仿生态环境监测控制系统的制作方法

本实用新型属于农业用环境监测与控制技术领域，具体涉及一种仿生态环境监测控制系统。

背景技术：

我国农业生产水平比较落后，生产成本高，从事农业生产的人员会越来越少，自动化和机械化水平的要求越来越高，因此用于农业的环境监测与控制系统的需求越来越大。

现有的系统分为低成本、高成本两种，低成本使用51系列单片机简单开发而成，从开发到材料都是用价格最低的方法，结果漏洞百出，产品就是一个农用级别的温湿度计，时常死机、误动作。高成本的是使用PLC(可编程控制器)、人机界面(触摸屏)组成一个工业用的自动控制系统，性能可以满足使用，但是价格太高，农民承受不起。

现有系统整体从软硬件到实际产品，都没有给系统精准的定位，设计时不是考虑成本因素太多，就是添加太多不切实际的配置，最终形成的产品虽然具有高科技产品的外形，但实际上只具有初级农用产品的品质，价格高且制造工艺粗糙，使用中存在很多问题，比如：温湿度控制不准确、超出调节范围、主机死机、通讯故障频发、过载保护能力差等。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种成本低、可靠性高的仿生态环境监测控制系统。

为实现以上目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种仿生态环境监测控制系统，包括电源模块、主机、至少一个分机、电源总线、中心计算机、检测模组和调控模组；

所述主机包括第一稳压模块、主机控制芯片和第一通信模块，所述第一稳压模块和第一通信模块均与所述主机控制芯片电连接；所述分机包括第二稳压模块、分机控制芯片和第二通信模块，所述第二稳压模块和第二通信模块均与所述分机控制芯片电连接；

所述电源模块通过所述电源总线与所述第一稳压模块和第二稳压模块电连接；所述第一通信模块和第二通信模块均与所述中心计算机通信连接；

所述检测模组和调控模组均与所述分机电连接。

所述第一通信模块和第二通信模块与所述中心计算机之间通过通信总线进行连接，以有线方式进行数据传输；所述第一通信模块和第二通信模块均为RS-485通信模块。

所述第一通信模块和第二通信模块与所述中心计算机之间无线连接，以无线方式进行数据传输；所述第一通信模块为GSM模块、WiFi模块和蓝牙模块中的一种或多种的组合，所述第二通信模块为GSM模块、WiFi模块和蓝牙模块中的一种或多种的组合。

所述电源模块包AC-DC转换器、充放电保护电路和蓄电池；所述AC-DC转换器的输入端接市电，输出端接所述充放电保护电路；所述蓄电池与所述充放电保护电路电连接；所述充放电保护电路与所述电源总线电连接。

所述充放电保护电路包括保险丝、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电阻、第二电阻、充电芯片、开关电源芯片、电感和电容；

所述保险丝的一端与所述第一二极管的阴极连接，所述保险丝的另一端和所述第一二极管的阳极均与所述AC-DC转换器连接；

所述充电芯片包括输入管脚、接地管脚和输出管脚；所述第一二极管的阳极与接地管脚连接，阴极与输入管脚连接；所述第二二极管的阳极与输出管脚连接，阴极与输入管脚连接；所述蓄电池的正极与输出管脚连接，负极与接地管脚连接；

所述第一电阻和第二电阻串联；所述第二电阻的一端与所述第二二极管的阴极连接，另一端与所述第一电阻的一端连接；所述第一电阻的另一端与所述蓄电池的负极连接；

所述开关电源芯片包括输入端、使能端、接地端和输出端；输入端连接所述第二电阻的一端，使能端连接所述第二电阻的另一端，接地端连接所述第一电阻的另一端和所述第三二极管的阳极，输出端连接所述第三二极管的阴极；

所述电感的一端连接所述第三二极管的阴极，另一端连接所述电容的一端，所述电容的另一端连接所述第三二极管的阳极；所述电容的两端均与所述电源总线连接。

所述检测模组包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、土壤温湿度检测仪、二氧化碳浓度检测仪、风速测量仪、降雨量检测装置中的一种或多种的组合。

