低能耗农业环境信息无线采集系统的制作方法

本发明低能耗农业环境信息无线采集系统，属于农业环境信息无线采集系统技术领域。

背景技术：

随着我国农业科技的不断发展，农业环境信息在数据采集技术方面也在不断改进，长期以来，传统的农业环境信息采集通常采用有线组网技术，主要以人工数据采集为主，该技术方案存在的问题是网络布线复杂，在连接上易发生故障，如采集环境空气湿度高时，信息采集装置等硬件的连接线插接头易出现腐蚀，不利于时间使用，同时采集信息的节点数目大，成本较高，造成信息采集装置功耗大。

针对上述问题，目前采用蓝牙或gprs无线数据采集传输技术用于替代，虽然有着通信距离远的优势，但采集装置与服务器需要一对一进行数据传输，对信息采集点的数据传输高度依赖通信商的网络建设情况，对采集数据的传输协议单一，传输方式功耗较高，需要专用电源供电，成本也相对较高，在实施操作方面存在一定的困难。

技术实现要素：

本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为，提供一种低能耗农业环境信息无线采集系统；为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：低能耗农业环境信息无线采集系统，包括数据采集器、数据接收器、监控服务器和环境传感器，所述环境传感器包括：温湿度传感器、ph值传感器、二氧化碳传感器、超声波风速风向传感器；

所述数据采集器的内部设置有传感器接线装置、数据采集控制器，所述传感器接线装置的信号输入端分别与温湿度传感器、ph值传感器、二氧化碳传感器、超声波风速风向传感器相连，所述传感器接线装置的信号输出端与数据采集控制器相连；

