一种智能气象墒情监测装置的制作方法

本实用新型涉及一种监测装置，尤其涉及一种智能气象墒情监测装置，属于农业信息技术领域。

背景技术：

农业是国民经济的基础，其中气候变化直接影响着农业生产。因此加强农业气象监测，对于进一步应对气候变化工作具有重要意义。虽然改革开放三十年来，我国农业气象业务服务取得了长足进步,但与世界先进国家比较，我国在农业气象观测试验、监测自动化设施、科技支撑等方面有比较明显的差距。与国外自动气象监测设备对比,目前我国自主研发的自动气象站在以下两方面还需要改进：首先，支持传感器的数量和种类较少，接口相对有限，可扩展性不好；其次，由于野外环境会遇到各种恶劣复杂的情况，传统设备布线难、可维护性不高。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题中的不足之处，本实用新型提供了一种智能气象墒情监测装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种智能气象墒情监测装置，包括外壳和支架，外壳安装在支架上，外壳的上方安装有太阳能板，外壳的下部设置有多个信号输入输出端口；外壳内安装有电路板，电路板上设置有微处理器以及分别与微处理器相连接的存储电路、数据采集电路、控制输出电路、通讯电路、指示灯电路、电源管理电路；微处理器用于对采集数据和控制命令进行处理；数据采集电路用于采集墒情和气象信息，集成设置了至少一个数字输入端、至少六个模拟输入端和至少四个开关输入端；控制输出电路，集成设置了至少十二个开关输出端；

通讯电路集成设置了移动通讯模块接口和射频模块接口，兼容设置了多种移动通讯模块；太阳能板通过蓄电池与微处理器相连接，为微处理器提供电能；电源管理电路用于装置的开关机控制、充电控制，提供市电接口和外部供电接口，为装置的各电路模块提供稳定的电源；指示灯电路为装置提供多种状态指示；支架上设置有多个用于安装传感器的托盘，托盘上设置有安装接口。

数据采集电路还设置了至少一个用于图像采集的RS232接口和一个用于扩展的RS485接口。

信号输入输出端口包括开关输入端口、模拟输入端口、开关输出端口、RS232端口、RS485端口、IIC端口(集成电路总线，Inter-Integrated Circuit)和电源插口。

太阳能板为嵌入式太阳能板，与外壳的夹角为45度。托盘分别交错设置在支架的两侧，支架的下端设置有底座。

本实用新型改进和完善了数据采集电路的结构,使数据电路能实现传感器的随意增减和热插拔,从而提高自动气象监测设备的扩展性和通用性；此外，本实用新型采用太阳能电池供电，减少设备之间的布线，增加设备模块化设计能够提高设备操作的便捷性、维修的快捷性和使用灵活性，且操作简单、携带方便。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型电路板各模块的连接框图。

图2是本实用新型外壳的结构示意图。

图3是本实用新型整体结构示意图。

图中：1、微处理器；2、存储电路；3、数据采集电路；4、数字输入端；5、模拟输入端；6、开关输入端；7、RS232接口；8、RS485接口；9、开关输出端；10、控制输出电路；11、通讯电路；12、太阳能板；13、蓄电池；14、外部供电接口；15、电源管理电路；16、指示灯电路；17、外壳；18、支架；19、托盘；20、底座；21、输入输出端口。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括外壳17和支架18，外壳17安装在支架18上，外壳17的上方安装有太阳能板12，外壳17的下部设置有多个信号输入输出端口21；外壳内安装有电路板，电路板上设置有微处理器1以及分别与微处理器1相连接的存储电路2、数据采集电路3、控制输出电路10、通讯电路11、指示灯电路16、电源管理电路15；微处理器1用于对采集数据和控制命令进行处理；存储电路2用于实现大量数据的存储；数据采集电路3用于采集墒情和气象信息，集成设置了至少一个数字输入端4、至少六个模拟输入端5和至少四个开关输入端6；控制输出电路10，集成设置了至少十二个开关输出端9；

通讯电路11集成设置了移动通讯模块接口和射频模块接口，还设置了至少一个用于图像采集的RS232接口7和一个用于扩展的RS485接口8；太阳能板12通过蓄电池13与微处理器1相连接，为微处理器1提供电能；电源管理电路15用于装置的开关机控制、充电控制，提供市电接口和外部供电接口14，为装置的各电路模块提供稳定的电源；指示灯电路16为装置提供多种状态指示；支架18上设置有多个用于安装传感器的托盘19，托盘19上设置有安装接口。

外壳17上的信号输入输出端口包括开关输入端口、模拟输入端口、开关输出端口、RS232端口、RS485端口、IIC(集成电路总线，Inter-Integrated Circuit)端口和电源插口。通讯电路兼容设置了多种移动通讯模块。

