專利名稱：一種基于無線通訊的農(nóng)業(yè)溫室溫濕度測控儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種溫濕度測控儀，尤其是涉及一種基于無線通訊的農(nóng)業(yè)溫室溫濕度測控儀。
背景技術(shù)：
在農(nóng)業(yè)溫室生產(chǎn)中，溫濕度扮演著極其重要的角色，其作為衡量作物生長環(huán)境的重要參數(shù)。近年來，隨著無線通信的發(fā)展，出現(xiàn)了大量的基于無線通訊的溫濕度檢測儀器。 無線溫濕度檢測儀器可使得使用者方便快捷地布置采集節(jié)點(diǎn)，大大減輕了人工操作的工作量，并且傳輸距離可以進(jìn)行擴(kuò)展和延伸，徹底改變了早期農(nóng)業(yè)溫室溫濕度需要布線等的初期建設(shè)和維護(hù)成本高的缺點(diǎn)。但傳統(tǒng)的溫濕度檢測儀器通常只能夠完成單一的溫濕度檢測和無線傳送數(shù)據(jù)功能，其控制功能需要進(jìn)一步設(shè)計采集系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行，從而造成了一定的資源浪費(fèi)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種能定時對溫濕度進(jìn)行監(jiān)控及報警，同時自動控制調(diào)節(jié)溫室內(nèi)的溫濕度，且還能記錄溫濕度數(shù)據(jù)的基于無線通訊的農(nóng)業(yè)溫室溫濕度測控儀。本實(shí)用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種基于無線通訊的農(nóng)業(yè)溫室溫濕度測控儀，其特征在于，該溫濕度測控儀包括無線溫濕度采集及控制器、無線控制信號接收單元；所述的無線溫濕度采集及控制器包括第一主控芯片，第一電源及復(fù)位模塊，溫濕度采集模塊，存儲模塊，RS232接口，第一無線通訊模塊，按鍵顯示報警模塊；所述的無線控制信號接收單元包括第二無線通訊模塊、第二主控芯片、第二電源及復(fù)位模塊、繼電器；所述的第一電源及復(fù)位模塊，溫濕度采集模塊，存儲模塊，RS232接口，按鍵顯示報警模塊分別與第一主控芯片連接；所述的第一無線通訊模塊的輸入端與第一主控芯片連接，第一無線通訊模塊的輸出端通過無線通訊與第二無線通訊模塊連接，所述的第二無線通訊模塊、第二電源及復(fù)位模塊、繼電器分別與第二主控芯片連接。所述的第一無線通訊模塊、第二無線通訊模塊均為2. 4G無線射頻芯片。所述的溫濕度采集模塊為溫濕度傳感器。所述的按鍵顯示報警模塊包括鍵盤、顯示器、報警器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1、能夠根據(jù)設(shè)定的采樣周期采集溫室內(nèi)的溫濕度信息，又能夠?qū)貪穸冗M(jìn)行監(jiān)控，在溫濕度越界時自動報警，并且能夠能通過無線發(fā)送命令給農(nóng)業(yè)溫室內(nèi)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)進(jìn)行開關(guān)動作以調(diào)節(jié)溫濕度。2、可以用作數(shù)據(jù)中繼，從而拓展采集范圍，并且有利于溫室內(nèi)大環(huán)境的采集。3、該實(shí)用新型還可以通過RS232與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通信，可將存儲的溫濕度歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)入至上位機(jī)進(jìn)行分析，便于研究使用。