所述数据采集控制器还连接有传感器种类识别模块；

所述数据采集控制器的电源输入端与采集器电源模块相连；

所述数据接收器的内部设置有数据接收控制器，所述数据接收控制器通过导线与数据通信模块相连，所述数据通信模块通过现场通信总线与监控服务器相连；

所述数据接收控制器的电源输入端与接收器电源模块相连；

所述数据采集控制器的信号输出端通过无线网络与数据接收控制器无线连接。

所述数据采集控制器使用的芯片为数据采集发送芯片u1，所述数据采集控制器的电路结构为：

所述数据采集发送芯片u1的1脚接地；

所述数据采集发送芯片u1的2脚接3.3v输入电源；

所述数据采集发送芯片u1的3脚、4脚分别与程序验证端口相连；

所述数据采集发送芯片u1的5脚、10脚、17脚、18脚、19脚分别与传感器种类识别模块相连；

所述数据采集发送芯片u1的6脚、7脚分别与温湿度传感器的信号输出端相连；

所述数据采集发送芯片u1的8脚并接9脚后接地；

所述数据采集发送芯片u1的12脚依次串接发光二极管d1、电阻r3后与3.3v输入电源相连；

所述数据采集发送芯片u1的15脚、23脚分别与oled显示屏相连；

所述数据采集发送芯片u1的20脚、21脚分别与二氧化碳传感器相连；

所述数据采集发送芯片u1的20脚、21脚、22脚分别与rs485转换模块相连，所述rs485转换模块的信号输入端分别与ph值传感器，超声波风速风向传感器相连；

所述数据采集发送芯片u1的24脚与芯片复位电路相连。

所述数据接收控制器使用的芯片为数据接收芯片u2，所述数据接收控制器的电路结构为：

所述数据接收芯片u2的1脚接地；

所述数据接收芯片u2的2脚接3.3v输入电源；

所述数据接收芯片u2的3脚、4脚分别与程序验证端口相连；

所述数据接收芯片u2的5脚、6脚、7脚、10脚、13脚分别与数据通信模块相连；

所述数据通信模块的信号输出端与监控服务器相连；

所述数据接收芯片u2的8脚、9脚接地；

所述数据接收芯片u2的15脚、23脚分别与oled显示屏相连；

所述数据接收芯片u2的20脚、21脚、22脚分别与rs485转换模块相连。

所述采集器电源模块使用的芯片为稳压器u3、升压转换器u4、升压转换器u5，所述采集器电源模块的电路结构为：

所述稳压器u3的1脚并接2脚后接地；

所述稳压器u3的3脚并接稳压器u3的4脚，电容ct1的正极，mos管q1的源极后与3.7v电源输出端相连；

所述mos管q1的漏极串接熔断器f1和开关ss1后与电源输入端vcc相连；

所述稳压器u3的5脚依次并接稳压器u3的6脚、7脚、电阻r4的一端、电容ct2的正极后与3.3v电源输出端相连；

所述稳压器u3的8脚与电阻r4的另一端；

所述电容ct2的负极与电阻r5的一端相连，所述电阻r5的另一端并接电容ct1的负极、电阻r0的一端后接地，所述电阻r0的另一端与mos管q1的栅极相连；

所述升压转换器u4的5脚并接电感l1的一端，电阻r6的一端，电容ct3的正极后与mos管q2的漏极相连；

所述mos管q2的栅极并接电阻r19的一端后与电阻r20的一端相连，所述mos管q2的源极并接电阻r20的另一端后与3.7v电源输入端相连；

所述升压转换器u4的4脚与电阻r6的另一端相连；

所述升压转换器u4的3脚并接电阻r7的一端，电阻r9的一端后与电容cc1的一端相连；

所述升压转换器u4的1脚并接电感l1的另一端后与二极管ds2的正极相连，所述二极管ds2的负极并接电阻r7的一端，电容cc1的另一端，电容ct4的正极后与5v电源输出端相连；所述电阻r7的另一端与电阻r8的另一端相连；

所述升压转换器u4的2脚并接电容ct3的负极，电阻r9的另一端，电容ct4的负极后接地；

所述升压转换器u5的5脚并接电感l2的一端，电阻r10的一端后与电容ct5的正极相连；

所述升压转换器u5的4脚与电阻r10的另一端相连；

所述升压转换器u5的3脚并接电阻r12的一端，电阻r13的一端后与电容cc2的一端相连；

所述升压转换器u5的1脚并接电感l2的另一端后与二极管ds3的正极相连，所述二极管ds3的负极并接电阻r11的一端，电容cc2的一端，电容ct6的正极后与12v电源输出端相连；所述电阻r11的另一端与电阻r12的另一端相连；

所述升压转换器u5的2脚并接电容ct5的负极，电阻r13的另一端，电容ct6的负极后接地。

所述接收器电源模块使用的芯片为稳压器u6、稳压器u7，所述接收器电源模块的电路结构为：

所述稳压器u6的1脚并接电容c12的一端，电容ct11的正极，二极管ds11的负极后与24v电源输出端相连，所述二极管ds11的正极串接熔断器f2和开关ss2后与24v电源输入端相连；

所述稳压器u6的4脚并接电感l11的一端，电容cc13的正极，电容c14的一端，二极管ds13的负极后与稳压器u7的3脚相连；

所述稳压器u6的2脚并接电感l11的另一端后与二极管ds12的负极相连；

所述稳压器u7的2脚并接二极管ds13的正极，电容cc15的正极，电容c16的一端后与3.3v电源输出端相连；

所述稳压器u7的1脚依次并接电容c16的另一端，电容cc15的负极，电容c14的另一端，电容cc13的负极，二极管ds12的正极，稳压器u6的3脚，稳压器u6的5脚，电容c12的另一端，电容ct11的负极后接地。

所述数据采集发送芯片u1和数据接收芯片u2的型号为cc2530f256；

所述稳压器u3的型号为tps7333；

所述升压转换器u4、u5的型号为lm2733；

所述稳压器u6的型号为lm2576；

所述稳压器u7的型号为ams1117；

所述数据通信模块使用的芯片型号为w5500；

所述传感器种类识别模块具体为五位smd开关。

本发明相对于现有技术具备以下的有益效果：

一、本发明提供的信息无线采集系统具备结构简单、安装简便、环保低功耗等特点，非常适合于数据传输量小、不易长距离现场布线、数据采集覆盖面积广的农业环境监测系统；

二、本发明提供的数据采集器和数据接收器解决了连接线带来的设备更换周期频繁，易腐蚀寿命低等问题，大幅度降低了系统的运行成本；基于zigbee通讯技术的数据采集器和数据接收器传输数据稳定性好、可靠性佳、抗干扰能力强、监测效果精确，提高了信息采集接收效率，能够快速、准确的对农业环境信息进行实时监测；

三、本发明使用的cc2530f256通信芯片同时设计了定时采集与休眠模式单元和自动识别传感器单元，使用传感器种类识别模块可以选择监测环境信息的种类，保证了系统低功耗高效率的数据传输性能，适用范围广泛，易于推广。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明的电路结构示意图；

图2为本发明数据采集控制器的电路图；

图3为本发明数据接收控制器与数据通信模块的电路图；

图4为本发明采集器电源模块的电路图；

图5为本发明接收器电源模块的电路图；

图中：1为数据采集器、2为数据接收器、3为监控服务器、4为温湿度传感器、5为ph值传感器、6为二氧化碳传感器、7为超声波风速风向传感器、8为传感器接线装置、9为数据采集控制器、10为传感器种类识别模块、11为采集器电源模块、12为数据接收控制器、13为数据通信模块、14为接收器电源模块。

