适用于农业物联网应用的多源传感信息采集与控制一体化通用装置的制造方法

文档序号:10193242
适用于农业物联网应用的多源传感信息采集与控制一体化通用装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及农业物联网应用领域,具体涉及一种适用于农业物联网应用的多源传感信息采集与控制一体化通用装置。
【背景技术】
[0002]农业物联网是指通过农业信息感知设备,按照约定协议,把农业系统中动植物生命体、环境要素、生产工具等物理部件和各种虚拟“物件”与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现对农业对象和过程智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。农业是物联网应用的一个重要领域,物联网技术与农业生产、经营、管理、服务全产业链的深度融合,对改造传统农业、提升农业现代化水平具有重要意义。
[0003]农业物联网应用领域非常广泛,就行业来说包括设施农业、大田种植、水产养殖、畜禽养殖、以及农产品溯源等。可以说其应用主要集中在农业种、养殖生产过程全程信息化记录与自动化控制。
[0004]物联网主要由三个层面构成:感知层、网络层和应用层。目前,农业物联网应用大部分集中在信息感知、数据传输和监测环节,终端的智能控制应用较少,多是单一功能,单一的采集器,控制器,或者执行机构,有感知无决策、有决策无控制的单环节应用比较普遍。要实现农业物联网的高级应用(智能监控),就必须构建“感知-决策-控制”闭环体系。而其中的关键环节即多种传感器信息的采集、数据综合处理、分析、存储、与远程监控中心建立双向通信、以及控制电气设备等。现有的农业信息化设备的大部分是传感器的采集、存储、传输,无法完成物联网的闭环控制;或者通过构建功能更加强大的PLC系统实现农业现场电气的设备控制,但系统整体成本昂贵、一旦应用场景或者挂接的采集执行设备有变化就需要重新设计控制器,扩展性差、不适合农业低成本。
[0005]因此,迫切需要一种通用的,易于扩展的集成感知,决策控制的通用的设备。

