支持多供电和通信方式的粮情检测分机的制作方法

本发明涉及粮食仓储检测技术领域，特别是一种支持多供电和通信方式的粮情检测分机。

背景技术

以在粮食仓储行业里的粮情测控系统为例，目前市场的粮情分机以太阳能无线通讯方式的居多，220v供电或有线通讯的很少。

(1)根据现场实际情况，有些场合处于阴面，太阳光线不足，太阳能供电方式受限；

(2)太阳能供电设备只能安装于室外，无法集成到某些控制柜内；

(3)抗干扰能力差：采用无线通信时，当外部发生信号干扰，传输数据会发生异常；

(4)跟现场的其它系统融合时，需依托已有的rs485通讯或光纤网络，无线通讯方式无法进行融合；

(5)市场上的有线通讯，接口单一，一般采用rs485接口，没有以太网。为了实现以太网通信，需另加串口服务器，这样价格高，功耗大，而且稳定性不强；

(6)使用rs485通信没有增加隔离干扰措施，数据传输容易出现问题；

(7)安装麻烦，所有的布线都是在外部直接连接，不方便也不安全；

因此，粮情检测分机的改进和创新势在必行。

技术实现要素：

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种负载能力强、抗干扰能力强、易于布线、经济实用、支持多供电和通信方式的粮情检测分机。

本发明解决的技术方案是：

一种支持多供电和通信方式的粮情检测分机，包括分机壳体和装在壳体内的电路板，电路板上装有控制电路，所述的控制电路包括:

智能供电模块：用于提供3.3v或者5v工作电源；

传感器接口模块：包括温湿度传感器接口和粮温传感器接口，用于连接温湿度传感器和粮温传感器(检测粮食温度的温度传感器)，为分机提供仓温仓湿数据(粮仓温度、粮仓湿度数据)和粮温数据(粮食温度数据)；

通信模块：用于完成接收主机命令和上传采集到的温湿度数据以及粮温数据；该模块包含温湿度传感器通信、rs485有线通信或者网口通信，有线或者网口通信是用来和相应的测控主机通信，完成接收主机命令、上传采集到的温湿度以及粮温数据等功能；与温湿度传感器、粮温传感器通信采用的rs485通信。

电源电压检测模块：用于电路供电电压检测和输出电压检测；包括外部供电电压检测、升压电路供电电压检测、升压电路输出电压检测；

数据处理模块：用于粮温采集数据处理、仓温仓湿检测数据处理、锂电池充电检测、检测分机系统电源监测；

所述的数据处理模块分别与智能供电模块、传感器接口模块、通信模块和电源电压检测模块相连。

所述的智能供电模块包括分别与数据处理模块相连的锂电池充电管理电路、电源自动切换电路和传感器工作电源电路；

所述的锂电池充电管理电路包括充电管理器u3，充电管理器u3的1脚分别接芯片u11的接地接、太阳能电池供电的负极、放电管t7的一端、放电管t1的一端、有极电容c1的负极、充电管理器u3的3脚(接地脚)、电阻r12的一端、有极电容c6的负极和3.7v锂电池端口的2脚，共端接地，充电管理器u3的2脚与电阻r12的另一端相连，电管理器u3的4脚分别接二极管d2的负极、二极管d1的负极和有极电容c1的正极，共端连接有电源输出接头sdc，二极管d2的正极分别与芯片u11的5v电源输出脚和放电管t7的另一端相连，作为5v电源供电输出端(连接有5v电源接头vcc5v)，二极管d1的正极分别接太阳能电池供电的正极和放电管t1的另一端，作为太阳能电池供电输出端，充电管理器u3的5脚分别接充电管理器u3的8脚、有极电容c6的正极和3.7v锂电池端口的1脚，作为3.7v锂电池供电输出端(连接有3.7v锂电池接头bat+)，充电管理器u3的6脚、7脚分别与数据处理模块相连，芯片u11的火线输入端分别接电阻rm的一端和熔断器f2的一端，熔断器f2的另一端为220v供电火线输入端，芯片u11的零线输入端分别接电阻rm的另一端和电阻rt1的一端，电阻rt1的另一端为220v供电零线输入端。

所述电源自动切换电路包括三端稳压器u2、pmos管u8a、u8b和三极管q1、q8，三端稳压器u2的2脚(输入脚)分别接有极电容c2的正极、pmos管u8b的源极、二极管d5的负极、三极管q1的发射极、电阻r35的一端和pmos管u8a的源极，共端作为vcc电源输出端口(连接有vcc电源输出接头vcc)，有极电容c2的负极分别接有极电容c7的负极、三端稳压器u2的1脚(接地脚)、电阻r37的一端、三极管q8的发射极、电阻r34的一端，共端接地(连接有接地接头gnd)，pmos管u8b的漏极与二极管d5的正极相连，pmos管u8b的栅极分别接三极管q1的集电极和电阻r37的另一端，三极管q1的基极经电阻r38分别接三极管q8的集电极和电阻r36的一端，电阻r36的另一端分别接电阻r35的另一端和pmos管u8a的栅极，pmos管u8a的漏极分别接可控精密稳压源q2的阴极和电阻r42的一端，共端与锂电池充电管理电路中电管理器u3的4脚相连，可控精密稳压源q2的阳极分别接电阻r41的一端、电阻r34的另一端和电阻r43的一端，电阻r43的另一端分别接电阻r42的另一端和可控精密稳压源q2的参考极，电阻r41的另一端与三极管q8的基极，三端稳压器u2的3脚(输出脚)与有极电容c7的正极相连，共端作为3.3v电源输出端vcc3.3v(连接3.3v电源输出vcc3.3v)；

