CN103488155A - 一种智能农业集成信息***环境控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能农业集成信息***环境控制器，包括嵌入式主控制板和ZigBee网络节点，所述ZigBee网络节点连接环境信息采集传感器和种养殖场机电设备控制电路，所述嵌入式主控制板包括控制器模块、无线通信模块、输入输出模块和ZigBee模块；所述环境信息采集传感器，用于采集种养殖场的环境信息，并通过所述ZigBee网络节点将采集的环境信息传输到所述控制器模块中；所述输入输出模块与所述控制器模块连接；所述主控制器与所述无线通信模块连接。本发明通过基于无线通信技术、ZigBee技术的嵌入式主控制板实现对其他设备的远程无线监控和现场无线控制和管理，提高了操作使用效率，更增强了操作的任意性。
Description
技术领域
本发明涉及现代农业生产环境控制领域，尤其涉及一种基于无线传感和ZigBee物联网技术的嵌入式智能农业集成信息***环境控制器。
背景技术
适宜的温度、湿度是农作物生存生长息息相关的基本环境参数，在现代农业生产中，种养殖场内环境实时监测于控制有着十分重要的意义。为实现对设施农业综合生态信息自动监测和智能化管理提供科学依据。在目前生产中，智能农业集成控制***环境控制器主要基于家用PC机为控制器，用户可通过网页浏览器来实现远控功能，利用计算机并行接口连接多个保持继电器，可实现对种养殖生产现场的控制。计算机PC的数据处理能力强，传输数据量大，基于PC操作***的应用程序开发方便，通用性强。但由于PC机平台的体积和功耗都比较大，不便于携带和随时随地控制，并且***的稳定性差，容易受到病毒攻击，因此不利于长时间稳定工作，无法满足种养殖户的操作需要及效率要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种便携、高效、智能的智能农业集成信息***环境控制器。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
一种智能农业集成信息***环境控制器，包括嵌入式主控制板和ZigBee网络节点，所述ZigBee网络节点连接环境信息采集传感器和种养殖场机电设备控制电路，所述嵌入式主控制板包括控制器模块、无线通信模块、输入输出模块和ZigBee模块；所述控制器模块通过所述ZigBee模块与所述ZigBee网络节点之间建立ZigBee无线网络连接；其中，所述环境信息采集传感器，用于采集种养殖场的环境信息，并通过所述ZigBee网络节点将采集的环境信息传输到所述控制器模块中；所述输入输出模块与所述控制器模块连接，用于输入控制操作指令到所述控制器模块，再由控制器模块根据所述控制操作指令下发相应的控制命令到种养殖场机电设备控制电路控制相应的机电设备实现种养殖现场的环境控制，或用于种养殖现场采集到的环境信息的输出显示；所述主控制器与所述无线通信模块连接，用于通过所述无线通信模块接收外部控制操作指令，根据所述外部控制操作指令下发相应的控制命令到种养殖场机电设备控制电路控制相应的机电设备实现种养殖现场的环境控制，和／或用于通过所述无线通信模块发送上报种养殖现场采集到的环境信息。
所述种养殖场机电设备控制电路包括灯光开关控制电路和机电控制电路。
所述输入输出模块还与所述ZigBee模块连接，用于直接显示采集到的种养殖现场的环境信息。
所述环境信息采集传感器包括温度采集传感器、湿度采集传感器、光照采集传感器和／或土壤养分采集传感器。
所述ZigBee网络节点还连接有红外安防检测电路，用于检测安防信息并上报到所述控制器模块。
所述控制器模块由主芯片为LPC2210芯片的ARM32位RISC处理器构成，以嵌入式安装在所述嵌入式主控制板上。
所述无线通信模块为GPRS模块或3G模块。
进一步的，所述GPRS模块通过SMS协议实现短信息收发，以短信息方式上报种养殖现场采集到的环境信息。
所述ZigBee模块采用CC2430控制芯片构成。
