專利名稱：一種經(jīng)濟(jì)型多功能農(nóng)田環(huán)境信息采集器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于農(nóng)業(yè)信息化領(lǐng)域，具體涉及一種經(jīng)濟(jì)型多功能農(nóng)田環(huán)境信息 采集器。
背景技術(shù)：
目前市場上出售的采集器大多為手持便攜式數(shù)據(jù)采集器，只能對當(dāng)前信息進(jìn) 行采集、記錄，其缺點(diǎn)是需要人值守，且只能對小環(huán)境信息進(jìn)行采集。對于無人值守、距離遠(yuǎn)、設(shè)備多、分布散、難管理的農(nóng)田來講，為及時總攬農(nóng)田現(xiàn)場環(huán) 境信息而設(shè)計(jì)一個具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的采集器是相當(dāng)必要的。傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸方 式分為有線傳輸和無線傳輸兩種，在有線傳輸方式中，按網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架其代表為RS485總線,其不 足之處在于傳輸距離有限(1000米)，當(dāng)需要采集信息的點(diǎn)多且與監(jiān)控中心距離遠(yuǎn)時，布線難， 維修費(fèi)用高；而無線傳輸方式代表為電臺方式、GSM方式和GPS方式，電臺方式其弊端在于傳 輸距離有限，需要入網(wǎng)許可；GSM方式不能實(shí)現(xiàn)采集器在農(nóng)田的精確定位，且通信費(fèi)用較高； GPS方式要完成環(huán)境信息傳輸還需要解決移動網(wǎng)和Internet網(wǎng)互聯(lián)、終端設(shè)備的身份識別等問 題.發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的，在于提供一種可以對多處農(nóng)田實(shí)現(xiàn)多類多路信號采集、 空間定位、并與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心進(jìn)行有線傳輸、定時無線傳輸、報(bào)警等通信功能且無人值守的 經(jīng)濟(jì)型多功能農(nóng)田環(huán)境信息采集器。本實(shí)用新型的技術(shù)方案具體如下本信息釆集器，包括—微處理器l;—數(shù)字信號采集電路2，與所述微處理器l連接，該電路至少有兩個可接收外部數(shù)字信號 的輸入端，用于采集數(shù)字傳感器的數(shù)字信號；—A/D轉(zhuǎn)換電路3，與所述微處理器1連接，該電路至少有兩個可接收外部模擬電壓信號 的輸入端；一模擬電壓信號采集電路4，與所述A/D轉(zhuǎn)換電路3連接，該電路至少有兩個可接收外部 模擬電壓信號的輸入端，用于采集電壓模擬傳感器的電壓信號；_電流/電壓轉(zhuǎn)換電路5，與所述A/D轉(zhuǎn)換電路3連接，用于實(shí)現(xiàn)線電流信號到電壓信號 的轉(zhuǎn)換；—模擬電流信號采集電路6，與所述電流/電壓轉(zhuǎn)換電路5連接，該電路至少有兩個可接 收外部模擬電流信號的輸入端，用于采集電流模擬傳感器的電流信號；—串口擴(kuò)展電路7，與所述微處理器1連接，該電路至少可以擴(kuò)展三個串口 第二串口 9、第三串口 ii和第四串n 13;—第一串口8，與所述微處理器l連接，該串口 8提供一個RS232端口； 一RS232/485接口轉(zhuǎn)換器10，與第二串口9相連，該接口轉(zhuǎn)換器提供一個用于與有線網(wǎng) 絡(luò)通信的RS485端口；—GPS模塊12，與所述第三串口ll連接，用于提供采集現(xiàn)場的位置信息； —無線通信模塊14，與所述第四串口13連接，用于與無線網(wǎng)絡(luò)通信； 一SIM卡15，與無線通信模塊14連接，用于提供SIM卡的插槽； —語音模塊16，與所述無線通信模塊14連接，用于語音通信； —USB電路17，與所述微處理器1連接，用于連接攝像頭進(jìn)行圖像信息采集； —大量數(shù)據(jù)存儲電路18,與所述微處理器l連接，M于數(shù)據(jù)的存儲； 一電源模塊19,用于為采集器各部分電路提供穩(wěn)定的電源； —報(bào)警電路20，與所述微處理器l連接，用于采集器的報(bào)警； 一并口電路21，與所述微處理器l連接，用于與PC機(jī)通信； 一鍵盤電路22，與所述微處理器l連接，用于采集器參數(shù)的設(shè)置和功能的操作； —顯示模塊23，與所述微處理器l連接，用于數(shù)據(jù)和操作界面的顯示； —硬件復(fù)位電路24，與所述微處理器l連接，用于在緊急情況下為系統(tǒng)提供復(fù)位功能。 