实施例

当使用本实用新型进行野外气象环境、墒情数据采集和稳定传输时，具体选用的各模块为：

微处理器，采用意法半导体STM32F407VGT6，包括100个引脚，可以为存储电路、控制电路、指示灯电路、数据采集电路提供了足够的I/0资源；1M片内Flash，96K片内存，可以满足系统软件编写的需求；片上有12位的A/D转换器，并且提供了片内参考电压，可满足本技术方案进行信息采集的需求；3种功耗模式的选择可以满足系统低功耗的需求；多路的TTL接口经过电平转换，能够满足系统连接摄像头采集图片、扩展RS485接口和扩展RS232的需求；IIC接口可以满足各种数字传感器的采集。

存储电路，采用MXIC公司的MX25L25635EMI-12G芯片，存储空间大小32MB，用于存储传感器数据；采用Ramtro公司的FM25V10-G芯片，存储空间大小128KB，用于存储图片数据。

数据采集电路，采用STM32F407VGT6自带的IIC接口提供数字信号输入端，可完成墒情和数字传感器的采集；采用STM32VGT6自带的12位A/D转换器提供模拟输入端，它无需外接元器件就可以独立完成A/D转换功能，实现模拟信号到数字信号的转换，采用TI的REF3330作为A/D采集时的参考电源芯片，以提高A/D测量准确度；采用STM32F407VGT6自带的4路I/O提供开关信号输入端，可以实现四路脉冲量及单总线信号采集；采用STM32F407VGT6自带的TTL接口经过SP3232芯片转换成RS232接口，可以完成图像数据的采集；采用STM32F407VGT6自带的TTL接口电平转换后的RS485接口，可以实现系统的扩展。

控制输出电路，采用STM32F407VGT6自带的I/O提供开关信号输出端，实现多路控制，如控制传感器和设备供电。通讯电路，采用西门子公司的GPRS或LTE通讯模组，通过PCIE接口与系统连接。

此外，本实施例的太阳能板的尺寸为340×260×90(mm)，功率10W；蓄电池容量5AH，输出电压3.7V；电源管理电路采用TOREX公司XC6206-3.3V芯片，4.2V转3.3V提供MCU供电，静态电流1uA；采用BX8021升压芯片转换成5V和12V，为设备提供外部供电接口；指示灯电路，采用STM32F407VGT6自带的I/O控制LED，实现系统各状态的显示。

如图2所示，太阳能板12为嵌入式太阳能板12，与外壳17的夹角为45度，外壳正面放置LOGO；外壳底板上提供各种输入输出和外部供电接口，所选插头全部满足IP67防水要求。

如图3所示，托盘19分别交错设置在支架18的两侧，支架18的下端设置有底座支架18起支撑作用；传感器的托盘19左右分散放置，托盘19上方提供多个螺纹孔，可在托盘19上方固定各种传感器和设备；底座20位于支架18的底端，起到固定支架的作用，底座上同样提供螺纹孔，用于整个支架18的固定。

本实用新型的工作原理是：将本实用新型放置在野外，并与相关的传感器相连接,用来完成墒情和农业气象环境信息的采集,并将采集到的气象信息、墒情信息、图像和报警信息、系统电量信息按无线传输方式发送到远程监控中心；远程监控中心对数据进行管理和对比分析，并将最新的控制信息发送给野外的农用通智能气象站，如：信息采集周期、报警范围、信息发送定时长度、控制参数等。这样管理人员在远离气象站的异地便可及时了解现场气象环境和墒情信息，提前做出决策。

本实用新型有两种通信机制，1)定时发送方式：在任意时刻，管理人员都可以根据智能气象墒情监测装置编号用移动终端远程通讯的方式对现场农用通智能气象站进行参数设置(包含信息采集周期、报警范围、信息发送定时长度和控制信息)，农用通智能气象站则根据定时长度将最新的采集信息发送给监控中心。2)报警发送方式：在此方式中，农用通智能气象站将采集信息与当前相应的数据报警范围进行判断，如果环境数据越界，农用通智能气象站则会报警，并发送当前越界信息。

由此，本实用新型具有以下优点：

(1)由于本装置采用了多种采集电路,可以实现多类多路信号的采集，采集电路中增加了RS485接口，具有很大的扩展性；(2)由于采用了太阳能电池板和市电两种接口，可以供工作人员根据实际情况进行选择，具有很大的灵活性和实用性；(3)由于采用了太阳能电池板供电和移动网络无线通讯方式，可以根据现场需要任意更换安装地点，无需任何布线；(4)不仅实现了温度、湿度等环境因子的采集，还实现了墒情、图像信息的采集，为远程监控中心工作人员详细了解现场情况提供了方便；(5)由于控制电源开关的设计，减少了装置的功耗，降低了维护成本，此外，在报警方式中，由于本实用新型只有在环境信息越界的时候才将采集信息发送到监控中心，这样可以增加系统报警的实时性，并能减少系统开支。

上述实施方式并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本实用新型的保护范围。