所述传感器工作电源电路包括升压器u7、pmos管u1a、u1b，升压器u7的1脚分别接二极管d3的正极和电感l1的一端，二极管d3的负极分别接电阻r2的一端、有极电容c15的正极、电容c21的一端和熔断器f1的一端，电阻r2的另一端分别接升压器u7的3脚和电阻r3的一端，电阻r3的另一端分别接稳压二极管t4的正极、电容c21的另一端、有极电容c15的负极、电阻r1的一端、升压器u7的2脚、有极电容c3的负极、有极电容c14的一端和三极管q4的发射极，共端接地，熔断器f1的另一端与稳压二极管t4的负极相连，共端作为vdd电源输出端口(连接有vdd电源输出接头vdd)，电感l1的另一端分别接升压器u7的4脚、5脚、有极电容c3的正极、电容c14的一端和pmos管u1a的漏极，共端作为升压电路供电电压检测的检测点vee(连接有升压电路供电电压检测接头vee)，pmos管u1a的源极分别接电阻r8的一端、二极管d7的负极和pmos管u1b的源极，共端vff与电源自动切换电路中pmos管u8b的漏极、二极管d5的正极的共端相连，电阻r8的另一端分别接pmos管u1a的栅极和三极管q4的集电极，二极管d7的正极分别接电阻r29的一端和pmos管u1b的栅极，共端pwr_5v与锂电池充电管理电路中二极管d2的正极、5v电源端口p9的1脚、放电管t7的共端相连，pmos管u1b的漏极作为传感器电源供电端(连接有系统供电接口psw)，三极管q4的基极与电阻r5的一端相连，电阻r5的另一端装有接头vdden。

所述的通信模块包括蜂鸣器u10、rs_485通信芯片u5、通信端口p7和通信端口p5，蜂鸣器u10的电源输入端分别与电容c18的一端和电源自动切换电路vcc电源输出端口相连，蜂鸣器u10的信号输入端与三极管q7的集电极相连，三极管q7的基极经电阻r25接数据处理模块中芯片u4的4脚(beep端口)，三极管q7的发射极电容c18的另一端相连，共端接地，rs_485通信芯片u5的1脚分别与数据处理模块中芯片u4的17脚和发光二极管ds2的负极相连，rs_485通信芯片u5的2脚与数据处理模块中芯片u4的20脚相连，rs_485通信芯片u5的3脚与数据处理模块中芯片u4的15脚相连，rs_485通信芯片u5的4脚分别与数据处理模块中芯片u4的16脚和发光二极管ds1的负极相连，发光二极管ds1的正极分别接发光二极管ds2的正极和电阻r44的一端，rs_485通信芯片u5的5脚分别接电容c19的一端、电阻r6的一端、保护器t3的一端、保护器t5的一端，共端接地，rs_485通信芯片u5的6脚分别接电阻r9的一端和电阻r15的一端，电阻r9的另一端与电阻r44的另一端相连，共端与电源自动切换电路中的3.3v电源输出端vcc3.3v相连，电阻r15的另一端分别接保护器t8的一端和保护器t5的另一端，共端接集成接线端子模块中传感器和电源开关端口p4的13脚，rs_485通信芯片u5的7脚分别接电阻r6的另一端和电阻r18的一端，电阻r18的另一端分别接保护器t8的另一端和保护器t3的另一端，共端接集成接线端子模块中传感器和电源开关端口p4的12脚，rs_485通信芯片u5的8脚与电容c19的另一端相连，共端与电源自动切换电路中的3.3v电源输出端vcc3.3v相连，通信端口p7的1脚接地，2脚分别接跳线j1的一端、跳线j2的一端和电容c20的一端，跳线j1的另一端与电源自动切换电路中的3.3v电源输出端vcc3.3v相连，跳线j2的另一端与锂电池充电管理电路中的5v电源供电输出端相连，电容c20的另一端接地，通信端口p7的3脚分别与发光二极管ds4的负极和数据处理模块中芯片u4的29脚相连，通信端口p7的4脚分别与发光二极管ds3的负极和数据处理模块中芯片u4的30脚相连，发光二极管ds3的正极分别接发光二级管ds4的正极和电阻r45的一端，电阻r45的另一端与电源自动切换电路中的3.3v电源输出端vcc3.3v相连，通信端口p7的5脚接地；通信端口p5的1脚接集成接线端子模块中8个通道端口p2的13脚，通信端口p5的2脚接集成接线端子模块中8个通道端口p2的14脚，通信端口p5的3脚接集成接线端子模块中8个通道端口p2的15脚。

本发明具有以下有益的技术效果：

1、抗干扰能力强：传统rs485通信没有保护措施，本产品增加隔离地保护，使数据传输可靠性增加；

2、操作简单：将分机检测集成到控制柜中，不用将外接线全部在外部连接，增强安全性以及符合信息化改造；

3、易于布线：通过集成控制柜，使外接线直接通过接口连接到对应的端口上，简单方便；

4、适应能力强：

a、电源方面，电源供电可以使用太阳能供电、锂电池供电或者外部电源220v，在光照强度不足时太阳能板无法正常使用，可以使用锂电池或者外部220v电源为系统供电，只有在开启采集粮温操作时，为粮温传感器供电，其他时间关闭供电，减少损耗，当阳光充足时，使用太阳能为锂电池充电，并使用太阳能为整个系统和传感器工作供电，充分利用资源，减少能源浪费，使用外部220v电源供电保证当太阳能以及锂电池无法供电时系统仍能正常工作；

b、通信方面，可以根据现场不同需求采用433无线、rs485或以太网通信，相比于单一的无线通信，传输数据方式更加灵活，也更加安全，在无线通信干扰较强的情况下，可选择rs485或者以太网通信，避免通信出现干扰；

