適用于農業(yè)物聯網應用的多源傳感信息采集與控制一體化通用裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及農業(yè)物聯網應用領域，具體涉及一種適用于農業(yè)物聯網應用的多源傳感信息采集與控制一體化通用裝置。
【背景技術】
[0002]農業(yè)物聯網是指通過農業(yè)信息感知設備，按照約定協(xié)議，把農業(yè)系統(tǒng)中動植物生命體、環(huán)境要素、生產工具等物理部件和各種虛擬“物件”與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現對農業(yè)對象和過程智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡。農業(yè)是物聯網應用的一個重要領域，物聯網技術與農業(yè)生產、經營、管理、服務全產業(yè)鏈的深度融合，對改造傳統(tǒng)農業(yè)、提升農業(yè)現代化水平具有重要意義。
[0003]農業(yè)物聯網應用領域非常廣泛，就行業(yè)來說包括設施農業(yè)、大田種植、水產養(yǎng)殖、畜禽養(yǎng)殖、以及農產品溯源等?？梢哉f其應用主要集中在農業(yè)種、養(yǎng)殖生產過程全程信息化記錄與自動化控制。
[0004]物聯網主要由三個層面構成:感知層、網絡層和應用層。目前，農業(yè)物聯網應用大部分集中在信息感知、數據傳輸和監(jiān)測環(huán)節(jié)，終端的智能控制應用較少，多是單一功能，單一的采集器，控制器，或者執(zhí)行機構，有感知無決策、有決策無控制的單環(huán)節(jié)應用比較普遍。要實現農業(yè)物聯網的高級應用(智能監(jiān)控)，就必須構建“感知-決策-控制”閉環(huán)體系。而其中的關鍵環(huán)節(jié)即多種傳感器信息的采集、數據綜合處理、分析、存儲、與遠程監(jiān)控中心建立雙向通信、以及控制電氣設備等?，F有的農業(yè)信息化設備的大部分是傳感器的采集、存儲、傳輸，無法完成物聯網的閉環(huán)控制；或者通過構建功能更加強大的PLC系統(tǒng)實現農業(yè)現場電氣的設備控制，但系統(tǒng)整體成本昂貴、一旦應用場景或者掛接的采集執(zhí)行設備有變化就需要重新設計控制器，擴展性差、不適合農業(yè)低成本。
[0005]因此，迫切需要一種通用的，易于擴展的集成感知，決策控制的通用的設備。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術問題是，針對現有農業(yè)物聯網應用存在的上述問題，分析總結農業(yè)現場常用的采集傳感器設備、執(zhí)行設備的通用特點，提出一種集感知、決策控制一體的適用于農業(yè)物聯網應用的多源傳感信息采集與控制的一體化通用裝置，可靠性高、簡單實用。
[0007]本發(fā)明為解決上述技術問題所采用的技術方案是:
[0008]—種適用于農業(yè)物聯網應用的多源傳感信息采集與控制一體化通用裝置，它包括電源模塊、采樣檢測單元、反饋控制單元、通信單元、數據存儲模塊、時鐘電路單元、液晶顯示單元、LED狀態(tài)顯示單元和微控制器MCU，所述采樣檢測單元、反饋控制單元、通信單元、數據存儲模塊、時鐘電路單元、液晶顯示單元、LED狀態(tài)顯示單元、微控制器MCU均與電源模塊連接；同時，所述采樣檢測單元與微控制器MCU的IIC接口連接；所述反饋控制單元包括反饋檢測單元和繼電器驅動單元，反饋檢測單元與微控制器MCU外部中斷口 INT連接，微控制器MCU的1接口與繼電器驅動單元連接；所述通信單元與微控制器MCU的USART接口連接；所述數據存儲模塊與微控制器MCU的SPI接口連接，時鐘電路單元與微控制器MCU的IIC接口連接，液晶顯示單元與微控制器MCU的USART接口連接，LED狀態(tài)顯示單元與微控制器MCU的1接口連接。
[0009]按上述方案，所述電源模塊包括3.3V電源單元、可控傳感器供電單元、RS-485通信供電單元、3路可控12V供電單元，其中，3.3V電源單元通過3.3V開關穩(wěn)壓器實現直流24V到3.3V直流輸出的轉換，3.3V電源單元供給微控制器MCU、采樣檢測單元、通信單元、數據存儲模塊以及周邊接口電路；可控傳感器供電單元通過12V開關穩(wěn)壓器、5V開關穩(wěn)壓器提供3種電源供應，分別是直流24V、12V、5V，實現相應電源轉換；RS_485通信供電單元提供RS-485通信芯片通信總線側隔離電源的供應；3路可控12V供電單元提供遠程無線通信模塊、液晶顯示單元、備用模塊的電源供應。