所述嵌入式主控制器板还包括电源接口，时钟电路、复位电路、存储器电路；同时还包括CF卡接口、LAN接口、Modem接口，PS／2接口，USB接口和／或LED液晶显示屏。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明智能农业集成信息***环境控制器以高性能嵌入式微处理器为核心，通过基于无线通信技术、ZigBee技术的嵌入式主控制板实现对其他设备的远程无线监控和现场无线控制、监视或管理功能，从而提高了操作使用效率，更增强了操作的任意性。
附图说明：
图1是本发明智能农业集成信息***环境控制器的结构示意图。
图2是本发明智能农业集成信息***环境控制器的温湿度检测电路图。
图3是本发明智能农业集成信息***环境控制器的光照检测电路图。
图4是本发明智能农业集成信息***环境控制器的土壤养分检测电路图。
图5是本发明智能农业集成信息***环境控制器的机电控制电路图。
图6是本发明智能农业集成信息***环境控制器的安防检测电路图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
本发明的智能农业集成信息***环境控制器，包括嵌入式主控制板和ZigBee网络节点，所述ZigBee网络节点连接环境信息采集传感器和种养殖场机电设备控制电路，所述嵌入式主控制板包括控制器模块、无线通信模块、输入输出模块和ZigBee模块；所述控制器模块通过所述ZigBee模块与所述ZigBee网络节点之间建立ZigBee无线网络连接；其中，所述环境信息采集传感器，用于采集种养殖场的环境信息，并通过所述ZigBee网络节点将采集的环境信息传输到所述控制器模块中；所述输入输出模块与所述控制器模块连接，用于输入控制操作指令到所述控制器模块，再由控制器模块根据所述控制操作指令下发相应的控制命令到种养殖场机电设备控制电路控制相应的机电设备实现种养殖现场的环境控制，或用于种养殖现场采集到的环境信息的输出显示；所述主控制器与所述无线通信模块连接，用于通过所述无线通信模块接收外部控制操作指令，根据所述外部控制操作指令下发相应的控制命令到种养殖场机电设备控制电路控制相应的机电设备实现种养殖现场的环境控制，和／或用于通过所述无线通信模块发送上报种养殖现场采集到的环境信息。
所述种养殖场机电设备控制电路包括灯光开关控制电路和机电控制电路。
所述输入输出模块还与所述ZigBee模块连接，用于直接显示采集到的种养殖现场的环境信息。
所述环境信息采集传感器包括温度采集传感器、湿度采集传感器、光照采集传感器和／或土壤养分采集传感器。
所述ZigBee网络节点还连接有红外安防检测电路，用于检测安防信息并上报到所述控制器模块。
所述控制器模块由主芯片为LPC2210芯片的ARM32位RISC处理器构成，以嵌入式安装在所述嵌入式主控制板上。
所述无线通信模块为GPRS模块或3G模块。本实施例中采用GPRS模块，所述GPRS模块通过SMS协议实现短信息收发，以短信息方式上报种养殖现场采集到的环境信息。
所述ZigBee模块采用CC2430控制芯片构成。CC2430控制芯片内部集成一个增强型8051MCU内核、一个符合IEEE802.15.4规范的2.4GHz无线收发器和串行通信接口及I／O接口。该模块的串行通信接口1与ARM处理器的UART0串口相连接实现数据通信，完成定制功能指令。
所述嵌入式主控制器板还包括电源接口，时钟电路、复位电路、存储器电路；同时还包括CF卡接口、LAN接口、Modem接口，PS／2接口，USB接口和／或LED液晶显示屏，方便升级和二次开发。
