息採集儀與手機或智能終端建立數據通信，實現數據傳輸，並在手機或智能終端的顯示屏幕上進行曲線繪製，顯示農作物生長的環境信息；步驟112 :新命令？在數據處理後，嵌入式農作物生長環境信息採集儀判斷當前是否是的新命令，如果是，則跳到步驟103命令解析，然後繼續執行，如果否，則跳到步驟113，結束處理流程；
步驟113 :結束，表明方法流程執行完畢。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明的嵌入式農作物生長環境信息採集儀及工作方法，進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種嵌入式農作物生長環境信息採集儀，包括相互電連接的採集部件(I)、調理部件(2)、數據處理部件(3)、通信部件⑷和存儲部件(5)； 所述採集部件(I)包含八種不同類型的模擬量傳感器，分別為空氣溫度傳感器(11)、空氣溼度傳感器(12)、光照強度傳感器(13)、CO2濃度傳感器(14)、土壤溫度傳感器(15)、土壤溼度傳感器(16)、土壤熵情傳感器(17)和農作物顏色傳感器(18)，用於將大棚農作物的生長環境物理量信息轉換為模擬量的電信號； 所述調理部件(2)包括八個精密儀表放大器INA326，八個可調式電阻和八個陶瓷電容，其中八個可調式電阻和八個陶瓷電容電聯接組成八個低通型濾波器； 信息採集部件⑴中的八種不同類型的傳感器分別與八個精密儀表放大器INA326電聯接，八個精密儀表放大器INA326又分別與八個低通型濾波器電連接，實現模擬量傳感器信號的輸出、精確放大和濾波； 所述數據處理部件(3)包括模數轉換器AD7949和單片機C8051F320，模數轉換器AD7949的輸入埠 CHl、CH2、CH3、CH4、CH5、CH6、CH7和CH8分別電連接調理模塊(2)中八個低通型濾波器的輸出埠，用於接收經過放大和低通濾波處理後的模擬量電信號；模數轉換器AD7949數據地址的總線埠(12)、(13)、(14)腳電連接單片機C8051F320數據地址的總線埠 22、23、24腳，用於選擇八路模擬輸入中的一路和傳輸處理後數據；單片機C8051F320的控制埠腳(26)與模數轉換器AD7949的片選埠(11)電連接，用於選擇模數轉換器AD7949和啟動模數轉換器AD7949 ； 其特徵在於 所述通信部件(4)包括多個數據傳輸接口，分別為USB總線接口、BlueT00th總線接口、RS485接口，其中USB總線接口電連接單片機C8051F320的通信埠 (4)、(5)腳； BlueTooth總線接口由驅動器BTAlO實現，具體是通過接口件(41)和撥碼開關SW1、SW2組合設計來實現； 在接口件(41)和撥碼開關SW1、SW2組合電路連接中，單片機C8051F320的引腳埠LO LI與驅動器BTAlO的引腳埠 PO Pl分別依次電連接，單片機C8051F320的引腳埠 L2 Lll與開關陣列器SPl的輸入埠分別依次電連接，開關陣列器SPl的輸出埠與驅動器BTAlO的引腳埠 P2 Pll分別依次電連接，單片機C8051F320的總線埠 SI S8與驅動器BTAlO的總線埠 UO U7分別依次電連接，驅動器BTAlO的引腳埠 P2 P5與撥碼開關SW2的輸入管腳I 4分別依次電連接，驅動器BTAlO的引腳埠 P6 Pll與撥碼開關SWl的輸入管腳I 6分別依次電連接,撥碼開關SWl的輸出管腳7 12分別與地端電連接，撥碼開關SW2的輸出管腳5 8分別與地端電連接； 單片機C8051F320的引腳埠 LO LI與驅動器BTAlO的引腳埠 PO Pl分別依次電連接，用於設置嵌入式農作物生長環境信息採集儀在BlueTooth通信中是主機狀態還是從機狀態，單片機C8051F320的引腳埠 L2 Lll通過接口件(41)中開關陣列器SPl分別與驅動器BTAlO的引腳埠 P2 Pll依次電連接，或驅動器BTAlO的引腳埠 P2 Pll分別於撥碼開關SWl、SW2依次電連接，根據用戶發送命令參數或手動動態修改BlueTooth通信中採集器的通信通道地址和通信速率，以適應不同手機或智能終端和不同環境下，建立快速和穩定BlueTooth通信的要求； RS485總線接口通過驅動器MAX485E的通信埠(I)、(4)腳電連接單片機C8051F320的通信埠(31)、(32)腳； 所述存儲部件(5)包括非易失性電可擦除數據存儲器AT24C256，非易失性電可擦除數據存儲器AT24C256的頁面選擇埠(3)、(4)和數據總線埠(5)、(6)腳分別與單片機C8051F320的引腳埠 (17),(18)腳和數據總線埠 (19)，(20)電連接，其中，頁面選擇埠(3)，(4)腳實現對非易失性電可擦除數據存儲器AT24C256的存儲頁面進行選擇，總共可選擇四個存儲頁面，第一存儲頁面和第二存儲頁面的頁面錨記為屬性頁面，第三存儲頁面和第四存儲頁面的頁面錨記為信息頁面，每個頁面的存儲空間為64KB，存儲部件(5)的數據總線埠(5)、(6)腳根據選擇的存儲頁面和頁面錨記，完成不同類型的數據傳輸和存儲，從而實現向非易失性電可擦除數據存儲器AT24C256指定存儲頁面寫入數據，或從非易失性電可擦除數據存儲器AT24C256指定存儲頁面讀取數據的功能，將存儲經過處理後的農作物現場數據的寫入給現場農田工作人員或農業種植戶，現場農田工作人員或農業種植 戶或對嵌入式農作物生長環境信息採集儀的配置信息的讀取，以實現一種「隨測隨走」的數據採集功能； USB總線接口、BlueTooth總線接口和RS485總線接口根據應用場景需求設定為總線輸出型傳感器接入，用於對總線輸出型傳感器接入的處理和分析，其中作為無線通信接口的BlueTooth總線接口通過嵌入式農作物生長環境信息採集儀與現場農田工作人員或農業種植戶的手機進行無線連接，安裝相應的顯示界面建立數據通信，實現現場數據的直觀顯示和查看，並根據實時採集的數據顯示結果，判斷和了解現場農作物的生長態勢和健康狀況。
2.根據權利要求I所述一種嵌入式農作物生長環境信息採集儀，其特徵是所述通信部件(3)的包括多個數據傳輸接口，分別為USB總線接口、BlueTooth總線接口、RS485總線接口，或為RS232接口、紅外接口、乙太網接口。
3.根據權利要求I所述一種嵌入式農作物生長環境信息採集儀，其特徵是所述數據處理部件(3)中模擬轉換器AD7949的轉換精度為14位解析度。
4.根據權利要求I所述一種嵌入式農作物生長環境信息採集儀，其特徵是所述接口件(41)中開關陣列器SPl內部由10個單向開關Cl ClO構成，採用的開關類型為固態觸點開關。
5.根據權利要求I所述一種嵌入式農作物生長環境信息米集儀的工作方法，包括農作物生長環境信息現場採集、現場手機配對、數據通信、保存數據以及傳輸數據或返回應答信號給現場農田工作人員，或農業種植戶的手機，其特徵在於該工作方法步驟為 a、上電啟動建立嵌入式農作物生長環境信息採集儀的工作環境； b、部件初始化包括採集部件(I)、調理部件(2)、數據處理部件(3)、通信部件(4)和存儲部件(5)的初始化； C、啟動BlueTooth通信嵌入式農作物生長環境信息採集儀通過默認的BlueTooth通信通道地址和通信速率，與手機或智能終端建立BlueTooth數據通信鏈路，進行命令交互完成進一步的設置； d、命令解析嵌入式農作物生長環境信息採集儀通過BlueTooth總線接口接收和分析手機發送的命令，並根據命令完成參數通信速率和通信通道地址設置、模式設置； e、參數設置？判斷是否進行參數設置？如果是，則參數配置嵌入式農作物生長環境信息現場採集儀根據手機或智能終端發送的新的配置信息，包括設置新的通信通道地址和通信速率，在設置完成後， 將配置信息存入嵌入式農作物生長環境信息現場採集儀內部的屬性存儲頁面中，同時啟動在新的通信通道地址和通信速率上與手機或智能終端進行BlueTooth通信；如果否,則默認參數配置； f、默認參數配置當手機或智能終端沒有發送參數配置命令時，嵌入式農作物生長環境信息現場採集儀讀取屬性存儲頁面內存儲的默認配置數據完成對通信通道地址和通信速率的設置，並在配置完成後，啟動在默認的通信通道地址和通信速率上與手機或智能終端進行BlueTooth通信； g、模式設置？判斷是否進入模式設置？如果是，則本地存儲，如果否，則實時傳輸； h、數據寫入存儲空間當工作在本地存儲時，嵌入式農作物生長環境信息採集儀將存儲的數據寫入信息存儲頁面中，實現「隨測隨走」和離線數據分析； i、數據通信當工作在實時傳輸時，嵌入式農作物生長環境信息現場採集儀與手機或智能終端建立數據通信，實現數據傳輸，並在手機或智能終端的顯示屏幕上進行曲線繪製，顯示農作物生長的環境信息。
全文摘要
本發明涉及嵌入式農作物生長環境信息採集儀，包括相互電連接的採集部件、調理部件、數據處理部件、通信部件和存儲部件。其中通信部件包括多個數據傳輸接口，分別為USB總線接口、BlueTooth總線接口、RS485總線接口。BlueTooth總線接口由驅動器BTA10實現，具體是通過接口件和撥碼開關組合設計來實現。存儲部件包括非易失性電可擦除數據存儲器AT24C256。基於嵌入式農作物生長環境信息採集儀的工作方法，包括上電啟動、部件初始化、啟動BlueTooth通信、命令解析、參數設置、模式設置、數據寫入儲存空間和數據通信。本發明可以在任意手機或智能終端上使用，實現現場數據直觀顯示、隨測隨走的數據採集功能，且工作方法步驟簡單，使用方便，能實時反映農作物的生長和健康狀況。
文檔編號G01D21/02GK102636219SQ20121011871
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月19日 優先權日2012年4月19日
發明者方昊, 羅健飛, 鄭磊 申請人:安徽朗坤物聯網有限公司