圖1為無線溫濕度采集及控制器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為無線控制信號接收單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型的應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例一種基于無線通訊的農(nóng)業(yè)溫室溫濕度測控儀，該溫濕度測控儀包括無線溫濕度采集及控制器及無線控制信號接收單元，無線溫濕度采集及控制器如圖1所示，由溫濕度采集模塊1，第一主控芯片2，存儲模塊3，第一無線通訊模塊4，RS232接口 5，第一電源及復(fù)位模塊7，以及按鍵顯示報警模塊6組成。無線控制信號接收單元如圖2所示，由第二主控芯片8、第二無線通訊模塊9、繼電器10、第二電源及復(fù)位模塊11組成。為了降低能耗和長期使用成本，無線溫濕度采集及控制器和無線控制信號接收單元的CPU模塊(第一主控芯片 2和第二主控芯片8)均采用超低功耗MSP430F2274作為主控芯片，溫濕度采集模塊1采用了溫濕度傳感器SHT10，第一無線通訊模塊和第二無線通訊模塊使用的是2. 4G無線射頻芯片EM198810。按鍵顯示報警模塊包括鍵盤、顯示器、報警器。無線溫濕度采集及控制器的主控芯片MSP430F2274采用的是16位精簡指令集，集成了 16個通用寄存器、2個16位定時器，支持SPI、I2C和通用串行接口。可工作在活動模式和5個可軟件設(shè)置的低功耗模式。芯片電源電壓采用1. 8 3. 6V，其在IMHz的時鐘條件下運(yùn)行時，芯片的電流為200 400uA左右，低功耗模式時鐘關(guān)斷最低只有0. IuA,極大地延長了測控儀電池的使用壽命。中斷事件可把系統(tǒng)從任何低功耗模式喚醒，并且在執(zhí)行完中斷服務(wù)程序后可返回到中斷前的狀態(tài)?；跍厥覂?nèi)溫濕度測量的精度要求和成本考慮，溫濕度采集模塊采用了 SHTlO溫濕度一體化數(shù)字傳感器。SHTlO傳感器包括一個電容式聚合體測濕元件和一個能隙式測溫元件，集成了一個14位的A/D轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路。該傳感器具有響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性較高、性價比極高等優(yōu)點(diǎn)。SHTlO的測濕精度為士4. 5%，測溫精度為士0. 5°C。 溫濕度傳感器在封裝時置于儀器封裝邊緣，有較好的空氣對流，同時又避免了儀器自身發(fā)熱引起的測量失真。同時考慮到日光輻射會產(chǎn)生一定熱量，在封裝時整體采用了防輻射罩， 避免了溫濕度傳感器因外表溫度增加引起的測量誤差。第一無線通訊模塊和第二無線通訊模塊采用了 EM198810芯片，其內(nèi)置 2. 4GHzGFSK射頻收發(fā)器，帶有8位數(shù)據(jù)幀無線收發(fā)功能，前導(dǎo)區(qū)可以設(shè)置為1 8字節(jié)，支持1 4個字地址(最多可達(dá)64位)，最大數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mbps，允許長數(shù)據(jù)包傳送；， 傳輸距離可達(dá)100m(PCB天線)，RF輸出功率2dBm，接收靈敏度在_85dBm以上，采用SPI數(shù)字編程接口，接口電壓為2. 5 3. 7V。該芯片發(fā)射功率可數(shù)字編程調(diào)節(jié)，通過寄存器的設(shè)置也可以很容易實(shí)現(xiàn)低功耗模式；其內(nèi)置多種糾檢錯功能，采用各種有效載荷數(shù)據(jù)格式來消除直流漂移量；支持FEC的1/3、2/3糾檢錯功能和CRC16檢錯功能。內(nèi)部具有FIFO和 DIRECT兩種工作模式FIF0模式簡單易用，對MCU要求不高，發(fā)射和接收各有64字節(jié)的緩
