一种可配置的多通道农业物联网传感器节点装置的制作方法

本实用新型涉及一种农业物联网的传感器装置，具体的说是一种测量参数可配置的多通道农业物联网传感器装置，属于物联网感知层的传感技术领域。

背景技术：

随着科学技术水平的提高和高新科技在农业上的广泛应用，我国农业产业结构已发生巨大变化。其中以蔬菜产业为主的设施农业在我国农业生产中已成为极其重要的创新产业，在社会经济生活中的地位日渐提升。设施农业是对作物栽培环境能有效控制 , 运用先进工程技术与种植管理技术的高投入、高产出的集约化农业，是确保农产品淡季供应，调节市场供求季节性波动、增加农民收入、提高人们生活水平的有效途径。

而传感器是农业物联网感知层中的数据采集设备，可以感知动植物的生长环境条件，并将采集到的信息转换成电信号或其他形式，最终将数字化的信号上传至管理端以实现自动化、智能化的远程控制，保证农作物有一个良好的适宜的生长环境。

目前，农业物联网中大多数环境参数都可以通过传感器进行采集，最常用的是用于采集大气环境和土壤墒情这些基础参数，包括环境温湿度、光照强度、二氧化碳浓度、土壤温度、水分含量等等。

而目前市场上的农业物联网传感器产品中，温湿度、二氧化碳、光照度、土壤温湿度检测是分开独立存在的传感器设备，完成这些参数的检测需4种以上的传感器设备，这种分立式产品应用方式导致系统的信息采集硬件成本较高、安装维护不便，限制了传感器的推广使用。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题就是要克服这些技术缺陷，提供一种可配置的多通道农业物联网传感器节点装置，可以针对不同的使用需求配置不同的参数，有效提高测量精度，增加稳定性。

本实用新型解决以上技术问题的技术方案是：一种可配置的多通道农业物联网传感器节点装置，包括壳体，壳体内部通过固定件设置具有采集传输功能的电路板，电路板上集成有处理器模块、电源管理模块、通信模块及传感器采集模块；电路板还配置有4路对外模拟信号采集通路；壳体上设有与各模块相对应的外部接口。

进一步的，前述的可配置的多通道农业物联网传感器节点装置，传感器采集模块包括插接式的空气温湿度模块、光照度模块、二氧化碳浓度模块中的至少一种，所述传感器采集模块通过12C接口与处理器模块相连接。可插接式的传感器模块可以根据客户的需求进行安装，并通过12C接口进行数据传输。

进一步的，前述的可配置的多通道农业物联网传感器节点装置，通信模块包括ZigBee无线通信模块及串口通信模块，串口通信模块为RS232通信模块及RS485通信模块。

进一步的，前述的可配置的多通道农业物联网传感器节点装置，处理器模块为具有信号采集通信功能的MCU模块， MCU模块通过数字接口及AD变换通道进行信号采集，通过三路UART端口分别与ZigBee无线通信模块、RS232通信模块、RS485通信模块相连，将采集数据向外发送出去，进行全双工通信。

进一步的，前述的可配置的多通道农业物联网传感器节点装置，各路对外模拟信号采集通道均具有对应的拨码开关，拨码开关控制电流电压信号类型；电流电压为4~20mA及0~5V、0~10V的模拟电压电流信号。

进一步的，前述的可配置的多通道农业物联网传感器节点装置，传感器装置的对外模拟信号采集通道通过线路连接有土壤温湿度传感器及氮气浓度传感器。进一步的，前述的可配置的多通道农业物联网传感器节点装置，壳体上设有至少一个防水透气阀 。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的一种可配置的多通道农业物联网传感器节点装置，可以针对不同的使用需求，配置不同的传感器，测量不同的参数，使得采集传输节点具有极强的通用，不仅降低了生产成本，同时也解决了传统的传感器装置安装维护不便的问题，既可以用在农业温室大棚种植，也可以用在畜禽养殖、水产养殖方面，在农业物联网领域有广阔的市场前景。

