CN202720509U - 物联网智能温室大棚监控终端 - Google Patents

物联网智能温室大棚监控终端 Download PDF

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Abstract

一种物联网智能温室大棚监控终端，属于电子监控领域。本实用新型的目的是温室环境变化缓慢、数据采集精度要求不高等特点，采用无线传感器网络技术成为温室监控***的物联网智能温室大棚监控终端。本实用新型是由主处理器电路、ZIGBEE模块电路、USB接口电路、GPRS接口电路和RFID读写模块电路组成。本实用新型可广泛应用于温室大棚种植的育苗阶段、生长和收获阶段，从而提高工作效率和实现精细化管理。适用于农业温室大棚、畜牧业养殖场等。

Description

物联网智能温室大棚监控终端
技术领域
本实用新型属于电子监控领域。
背景技术
温室大棚作为重要的农业基础设施，提高对农业大棚的监控能力，一直以来，都是自动控制、通信、计算机等领域重点研究的方向。随着科技的不断进步，实时监控在农业现代化监控领域越来越被人们重视。农业监控通过对需监控区域内的温度、湿度和二氧化碳浓度等生化参数进行监控，为农业精细化提供支撑，以达到提高生产效率、提升农产品品质以及降低生产成本的目的。
传统的温室大棚监控***常用技术主要有：①基于单片机技术。以8位单片机为基础，环境参数采集、控制算法等均由单片机完成，采用集中方式进行控制。其优点主要有结构简单，价格低廉且容易实现全局控制；但***可靠性差，自动化控制程度低。②基于PLC 技术。通过 PLC 技术，将计算机技术、通信技术、制技术结合起来，控制能力强、可靠性高、持续工作能力强，但成本高，普通种植户难以接受。③离散型***：是一种由***网络、现场控制站、操作员站和工程师站四个子***组成的分布式控制***。四个子***由独立的计算机控制，分别实现待测参数采样、控制、记录、报警、***管理等功能，各自工作互不影响，可靠性强。但成本高、不具组态能力，难以实现智能化控制。④基于现场总线技术：是一种全数字化的开放式分散多点通信的现场检测网络，底层的多个检测设备之间可实现双向的多点数字串行通信，协议简单、容错能力强、实时性强，是国内外应用最多的温室监测形式。
上述各种监控***原理各不相同，但都属于有线控制网络。尽管基于有线的***技术相对成熟稳定，但随着温室技术的发展和温室规模的大型化趋势，温室内的信号线与动力线布线复杂度大增，可靠性降低，安装维护的工作量巨大，成本急剧增加；且不利于农机、人等移动设备作业，可扩展性不好，抗酸、抗潮、抗强光等耐用性不足，抗干扰能力差，不利于自动化和智能化的进一步提高。
发明内容
本实用新型的目的是温室环境变化缓慢、数据采集精度要求不高等特点，采用无线传感器网络技术成为温室监控***的物联网智能温室大棚监控终端。
本实用新型是由主处理器电路、ZIGBEE模块电路、USB接口电路、GPRS接口电路和RFID读写模块电路组成；
a、主处理器电路采用SPCE061A的芯片：存储器E2PROM用于存储设置数据，用I2C总线接口存储器2408，通过I2C总线与主处理器SPCE061A相连，主处理器SPCE061A的IOB1引脚与2408的SCL引脚相连，主处理器SPCE061A的IOB0引脚与2408的SDA引脚相连；
b、ZIGBEE模块电路采用SP-MDCE17A： ZIGBEE无线通信模块直接通过SPI接口进行控制和数据传输，SP-MDCE17A模块的复位引脚RESETN与处理器SPCE061A的IOB11引脚相连，SP-MDCE17A模块的中断引脚INT与处理器SPCE061A的IOB3引脚相连，SP-MDCE17A模块的SPI片选引脚SEN、输入数据引脚SI、输出数据引脚SO、时钟引脚SCLK分别和主处理器SPCE061A的IOB12引脚、IOB13引脚、IOB14引脚、IOB15引脚相连，此外，主处理器SPCE061A的IOA15引脚和SP-MDCE17A模块的WAKE引脚相连；
c、USB接口电路采用PDIUSBD12：PDIUSBD12的数据线引脚DATA0-DATA7分别和主处理器SPCE061A的IOA0-IOA7引脚相连，PDIUSBD12的中断引脚和主处理器SPCE061A的IOB2引脚相连，PDIUSBD12的读写信号引脚RD_N、WR_N分别和主处理器SPCE061A的IOA9和IOA10引脚相连，PDIUSBD12的片选信号CS_N和主处理器SPCE061A的IOA14引脚相连，PDIUSBD12的A0引脚和主处理器SPCE061A的IOA8引脚相连；
d、GPRS接口电路采用GTM 900-C 无线模块：GTM900-C模块通过一个支持RS232标准的DB9接口与主处理器扩展的DB9接口进行连接，主处理器扩展的DB9的2、3、5、7、8引脚分别和主处理器扩展的RS232驱动芯片MAX232CP的8、7、15、13、14引脚相连，RS232驱动芯片MAX232CP的9、10、11、12引脚和主处理器SPCE061A的IOB7、IOB10、IOB8、IOB9引脚相连；