4沖區(qū)，一次發(fā)送、接收可以最多處理64字節(jié)數(shù)據(jù)；DIRECT模式對MCU要求較高，需要MCU處理各種糾檢錯功能。在本實(shí)用新型采用了 FIFO模式及CRC16檢錯功能來傳輸溫濕度、命令以及狀態(tài)反饋等數(shù)據(jù)。 無線溫濕度采集及控制器的主控芯片MSP430F2274在開啟電源，程序初始化完畢后進(jìn)入低功耗狀態(tài)。主控芯片MSP430F2274與SHTlO傳感器通過通用串行接口通訊，并通過定時中斷的方式采集SHTlO溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)并交由按鍵顯示報警模塊進(jìn)行顯示，同時存儲到外部存儲器中。MSP430F2274芯片與EM198810芯片通過SPI接口通訊，通過定時中斷方式讀寫EM198810芯片。無線溫濕度采集及控制器通過鍵盤輸入來完成對溫濕度的上下限的設(shè)置，當(dāng)溫濕度超過設(shè)定的閾值時可進(jìn)行聲光報警，并且可以自動發(fā)送預(yù)設(shè)的無線控制指令給相應(yīng)的如天窗、遮陽網(wǎng)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)進(jìn)行開啟或者關(guān)閉操作。無線控制信號接收單元接收到無線溫濕度采集及控制器發(fā)來的控制指令時，通過繼電器控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)12，從而進(jìn)行開關(guān)窗啟停電機(jī)等控制操作。繼電器的作用是使控制信號為某一定值時，按觸點(diǎn)組的不同形式， 同時換接、開斷、接通多路電路，并且將其放大，使組成程序控制線路，從而實(shí)現(xiàn)自動化運(yùn)行。該實(shí)用新型還提供了良好的上位機(jī)13與測控儀通過RS232接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，對測控儀內(nèi)存儲的歷史溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入或清空，便于專業(yè)人員進(jìn)行研究分析。由于溫室環(huán)境是一個復(fù)雜的分布式系統(tǒng)，在不同區(qū)域溫濕度可能不盡相同，無線溫濕度采集及控制器還可以屏蔽其與無線控制信號接收單元的通訊功能后單獨(dú)用作溫濕度采集器，并可以利用其的無線通訊模塊與其它采集器進(jìn)行通信。此外，當(dāng)傳輸距離擴(kuò)大時，無線溫濕度采集器還可以用作數(shù)據(jù)中繼，從而大大拓展采集范圍，可基于此信息進(jìn)行溫室環(huán)境的綜合調(diào)控。無線溫濕度采集及控制器可實(shí)現(xiàn)以下幾種不同的功能溫濕度自動采集、存儲及顯示可根據(jù)設(shè)定的采樣頻率對溫室內(nèi)的溫度和相對濕度進(jìn)行采集，并以數(shù)碼管顯示和存儲，供日后研究分析。溫濕度的采集和無線傳送可將采集點(diǎn)的溫濕度數(shù)據(jù)信息打包發(fā)送至主測控儀， 在溫室測量范圍比較大的場合，該無線溫濕度采集及控制器還可以作為中繼點(diǎn)和轉(zhuǎn)發(fā)點(diǎn)， 使得主測控儀可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行溫室大環(huán)境的綜合調(diào)控?？刂菩盘枱o線傳送執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)的控制信號可以由無線溫濕度采集及控制器進(jìn)行無線操作，可有手動和自動兩種模式。手動模式下，無線溫濕度采集及控制器可直接通過按鍵形式發(fā)送啟停指令給相應(yīng)的執(zhí)行電機(jī)；自動模式下，無線溫濕度采集及控制器可根據(jù)用戶設(shè)定的啟停時間周期，以及用戶設(shè)定的溫室內(nèi)溫濕度的上下限進(jìn)行綜合動作。每個無線控制信號接收單元對應(yīng)一個唯一的編碼地址，無線溫濕度采集及控制器可以通過這個唯一編址給指定的無線信號接收單元發(fā)送電機(jī)操作命令。無線控制信號接收單元在上電系統(tǒng)初始化之后，首先進(jìn)入低功耗狀態(tài)，以定時器觸發(fā)的形式查詢讀取無線通信模塊數(shù)據(jù)。如果無線通信模塊收到無線溫濕度采集及控制器發(fā)來的電機(jī)控制指令數(shù)據(jù)， 則啟動繼電器進(jìn)行電機(jī)的操作，執(zhí)行完畢后返回指令執(zhí)行狀態(tài)給無線溫濕度采集及控制器，然后轉(zhuǎn)入低功耗狀態(tài)，以此循環(huán)。