5、经济实用：本产品可直接使用以太网通信，相比于其他产品的以太网通信使用rs485加串口服务器的方式，本产品降低成本和系统功耗。

附图说明

图1为本发明的电路框式原理图。

图2-8为本发明的数据处理模块的电路原理图。

图9-11为本发明的智能供电模块的电路原理图；

其中图9为锂电池充电管理电路原理图；

图10电源自动切换电路原理图：

图11传感器工作电源电路原理图。

图12为本发明传感器接口模块粮温通道数据采集电路原理图。

图13为本发明传感器接口模块粮温通道集成接线端子模块电路原理图。

图14为本发明通信模块的电路原理图。

图15-17为本发明电源电压检测模块电路原理图：

其中图15为外部供电电压检测电路原理图；

图16为升压电路供电电压检测电路原理图；

图17为升压电路输出电压检测电路原理图。

图18为本发明整体模块示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

由图1-18给出，包括分机壳体和装在壳体内的电路板，电路板上装有控制电路，所述的控制电路包括:

智能供电模块：用于提供3.3v或者5v工作电源；可以使用太阳能电池供电、锂电池供电或者外部电源220v供电；

传感器接口模块：包括温湿度传感器接口和粮温传感器接口，用于连接温湿度传感器和粮温传感器(检测粮食温度的温度传感器)，为分机提供仓温仓湿数据(粮仓温度、粮仓湿度数据)和粮温数据(粮食温度数据)；

通信模块：用于完成接收主机命令和上传采集到的温湿度数据以及粮温数据；该模块包含温湿度传感器通信、rs485有线通信或者网口通信，有线或者网口通信是用来和相应的测控主机通信，完成接收主机命令、上传采集到的温湿度以及粮温数据等功能；与温湿度传感器、粮温传感器通信采用的rs485通信。

电源电压检测模块：用于电路供电电压检测和输出电压检测；包括外部供电电压检测、升压电路供电电压检测、升压电路输出电压检测；

数据处理模块：用于粮温采集数据处理、仓温仓湿检测数据处理、锂电池充电检测、检测分机系统电源监测；

所述的数据处理模块分别与智能供电模块、传感器接口模块、通信模块和电源电压检测模块相连。

所述的智能供电模块包括分别与数据处理模块相连的锂电池充电管理电路、电源自动切换电路和传感器工作电源电路；

所述的锂电池充电管理电路包括充电管理器u3，充电管理器u3的1脚分别接芯片u11的接地接、太阳能电池供电的负极、放电管t7的一端、放电管t1的一端、有极电容c1的负极、充电管理器u3的3脚(接地脚)、电阻r12的一端、有极电容c6的负极和3.7v锂电池端口的2脚，共端接地，充电管理器u3的2脚与电阻r12的另一端相连，电管理器u3的4脚分别接二极管d2的负极、二极管d1的负极和有极电容c1的正极，共端连接有电源输出接头sdc，二极管d2的正极分别与芯片u11的5v电源输出脚和放电管t7的另一端相连，作为5v电源供电输出端(连接有5v电源接头vcc5v)，二极管d1的正极分别接太阳能电池供电的正极和放电管t1的另一端，作为太阳能电池供电输出端，充电管理器u3的5脚分别接充电管理器u3的8脚、有极电容c6的正极和3.7v锂电池端口的1脚，作为3.7v锂电池供电输出端(连接有3.7v锂电池接头bat+)，充电管理器u3的6脚、7脚分别与数据处理模块相连，芯片u11的火线输入端分别接电阻rm的一端和熔断器f2的一端，熔断器f2的另一端为220v供电火线输入端，芯片u11的零线输入端分别接电阻rm的另一端和电阻rt1的一端，电阻rt1的另一端为220v供电零线输入端；

所述电源自动切换电路包括三端稳压器u2、pmos管u8a、u8b和三极管q1、q8，三端稳压器u2的2脚(输入脚)分别接有极电容c2的正极、pmos管u8b的源极、二极管d5的负极、三极管q1的发射极、电阻r35的一端和pmos管u8a的源极，共端作为vcc电源输出端口(连接有vcc电源输出接头vcc)，有极电容c2的负极分别接有极电容c7的负极、三端稳压器u2的1脚(接地脚)、电阻r37的一端、三极管q8的发射极、电阻r34的一端，共端接地(连接有接地接头gnd)，pmos管u8b的漏极与二极管d5的正极相连，pmos管u8b的栅极分别接三极管q1的集电极和电阻r37的另一端，三极管q1的基极经电阻r38分别接三极管q8的集电极和电阻r36的一端，电阻r36的另一端分别接电阻r35的另一端和pmos管u8a的栅极，pmos管u8a的漏极分别接可控精密稳压源q2的阴极和电阻r42的一端，共端与锂电池充电管理电路中电管理器u3的4脚相连，可控精密稳压源q2的阳极分别接电阻r41的一端、电阻r34的另一端和电阻r43的一端，电阻r43的另一端分别接电阻r42的另一端和可控精密稳压源q2的参考极，电阻r41的另一端与三极管q8的基极，三端稳压器u2的3脚(输出脚)与有极电容c7的正极相连，共端作为3.3v电源输出端vcc3.3v(连接3.3v电源输出vcc3.3v)；