所述调控模组包括至少一个电机驱动器，所述电机驱动器与所述分机控制芯片电连接；还包括与所述电机驱动器电连接的风机、水泵和卷帘机中的一种或多种。

所述调控模组包括继电器驱动电路和至少一个继电器，所述继电器、所述继电器驱动电路和所述分机控制芯片依次电连接；还包括与所述继电器电连接的电磁阀、加热器和日光灯中的一种或多种。

本实用新型采用以上技术方案，主机控制芯片和分机控制芯片使用ARM公司的32位CPU芯片，采用高精度传感器监测农业环境，智能调节温湿度、光照、二氧化碳浓度、风速、降雨量、土壤墒情等环境参数，模仿适宜动植物生长的生态环境，以提高产量和质量。本实用新型主机和若干分机共用电源总线进行供电，布线方便，容易扩展分机的数量；主机能够自动控制分机进行自动调节，也可以通过中心计算机进行人工操控，实现远程监测和控制。

本实用新型运用高精度工业标准微型计算机技术结合农业生产实际，使整个系统的实用性、可靠性、稳定性、经济型达到最佳平衡点，解决了以往系统的各种不实用、不适用、价格高、品质低等一系列问题。

附图说明

图1是本实用新型仿生态环境监测控制系统结构框图；

图2是本实用新型仿生态环境监测控制系统中的充放电保护电路示意图。

图中：1、电源模块；11、AC-DC转换器；12、充放电保护电路；13、蓄电池；2、主机；21、第一稳压模块；22、主机控制芯片；23、第一通信模块；3、分机；31、第二稳压模块；32、分机控制芯片；33、第二通信模块；4、电源总线；5、通信总线；6、中心计算机；7、检测模组；8、调控模组。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型提供了一种仿生态环境监测控制系统，包括电源模块1、主机2、至少一个分机3、电源总线4、中心计算机6、检测模组7和调控模组8。主机2包括第一稳压模块21、主机2控制芯片和第一通信模块23，第一稳压模块21和第一通信模块23均与主机2控制芯片电连接；分机3包括第二稳压模块31、分机3控制芯片和第二通信模块33，第二稳压模块31和第二通信模块33均与分机3控制芯片电连接。

电源模块1通过电源总线4与第一稳压模块21和第二稳压模块31电连接；第一通信模块23和第二通信模块33均与中心计算机6通信连接。检测模组7和调控模组8均与分机3电连接。

电源模块1包AC-DC转换器、充放电保护电路和蓄电池；AC-DC转换器的输入端接市电，输出端接充放电保护电路；蓄电池与充放电保护电路电连接；充放电保护电路与电源总线4电连接。

其中，AC-DC转换器将220V交流电转换为15V直流电，提供整个系统的电能同时给电池充电。蓄电池采用铅酸电池组，作为备用电源。电源总线4并联在主机2和多个分机3上。最多可以并联255个分机3，完成各种复杂的采集控制任务。分机3用于采集不同传感器数据或控制执行机构完成不同任务，主机2用于自动控制分机3。中心计算机6可以直接控制主机2，也可以直接控制分机3。检测模组7用于检测温度，湿度，光照度，雨水，气体等环境参数，采集各物理量传输到分机3。调控模组8用于对上述环境参数进行调节。

在本实施例中，第一通信模块23和第二通信模块33与中心计算机6之间通过通信总线5进行连接，以有线方式进行数据传输；第一通信模块23和第二通信模块33均为RS-485通信模块。

在另一实施例中(图中未示出)，第一通信模块23和第二通信模块33与中心计算机6之间无线连接，以无线方式进行数据传输；第一通信模块23为GSM模块、WiFi模块和蓝牙模块中的一种或多种的组合，第二通信模块33为GSM模块、WiFi模块和蓝牙模块中的一种或多种的组合。

