一种应用于农作物环境监测系统的信息采集装置的制作方法-k8凯发

1.本实用新型涉及农业设施技术领域，尤其涉及一种应用于农作物环境监测系统的信息采集装置。


背景技术：

2.针对农作物环境进行监测，并根据监测数据指导、优化耕作，有利于提高产量、质量。
进行耕作的丘陵山区远离市区、地域广阔、地形复杂、供电设施不足、通信设施不足，应用农作物环境监测系统存在一定的困难，迫切一种能够适应丘陵山区的作物环境监测装备、监测系统。
3.授权公告号为cn210199539u的中国专利公开了一种基于农业物联网的监控系统，以无人机作为采集装置，通过无人机地面控制台与无线基站通信连接；这种方式中，无人机的移动监测方式虽然相比固定的采集装置扩大了采集范围，但是运维成本也相应提高，且在监控系统组网时，需要大量的无线基站和人机地面控制台，而现有技术中无线基站(网关)和采集装置无法通用，且供电模式单一，难以根据秋林山区的复杂地形特点灵活选择合适的供电模式。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种适用于丘陵山区使用的农作物环境监测系统的信息采集装置。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
6.一种应用于农作物环境监测系统的信息采集装置，包括：
7.单片机，所述单片机具有一个以上的spi接口、i2c接口、sdio接口、gpio接口和uart接口；
8.存储器1，所述存储器1连接于单片机的i2c接口；
9.存储器2，所述存储器2连接于单片机的spi接口；
10.存储器3，所述存储器3连接于单片机的sdio接口；
11.编码器，所述编码器连接于单片机的其中一个或多个gpio接口；
12.lora通信模块1，所述
lora通信模块1连接于单片机的其中一个uart接口；
13.lora通信模块2，所述
lora通信模块2连接于单片机的其中一个uart接口；
14.移动通信模块1，所述移动通信模块1连接于单片机的其中一个uart接口；
15.开关模块1，所述开关模块1连接于所述移动通信模块1，所述开关模块1连接于单片机的其中一个gpio接口；
16.开关模块2，所述开关模块2连接于单片机的其中一个gpio接口；
17.开关模块3，所述开关模块3分别连接于
lora通信模块1和
lora通信模块2，所述开关模块3连接于单片机的其中一个gpio接口；
18.工作电源1，所述工作电源1连接于所述开关模块2；所述工作电源1用于连接外接
电源，所述外接电源为电池、市电、风电或太阳能发电设备中的一种或多种，每个所述外接电源分别连接于一个电源检测模块，每个电源检测模块分别连接于单片机的其中一个gpio接口；
19.工作电源2，所述工作电源2连接于工作电源1，所述工作电源2连接于单片机的vdd接口；所述工作电源2分别连接于所述开关模块1和开关模块2；
20.工作电源3，所述工作电源3连接于所述开关模块2；
21.传感器，所述传感器连接于所述开关模块2；
22.rs485通信模块，所述rs485通信模块连接于所述传感器，所述rs485通信模块连接于所述单片机的其中一个uart接口；所述rs485通信模块连接于所述rs485通信模块连接开关模块2，开关模块2连接工作电源
3。
23.进一步，上述应用于农作物环境监测系统的信息采集装置结构中，每个所述外接电源与单片机的其中一个gpio接口之间连接有电源检测模块。
24.进一步，上述应用于农作物环境监测系统的信息采集装置结构中，所述传感器和rs485通信模块之间连接有防雷模块。
25.进一步，上述应用于农作物环境监测系统的信息采集装置结构中，所述rs485通信模块与单片机的uart接口之间连接有光耦模块。
26.进一步，上述应用于农作物环境监测系统的信息采集装置结构中，所述单片机采用stm32f407zg。
27.进一步，上述应用于农作物环境监测系统的信息采集装置结构中，所述存储器1采用at24c512。
28.进一步，上述应用于农作物环境监测系统的信息采集装置结构中，所述存储器2采用w25q128jvsiq。
29.进一步，上述应用于农作物环境监测系统的信息采集装置结构中，所述存储器3采用tf卡。
30.进一步，上述应用于农作物环境监测系统的信息采集装置结构中，所述移动通信模块为
4g通信模块，所述