[0010]按上述方案，所述采樣檢測單元至少對接電流信號、電壓信號、數字量型信號三種類型的傳感器，實現電流型、電壓型、數字量型的信號采集。
[0011]按上述方案，所述采樣檢測單元包括取樣電阻、電阻分壓網絡、濾波保護電路、AD模數轉換器、RS-485通信芯片，取樣電阻、電阻分壓網絡均通過濾波保護電路接入AD模數轉換器，AD模數轉換器、RS-485通信芯片通過IIC總線連接至微控制器MCU ;取樣電阻用于在接入電流信號時，將電流信號轉換成電壓信號，再將此電壓信號經濾波保護電路濾波去耦后接入AD模數轉換器，實現模擬信號轉換成對應的數字信號，微控制器MCU再通過IIC總線讀取AD模數轉換器的轉換數值；電阻分壓網絡用于在接入電壓信號時，將電壓信號分壓在AD模數轉換器的轉換范圍內，再將分壓信號經濾波保護電路濾波去耦后接入AD模數轉換器，微控制器MCU再通過IIC總線讀取AD模數轉換器的轉換數值；RS-485通信芯片用于在采集數字量型信號時，通過RS-485通信芯片配合微控制器MCU的USART接口讀取轉換數值。
[0012]按上述方案，所述反饋控制單元包括繼電器驅動單元和反饋檢測單元兩部分，繼電器驅動單元用于驅動外部電氣柜里的中間繼電器、交流接觸器，從而實現對外部兩相或三相設備的控制；反饋檢測單元用于通過交流接觸器的輔助觸點及時準確檢測被控設備的運行狀況；繼電器驅動單元主要由光耦隔離器TLP181、施密特觸發(fā)器⑶40106、歐姆龍G5NB繼電器、開關管NUD3160組成，光耦隔離器TLP181用來對輸入、輸出電信號起隔離作用，施密特觸發(fā)器CD40106用于對傳輸中受干擾發(fā)生波形畸變的信號整形；反饋檢測單元主要由光耦隔離器TLP181、施密特觸發(fā)器⑶40106組成；當微控制器1 口輸出高電平時，觸發(fā)光耦隔離器TLP181的發(fā)光二極管導通，光敏元件受到光照后，光敏三極管導通，經過施密特觸發(fā)器⑶40106反向輸出高電平，驅動開關管NUD3160導通，觸發(fā)G5NB繼電器線圈回路導通，繼電器線圈產生磁場，觸使G5NB繼電器常開觸點閉合，驅動外部中間繼電器、接觸器回路導通；當微控制器1 口輸出低電平時，光耦隔離器TLP181的發(fā)光二極管截止，光敏三極管截止，經過施密特觸發(fā)器⑶40106反向輸出低電平，開關管NUD3160截止，G5NB繼電器線圈回路不導通，觸使G5NB繼電器常開觸點斷開，外部中間繼電器、接觸器回路不導通。
[0013]按上述方案，所述通信單元包括遠程無線通信模塊、短程無線通信模塊、RS-485通信接口、JTAG調試接口，短程無線通信模塊短程無線通信模塊用2.4G頻段ZigBee無線通信模塊，用于本裝置與現地端其他采用同樣通信模式的設備進行組網、信息交互；遠程無線通信模塊選用GSM通信網絡的GPRS通信模塊，用于本裝置與監(jiān)控中心服務器進行雙向通信；RS-485通信接口通過RS-485通信芯片掛接到RS-485總線與外部設備通信；外部仿真器或程序下載器通過JTAG調試接口與微控制器MCU連接。
[0014]按上述方案，所述時鐘電路單元包括備用電池和時鐘芯片，時鐘芯片與微控制器MCU的IIC接口連接，時鐘芯片為整個系統(tǒng)裝置提供精準的實時時間，備用電池用于在電源模塊斷電時繼續(xù)保證時鐘芯片運行。
[0015]按上述方案，所述液晶顯示單元包括RS-485通信芯片和液晶顯示模塊，液晶顯示模塊通過RS-485通信接口與RS-485通信芯片連接，RS-485通信芯片通過USART接口與微控制器MCU連接。
[0016]按上述方案，所述LED狀態(tài)顯示單元主要由發(fā)光二極管燈組組成，微控制器MCU的1 口與發(fā)光二極管連接，微控制器MCU的1 口輸出高低電平驅動LED亮滅，以此來動態(tài)指示控制設備狀態(tài)以及傳感器通道狀態(tài)信息。
[0017]按上述方案，所述微控制器MCU采用基于Cotex_M3內核ARM 32位處理器。
[0018]本發(fā)明產生的有益效果是:
[0019]1、本裝置采用嵌入式電子器件實現農業(yè)物聯網現場應用，其功能包括多源傳感信息采集、數據存儲、人機交互顯示、無線