所述传感器工作电源电路包括升压器u7、pmos管u1a、u1b，升压器u7的1脚分别接二极管d3的正极和电感l1的一端，二极管d3的负极分别接电阻r2的一端、有极电容c15的正极、电容c21的一端和熔断器f1的一端，电阻r2的另一端分别接升压器u7的3脚和电阻r3的一端，电阻r3的另一端分别接稳压二极管t4的正极、电容c21的另一端、有极电容c15的负极、电阻r1的一端、升压器u7的2脚、有极电容c3的负极、有极电容c14的一端和三极管q4的发射极，共端接地，熔断器f1的另一端与稳压二极管t4的负极相连，共端作为vdd电源输出端口(连接有vdd电源输出接头vdd)，电感l1的另一端分别接升压器u7的4脚、5脚、有极电容c3的正极、电容c14的一端和pmos管u1a的漏极，共端作为升压电路供电电压检测的检测点vee(连接有升压电路供电电压检测接头vee)，pmos管u1a的源极分别接电阻r8的一端、二极管d7的负极和pmos管u1b的源极，共端vff与电源自动切换电路中pmos管u8b的漏极、二极管d5的正极的共端相连，电阻r8的另一端分别接pmos管u1a的栅极和三极管q4的集电极，二极管d7的正极分别接电阻r29的一端和pmos管u1b的栅极，共端pwr_5v与锂电池充电管理电路中二极管d2的正极、5v电源端口p9的1脚、放电管t7的共端相连，pmos管u1b的漏极作为传感器电源供电端(连接有系统供电接口psw)，三极管q4的基极与电阻r5的一端相连，电阻r5的另一端装有接头vdden。

芯片u11为ac/dc电源适配器，型号为plf12a-5v；

u3为锂电池充电管理芯片，型号为cn3063；

所述可控精密稳压源q2为型号tl431的2.5v基准电压源芯片，用于检测太阳能供电电压。

所述的升压器u7型号为fp6291；

所述的三端稳压器u2型号为xc6214p332pr；

如图9所示，锂电池充电管理电路中的供电电源可以使用220v供电输入或者选择太阳能电池板供电。放电管t1和t7用于浪涌保护，二极管d1和d2用于防反接，该电路电源输入可以选择为太阳能或者5v电源供电，如以太阳能供电为例，通过二极管d1和放电管t1构成保护电路将太阳能供电端连接到充电管理器u3的4脚(vin)和3脚(gnd)，通过有极电容c6给锂电池充电，充电管理器u3的正在充电状态信号输出端ch管脚(7脚)和充满电状态信号输出端ok管脚(6脚)分别连接数据处理模块中芯片u4的3脚和2脚相连。二极管dl和d2的负极还连接太阳能电池板供电输出接头(sdc接头)，5v输入电源直接连接5v电源接头vcc5v。

系统使用太阳能供电端通过二极管d1、放电管t1或者5v输入电源通过放电管t7、二极管d2作为外部供电电源和锂电池充电输入电源；电容c1、充电管理器u3、电阻r12、电容c6组成锂电池充电电路，为锂电池提供合适的充电方式；此电路为系统工作增加了一种供电方式(220供电)，提高系统环境适应能力，增强系统工作稳定性和安全性。二极管d1、d2、放电管t1、t7为锂电池充电输入端口提供保护作用，降低人体静电、外部浪涌干扰等对系统造成影响。

如图10所示，电源自动切换电路包括电阻r34、r35、r36、r38、r41、r42、r43,可控精密稳压源q2，pmos管u8a、u8b,三极管q8、q1,二极管d5，三端稳压器u2，其中pmos管u8a的漏极、可控精密稳压源q2的阴极和电阻r42的共端sdc与锂电池充电管理电路中电管理器u3的4脚相连，作为太阳能电源输入，只有当共端sdc高于4.9v时，通过电阻r42和r43，可控精密稳压源q2，三极管q8和q1，pmos管u8a和u8b构成电源输入选择器，此时pmos管u8a导通和u8b不导通，太阳能电源通过二极管d5和有极电容c7给三端稳压器u2提供输入电源，当太阳能电压过低，pmos管u8a不导通、pmos管u8b导通，此时电源输入选择器选择电池供电,pmos管u8b的漏极、二极管d5的正极的共端vff通过有极电容c7与三端稳压器u2的vin端(2脚)相连。其中pmos管u8a和u8b的寄生二极管为反向二极管，与正常的二极管相反，以防止电池供电时电流经过二极管给电池充电，造成锂电池过冲，这是本产品的一个创新和优点，三端稳压器u2通过有极电容c7输出3.3v电压为系统工作供电实现系统电源功能方式切换。

电阻r42、r43、r34和三极管q2组成输入电源选通器，由三极管q8、q1、电阻r41、r36、r35、r38，pmos管u8a和u8b组成供电电源选择电路，根据电源选通器状态控制使用外部输入电源sdc或者使用电池vff与二极管d5、pmos管u8b作为三端稳压器u2前级输入电源；电容c2、三端稳压器u2、电容c7构成工作电源电路，为数据处理模块提供正常工作电源；此电路会智能选择使用外部电源或者锂电池作为数据处理模块供电电源输入，能够保证数据处理模块能够正常稳定运行；其中pmos管u8b和u8a的源极和漏极选择反接方式是为了防止供电输入电流经过寄生二极管反向流入锂电池，造成锂电池过充。