lora通信模块1和
lora通信模块2的型号为f8l10a。
31.进一步，上述应用于农作物环境监测系统的信息采集装置结构中，所述编码器采用2位拨码开关，型号为dpl-02rp。
32.本实用新型的有益效果在于：本实用新型涉及的应用于农作物环境监测系统的信息采集装置结构中，集成了2个
lora通信模块和1个移动通信模块
1、1个rs485通信模块，通过单片机和编码器的设置，使采集装置结构可根据需要选择地为其中两个通信模块供电，可选择性地作为m型采集终端、g型采集终端或d型采集终端使用，实现一机多用，为农作物环境监测系统的组网提供便利，每个信息采集装置都配备三个存储器，使得在组网时，每个信息采集装置都能对信息进行存储，避免信息丢失。
本实用新型涉及的信息采集装置适配多种外接电源，如风电、太阳能、市电和蓄电池，可因地制宜，适用于丘陵山区的不同供电需求，还可减少电源的容量，节约了成本。3个开关模块还可以通过开关控制相关模块关机，用于在相关模块不工作时，节约用电，适用于丘陵山区的不同供电需求。
附图说明
33.图1为本实用新型具体实施方式的一种应用于农作物环境监测系统的信息采集装置的各部件连接示意图；
34.图2为本实用新型具体实施方式的一种应用于农作物环境监测系统的信息采集装置分别作为m型采集终端、g型采集终端或d型采集终端进行组网的系统结构图；
35.图3为本实用新型具体实施方式的一种应用于农作物环境监测系统的信息采集装置的各部件连接示意图。
具体实施方式
36.为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
37.请参照图1至图3，本实用新型具体实施方式涉及一种应用于农作物环境监测系统的信息采集装置，包括：
38.单片机，所述单片机具有一个以上的spi接口、i2c接口、sdio接口、gpio接口和uart接口；
39.存储器1，所述存储器1连接于单片机的i2c接口；
40.存储器2，所述存储器2连接于单片机的spi接口；
41.存储器3，所述存储器3连接于单片机的sdio接口；
42.编码器，所述编码器连接于单片机的其中一个或多个gpio接口；
43.lora通信模块1，所述
lora通信模块1连接于单片机的其中一个uart接口；
44.lora通信模块2，所述
lora通信模块2连接于单片机的其中一个uart接口；
45.移动通信模块1，所述移动通信模块1连接于单片机的其中一个uart接口；
46.开关模块1，所述开关模块1连接于所述移动通信模块1，所述开关模块1连接于单片机的其中一个gpio接口；
47.开关模块2，所述开关模块2连接于单片机的其中一个gpio接口；
48.开关模块3，所述开关模块3分别连接于
lora通信模块1和
lora通信模块2，所述开关模块3连接于单片机的其中一个gpio接口；
49.工作电源1，所述工作电源1连接于所述开关模块2；所述工作电源1用于连接外接电源，所述外接电源为电池、市电、风电或太阳能发电设备中的一种或多种，每个所述外接电源分别连接于一个电源检测模块，每个电源检测模块分别连接于单片机的其中一个gpio接口；
50.工作电源2，所述工作电源2连接于工作电源1，所述工作电源2连接于单片机的vdd接口；所述工作电源2分别连接于所述开关模块1和开关模块2；
51.工作电源3，所述工作电源3连接于所述开关模块2；
52.传感器，所述传感器连接于所述开关模块2；
53.rs485通信模块，所述rs485通信模块连接于所述传感器，所述rs485通信模块连接于所述单片机的其中一个uart接口；rs485通信模块连接开关模块2，开关模块2连接工作电源
3。
54.作为一种可选的实施方式，所述传感器和rs485通信模块之间连接有防雷模块。
55.作为一种可选的实施方式，所述rs485通信模块与单片机的uart接口之间连接有光耦模块。
56.作为一种可选的实施方式，所述单片机采用stm32f407zg，具有
140
个gpio口、3个spi接口、3个i2c接口、1个sdio接口、6个uart接口。
57.作为一种可选的实施方式，所述存储器1采用at24c512。
58.作为一种可选的实施方式，所述存储器2采用w25q128jvsiq。
59.作为一种可选的实施方式，所述存储器3采用tf卡。
60.以上实施方式中，存储器1采用at24c512，stm32f407zg通过i2c接口i2c1连接at24c512。