【发明内容】

[0006]本实用新型要解决的技术问题是,针对现有农业物联网应用存在的上述问题,分析总结农业现场常用的采集传感器设备、执行设备的通用特点,提出一种集感知、决策控制一体的适用于农业物联网应用的多源传感信息采集与控制的一体化通用装置,可靠性高、简单实用。
[0007]本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是:
[0008]—种适用于农业物联网应用的多源传感信息采集与控制一体化通用装置,它包括电源模块、采样检测单元、反馈控制单元、通信单元、数据存储模块、时钟电路单元、液晶显示单元、LED状态显示单元和微控制器MCU,所述采样检测单元、反馈控制单元、通信单元、数据存储模块、时钟电路单元、液晶显示单元、LED状态显示单元、微控制器MCU均与电源模块连接;同时,所述采样检测单元与微控制器MCU的IIC接口连接;所述反馈控制单元包括反馈检测单元和继电器驱动单元,反馈检测单元与微控制器MCU外部中断口 INT连接,微控制器MCU的10接口与继电器驱动单元连接;所述通信单元与微控制器MCU的USART接口连接;所述数据存储模块与微控制器MCU的SPI接口连接,时钟电路单元与微控制器MCU的IIC接口连接,液晶显示单元与微控制器MCU的USART接口连接,LED状态显示单元与微控制器MCU的10接口连接。
[0009]按上述方案,所述电源模块包括3.3V电源单元、可控传感器供电单元、RS-485通信供电单元、3路可控12V供电单元,其中,3.3V电源单元通过3.3V开关稳压器实现直流24V到3.3V直流输出的转换,3.3V电源单元供给微控制器MCU、采样检测单元、通信单元、数据存储模块以及周边接口电路;可控传感器供电单元通过12V开关稳压器、5V开关稳压器提供3种电源供应,分别是直流24V、12V、5V,实现相应电源转换;RS_485通信供电单元提供RS-485通信芯片通信总线侧隔离电源的供应;3路可控12V供电单元提供远程无线通信模块、液晶显示单元、备用模块的电源供应。
[0010]按上述方案,所述采样检测单元至少对接电流信号、电压信号、数字量型信号三种类型的传感器,实现电流型、电压型、数字量型的信号采集。
[0011]按上述方案,所述采样检测单元包括取样电阻、电阻分压网络、滤波保护电路、AD模数转换器、RS-485通信芯片,取样电阻、电阻分压网络均通过滤波保护电路接入AD模数转换器,AD模数转换器、RS-485通信芯片通过IIC总线连接至微控制器MCU ;取样电阻用于在接入电流信号时,将电流信号转换成电压信号,再将此电压信号经滤波保护电路滤波去耦后接入AD模数转换器,实现模拟信号转换成对应的数字信号,微控制器MCU再通过IIC总线读取AD模数转换器的转换数值;电阻分压网络用于在接入电压信号时,将电压信号分压在AD模数转换器的转换范围内,再将分压信号经滤波保护电路滤波去耦后接入AD模数转换器,微控制器MCU再通过IIC总线读取AD模数转换器的转换数值;RS-485通信芯片用于在采集数字量型信号时,通过RS-485通信芯片配合微控制器MCU的USART接口读取转换数值。
[0012]按上述方案,所述反馈控制单元包括继电器驱动单元和反馈检测单元两部分,继电器驱动单元用于驱动外部电气柜里的中间继电器、交流接触器,从而实现对外部两相或三相设备的控制;反馈检测单元用于通过交流接触器的辅助触点及时准确检测被控设备的运行状况;继电器驱动单元主要由光耦隔离器TLP181、施密特触发器⑶40106、欧姆龙G5NB继电器、开关管NUD3160组成,光耦隔离器TLP181用来对输入、输出电信号起隔离作用,施密特触发器CD40106用于对传输中受干扰发生波形畸变的信号整形;反馈检测单元主要由光耦隔离器TLP181、施密特触发器⑶40106组成;当微控制器10 口输出高电平时,触发光耦隔离器TLP181的发光二极管导通,光敏元件受到光照后,光敏三极管导通,经过施密特触发器⑶40106反向输出高电平,驱动开关管NUD3160导通,触发G5NB继电器线圈回路导通,继电器线圈产生磁场,触使G5NB继电器常开触点闭合,驱动外部中间继电器、接触器回路导通;当微控制器10 口输出低电平时,光耦隔离器TLP181的发光二极管截止,光敏三极管截止,经过施密特触发器⑶40106反向输出低电平,开关管NUD3160截止,G5NB继电器线圈回路不导通,触使G5NB继电器常开触点断开,外部中间继电器、接触器回路不导通。
[0013]按上述方案,所述通信单元包括远程无线通信模块、短程无线通信模块、RS-485通信接口、JTAG调试接口,短程无线通信模块短程无线通信模块用2.4G频段ZigBee无线通信模块,用于本装置与现地端其他采用同样通信模式的设备进行组网、信息交互;远程无线通信模块选用GSM通信网络的GPRS通信模块,用于本装置与监控中心服务器进行双向通信;RS-485通信接口通过RS-485通信芯片挂接到RS-485总线与外部设备通信;外部仿真器或程序下载器通过JTAG调试接口与微控制器MCU连接。
[0014]按上述方案,所述时钟电路单元包括备用电池和时钟芯片,时钟芯片与微控制器MCU的IIC接口连接,时钟芯片为整个系统装置提供精准的实时时间,备用电池用于在电源模块断电时继续保证时钟芯片运行。
[0015]按上述方案,所述液晶显示单元包括RS-485通信芯片和液晶显示模块,液晶显示模块通过RS-485通信接口与RS-485通信芯片连接,RS-485通信芯片通过USART接口与微控制器MCU连接。
[0016]按上述方案,所述LED状态显示单元主要由发光二极管灯组组成,微控制器MCU的10 口与发光二极管连接,微控制器MCU的10 口输出高低电平驱动LED亮灭,以此来动态指示控制设备状态以及传感器通道状态信息。
[0017]按上述方案,所述微控制器MCU采用基于Cotex_M3内核ARM 32位处理器。
[0018]本实用新型产生的有益效果是:
[0019]1、本装置采用嵌入式电子器件实现农业物联网现场应用,其功能包括多源传感信息采集、数据存储、人机交互显示、无线通信组网
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