如图11所示，传感器工作电源电路有两种输入电源分别是与锂电池bat相连的psw(pmos管u1b漏极的供电接头psw)和5v电源相连的二极管d7的正极、电阻r29和pmos管u1b的栅极的共端pwr_5v。电路包括pmos管u1b、u1a,电阻r5、r8、r29、r1、r2、r3,二极管d3、d7,三极管q4，电容c3、c21,稳压二极管t4，电感l1和熔断器f1；当电路使用锂电池bat作为电路前级电源输入时，pmos管u1b的栅极通过电阻r29与地相接，pmos管u1b导通，pmos管u1b的源极和漏极增加一个反向寄生二极管，防止电池供电时电流经过二极管给电池充电，造成锂电池过冲。通过滤波电容c14和c3作为升压器u7的输入端，同时与管脚vee(电感l1、升压器u7的4脚、5脚、有极电容c3的正极、电容c14和pmos管u1a漏极的共端)相连作为升压电路供电电压检测的检测点。升压器u7的oc管脚(6脚)通过电阻r1与地连接，fb管脚(3脚)接在电阻r2与r3之间通过r3接地。升压器u7输出端(1脚)连接二极管d3通过滤波电容c15和c21之后与熔断器f1相连，然后通过稳压二极管t4连接到5v管脚vdd(vdd电源输出端口)；当数据处理模块中芯片u4的vdden端口(14脚)输出高电平时，三极管q4饱和导通，从而使pmos管u1a导通为后级传感器电路供电，当数据处理模块中芯片u4的vdden端口(14脚)输出低电平时，三极管q4截止，从而mosu1a截止，不再为后级传感器电路供电。

pmos管u1b、电阻r29和二极管d7构成了外接5v电源和锂电池电源自动切换电路，当外接5v电源正常工作时，会优先选择此电源给系统供电；pmos管u1a、电阻r8、r5和三极管q4构成了传感器供电电源输出控制电路，数据处理模块根据需要来控制传感器电源的输出功能；电容c3、升压器u7、电感l1、二极管d3、电阻r1、r2、r3、电容c15、c21构成了传感器供电管理电路，系统在锂电池供电时，随着锂电池的放电，电池输出电压会不断降低，考虑到系统在实际使用时传感器离分机较远，连接分机和传感器的导线压降较大，当锂电池电压低到一定程度时，会导致传感器因供电不足而工作不稳定或不能正常工作，所以设计此电源管理电路，作用是将不稳定的电池输出电压转换为稳定的dc5v电源输出，提高了传感器工作的可靠性，延长了传感器的使用距离。熔断器f1和稳压二极管t4构成了传感器电源输出端口的保护作用，防止人为造成的电源输出短路、人体静电、外部浪涌干扰等对系统造成损坏。

所述的数据处理模块包括芯片u4，芯片u4的1脚与电容c13的一端相连，共端与智能供电模块的3.3v电源输出端vcc3.3v相连，电容c13的另一端接地，芯片u4的7脚分别接电阻r14的一端和电容c8的一端，电容c8的另一端接地，电阻r14的另一端与智能供电模块的3.3v电源输出端vcc3.3v相连，芯片u4的13脚分别与芯片u4的19脚、64脚、48脚、32脚、电容c9的一端、电容c10的一端、电容c11的一端和电容c12的一端相连，共端与智能供电模块的3.3v电源输出端vcc3.3v相连，电容c9的另一端分别接电容c10的另一端、电容c11的另一端和电容c12的另一端，共端接地，芯片u4的60脚分别接电阻r20的一端和三极管q5的集电极，电阻r20的另一端接地，三极管q5的发射极分别接电阻r23的一端和端口p1的1脚，共端与智能供电模块的3.3v电源输出端vcc3.3v相连，电阻r23的另一端分别接三极管q5的基极和电阻r22的一端，电阻r22的另一端与端口p1的5脚相连，端口p1的2脚与芯片u4的42脚相连，端口p1的3脚与芯片u4的43脚相连，端口p1的4接地，端口p1的7脚与芯片u4的49脚相连，端口p1的8脚与芯片u4的46脚相连，芯片u4的5脚分别接晶振m2的一端和电容c16的一端，电容c16的另一端与电容c17的一端相连，共端接地，电容c17的另一端分别接晶振m2的另一端和芯片u4的6脚；芯片u4的27脚经电阻r39接三极管q9的基极，三极管q9的发射极接地，集电极与传感器接口模块相连，芯片u4的57脚经电阻r40接三极管q10的基极，三极管q9的发射极接地，集电极与传感器接口模块相连；芯片u4的28脚经电阻r17接地，31脚、47脚、63脚、18脚、12脚并联接地；充电管理器u3的6脚与芯片u4的2脚相连，充电管理器u3的7脚与芯片u4的3脚相连，数据处理模块中芯片u4的14脚与传感器工作电源电路中的接头vdden与相连。

如图2-8所示，数据处理模块包含了包括芯片u4，芯片u4为32位高性能cortex-m3内核的处理器，分机系统工作电源都连接到智能供电模块的vcc电源输出端口上，为芯片u4(数据处理器mcu)提供正常工作电源；芯片u4的vdden端口(14脚)控制智能供电模块中的电源连通状态，芯片u4的u2_txd(16脚)、u2_rxd(17脚)、485_re(20脚)和485_de(15脚)四个端口的功能分别为数据发送、数据接收、接收全能和发送使能，这四个端口连接至通信模块的rs485通信电路，用于和仓温仓湿传感器通信。芯片u4的ado(21脚)、ad1(22脚)和ad2(23脚)端口为分机系统供电电压检测端口，这三个端口连接至电源电压检测模块，其中ado端口检测外部供电电源电压，ad1端口检测升压电路供电电压，ad2端口检测升压电路输出电压，芯片u4的ok(2脚)和ch(3脚)端口为锂电池充电状态检测端口，其中ok端口为电池充满信号，ch端口为电池正在充电信号；芯片u4的u3_txd(29脚)和u3_rxd(30脚)端口连接到通信模块的无线通信端口,功能分别为数据发送和数据接收,芯片u4的通过这两个端口与无线通信电路通信，用来接收测控主机发送来的命令或向测控主机发送采集到的数据。chi[8..1]对应分机8个通道口(对应芯片u4的45脚、55脚、58脚、62脚、33脚、37脚、40脚、52脚)，用来检测每个通道上连接的粮温传感器数据。chpwr[8..1]对应每个通道的供电电源端口，用来给通道检测供电，chl[8..1](对应芯片u4的26脚、28脚、8脚、9脚、10脚、11脚、24脚、25脚)用来控制输出端ch_out为低电平，chh[8..1](对应芯片u4的41脚、50脚、56脚、59脚、34脚、36脚、38脚、53脚)用来控制输出端ch_out为高电平，输入端chi[8..1]直接连接输出端ch_out，使其保持一致,如图5所示，给出2个通道的粮温通道数据采集的电路原理图。