下面结合附图详述说明本发明：图1是本发明智能农业集成控制***环境控制器的结构示意图。以控制核心ARM控制器加***电路构建嵌入式主控制板平台，完成整个***的调度及控制；输入输出模块为键盘和显示屏，实现种养殖场的输入控制和输出显示，同时可以实时显示种养殖场环境状态；GPRS模块通过SMS协议可实现短信息收发，接收外部手持终端(例如手机)命令信息实现远程无线监控，或上报种养殖现场采集到的环境信息到手持终端；ZigBee模块构建种养殖场短距离无线通信网络，主节点ZigBee模块与ARM控制器连接，从节点ZigBee网络节点与终端设备连接，实现各个设备终端的无线数据收发和状态监控，实现灯光控制、机电设备控制、温度／湿度／光照检测和安防检测等功能。本实施例中从节点ZigBee网络节点有3个，灯光控制和机电设备控制连接一个ZigBee网络节点、温度／湿度／光照检测连接一个ZigBee网络节点，而安防检测电路又连接一个ZigBee网络节点，这样方便控制，互不干扰，可靠性好。
本发明中所述种养殖场机电设备控制电路包括灯光开关控制电路和机电控制电路。所述环境信息采集传感器包括温度采集传感器、湿度采集传感器、光照采集传感器和／或土壤养分采集传感器。所述ZigBee网络节点还连接有红外安防检测电路，用于检测安防信息并上报到所述控制器模块。具体的，图2是本发明智能农业集成控制***环境控制器的温湿度检测电路图。该电路温湿度***采集元件选用总线数字温湿度传感器DHT21，其引脚有4个：数据端P0.6、P0.7，电源端VCC，接地端GND，P0.6、P0.7脚与ZigBee网络节点I／O口相连.用户主机(即嵌入式主控制板内的控制器模块，下同)发送一次开始信号后DHT21从低功耗模式转换到高速模式等待主机开始信号结束后，DHT21发送响应信号，送出40bit的数据，并触发一次信号采集。主机从DHT21读取的温湿度数据总是前一次的测量值，如两次测量间隔时间很长，请连续读两次以获得实时的温湿度值)空闲时总线为高电平，通讯开始时主机拉低总线500us后释放总线，延时20-40us后主机开始检测从机(DHT21)的响应信号。从机的响应信号是一个80us左右的低电平，随后从机拉高总线80us左右代表即将进入数据传送。高电平后就是数据位，每1bit数据都是由一个低电平时隙和一个高电平组成。低电平时隙就是一个50us左右的低电平，它代表数据位的始，其后的高电平的长度决定数据位所代表的数值，较长的高电平代表1，较短的高电于代表0。共40bit数据，当最后一Bit数据传送完毕后，从机将再次拉低总线50us左右，随后释放总线，由上拉电阻拉高。
图3是本发明智能农业集成信息***环境控制器的光照检测电路图。该光照传感器电路中采用HA2003传感器，先进光电转换模块，将光照强度值转化为电压值，再经调理电路将此电压值转换为0～2V或4～20Ma，量程在200～200000Lux光谱范围400-700(nm)可见光，工作温湿度：0～40℃、0～70％RH。该电路通过AD C0口与ZigBee节点的I／O(P0.4)连接，进行光照强度的采集。
图4是本发明智能农业集成信息***环境控制器的土壤养分检测电路图。该土壤养分电路中采用RY-DS传感器，土壤介电常数和土壤容积含水量做存在的线性关系而开发的土壤养分探测器，测量精确、性能可靠、耐用。通过ACD1口直接与ZigBee节点的I／O P0.1连接。土壤养分探测器采用环保PVC材料，全密封，可长期埋设在地下任意深度，连续测量。可测量特殊性质土壤及其它被测介质，且易于标定。
图5是本发明智能农业集成信息***环境控制器的机电控制电路图。该机电控制电路***中设计了5路输出的开关控制电路，ZigBee网络节点的I／O连接引脚设置为P1.1、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7。控制方式采用继电器的开关触点与电器或插座连接，可用于控制电动机、水泵、阀门、窗帘等各种常见的机电设备。