一外殼。用于安裝控制面板、標(biāo)準(zhǔn)的信號輸入端口和采集器電路板，所述控制面板上有 信號指示燈、鍵盤、顯示模塊；所述標(biāo)準(zhǔn)的信號輸入端口包括數(shù)字信號輸入端口、模擬電壓 信號和模擬電流信號輸入端口、 RS485總線端口、 RS232端口、電源插口和并口；采集器電路 板放在外殼中，端口在外殼一側(cè)引出。本實(shí)用新型的工作原理是采集器被放在農(nóng)田(或溫室)中，并與相關(guān)的傳感器相連接， 用來完成農(nóng)田環(huán)境信息的采集，并將采集到的氣象信息和報(bào)警信息、位置信息、系統(tǒng)電量信息 按有線或無線傳輸方式發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心；遠(yuǎn)程監(jiān)控中心根據(jù)位置信息來對采集信息進(jìn)行 管理，并將最新的控制信息發(fā)送給農(nóng)田中的采集器，如信息采集周期、報(bào)警范圍、信息發(fā) 送定時長度等。這樣管理人員在遠(yuǎn)離農(nóng)田的異地便可及時了解現(xiàn)場環(huán)境信息，提前做出決策。 首先，管理人員根據(jù)采集對象情況來選擇信息傳輸方式，對于一些小型溫室來講，管理 人員選用有線傳輸方式來進(jìn)行環(huán)境信息的采集，具體操作方式為先將RS232/485接口轉(zhuǎn)換器 與RS485總線連接，然后利用鍵盤電路來選擇有線傳輸方式，接著管理人員通過遠(yuǎn)程監(jiān)控中 心或鍵盤將信息采集周期、信息發(fā)送定時長度和報(bào)警范圍等參數(shù)輸入給采集器，并進(jìn)行存儲， 采集電路會根據(jù)采集周期進(jìn)行現(xiàn)場環(huán)境信息的采集，并根據(jù)信息發(fā)送定時長度將現(xiàn)場信息發(fā)
送給監(jiān)控中心，如果有某一環(huán)境因子越界，采集器同樣將報(bào)警信息發(fā)送給監(jiān)控中心。而對于一些大型農(nóng)田，管理人員可選擇無線傳輸方式，無線傳輸方式有兩種通信機(jī)制， l)定時發(fā)送方式在任意時刻，管理人員都可以根據(jù)SIM卡號用短消息的方式對現(xiàn)場采集器進(jìn) 行參數(shù)設(shè)置(包含信息采集周期、報(bào)警范圍和信息發(fā)送定時長度)，采集器則根據(jù)定時長度將 最新的采集信息發(fā)送給監(jiān)控中心。2)報(bào)警發(fā)送方式在此方式中，采集器將采集信息與當(dāng)前 相應(yīng)的數(shù)據(jù)報(bào)警范圍進(jìn)行判斷，如果環(huán)境數(shù)據(jù)越界，采集器則會報(bào)警，并發(fā)送當(dāng)前越界信息。 當(dāng)采集點(diǎn)現(xiàn)場有工作人員時，現(xiàn)場人員和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心工作人員可進(jìn)行語音通信。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是。1. 由于本裝置采用了多種采集電路及一點(diǎn)(遠(yuǎn)程監(jiān)控中心)對多點(diǎn)(不同地點(diǎn)的農(nóng)田或溫 室)的通信方式，可以實(shí)現(xiàn)多類多路信號的采集；2. 由于采用了RS232/485接口轉(zhuǎn)換器，使本裝置具有有線網(wǎng)絡(luò)通信的功能，系統(tǒng)能夠?qū)?現(xiàn)有線和無線兩種傳輸方式，可以供工作人員根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，具有很大的靈活性和 實(shí)用性；3. 由于系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了溫度、濕度等環(huán)境因子的采集，還實(shí)現(xiàn)了圖象信息的采集和提供 了語音通信的功能，為現(xiàn)場人員和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心工作人員進(jìn)行通德提供了方便。