电阻r14和电容c8组成上电复位电路,在上电瞬间，电容c8两端电压为0v，电阻r14两端电压为3.3v，即芯片u4的rst引脚(7脚)为低电平的芯片u4处于复位状态，随着时间延迟，电流经电阻r14对电容c8充电，电容c8内电荷增加,两端电压也逐渐上升，当电容c8两端电压上升到2v以上时,芯片u4复位结束，进入启动状态；粮温传感器通道供电通过控制连接到芯片u4对应的chpwr[8..1]端口(1-8共8个通道端口，分别对应芯片u4的44脚、54脚、27脚、57脚、61脚、35脚、39脚、51脚)，使相应的三极管导通或者截止，为通道提供供电电源。

芯片u4的vbat端(1脚)和电容c13组成实时时钟电源电路，使实时时钟正常运行。数据处理模块通过rs485与仓温仓湿传感器通信，使用无线通信接收测控主机发送来的命令或向测控主机发送采集到的数据，检测分机系统各部分供电电压，控制8个传感器通道的工作状态，对通道进行供电，数据处理；电阻r39、三极管q9和电阻r40、三极管q10分别构成了传感器通道的电平转换电路，数据处理模块根据需要来控制传感器通道电源工作状态。

所述的传感器接口模块包括4个相同的粮温通道数据采集电路，每个粮温通道数据采集电路对应2个粮温数据采集通道，其包括pmos管u6b、u5b、u9a、u9b、三极管q3、q6，保护器t2和保护二极管d6，保护器t2和保护二极管d6均有相同的两个，pmos管u6b的源极分别接电容c25的一端、电容c26的一端、电阻r26的一端、pmos管u9b的源极、电阻r28的一端、电阻r16的一端、pmos管u9a的源极、电阻r24的一端、电阻r27的一端、电阻r11的一端和，pmos管u6a的源极，共端接所述传感器工作电源电路的vdd电源输出端口，pmos管u6b的栅极与电阻r24的另一端相连，共端接芯片u4对应的一个chpwr[8..1]端口(分别为芯片u4的44脚、54脚、27脚、57脚、61脚、35脚、39脚、51脚)，pmos管u6b的漏极分别接三极管q3的集电极、电阻r27的另一端、电阻r19的一端、电容c23的一端、第一个保护器t2的一端和第一个保护二极管d6的负极，共端作为输出端chx_out(连接有对应的输出接头chx_out，其中x为1-8，代表8个通道的输出端)且输入端与数据处理模块中芯片u4对应的一个chi[8..1]端口(分别为芯片u4的45脚、55脚、58脚、62脚、33脚、37脚、40脚、52脚)相连作为输入端，pmos管u6a的栅极接电阻r11的另一端，共端与数据处理模块中芯片u4对应的一个chh[8..1]端口(分别为芯片u4的41脚、50脚、56脚、59脚、34脚、36脚、38脚、53脚)相连，pmos管u6a的漏极接电阻r19的另一端，三极管q3的基极经电阻r32接数据处理模块中芯片u4对应的一个chl[8..1]端口(分别为芯片u4的26脚、28脚、8脚、9脚、10脚、11脚、24脚、25脚)，三极管q3的发射极分别接电容c23的另一端、电容c25的另一端、电容c26的另一端、三极管q6的发射极、电容c24的一端、第二个保护器t2的一端、第一个保护器t2的另一端、第二个保护二极管d6的一端和第一个保护二极管d6的另一端，共端接地，pmos管u9a的栅极接电阻r16的另一端，共端与数据处理模块中芯片u4对应的一个chh[8..1]端口(分别为芯片u4的41脚、50脚、56脚、59脚、34脚、36脚、38脚、53脚)相连，pmos管u9a的漏极接电阻r21的一端，电阻r21的另一端分别接pmos管u9b的漏极、电阻r28的另一端、电容c24的另一端、第二个保护器t2的另一端和第二个保护二极管d6的另一端，共端作为输出端chx_out(连接有对应的输出接头chx_out，其中x为1-8，代表8个通道的输出端)且输入端与数据处理模块中芯片u4对应的一个chi[8..1]端口(分别为芯片u4的45脚、55脚、58脚、62脚、33脚、37脚、40脚、52脚)相连作为输入端，pmos管u9b的栅极接电阻r26的另一端，共端与芯片u4对应的一个chpwr[8..1]端口(分别为芯片u4的44脚、54脚、27脚、57脚、61脚、35脚、39脚、51脚)相连，三极管q6的基极经电阻r33接数据处理模块中芯片u4对应的一个chl[8..1]端口(分别为芯片u4的26脚、28脚、8脚、9脚、10脚、11脚、24脚、25脚)。