图6是本发明智能农业集成信息***环境控制器的红外安防检测电路图。该安防检测电路采用RE200B型被动式热释电红外传感器(PIR)作为安防检测装置，它能以非接触形式检测出人体辐射的红外光波，并将其转化为微弱的电信号。RE200B有三个引脚：电源端(D)、信号端(S)、接地端(G)。红外传感器直接检测距离小于1米，本发明在其上方增加一个菲涅尔透镜聚焦，可使其检测距离达到8米左右，提高了检测的有效性。RE200B的输出电压为毫伏级，若直接输入到ZigBee网络节点的I／O不能识别为电平信号，必须先滤波，放大和比较后再输出。本发明采用BIS0001芯片设计放大电路，该芯片内部具有2级运算放大器和1个电压比较器，并且可以通过引脚连接器件设置检测封锁时间、延时时间和重复触发模式。RE200B的S端连接BIS0001的1IN+引脚，作为第一级运放的输入端，检测信号经过内部电路处理后，从芯片VO引脚输出。当没有检测异常时，VO引脚输出低电平，当检测到红外光波时，会输出一个持续时间可调的电平信号。
本发明智能农业集成信息***环境控制器实现对其他设备的远程无线监控和现场无线控制、监视或管理功能，使用简单、灵活，方便升级和二次开发，利用新颖的集成控制组合方式，提高了操作使用效率，更增强了操作的任意性和实用性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种智能农业集成信息***环境控制器，包括嵌入式主控制板和ZigBee网络节点(ZigBee技术是一种结构简单、低功耗、低数据速率、低成本和可靠性高的双向微功率网格式无线网络通信技术)，所述ZigBee网络节点连接环境信息采集传感器和种养殖场机电设备控制电路，其特征在于，所述嵌入式主控制板包括控制器模块、无线通信模块、输入输出模块和ZigBee模块；所述控制器模块通过所述ZigBee模块与所述ZigBee网络节点之间建立ZigBee无线网络连接；
其中，所述环境信息采集传感器，用于采集种养殖场的环境信息，并通过所述ZigBee网络节点将采集的环境信息传输到所述控制器模块中；
所述输入输出模块与所述控制器模块连接，用于输入控制操作指令到所述控制器模块，再由控制器模块根据所述控制操作指令下发相应的控制命令到种养殖场机电设备控制电路控制相应的机电设备实现种养殖现场的环境控制，或用于种养殖现场采集到的环境信息的输出显示；
所述主控制器与所述无线通信模块连接，用于通过所述无线通信模块接收外部控制操作指令，根据所述外部控制操作指令下发相应的控制命令到种养殖场机电设备控制电路控制相应的机电设备实现种养殖现场的环境控制，和／或用于通过所述无线通信模块发送上报种养殖现场采集到的环境信息。
2.根据权利要求1所述的智能农业集成控制***环境控制器，其特征在于，所述种养殖场机电设备控制电路包括灯光开关控制电路和机电控制电路。
3.根据权利要求1所述的智能农业集成信息***环境控制器，其特征在于，所述输入输出模块还与所述ZigBee模块连接，用于直接显示采集到的种养殖现场的环境信息。
4.根据权利要求1所述的智能农业集成信息***环境控制器，其特征在于，所述环境信息采集传感器包括温度采集传感器、湿度采集传感器、光照采集传感器和／或土壤养分采集传感器。
5.根据权利要求1所述的智能农业集成信息***环境控制器，其特征在于，所述ZigBee网络节点还连接有红外安防检测电路，用于检测安防信息并上报到所述控制器模块。
6.根据权利要求1至5任一项所述的智能农业集成信息***环境控制器，其特征在于，所述控制器模块由主芯片为LPC2210芯片的ARM32位RISC处理器构成，以嵌入式安装在所述嵌入式主控制板上。
7.根据权利要求1所述的智能农业集成信息***环境控制器，其特征在于，所述无线通信模块为GPRS模块或3G模块。
8.根据权利要求7所述的智能农业集成信息***环境控制器，其特征在于，所述GPRS模块通过SMS协议实现短信息收发，以短信息方式上报种养殖现场采集到的环境信息。
9.根据权利要求1所述的智能农业集成信息***环境控制器，其特征在于，所述ZigBee模块采用CC2430控制芯片构成。
10.根据权利要求1所述的智能农业集成信息***环境控制器，其特征在于，所述嵌入式主控制器板还包括电源接口，时钟电路、复位电路、存储器电路；同时还包括CF卡接口、LAN接口、Modem接口，PS／2接口，USB接口和／或LED液晶显示屏。
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