4. 在無線傳輸方式中，由于系統(tǒng)采用定時發(fā)送方式及GPS定位，實(shí)現(xiàn)了空間定位時，管 理人員可以定時了解現(xiàn)場環(huán)境信息。此外，在報(bào)警方式中，由于采集器只有在環(huán)境信息越界 的時候才將采集信息發(fā)送到監(jiān)控中心，這樣可以增加系統(tǒng)報(bào)警的實(shí)時性，并能減少系統(tǒng)開支。5. 由于系統(tǒng)采用價(jià)格低廉、方便快捷的短消息方式進(jìn)行通信，因此系統(tǒng)也具有低成本、 實(shí)時性好、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。6. 此外系統(tǒng)還具有操作簡單、易攜帶等優(yōu)點(diǎn)。


以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，但實(shí)施例不是對本實(shí)用 新型的限制。圖1為本實(shí)用新型所提供一個較佳施例的電路框圖； 圖2為本實(shí)用新型所提供一個電流電壓轉(zhuǎn)換電路圖； 圖3為本實(shí)用新型所提供一個大量數(shù)據(jù)存儲電路圖； 圖4為本實(shí)用新型所提供一個串口擴(kuò)展電路圖。圖中，1微處理器；2數(shù)字信號采集電路；3A/D轉(zhuǎn)換電路；4模擬電壓信號采集電 路；5電流/電壓轉(zhuǎn)換電路；6模擬電流信號采集電路；7串口擴(kuò)展電路；8第一串口； 9第二串口； 10 RS232/485接口轉(zhuǎn)換器；ll第三串口； 12GPS模塊；13第四串口； 14無 線通信模塊；15SIM卡；16語音模塊；17USB電路；18大量數(shù)據(jù)存儲電路；19電源模塊；520報(bào)警電路；21并口電路；22鍵盤電路；23顯示模塊；24硬件復(fù)位電路。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例當(dāng)使用本經(jīng)濟(jì)型多功能農(nóng)田環(huán)境信息采集器進(jìn)行農(nóng)田環(huán)境信息遠(yuǎn)程采集和穩(wěn)定傳輸時。選用的模塊為；微處理器l，采用美國德州儀器(TI)公司的MSP430F149單片機(jī)，它在休眠的條件下工作 的電流只有0.8uA，即使在2.2V、 WHz條件下工作的電流只有280uA，可以很好的滿足本 裝置低功耗的要求；16位RSIC結(jié)構(gòu)，指令的執(zhí)行時間只需要150ns，有較高的處理速度，在 8MHz晶體下運(yùn)算能力達(dá)到1MIPS;片上有2個16位的定時器，為裝置采集定時功能的實(shí)現(xiàn)提 供了方便；該單片機(jī)有l(wèi)個并口，可以滿足系統(tǒng)數(shù)字信號采集和與PC機(jī)通信的要求；片上有 12位的A/D轉(zhuǎn)換器，并且提供了片內(nèi)參考電壓，可滿足本技術(shù)方案進(jìn)行信息采集的需求；提 供P1.0-P6.0共6個數(shù)據(jù)端口，為系統(tǒng)存儲電路、顯示電路和無線通信模塊和無線射頻模塊 和GPS模塊的連接提供了足夠的I/0資源。單片機(jī)對所采集到的信息進(jìn)行處理，并通過其連 接的無線射頻模塊和GPS模塊傳輸信息；數(shù)字信號采集電路2，采用數(shù)字傳感器，直接與微處理器I/O相連，用于數(shù)字信號的采集；A/D轉(zhuǎn)換電路3，采用MSP430自帶的快速型12位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，它無需外接元 器件就可以獨(dú)立完成A/D轉(zhuǎn)換功能，實(shí)現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。允許電壓輸入范圍為 0-5V。模擬電壓信號采集電路4，與A/D轉(zhuǎn)換電路3連接，可以直接連接輸出范圍為0-5V的環(huán)境信息傳感器。(可以連接溫度、濕度、光照度、風(fēng)速等電壓信號傳感器)電流/電壓轉(zhuǎn)換電路5，與所述A/D轉(zhuǎn)換電路3連接，該電路通過一個電阻將電流信號轉(zhuǎn) 換成電壓信號，為了提高采集的進(jìn)度，需要采用高精度的電阻(1%)，電路中采用二極管作為 ESD保護(hù)電路，采用電容進(jìn)行濾波處理。