存储器2采用w25q128jvsiq，stm32f407zg通过spi接口spi1连接w25q128jvsiq。
存储器3采用tf卡，stm32f407zg通过sdio接口连接tf插座，tf卡插在tf插座上。
61.作为一种可选的实施方式，所述移动通信模块为
4g通信模块，所述
lora通信模块1和
lora通信模块2的型号为f8l10a。
62.作为一种可选的实施方式，所述编码器采用2位拨码开关，型号为dpl-02rp。
63.以上实施方式中，工作电源2为单片机、移动通信模块、lora通信模块
1、lora通信模块2提供工作电源。
64.工作电源3为rs485通信模块、光耦模块提供工作电源。
65.工作电源1为传感器提供工作电源。
66.通信模块1采用
4g通信模块(型号air724ug)，stm32f407zg通过uart接口uart1连接
4g通信模块。
67.通信模块2使用
lora通信模块
1(型号f8l10a)，stm32f407zg通过uart接口uart2连接
lora通信模块
1。
68.通信模块3使用
lora通信模块
2(型号f8l10a)，stm32f407zg通过uart接口uart4连接
lora通信模块
2。
69.通信模块4使用rs485通信模块(型号sp3485)，stm32f407zg通过uart接口uart6连接rs485通信模块。
70.rs485通信模块和传感器之间接有防雷模块(型号tvs管)，rs485通信模块和传感器之间接有光耦模块(型号el357n)，用于保护rs485通信模块、单片机。
71.以上实施方式中，包含
lora通信模块，具有功耗低的特点，可以采用电池、太阳能、小型风力发电机供电
,
可以解决丘陵山区供电设施不足，无法给设备持续供电的问题；具有通信距离远的特点，可以信号盲区无法实现远距离通信的问题。
72.装置包含移动通信模块，可以与远程服务器通信，将数据传输到服务器进行保存处理，实现远程、无人、自动环境数据采集。
73.通过
lora通信模块，可以将多个装置配置成不同的设备类型，通过组合可以组成本地采集网络，实现远距离、多点环境数据采集，解决丘陵山区没有网络的问题。
74.通过单片机内置的程序实现自动化定时抄读传感器的数据，实现无人自动化环境数据采集。
通过存储器保存抄读的传感器的数据，在通信异常时数据不丢失，可通过指令读取保存的数据。
75.通过编码器配置的编码值，内置的程序可以执行不同的任务，实现一套程序多种应用。
76.以上实施方式中，传感器可以是空气湿度传感器、空气温度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器等。
77.以上实施方式中，工作电源1支持太阳能发电、风能发电、市电、蓄电池多种供电方式，可根据山区丘陵供电设置不足的特点，因地制宜，利用该区域的太阳能发电、风能发电作为电能输入，为信息采集装置提供持续电能。
78.以上实施方式中，通过工作电源1为工作电源2和工作电源3提供电源。
79.以上实施方式中，单片机通过gpio口连接编码器。
编码器的作用在于通过硬件设置编码，通过编码器区分不同的设备类型，实现一机多能，这样可以减少设备的种类，节约系统成本，有利设备的安装、维护。
80.通过编码器可以配置成g型采集终端(网关)、m型采集终端、d型采集终端。
通过g型采集终端(网关)、m型采集终端、d型采集终端的组合可以组成本地采集网络，实现远距离、多点环境数据采集。
81.具体的，单片机可以根据编码器的编码值对设备进行配置，编码器可以是拨码开关，可以读取2个bit的数据，根据读取的数值
0,1,2,3分别表示的设备类型是：默认设备、g型采集终端(网关)、m型采集终端、d型采集终端。g型采集终端(网关)，将
4g通信模块作为上行接口，将
lora通信模块1作为下行接口；m型采集终端，将
lora通信模块2作为上行接口，
lora通信模块1作为下行接口；d型采集终端，将
lora通信模块1作为上行接口，将rs485通信模块作为下行接口。
82.组网时g型采集终端(网关)的
4g通信模块连接服务，g型采集终端(网关)的
lora通信模块1连接m型采集终端的
lora通信模块2，或g型采集终端(网关)的
lora通信模块1连接d型采集终端的