e、RFID读写模块电路采用NRF2401A：NRF2401A的工作模式配置引脚PWR_UP、CE、CS分别和主处理器SPCE061A的IOA0、IOA1、IOA13引脚相连，NRF2401A的引脚DR2、CLK2、DATA2、DR1、CLK1、DATA分别和主处理器SPCE061A的IOA2、IOA3、IOA4、IOA6、IOA7、IOA12相连。
本实用新型可广泛应用于温室大棚种植的育苗阶段、生长和收获阶段，从而提高工作效率和实现精细化管理。例如在种植准备前期阶段，通过在温室里面布置多种传感器，分析实时的土壤信息，来选择合适的农作物；在在种植和生长阶段，可以用物联网技术手段采集温度、湿度等环境信息，从而应对环境变化和控制相应的执行机构，有利于作物健康成长；在流通阶段，利用物联网技术，实现对产品的溯源，有利于各级行政部门进行信息共享和联合执法管理。适用于农业温室大棚、畜牧业养殖场等，采用高性能的16位微处理器SPCE061A，通过短距离无线ZIGBEE模块采集环境参数，RFID模块采集人员信息，并通过USB或GPRS实现信息的本地或远程传输。同时接收本地或远程上位机的控制或配置信息，实现自动关闭或开启指定的设备。
附图说明
图1是本实用新型监控终端电路结构框图；
图2是本实用新型主处理器电路原理图；
图3是本实用新型GPRS接口电路原理图；
图4是本实用新型USB接口电路原理图；
图5是本实用新型ZIGBEE模块电路电路原理图。
具体实施方式
本实用新型是由主处理器电路、ZIGBEE模块电路、USB接口电路、GPRS接口电路和RFID读写模块电路组成；
a、主处理器电路采用SPCE061A的芯片：存储器E2PROM用于存储设置数据，用I2C总线接口存储器2408，通过I2C总线与主处理器SPCE061A相连，主处理器SPCE061A的IOB1引脚与2408的SCL引脚相连，主处理器SPCE061A的IOB0引脚与2408的SDA引脚相连；
b、ZIGBEE模块电路采用SP-MDCE17A： ZIGBEE无线通信模块直接通过SPI接口进行控制和数据传输，SP-MDCE17A模块的复位引脚RESETN与处理器SPCE061A的IOB11引脚相连，SP-MDCE17A模块的中断引脚INT与处理器SPCE061A的IOB3引脚相连，SP-MDCE17A模块的SPI片选引脚SEN、输入数据引脚SI、输出数据引脚SO、时钟引脚SCLK分别和主处理器SPCE061A的IOB12引脚、IOB13引脚、IOB14引脚、IOB15引脚相连，此外，主处理器SPCE061A的IOA15引脚和SP-MDCE17A模块的WAKE引脚相连；
c、USB接口电路采用PDIUSBD12：PDIUSBD12的数据线引脚DATA0-DATA7分别和主处理器SPCE061A的IOA0-IOA7引脚相连，PDIUSBD12的中断引脚和主处理器SPCE061A的IOB2引脚相连，PDIUSBD12的读写信号引脚RD_N、WR_N分别和主处理器SPCE061A的IOA9和IOA10引脚相连，PDIUSBD12的片选信号CS_N和主处理器SPCE061A的IOA14引脚相连，PDIUSBD12的A0引脚和主处理器SPCE061A的IOA8引脚相连；
d、GPRS接口电路采用GTM 900-C 无线模块：GTM900-C模块通过一个支持RS232标准的DB9接口与主处理器扩展的DB9接口进行连接，主处理器扩展的DB9的2、3、5、7、8引脚分别和主处理器扩展的RS232驱动芯片MAX232CP的8、7、15、13、14引脚相连，RS232驱动芯片MAX232CP的9、10、11、12引脚和主处理器SPCE061A的IOB7、IOB10、IOB8、IOB9引脚相连；
e、RFID读写模块电路采用NRF2401A：NRF2401A的工作模式配置引脚PWR_UP、CE、CS分别和主处理器SPCE061A的IOA0、IOA1、IOA13引脚相连，NRF2401A的引脚DR2、CLK2、DATA2、DR1、CLK1、DATA分别和主处理器SPCE061A的IOA2、IOA3、IOA4、IOA6、IOA7、IOA12相连。
以下结合附图对本实用新型进行详细描述：
本实用新型包括：SPCE061A处理器电路，ZIGBEE模块电路，USB接口电路，GPRS接口电路，RFID读写模块电路。其中，SPCE061A处理器负责管理和协调监控终端各单元电路，是本实用新型中实现集中操控的核心，SPCE061A是一个高性能微控制器，具备较强的***处理能力和驱动能力。中央处理器内有事先写入的应用程序，负责各单元的协调与运作，将ZIGBEE模块和RFID读写模块采集的数据通过以USB接口或GPRS接口电路发送到本地或远程上位机，且接收上位机的控制或配置命令，自动关闭或开启指定的设备。此外，处理器电路还包括E2PROM存储器接口，用于配置数据存储。