電路允許電流輸入范圍為4-20mA。模擬電壓信號采集電路6，與電流/電壓轉(zhuǎn)換電路5連接，因此可以直接連接輸出范圍為 4-20mA的環(huán)境信息電流傳感器。(可以連接溫度、濕度、光照度、風(fēng)速等電流信號傳感器)。串口擴(kuò)展電路7，采用成都國騰微電子有限公司推出的GM8123/25系列串口擴(kuò)展芯片全 硬件實(shí)現(xiàn)串口擴(kuò)展，保證了芯片工作的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)的最高波特率完全能滿足一般系統(tǒng)需求， 同時占用系統(tǒng)資源少，使用方法簡單，通訊格式可設(shè)置，與標(biāo)準(zhǔn)串口通訊格式兼容，微處理 器通過寫控制字的方式對芯片進(jìn)行控制，它可以將一個全雙工的標(biāo)準(zhǔn)串口擴(kuò)展成3個，并能 通過外部引腳控制串口擴(kuò)展模式單通道工作模式和多通道工作模式，既可以指定一個子串 口以相同的波特率單一的工作，也可以讓所有子串口在母串口波特率基礎(chǔ)上分頻同時工作。本系統(tǒng)采用多通道工作模式。第一串口8，與所述微處理器l連接，該第一串口 8提供一個RS232端口； RS232/485接口轉(zhuǎn)換器10，與第二串口9相連，該接口轉(zhuǎn)換器提供一個用于與有線網(wǎng)絡(luò)通信的RS485端口；GPS模塊12，與第三串口 11連接，采用SEIKO EPSON生產(chǎn)的GPS模塊S4E39860001 ， S4E39860001具有空間節(jié)省和能量節(jié)省的特點(diǎn)，因此，可以被連續(xù)的使用；該模塊由于功能 高度集成于一個硅片卜.，故電器原件的數(shù)量從6個降低到了 3個，這使得產(chǎn)品更小更薄，使 它更容易被裝到便攜式的移動設(shè)備中，可以很好的滿足本技術(shù)方案的需求；此外，模塊帶有 一個控制命令EGIP，從而口J"以利用不同的數(shù)據(jù)。它與RTMC SC-104的類型1相匹配，這使得 它可以將一個獨(dú)立測量的地理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為另一個不同的數(shù)據(jù)，從而地理測量的精確度變得更 高；無線通信模塊14，與第四串口 13連接，采用Siemens公司的TC35模塊，模塊的工作電 壓為3. 3V-5. 5V，可以工作在900MHz和1800MHz兩個頻段，常用工作模式有省電模式、IDLE、 TALK等模式，可以快速安全可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)傳輸、語音傳輸、短消息服務(wù)功能， 本系統(tǒng)利用短消息成本低、快捷優(yōu)勢，通過無線通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)信息和語言信息傳輸；SIM卡15，與無線通信模塊14連接，該電路采用Molex座子放置SIM卡；語音模塊16，與無線通信模塊14連接，該模塊包括話筒和耳麥;USB接口電路17，與微處理器l連接，用于連接攝像頭進(jìn)行圖像信息采集；大量數(shù)據(jù)存儲電路18，采用SmartMedia卡K9S1208V0M-SSB0，其容量大(64MB)，處理 靈活，采用地址線和數(shù)據(jù)線復(fù)用的方式通過向SmartMedia卡發(fā)不同的命令來完成相應(yīng)的操 作。電源模塊19，該電源包括電池供電和外部電源供電兩種接口，由于整個系統(tǒng)采用3.3V 供電，為了保證電源的穩(wěn)壓功能和紋波小等性能，系統(tǒng)采用TI公司的TPS76033芯片實(shí)現(xiàn)。 報(bào)警電路20，與微處理器l連接，采用蜂鳴器； 并口電路21，與微處理器l連接，可以用于與PC機(jī)通信；鍵盤電路22，采用3*3方式連接，占有系統(tǒng)2個中斷，9個按鍵分別為菜單鍵(MENU)、 確定(ENTER)、發(fā)送(SEND)、中斷(INTERRUPT),方向鍵(上、下)、通道選擇鍵(左、右)、 復(fù)位鍵(RESET);顯示模塊23，采用CSME-LCM12864A來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)操作界面和數(shù)據(jù)的顯示； 硬件復(fù)位電路24，用于系統(tǒng)工作異常時的硬件復(fù)位。