lora通信模块1，m型采集终端的
lora通信模块1连接d型采集终端的
lora通信模块1，d型采集终端的rs485通信模块连接传感器。
83.g型采集终端(网关)与服务器采用
4g移动通信，g型采集终端(网关)与m型采集终端采用
lora通信，g型采集终端(网关)与d型采集终端采用
lora通信，m型采集终端与d型采集终端采用
lora通信，d型采集终端与传感器采用rs485通信。
84.以上实施方式中，电池采用
12v铅酸电池(12v48ah)及相关的电源管理模块，市电通过
12vdc电源适配器(12v2a)接入，风电采用小型风力发电机(12v200w)及相关的电源管理模块接入，太阳能采用多晶硅太阳能电池板(12v200w)及相关的电源管理模块接入。
工作电源1为
12v电源(12vdc)，工作电源2为
3v电源
1(3.3vdc)，工作电源3为
3v电源
2(3.3vdc)。
检测模块
1、电源检测模块
2、电源检测模块
3、电源检测模块4分别为光耦模块
2(型号el357n)、光耦模块
3(型号el357n)、光耦模块
4(型号el357n)、光耦模块
5。
85.以上实施方式中，开关模块
1、开关模块
2、开关模块3的作用是控制通信模块、传感器电源的开关，在需要通信模块、传感器工作时，打开电源，通信模块、传感器工作，不需要通信模块、传感器工作时关闭电源，通信模块、传感器不工作，这样可以节省能耗，实现电池的长时间持续供电。
同时在通信模块、传感器异常时，可以通过电源的开关模块使通信模块、传感器重新开机修复异常。
单片机通过与开关模块
1、开关模块
2、开关模块3连接的gpio口分别控制开关模块
1、开关模块
2、开关模块3的接通和断开，进而控制与开关模块
1、开关模块
2、开关模块3连接的相关模块和对应的工作电源的接通和断开，达到控制相关模块工作和不工作。
86.以上实施方式中，开关模块2为采用继电器
2(型号hfd4/3-s)，传感器的电源端子、3v电源
2(3.3vdc)的电源端子通过继电器2的常开端子连接
12v电源，
3v电源
2(3.3vdc)rs485通信模块、光耦模块的电源端子，继电器2的控制端子接stm32f407zg的gpio口gpio4。
需要rs485通信模块、传感器工作时，stm32f407zg通过gpio4口控制继电器2接通，rs485通信模块、传感器工作，不需要rs485通信模块、传感器工作时，stm32f407zg的通过gpio4口控制继电器2断开，rs485通信模块、传感器不工作。rs485通信模块、传感器同时工作、同时不工作。
开关模块1连接工作电源
2、移动通信模块
1、单片机的gpio口，单片机通过gpio口控制开关模块1的接通和断开，进而控制工作电源2和移动通信模块1的接通和断开，接通时移动通信模块1工作，断开时移动通信模块1不工作。
通过开关模块1控制了移动通信模块1的工作状态。
87.开关模块2连接工作电源
2、传感器、工作电源
3、单片机的gpio口，工作电源3连接开关模块
2、rs485通信模块、光耦模块，单片机通过gpio口控制开关模块2的接通和断开，进而控制工作电源2和传感器、工作电源3的接通和断开，接通时传感器、工作电源3工作，断开时传感器、工作电源3不工作，工作电源3工作时rs485通信模块、光耦模块工作，工作电源3不工作时rs485通信模块、光耦模块不工作。
通过开关模块1控制了传感器、rs485通信模块、光耦模块的工作状态。
88.开关模块3连接工作电源
2、lora通信模块
1、lora通信模块
2、单片机的gpio口，单片机通过gpio口控制开关模块3的接通和断开，进而控制工作电源2和
lora通信模块
1、lora通信模块2的接通和断开，接通时
lora通信模块
1、lora通信模块2工作，断开时
lora通信模块
1、lora通信模块2不工作。
通过开关模块1控制了
lora通信模块
1、lora通信模块2的工作状态。
89.在不需要通信模块工作时，通过关闭移动通信模块
1、传感器、rs485通信模块、lora通信模块
1、lora通信模块2的电源，可以达到低功耗、节能的效果，满足电池的长期持续供电，延长了设备的工作时间，适应丘陵山区野外环境。
通过3个独立的开关模块分别控制相关模块的电源，可以实现部分模块工作、部分模块不工作，更加节能高效。