該實(shí)用新型還提供了上位機(jī)交互界面，可以通過RS232接口連接一個無線溫濕度采集器，通過無線通信收集各采集器的溫濕度歷史數(shù)據(jù)，并可根據(jù)需要繪制溫濕度變化圖像，用于專業(yè)人員的研究分析。 一般地，如圖3所示，可以在農(nóng)業(yè)溫室中布置多個屏蔽了控制功能的無線溫濕度采集及控制器32，主無線溫濕度采集及控制器31與各采集點(diǎn)的屏蔽了控制功能的無線溫濕度采集及控制器之間通過無線通訊模塊進(jìn)行通信，采集得到各個采集點(diǎn)的溫濕度數(shù)據(jù)后，根據(jù)一定的控制算法(如加權(quán)平均各采集點(diǎn)的溫濕度值和設(shè)定的閾值相比，超過閾值時)觸發(fā)報警模塊，并由主無線溫濕度采集及控制器31發(fā)送控制信號給相應(yīng)的執(zhí)行電機(jī)進(jìn)行開啟或者閉合動作，無線控制信號接收單元33在收到控制器的指令后，啟動繼電器對執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)34進(jìn)行相應(yīng)的操作。
權(quán)利要求1.一種基于無線通訊的農(nóng)業(yè)溫室溫濕度測控儀，其特征在于，該溫濕度測控儀包括無線溫濕度采集及控制器、無線控制信號接收單元；所述的無線溫濕度采集及控制器包括第一主控芯片，第一電源及復(fù)位模塊，溫濕度采集模塊，存儲模塊，RS232接口，第一無線通訊模塊，按鍵顯示報警模塊；所述的無線控制信號接收單元包括第二無線通訊模塊、第二主控芯片、第二電源及復(fù)位模塊、繼電器；所述的第一電源及復(fù)位模塊，溫濕度采集模塊，存儲模塊，RS232接口，按鍵顯示報警模塊分別與第一主控芯片連接；所述的第一無線通訊模塊的輸入端與第一主控芯片連接，第一無線通訊模塊的輸出端通過無線通訊與第二無線通訊模塊連接，所述的第二無線通訊模塊、第二電源及復(fù)位模塊、繼電器分別與第二主控芯片連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線通訊的農(nóng)業(yè)溫室溫濕度測控儀，其特征在于， 所述的第一無線通訊模塊、第二無線通訊模塊均為2. 4G無線射頻芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線通訊的農(nóng)業(yè)溫室溫濕度測控儀，其特征在于， 所述的溫濕度采集模塊為溫濕度傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線通訊的農(nóng)業(yè)溫室溫濕度測控儀，其特征在于， 所述的按鍵顯示報警模塊包括鍵盤、顯示器、報警器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于無線通訊的農(nóng)業(yè)溫室溫濕度測控儀，該溫濕度測控儀包括無線溫濕度采集及控制器及無線控制信號接收單元，所述的無線溫濕度采集及控制器包括第一主控芯片，第一電源及復(fù)位模塊，溫濕度采集模塊，存儲模塊，RS232接口，第一無線通訊模塊，按鍵顯示報警模塊，所述的無線控制信號接收單元包括第二無線通訊模塊、第二主控芯片、第二電源及復(fù)位模塊、繼電器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有能實(shí)時對溫濕度進(jìn)行監(jiān)控及報警，并可以根據(jù)內(nèi)置算法自動或手動發(fā)送執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)無線控制指令，從而實(shí)現(xiàn)對溫室內(nèi)的溫濕度的有效控制，便于溫室的自動化運(yùn)營和管理。
文檔編號A01G9/24GK202066607SQ2011201522
公開日2011年12月7日 申請日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者徐立鴻, 李江, 胡海根, 蔚瑞華 申請人:同濟(jì)大學(xué)