具体实施方式

如图1至图5所示，本发明低能耗农业环境信息无线采集系统，包括数据采集器（1）、数据接收器（2）、监控服务器（3）和环境传感器，所述环境传感器包括：温湿度传感器（4）、ph值传感器（5）、二氧化碳传感器（6）、超声波风速风向传感器（7）；

所述数据采集器（1）的内部设置有传感器接线装置（8）、数据采集控制器（9），所述传感器接线装置（8）的信号输入端分别与温湿度传感器（4）、ph值传感器（5）、二氧化碳传感器（6）、超声波风速风向传感器（7）相连，所述传感器接线装置（8）的信号输出端与数据采集控制器（9）相连；

所述数据采集控制器（9）还连接有传感器种类识别模块（10）；

所述数据采集控制器（9）的电源输入端与采集器电源模块（11）相连；

所述数据接收器（2）的内部设置有数据接收控制器（12），所述数据接收控制器（12）通过导线与数据通信模块（13）相连，所述数据通信模块（13）通过现场通信总线与监控服务器（3）相连；

所述数据接收控制器（12）的电源输入端与接收器电源模块（14）相连；

所述数据采集控制器（9）的信号输出端通过无线网络与数据接收控制器（12）无线连接。

所述数据采集控制器（9）使用的芯片为数据采集发送芯片u1，所述数据采集控制器（9）的电路结构为：

所述数据采集发送芯片u1的1脚接地；

所述数据采集发送芯片u1的2脚接3.3v输入电源；

所述数据采集发送芯片u1的3脚、4脚分别与程序验证端口相连；

所述数据采集发送芯片u1的5脚、10脚、17脚、18脚、19脚分别与传感器种类识别模块（10）相连；

所述数据采集发送芯片u1的6脚、7脚分别与温湿度传感器（4）的信号输出端相连；

所述数据采集发送芯片u1的8脚并接9脚后接地；

所述数据采集发送芯片u1的12脚依次串接发光二极管d1、电阻r3后与3.3v输入电源相连；

所述数据采集发送芯片u1的15脚、23脚分别与oled显示屏相连；

所述数据采集发送芯片u1的20脚、21脚分别与二氧化碳传感器（6）相连；

所述数据采集发送芯片u1的20脚、21脚、22脚分别与rs485转换模块相连，所述rs485转换模块的信号输入端分别与ph值传感器（5），超声波风速风向传感器（7）相连；

所述数据采集发送芯片u1的24脚与芯片复位电路相连。

所述数据接收控制器（12）使用的芯片为数据接收芯片u2，所述数据接收控制器（12）的电路结构为：

所述数据接收芯片u2的1脚接地；

所述数据接收芯片u2的2脚接3.3v输入电源；

所述数据接收芯片u2的3脚、4脚分别与程序验证端口相连；

所述数据接收芯片u2的5脚、6脚、7脚、10脚、13脚分别与数据通信模块（13）相连；

所述数据通信模块（13）的信号输出端与监控服务器（3）相连；

所述数据接收芯片u2的8脚、9脚接地；

所述数据接收芯片u2的15脚、23脚分别与oled显示屏相连；

所述数据接收芯片u2的20脚、21脚、22脚分别与rs485转换模块相连。

所述采集器电源模块（11）使用的芯片为稳压器u3、升压转换器u4、升压转换器u5，所述采集器电源模块（11）的电路结构为：

所述稳压器u3的1脚并接2脚后接地；

所述稳压器u3的3脚并接稳压器u3的4脚，电容ct1的正极，mos管q1的源极后与3.7v电源输出端相连；

所述mos管q1的漏极串接熔断器f1和开关ss1后与电源输入端vcc相连；

所述稳压器u3的5脚依次并接稳压器u3的6脚、7脚、电阻r4的一端、电容ct2的正极后与3.3v电源输出端相连；

所述稳压器u3的8脚与电阻r4的另一端；

所述电容ct2的负极与电阻r5的一端相连，所述电阻r5的另一端并接电容ct1的负极、电阻r0的一端后接地，所述电阻r0的另一端与mos管q1的栅极相连；

所述升压转换器u4的5脚并接电感l1的一端，电阻r6的一端，电容ct3的正极后与mos管q2的漏极相连；

所述mos管q2的栅极并接电阻r19的一端后与电阻r20的一端相连，所述mos管q2的源极并接电阻r20的另一端后与3.7v电源输入端相连；

所述升压转换器u4的4脚与电阻r6的另一端相连；

所述升压转换器u4的3脚并接电阻r7的一端，电阻r9的一端后与电容cc1的一端相连；

所述升压转换器u4的1脚并接电感l1的另一端后与二极管ds2的正极相连，所述二极管ds2的负极并接电阻r7的一端，电容cc1的另一端，电容ct4的正极后与5v电源输出端相连；所述电阻r7的另一端与电阻r8的另一端相连；