90.开关模块3采用继电器
3(型号hfd4/3-s)，
lora通信模块
1、lora通信模块2通过继电器3的常开端子连接
3v电源
1(3.3vdc)，继电器3的控制端子接stm32f407zg的gpio接口gpio5。
需要
lora通信模块
1、lora通信模块2工作时，stm32f407zg通过gpio5口控制继电器3接通，
lora通信模块
1、lora通信模块2工作，不需要
lora通信模块
1、lora通信模块2工作时，stm32f407zg的通过gpio口控制继电器3断开，
lora通信模块
1、lora通信模块2不工作。
91.作为一种可选的实施方式，每个所述外接电源与单片机的其中一个gpio接口之间连接有电源检测模块。
92.以上实施方式中，具体的，工作电源1分别连接电池、市电、风电或太阳能发电设备，太阳能发电设备与单片机的gpio接口之间连接有电源检测模块1，所述风电与单片机的gpio接口之间连接有电源检测模块2，所述市电与单片机的gpio接口之间连接有电源检测模块3，所述电池与单片机的gpio接口之间连接有电源检测模块
4。
以上电源检测模块分别由于检测上述电池、市电、风电或太阳能发电设备是否为工作电源1供电。
93.以上实施方式中，通过单片机内置的程序实现自动化定时抄读传感器的数据，实现无人自动化环境数据采集。
通过存储器保存抄读的传感器的数据，再通信异常时数据不
丢失，可通过指令读取保存的数据。
94.通过编码器配置的编码值，内置的程序可以执行不同的任务，实现一套程序多种应用。
95.工作原理：stm32f407zg内置的程序在开机运行时会检测gpio口gpio1、gpio2的状态，并转化为2个bit的数据作为设备类型的参数，根据这个参数确定设备类型，执行不同的程序，实现一套代码多种应用。
96.读取的数值为0时，表示默认设备，通信模块的功能按程序配置的执行。
97.读取的数值为1时，表示g型采集终端(网关)，通过gpio3控制继电器1接通，
4g通信模块工作，通过gpio5控制继电器3接通，
lora通信模块1工作。
通过
lora通信模块1与m型采集终端
lora通信模块2通信，读取m型采集终端存储的数据，并保存在存储器中。
通过
lora通信模块1与d型采集终端
lora通信模块1通信，读取d型采集终端存储的数据，并保存在存储器中。
通过
4g通信模块与服务器通信，将保存的数据发送到服务器。
98.读取的数值为2时，表示m型采集终端，通过gpio5控制继电器3接通，
lora通信模块
1、lora通信模块2工作。
通过
lora通信模块1与d型采集终端
lora通信模块1通信，读取d型采集终端存储的数据，并保存在存储器中。
通过
lora通信模块2与g型采集终端(网关)的
lora通信模块1通信，将保存的数据发送到g型采集终端(网关)。
99.读取的数值为3时，表示d型采集终端，通过gpio4控制继电器2接通，rs485通信模块、传感器工作。
通过rs485通信模块与传感器通信，读取传感器的数据，并保存在存储器中。
通过
lora通信模块1与g型采集终端(网关)的
lora通信模块1通信，将保存的数据发送到g型采集终端(网关)，或者，通过
lora通信模块1与m型采集终端的
lora通信模块1通信，将保存的数据发送到m型采集终端。
100.在移动通信无法覆盖的地方，具有
lora通信模块的d型采集终端可以与具有
lora通信模块的m型采集终端、g型采集终端(网关)组网通信，完成远距离数据采集传输。
通过单片机内置的程序实现自动化定时抄读传感器的数据，实现无人自动化环境数据采集。
通过
4g通信模块，可以将数据实时传输到远程服务器，如果通信异常，数据存储在存储器中，不会丢失，可以通过程序补传，或者通过指令抄读。
101.在移动通信无法覆盖的地方，具有
lora通信模块的d型采集终端可以与具有
lora通信模块的m型采集终端、g型采集终端(网关)组网通信，完成远距离数据采集传输。
通过单片机内置的程序实现自动化定时抄读传感器的数据，实现无人自动化环境数据采集。
通过
4g通信模块，可以将数据实时传输到远程服务器，如果通信异常，数据存储在存储器中，不会丢失，可以通过程序补传，或者通过指令抄读。
102.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。