本实用新型结构严谨、布局合理、使用方便且制作成本低，能够满足需要开展此项工作的市场需求。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为电路板功能示意图。

图3为本实用新型的接口关系图。

图4为通信协议数据帧结构图。

具体实施方式

以下实施例所用空气温湿度、光照度及二氧化碳浓度模块为市售，但不限于下述型号：AM2322B数字空气温湿度模块，BH1750光照度模块，M1501二氧化碳浓度模块。

本实用新型提供了一种可配置的多通道农业物联网传感器节点装置，如图1至图4所示：包括传感器壳体1，该壳体的内部通过螺栓固定安装有实现采集传输功能的电路板2。该电路板上分别集成有处理器模块、电源管理模块、通信模块及传感器采集模块。

其中，处理器模块为一块MCU，通过安装此MCU以实现信号的采集及通信功能。而通信模块则包括ZigBee无线通信模块、RS232通信模块及RS485通信模块4。传感器采集模块至少包括插接式的空气温湿度模块5、光照度模块6、二氧化碳浓度模块中的一种，根据客户需要进行安装。同时，电路板还配备了4路模拟信号采集通道7，各通道均可采集电流信号和电压信号，兼容4~20mA/0~5V/0~10V模拟电压电流信号；且每一路采集通道有相应的拨码开关，通过拨码开关来选择电流电压信号类型。

MCU通过各种数字接口及AD变换通道进行信号采集；信号传输时，则通过三路UART端口分别与ZigBee模块、RS485通信模块和RS232通信模块相连接，进行全双工通信，将采集的数据向外发送出去。同时，MCU还通过12C接口与空气温湿度模块、光照度模块、二氧化碳浓度模块相连接。

而在壳体上也设有与各模块相对应的外部接口。其中，在壳体的上部设有与光照度模块相对应的光照强度外部接口，在壳体的一侧设有与ZigBee模块相对应的ZigBee天线3，而在壳体的两侧则分别设有一个防水透气阀7。同时，在壳体下部分别设有与空气温湿度模块相对应的空气温湿度外部接口、与电源管理模块相对应的电源外部接口、与RS485通信模块相对应的RS485通信模块外部接口以及四路对外模拟信号采集通道的外部接口10。并且，根据实际需要，对外模拟信号采集通道的外部接口上还可以连接有土壤温湿度传感器8、氮气浓度传感器9或其他传感器。

为了自适应测量值计算实现，对于每种确定的测量参数组合设定一个与之对应的十六进制编码作为传感器型号标识，通过嵌入式程序在并在MOBUS-RTU数据帧数据区第一个寄存器位置写入此代表传感器型号标识的十六进制数，供中间件或上位软件进行转换计算时使用。

在中间件或上位软件机中首先对传感器节点上传的数据帧按照协议进行解包，从其中读取产品型号，获得了产品型号后便可以确定每个通道的传感器类型，进一步可以确定每个通道的转换关系，从而可以正确计算出相应的测量参数。

使用时，根据客户需求安装相应的传感器模块，模拟信号采集电路中将外部传感器的模拟输入信号与调理电路中运算放大器的正极输入相连，同时通过一个拨码开关和250Ω采样电阻接地。拨码开关接通状态下采集电流信号，拨码开关断开状态下采集电压信号。

一次采集完成之后，MCU将各通道采集数据进行量化处理，按照MODBUS-RTU协议，将各个通道采样数据顺序写入对应的寄存器中去，并在MOBUS-RTU数据帧数据区第一个寄存器位置写入传感器型号标识数据，最后加上地址码、功能码、CRC校验以及帧头帧尾形成一帧完整的数据进行上发。

中间件或上位软件机在收到传感器采集数据之后，按照协议规定对数据帧进行处理。首先取得传感器型号标识，确定每一路采集通道的采集内容和量程，进一步确定每个通道的转换关系，根据转换关系将数据转换成实际的物理量。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。