下面结合附图对本发明的各个功能模块的具体实现电路作详细的描述，主要包括：SPCE061A处理器电路(1)，ZIGBEE模块电路(2)，USB接口电路(3)，GPRS接口电路(4)，RFID读写模块电路(5)。
 1、主处理器电路
物联网智能温室大棚监控终端采用SPCE061A的芯片作为主处理器，其具有低功耗、低成本，全静态设计的特点。SPCE061A处理器电路负责管理和协调监控终端各单元电路的协调与运作，其具有与各个单元电路的接口，存储器E2PROM用于存储设置数据。
E2PROM主要用来存储用户的设置参数，以便在***重启后能自动加载用户设置数据，以及存储报警信息，当有关传感器测量值达到设定的阈值，监控终端产生报警信息，并存入E2PROM，进行备份。本实用新型中的I2C总线接口存储器2408，通过I2C总线与主处理器SPCE061A相连。主处理器SPCE061A的IOB1引脚与2408的SCL引脚相连，主处理器SPCE061A的IOB0引脚与2408的SDA引脚相连。
此外，主处理器电路还包括由电容C1、C2和晶振Y1组成的振荡电路，为主处理器提供时钟信号。还包括由电容C3、电阻R1和按键S1组成的复位电路，为主处理器提供上电复位和手动复位信号。
2、ZIGBEE模块电路
物联网智能温室大棚监控终端采用SP-MDCE17A模块实现监控终端与无线传感器间的数据通信。ZIGBEE是一个专门为短距离无线传感器和控制***设计的低数据率、低功耗及低成本的无线通信标准，本发明采用的ZIGBEE无线通信模块直接通过SPI接口进行控制和数据传输，设计简单。SP-MDCE17A模块的复位引脚RESETN与处理器SPCE061A的IOB11引脚相连，SP-MDCE17A模块的中断引脚INT与处理器SPCE061A的IOB3引脚相连，SP-MDCE17A模块的SPI片选引脚SEN、输入数据引脚SI、输出数据引脚SO、时钟引脚SCLK分别和主处理器SPCE061A的IOB12引脚、IOB13引脚、IOB14引脚、IOB15引脚相连，此外，主处理器SPCE061A的IOA15引脚和SP-MDCE17A模块的WAKE引脚相连，控制该模块进入睡眠状态。
3、USB接口电路
物联网智能温室大棚监控终端采用PDIUSBD12作为USB接口，实现终端与本地上位机的数据通信。采用的PDIUSBD12是USB接口芯片，它完全遵从USB1.1协议，支持3个USB端点，集成有串行接口引擎、FIFO存储器和电压调节器等。PDIUSBD12的数据线引脚DATA0-DATA7分别和主处理器SPCE061A的IOA0-IOA7引脚相连，PDIUSBD12的中断引脚和主处理器SPCE061A的IOB2引脚相连，PDIUSBD12的读写信号引脚RD_N、WR_N分别和主处理器SPCE061A的IOA9和IOA10引脚相连，PDIUSBD12的片选信号CS_N和主处理器SPCE061A的IOA14引脚相连，PDIUSBD12的A0引脚和主处理器SPCE061A的IOA8引脚相连。
4、GPRS接口电路
物联网智能温室大棚监控终端通过GPRS接口电路实现与远程上位机的无线连接。采用GTM 900-C 无线模块，它是一款两频段 GSM/GPRS 无线模块，支持标准的AT命令及增强AT命令，提供丰富的语音和数据业务等功能。GTM900-C模块通过一个支持RS232标准的DB9接口与主处理器扩展的DB9接口进行连接，即GTM900-C模块的2、3、5、7、8引脚分别和主处理器扩展的DB9的引脚3、2、5、8、7相连。而主处理器扩展的DB9的2、3、5、7、8引脚分别和主处理器扩展的RS232驱动芯片MAX232CP的8、7、15、13、14引脚相连，RS232驱动芯片MAX232CP的9、10、11、12引脚和主处理器SPCE061A的IOB7、IOB10、IOB8、IOB9引脚相连。
5、RFID读写模块电路
物联网智能温室大棚监控终端采用NRF2401A作为RFID读写接口，实现与IC卡或ID卡之间的通信，从而完成对人员信息的采集。本发明采用的NRF2401A是一款单片射频收发芯片，工作于2.4-2.5GHz ISM频段，芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，具有性能稳定、功耗低、设计方便等特点。NRF2401A的工作模式配置引脚PWR_UP、CE、CS分别和主处理器SPCE061A的IOA0、IOA1、IOA13引脚相连，NRF2401A的引脚DR2、CLK2、DATA2、DR1、CLK1、DATA分别和主处理器SPCE061A的IOA2、IOA3、IOA4、IOA6、IOA7、IOA12相连。
本实用新型装有16位处理器SPCE061A，晶振电路，复位电路以及E2PROM存储器。数据采集和控制电路通过USB或GPRS支持有线和无线数据传输。