所述传感器接口模块还包括集成接线端子模块，集成接线端子模块包括传感器和电源开关端口p4、8个通道端口p2，传感器和电源开关端口p4的1脚与锂电池充电管理电路中220v供电火线输入端相连，2脚与锂电池充电管理电路中220v供电零线输入端相连，6脚分别接传感器和电源开关端口p4的14脚、esd防护器t6的一端和8个通道端口p2的2脚，共端接地，传感器和电源开关端口p4的7脚经熔断器f3接锂电池充电管理电路中的5v电源供电输出端，8脚锂电池充电管理电路中的太阳能电池供电的正极9脚锂电池充电管理电路中的太阳能电池供电的负极，10脚接锂电池充电管理电路中的3.7v锂电池供电输出端，11脚接传感器工作电源电路中的传感器电源供电端(系统供电接口psw)，12脚、13脚分别与通信模块相连，15脚分别接8个通道端口p2的1脚和esd防护器t6的另一端，共端接传感器工作电源电路的vdd电源输出端口，8个通道端口p2的3-10脚分别与4个粮温通道数据采集电路对应的输出端chx_out(连接有对应的输出接头chx_out，其中x为1-8，代表8个通道的输出端)相连，8个通道端口p2的13、14、15脚分别与通信模块相连。

所述保护器t2型号为pesd5v0l2bt；

所述保护二极管d6型号为baw56；

esd防护器t6为单向贴片tvs管；

如图12所示，给出2个粮温数据采集通道的粮温通道数据采集电路原理图，其中

chpwr[8..1]端口分别为ch1_pwr和ch2_pwr，分别对应芯片u4的27脚和35脚；chi[8..1]端口分别为ch1_i和ch2_i，分别对应芯片u4的chi1端口和chi2端口(33脚和37脚)；chh[8..1]端口分别为ch1_h和ch2_h，分别对应芯片u4的chh1端口和chh2端口(34脚和36脚)；接头chx_out分别为ch1_out和ch2_out，分别与集成接线端子模块的对应端口相连(8个通道端口p2的3脚ch1和4脚的ch2)；chl[8..1]端口分别为ch1_l和ch2_l，分别对应芯片u4的chl1端口和chl2端口(24脚和25脚)；这是2个通道的粮温通道采集电路，其他通道与此电路相同；

chx_pwr和电源vdd通过r24连接pmos管u6b栅极，当输入低电平控制pmos管导通，使输出端chx_out与vdd相连输出高电平；chxh和电源vdd通过r11连接pmos管u6a栅极，控制chx_h输出高低电平来控制输出端chx_out的状态。chx_i直接与输出端chx_out相连，输出端chx_out的转态与输入端chx_i相同；输入chx_l通过限流电阻r32与npn三极管q3基极相连，三极管q3的集电极直接与输出端chx_out相连，三极管q3的发射极与地短接，通过通知输入端chx_l的高低电平控制三极管q3的导通和截止，控制输出端chx_out是否为低电平。输出端chx_out通过滤波电容c23、保护器t2和保护二极管d6相连之后输出到端口chx_out；电阻r24、pmos管u6b组成传感器通道供电电源输出控制电路，数据处理模块根据需要来控制传感器工作电源状态；电阻r11、pmos管u6a电阻，r32、三极管q3组成输出状态控制电路，数据处理模块根据需要来控制输出端chx_out状态。chx_i直接与输出端chx_out相连，用于读取输出端chx_out的状态信息。由电容c23、保护器t2和保护二极管d6组成输出保护器，降低人体静电、外部浪涌干扰等对系统造成影响。

如图13所示，集成接线端子模块中psw+和psw—端口连接至智能供电模块,为分机系统供电，传感器和电源开关端口p4为传感器和电源开关接线端口，其中的esd防护器t6用于保护内部电路免遭静电的干扰，8个通道端口p2为粮温通道传感器连接端口，稳压二极管t4(tvs防护器件)用于保护分机系统电源不受外界如雷电等干扰。

所述的通信模块包括蜂鸣器u10、rs_485通信芯片u5、通信端口p7和通信端口p5，蜂鸣器u10的电源输入端分别与电容c18的一端和电源自动切换电路vcc电源输出端口相连，蜂鸣器u10的信号输入端与三极管q7的集电极相连，三极管q7的基极经电阻r25接数据处理模块中芯片u4的4脚(beep端口)，三极管q7的发射极电容c18的另一端相连，共端接地，rs_485通信芯片u5的1脚分别与数据处理模块中芯片u4的17脚和发光二极管ds2的负极相连，rs_485通信芯片u5的2脚与数据处理模块中芯片u4的20脚相连，rs_485通信芯片u5的3脚与数据处理模块中芯片u4的15脚相连，rs_485通信芯片u5的4脚分别与数据处理模块中芯片u4的16脚和发光二极管ds1的负极相连，发光二极管ds1的正极分别接发光二极管ds2的正极和电阻r44的一端，rs_485通信芯片u5的5脚分别接电容c19的一端、电阻r6的一端、保护器t3的一端、保护器t5的一端，共端接地，rs_485通信芯片u5的6脚分别接电阻r9的一端和电阻r15的一端，电阻r9的另一端与电阻r44的另一端相连，共端与电源自动切换电路中的3.3v电源输出端vcc3.3v相连，电阻r15的另一端分别接保护器t8的一端和保护器t5的另一端，共端接集成接线端子模块中传感器和电源开关端口p4的13脚，rs_485通信芯片u5的7脚分别接电阻r6的另一端和电阻r18的一端，电阻r18的另一端分别接保护器t8的另一端和保护器t3的另一端，共端接集成接线端子模块中传感器和电源开关端口p4的12脚，rs_485通信芯片u5的8脚与电容c19的另一端相连，共端与电源自动切换电路中的3.3v电源输出端vcc3.3v相连，通信端口p7的1脚接地，2脚分别接跳线j1的一端、跳线j2的一端和电容c20的一端，跳线j1的另一端与电源自动切换电路中的3.3v电源输出端vcc3.3v相连，跳线j2的另一端与锂电池充电管理电路中的5v电源供电输出端相连，电容c20的另一端接地，通信端口p7的3脚分别与发光二极管ds4的负极和数据处理模块中芯片u4的29脚相连，通信端口p7的4脚分别与发光二极管ds3的负极和数据处理模块中芯片u4的30脚相连，发光二极管ds3的正极分别接发光二级管ds4的正极和电阻r45的一端，电阻r45的另一端与电源自动切换电路中的3.3v电源输出端vcc3.3v相连，通信端口p7的5脚接地；通信端口p5的1脚接集成接线端子模块中8个通道端口p2的13脚，通信端口p5的2脚接集成接线端子模块中8个通道端口p2的14脚，通信端口p5的3脚接集成接线端子模块中8个通道端口p2的15脚。