權(quán)利要求1、一種經(jīng)濟(jì)型多功能農(nóng)田環(huán)境信息采集器，其特征在于，本采集器包括—微處理器(1)；—數(shù)字信號采集電路(2)，與所述微處理器(1)連接，該電路至少有兩個可接收外部數(shù)字信號的輸入端，用于采集數(shù)字信號傳感器的數(shù)字信號；—A/D轉(zhuǎn)換電路(3)，與所述微處理器(1)連接，該電路至少有兩個可接收外部模擬電壓信號的輸入端；—模擬電壓信號采集電路(4)，與所述A/D轉(zhuǎn)換電路(3)連接，該電路至少有兩個可接收外部模擬電壓信號的輸入端，用于采集電壓模擬傳感器的電壓信號；—電流/電壓轉(zhuǎn)換電路(5)，與所述A/D轉(zhuǎn)換電路(3)連接，用于實(shí)現(xiàn)線電流信號到電壓信號的轉(zhuǎn)換；—模擬電流信號采集電路(6)，與所述電流/電壓轉(zhuǎn)換電路(5)連接，該電路至少有兩個可接收外部模擬電流信號的輸入端，用于采集電流模擬傳感器的電流信號；—串口擴(kuò)展電路(7)，與所述微處理器(1)連接，該電路至少可以擴(kuò)展三個串口第二串口(9)、第三串口(11)和第四串口(13)；—第一串口(8)，與所述微處理器(1)連接，該串口(8)提供一個RS232端口；—RS232/485接口轉(zhuǎn)換器(10)，與串口(9)相連，該接口轉(zhuǎn)換器提供一個用于與有線網(wǎng)絡(luò)通信的RS485端口；—GPS模塊(12)，與所述串口(11)連接，用于提供采集現(xiàn)場位置信息；—無線通信模塊(14)，與所述串口(13)連接，用于與無線網(wǎng)絡(luò)通信；—SIM卡(15)，與無線通信模塊(14)連接，用于為SIM卡提供插槽；—語音模塊(16)，與所述無線通信模塊(14)連接，用于語音通信；—USB電路(17)，與所述微處理器(1)連接，用于連接攝像頭進(jìn)行圖像信息采集；—大量數(shù)據(jù)存儲電路(18)，與所述微處理器(1)連接，用于數(shù)據(jù)的存儲；—電源模塊(19)，用于為采集器各部分電路提供穩(wěn)定的電源；—報(bào)警電路(20)，與所述微處理器(1)連接，用于采集器的報(bào)警；—并口電路(21)，與所述微處理器(1)連接，用于與PC機(jī)通信；—鍵盤電路(22)，與所述微處理器(1)連接，用于采集器參數(shù)的設(shè)置和功能的操作；—顯示模塊(23)，與所述微處理器(1)連接，用于數(shù)據(jù)和操作界面的顯示；—硬件復(fù)位電路(24)，與所述微處理器(1)連接，用于在緊急情況下為系統(tǒng)提供復(fù)位功能；一外殼，用于安裝控制面板、標(biāo)準(zhǔn)的信號輸入端口和采集器電路板，所述控制面板上有信號指示燈、鍵盤、顯示模塊；所述標(biāo)準(zhǔn)的信號輸入端口包括數(shù)字信號輸入端口、模擬電壓信號和模擬電流信號輸入端口、RS485總線端口、RS232端口、電源插口和并口；采集器電路板放在外殼中，端口在外殼一側(cè)引出。
專利摘要本實(shí)用新型屬于農(nóng)業(yè)信息化領(lǐng)域。該采集器包括微處理器、數(shù)字信號采集電路、模擬信號采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、電流/電壓轉(zhuǎn)換電路、串口擴(kuò)展電路、RS232/485接口轉(zhuǎn)換器、GPS模塊、無線通信模塊、話音模塊、USB接口電路、大量數(shù)據(jù)存儲電路、電源模塊、硬件復(fù)位電路、顯示模塊、鍵盤電路、并口電路及報(bào)警電路。本采集器可以用短消息的方式設(shè)定采集參數(shù)；可以采集多種傳感器信息，包括圖像信息；并通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)方式傳輸給遠(yuǎn)程監(jiān)控中心；另外該采集器還可以實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場的通話功能。本實(shí)用新型具有低成本、高可靠性、高實(shí)時性、易攜帶、操作簡單等特點(diǎn)，可作為一種通用的信息采集器用于溫室、農(nóng)田等信息的采集。
文檔編號G08C17/00GK201215495SQ20082008153
公開日2009年4月1日 申請日期2008年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月4日
發(fā)明者張?jiān)苽? 蔣海波, 郭志偉 申請人:昆明理工大學(xué)