所述升压转换器u4的2脚并接电容ct3的负极，电阻r9的另一端，电容ct4的负极后接地；

所述升压转换器u5的5脚并接电感l2的一端，电阻r10的一端后与电容ct5的正极相连；

所述升压转换器u5的4脚与电阻r10的另一端相连；

所述升压转换器u5的3脚并接电阻r12的一端，电阻r13的一端后与电容cc2的一端相连；

所述升压转换器u5的1脚并接电感l2的另一端后与二极管ds3的正极相连，所述二极管ds3的负极并接电阻r11的一端，电容cc2的一端，电容ct6的正极后与12v电源输出端相连；所述电阻r11的另一端与电阻r12的另一端相连；

所述升压转换器u5的2脚并接电容ct5的负极，电阻r13的另一端，电容ct6的负极后接地。

所述接收器电源模块（14）使用的芯片为稳压器u6、稳压器u7，所述接收器电源模块（14）的电路结构为：

所述稳压器u6的1脚并接电容c12的一端，电容ct11的正极，二极管ds11的负极后与24v电源输出端相连，所述二极管ds11的正极串接熔断器f2和开关ss2后与24v电源输入端相连；

所述稳压器u6的4脚并接电感l11的一端，电容cc13的正极，电容c14的一端，二极管ds13的负极后与稳压器u7的3脚相连；

所述稳压器u6的2脚并接电感l11的另一端后与二极管ds12的负极相连；

所述稳压器u7的2脚并接二极管ds13的正极，电容cc15的正极，电容c16的一端后与3.3v电源输出端相连；

所述稳压器u7的1脚依次并接电容c16的另一端，电容cc15的负极，电容c14的另一端，电容cc13的负极，二极管ds12的正极，稳压器u6的3脚，稳压器u6的5脚，电容c12的另一端，电容ct11的负极后接地。

所述数据采集发送芯片u1和数据接收芯片u2的型号为cc2530f256；

所述稳压器u3的型号为tps7333；

所述升压转换器u4、u5的型号为lm2733；

所述稳压器u6的型号为lm2576；

所述稳压器u7的型号为ams1117；

所述数据通信模块（13）使用的芯片型号为w5500；

所述传感器种类识别模块（10）具体为五位smd开关。

本发明主要包括环境传感器、数据采集终端、数据接收器和计算机终端，其中环境传感器在具体使用时，可以根据需求连接空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、土壤ph值传感器、二氧化碳气体传感器、超声波风速风向传感器等多种农业环境数据采集装置。

所述数据采集器内部包括传感器接线端、变压电路板、传感器信息采集与发送模块、传感器种类识别模块；安装时，将环境传感器通过传感器接线端与数据采集器相连接，再通过变压电路板为其提供5v或者12v的正常工作电压，数据采集器将采集信息传输到数据采集控制器，同时变压电路板作为采集器电源模块，也为数据采集控制器提供3.3v的正常工作电压使其可以同时采集多个传感器发来的数据信息。

本发明提供的传感器信息采集、发送模块、传输模块基于zigbee通讯技术，使用的数据采集器，数据接收器内部由cc2530f256芯片和ipex接口天线组成，在使用前，可以通过外部输入设备向cc2530f256控制芯片设置定时采集与休眠模式单元、传感器种类识别单元传输信息，定时采集与休眠模式单元支持对多个环境传感器的数据采集及监控功能设置，控制多个环境传感器的定时工作与休眠模式的启动，并支持显示所监测到的电池电压数据信息。

zigbee通讯单元对传感器所发出的信息准确、快速的采集并传输到数据接收器，传感器种类识别模块可自动识别当前环境中所使用的传感器种类及数量，ipex接口天线可通过扩大zigbee技术的传输距离实现相对远距离的数据传输。

所述传感器种类识别模块为五位smd开关，可根据传感器种类识别单元的监控信息和农业专业人员的需求对传感器种类和数量进行控制。

所述采集器电源模块采用的是电压阈值为2.7-4.2v的充电电池，可以为数据采集器供电。

所述数据接收器包括数据接收控制器、以太网通讯模块和接收器电源模块，接受信息模块同样采用zigbee通讯技术，由cc2530f256芯片和ipex接口天线组成，接收数据采集器中的cc2530f256芯片可以存储所有数据信息；所述数据通信模块具体为以太网通讯模块，包括w5500芯片和rj45接口，所述w5500芯片将zigbee通讯接收的数据通过rj45接口数据线传输给监控服务器，实现人机交互；所述接收器电源模块可以为数据接收控制器提供3.3v的稳定直流电源。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。