Claims (1)

1.一种物联网智能温室大棚监控终端，其特征在于：是由主处理器电路、ZIGBEE模块电路、USB接口电路、GPRS接口电路和RFID读写模块电路组成；
a、主处理器电路采用SPCE061A的芯片：存储器E2PROM用于存储设置数据，用I2C总线接口存储器2408，通过I2C总线与主处理器SPCE061A相连，主处理器SPCE061A的IOB1引脚与2408的SCL引脚相连，主处理器SPCE061A的IOB0引脚与2408的SDA引脚相连；
b、ZIGBEE模块电路采用SP-MDCE17A： ZIGBEE无线通信模块直接通过SPI接口进行控制和数据传输，SP-MDCE17A模块的复位引脚RESETN与处理器SPCE061A的IOB11引脚相连，SP-MDCE17A模块的中断引脚INT与处理器SPCE061A的IOB3引脚相连，SP-MDCE17A模块的SPI片选引脚SEN、输入数据引脚SI、输出数据引脚SO、时钟引脚SCLK分别和主处理器SPCE061A的IOB12引脚、IOB13引脚、IOB14引脚、IOB15引脚相连，此外，主处理器SPCE061A的IOA15引脚和SP-MDCE17A模块的WAKE引脚相连；
c、USB接口电路采用PDIUSBD12：PDIUSBD12的数据线引脚DATA0-DATA7分别和主处理器SPCE061A的IOA0-IOA7引脚相连，PDIUSBD12的中断引脚和主处理器SPCE061A的IOB2引脚相连，PDIUSBD12的读写信号引脚RD_N、WR_N分别和主处理器SPCE061A的IOA9和IOA10引脚相连，PDIUSBD12的片选信号CS_N和主处理器SPCE061A的IOA14引脚相连，PDIUSBD12的A0引脚和主处理器SPCE061A的IOA8引脚相连；
d、GPRS接口电路采用GTM 900-C 无线模块：GTM900-C模块通过一个支持RS232标准的DB9接口与主处理器扩展的DB9接口进行连接，主处理器扩展的DB9的2、3、5、7、8引脚分别和主处理器扩展的RS232驱动芯片MAX232CP的8、7、15、13、14引脚相连，RS232驱动芯片MAX232CP的9、10、11、12引脚和主处理器SPCE061A的IOB7、IOB10、IOB8、IOB9引脚相连；
e、RFID读写模块电路采用NRF2401A：NRF2401A的工作模式配置引脚PWR_UP、CE、CS分别和主处理器SPCE061A的IOA0、IOA1、IOA13引脚相连，NRF2401A的引脚DR2、CLK2、DATA2、DR1、CLK1、DATA分别和主处理器SPCE061A的IOA2、IOA3、IOA4、IOA6、IOA7、IOA12相连。
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