如图2所示，充放电保护电路包括保险丝FU、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一电阻R1、第二电阻R2、充电芯片U1、开关电源芯片U2、电感L1和电容C1。保险丝FU的一端与第一二极管D1的阴极连接，保险丝FU的另一端和第一二极管D1的阳极均与AC-DC转换器连接。充电芯片U1包括输入管脚、接地管脚和输出管脚；第一二极管D1的阳极与接地管脚连接，阴极与输入管脚连接；第二二极管D2的阳极与输出管脚连接，阴极与输入管脚连接；蓄电池的正极与输出管脚连接，负极与接地管脚连接。第一电阻R1和第二电阻R2串联；第二电阻R2的一端与第二二极管D2的阴极连接，另一端与第一电阻R1的一端连接；第一电阻R1的另一端与蓄电池的负极连接。开关电源芯片U2包括输入端、使能端、接地端和输出端；输入端连接第二电阻R2的一端，使能端连接第二电阻R2的另一端，接地端连接第一电阻R1的另一端和第三二极管D3的阳极，输出端连接第三二极管D3的阴极。电感L1的一端连接第三二极管D3的阴极，另一端连接电容C1的一端，电容C1的另一端连接第三二极管D3的阳极；电容C1的两端均与电源总线4连接。

充电保护由保险FU和二极管D1组成，负载过流时保险FU会熔断，D1采用的是TVS超压保护二极管当输入电压超过D1参数值时D1两端会直接形成短路，如果输入功率很大会直接熔断保险FU这样就形成了过压保护，当输入电路反接时D1正向导通超过限定电流保险FU会熔断这样又形成了反接保护，通过保险FU和二极管D1这两个简单的原件就有效的对负载和蓄电池充电芯片U1进行了过压过流和反接保护。

放电保护是由二极管D2，蓄电池BT，分压电阻R1、R2和开关电源芯片U2组成。当输入端突然掉电没有电能供应时，蓄电池BT会通过二极管D2对开关电源U2芯片进行供电，当蓄电池电压达到欠压值时电阻R1；R2所分到的电压过低，电源芯片U2的EN端电压也被拉低从而关闭开关电源芯片U2的输出功能，实现了过放电欠压保护。

在实际应用中蓄电池的充电电压要大于电池电压的1.2倍以上，在本电路中输入端正常供电时二极管D2的阴极电压高于阳极所以蓄电池不会放电但是可以通过充电芯片U1进行充电，当输入端掉电或电压波动较大时二极管D2的阳极电压高于阴极电压会快速导通，保证稳定的电力输出。这种应用组合既比专业的备电UPS节省成本电路结构简洁又有更可靠的实用性。

检测模组7包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、土壤温湿度检测仪、二氧化碳浓度检测仪、风速测量仪、降雨量检测装置中的一种或多种的组合。

调控模组8包括至少一个电机驱动器，电机驱动器与分机3控制芯片电连接；还包括与电机驱动器电连接的风机、水泵和卷帘机中的一种或多种。

调控模组8包括继电器驱动电路和至少一个继电器，继电器、继电器驱动电路和分机3控制芯片依次电连接；还包括与继电器电连接的电磁阀、加热器和日光灯中的一种或多种。

PWM方式来驱动直流电机使速度和位置更精确，或者是继电器驱动部分来完成其他设备开关等操作

本系统能够精确可靠的监测并调控农业设施中(温室、车间、实验室)的温度、湿度、气体浓度、光照度、土壤墒情，能够通过互联网远程控制风机、水泵、电磁阀、放风机、卷帘机等多种机电设备。可以根据动植物对生长环境的不同要求控制风机、水泵、灯光、卷帘机、放风机、灌溉设备、施肥设备、授粉设备、养护设备、恒温设备、驱虫机械等一切能调控环境的机电设备，使农业生产方式大为改变，达到精确播种、合理水肥灌溉、有效稳定控制生产环境、保障产量和质量。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，本领域的技术人员在本实用新型的启示下得出的其他各种形式的产品，不论在形状或结构上作任何变化，凡是与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。