所述保护器t8、t3、t5为单向贴片tvs管；

所述蜂鸣器u10为市场上所售的5v通用有源蜂鸣器；

rs_485通信芯片u5为市场上所售通用芯片。

如图14通信模块的电路原理图所示，通信模块包含基于自组网功能的无线通讯单元、仓温仓湿数据传输单元和蜂鸣器提示电路，通信端口p7和p5组成标准通信模块接口电路，能够连接多种通信模块，例如rs485通信模块，433无线通信模块和以太网通信模块等。通信端口p5的rg1脚隔离地保护措施提高数据传输稳定性；无线通信单元是一个独立的无线通信电路，通过usart接口(wl_rxd、wl_txd接脚)与分机系统中的芯片u4中的u3_txd和u3_rxd连接(29、30脚)，无线通信单元主要负责无线网络的建立、连接和维护，通过无线传输将主机数据传给数据处理模块，数据处理模块接收到的数据发送到空中去由主机接收，实现粮情检测分机系统与相应主机的数据通传功能；

仓温仓湿数据传输单元采用rs485通信电路，由rs_485通信芯片u5、电容c19、电阻r6、r8、r15、r18、保护器t3、t5、t8组成。芯片u4支持32个结点，电阻r6和电阻r9分别为上、下拉电阻，电阻r15和电阻r18分别为限流电阻，保护器t3、t5、t8为esd保护器，防止通信总线上传导来的静电对芯片u5造成损坏。

蜂鸣器提示电路包括蜂鸣器u10、电阻r25，npn三极管q7和电容c18。由数据处理模块的端口beep(4脚)来控制三极管q7导通或者截止，控制蜂鸣器是否工作，跳线j1、j2进行对3.3v电源或5v电源进行选择。

所述的电源电压检测模块包括外部供电电压检测电路、升压电路供电电压检测电路和升压电路输出电压检测电路，外部供电电压检测电路包括电阻r30、r31,电阻r30的一端与电阻r31的一端相连，共端接数据处理模块中芯片u4的21脚，电阻r30的另一端接锂电池充电管理电路的电源输出接头sdc，电阻r31的另一端接地；升压电路供电电压检测电路包括电阻r7、r13,电阻r7的一端与电阻r13的一端相连，共端接数据处理模块中芯片u4的22脚，电阻r7的另一端接传感器工作电源电路的升压电路供电电压检测的检测点vee，电阻r13的另一端接地；升压电路输出电压检测电路包括电阻r4、r10,电阻r4的一端与电阻r10的一端相连，共端接数据处理模块中芯片u4的23脚，电阻r4的另一端接传感器工作电源电路的vdd电源输出端口vdd，电阻r10的另一端接地。

如图15-17所示的电源电压检测模块包括外部供电电压检测电路、升压电路供电电压检测电路和升压电路输出电压检测电路。

外部供电电压检测电路由电阻r30、r31组成，电阻r30第一端用于连接锂电池充电管理电路的电压输入端，然后与电阻r31连接之后与地相接，电阻r30和r31接头中间接点用于连接数据处理模块的外部电源电压检测数据输入端ad0(21脚)。

升压电路供电电压检测包括电阻r7、r13，电阻r7第一端用于升压电路的电压输入端，然后与电阻r13连接之后与地相接，电阻r7和r13接头中间接点用于连接数据处理模块的升压电路供电电压检测数据输入端ad1(22脚)。

升压电路输出电压检测包括电阻r4、r10，电阻r4第一端用于连接升压电路电压输入端，然后与电阻r10连接之后与地相接，电阻r4和r10接头中间接点用于连接数据处理模块的升压电路输出电压检测数据输入端ad2(23脚)。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、抗干扰能力强：传统rs485通信没有保护措施，本产品增加隔离地保护，使数据传输可靠性增加；

2、操作简单：将分机检测集成到控制柜中，不用将外接线全部在外部连接，增强安全性以及符合信息化改造；

3、易于布线：通过集成控制柜，使外接线直接通过接口连接到对应的端口上，简单方便；

4、适应能力强：

a、电源方面，电源供电可以使用太阳能供电、锂电池供电或者外部电源220v，在光照强度不足时太阳能板无法正常使用，可以使用锂电池或者外部220v电源为系统供电，只有在开启采集粮温操作时，为粮温传感器供电，其他时间关闭供电，减少损耗，当阳光充足时，使用太阳能为锂电池充电，并使用太阳能为整个系统和传感器工作供电，充分利用资源，减少能源浪费，使用外部220v电源供电保证当太阳能以及锂电池无法供电时系统仍能正常工作；

b、通信方面，可以根据现场不同需求采用433无线、rs485或以太网通信，相比于单一的无线通信，传输数据方式更加灵活，也更加安全，在无线通信干扰较强的情况下，可选择rs485或者以太网通信，避免通信出现干扰；

5、经济实用：本产品可直接使用以太网通信，相比于其他产品的以太网通信使用rs485加串口服务器的方式，本产品降低成本和系统功耗。