CN206790529U - 一种物联网监控*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种物联网监控***。该物联网监控***包括控制网关、通信适配器、控制器、传感器、电气开关等设备，这些设备采用相同或相似的电路设计，具有多种相互通信的通信接口，如有线通信接口和无线通信接口，能够满足这些设备相互之间的通信互联，以及将传感器采集的数据能够进行共享及接入互联网，实现更大范围的数据采集和操作控制。另外，这些设备还有多种供电方式，低功耗设计，采用相同或相似的结构设计、统一的通信协议和地址编配，增强了这些设备的通用性，降低了整个***的成本，尤其适用于农业物联网领域。

Description

一种物联网监控***

技术领域

本实用新型涉及物联网领域，特别是涉及一种用于农业的物联网监控***。

背景技术

在物联网领域，特别是农业物联网领域，需要在农田里布置多种传感器，例如包括土壤墒情传感器、温湿传感器、光照传感器、二氧化碳传感器等。这些传感器采集的数据既需要在本地进行显示监控，例如对一个农作物大棚内的数据进行显示监控，也需要能够在更广的范围内被调用监测，例如对一个农业基地的所有农作物大棚的监测数据进行调用，以及实现对多个农业基地的任何一个农作物大棚的监测数据都能够进行调用。

一般而言，这些传感器采集的数据就近传输给通信适配器，通信适配器再接入控制网关，控制网关还可以接入计算机互联网，由此实现多层级的、广域范围的组网互联。

现有技术中存在以下问题：一是通用性不强，就是上述通信适配器和控制网关如果在结构上、接口上和电路组成上没有进行统一设计，各自采用不同的设计方案、电路组成或通信协议，则带来了高的制造成本、兼容性不强、维护使用不方便的问题；二是通信接口单一，这些物联网设备应用的野外环境差别很大，有的地方已经铺设有线线路则便于有线通信互联，而有的地方没有有线线路，则需要通过无线通信互联，通信接口单一造成了适用性不强，不能满足多种条件下都能适用的需求；三是供电方式单一，这些设备要能够适应交流、直流、太阳能、风力等多种供电方式，并且具有供电输出能力以及就近提供数据采集和监控能力。

因此，有必要提供一种适用于农业的物联网***，使得该***内的物联网设备具有通用性强、相互之间能够通信互联实现数据共享、功耗低等技术优势。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种物联网监控***，解决***内的物联网设备类型多且通用性不强、互联接口单一、供电选择较少以及输出控制能力不足等问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种物联网监控***，包括控制网关、通信适配器、控制器、传感器和电气开关，所述控制网关与通信适配器通信互联，所述通信适配器与所述控制器、所述传感器和/或电气开关通信互联，所述控制网关、通信适配器、控制器具有相同的核心处理器，所述控制网关、适配器和控制器均设置有用于相互之间通信互联的有线通信接口和/或无线通信接口。

在本实用新型物联网监控***的另一个实施例中，所述控制器和所述控制网关具有相同的电路硬件平台，所述控制网关还包括广域接入通信接口。

在本实用新型物联网监控***的另一个实施例中，所述控制网关和所述控制器均还包括控制接口。

在本实用新型物联网监控***的另一个实施例中，所述控制网关和控制器的电源输入包括直流电源和蓄电池，还包括对外供电输出接口以及注册按键、复位按键。

在本实用新型物联网监控***的另一个实施例中，所述有线通信接口包括CAN总线接口和/或RS-485接口，所述无线通信接口包括LoRa接口，所述广域接入通信接口包括移动通信接口、有线LAN口和/或无线WiFi接口。

在本实用新型物联网监控***的另一个实施例中，所述通信适配器设置有与所述传感器、电气开关互联的I²C总线接口。

在本实用新型物联网监控***的另一个实施例中，所述通信适配器设置有用于对外输出控制的继电器。

在本实用新型物联网监控***的另一个实施例中，所述通信适配器设置有二氧化碳传感器。

在本实用新型物联网监控***的另一个实施例中，所述传感器的供电方式包括由所述通信适配器或控制器供电、光伏供电、电池供电和/或储能电容供电。

在本实用新型物联网监控***的另一个实施例中，所述传感器包括温湿度传感器、光照传感器、土温传感器、水温传感器、土壤墒情传感器、二氧化碳传感器。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的物联网监控***包括控制网关、通信适配器、控制器、传感器、电气开关等设备，这些设备采用相同或相似的电路设计，具有多种相互通信的通信接口，如有线通信接口和无线通信接口，能够满足这些设备相互之间的通信互联，以及将传感器采集的数据能够进行共享及接入互联网，实现更大范围的数据采集和操作控制。另外，这些设备还有多种供电方式、低功耗设计，采用相同或相似的结构设计、统一的通信协议和地址编配，增强了这些设备的通用性，降低了整个***的成本，尤其适用于农业物联网领域。

附图说明

图1是本实用新型物联网监控***一实施例的***组成图；

图2是本实用新型物联网监控***一实施例中控制网关的组成框图；

图3是本实用新型物联网监控***另一实施例中通信适配器的组成框图；

图4是本实用新型物联网监控***另一实施例中控制网关的外壳结构示意图；

图5是本实用新型物联网监控***另一实施例中通信适配器的外壳结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。

下面结合附图，对本实用新型的各实施例进行详细说明。

图1是本实用新型物联网监控***一实施例的***组成图。由图1可以看出，其中通信适配器131与控制器121、传感器111、电气开关112互联，由此通信适配器131接收来自控制器121、传感器111的数据，以及实现对控制器121、传感器111和电气开关112的控制，例如对传感器111进行数据读写操作，以及对电气开关112的闭合或开启进行控制。

这里的传感器111包括土壤墒情传感器、温湿传感器、光照传感器、二氧化碳传感器等。传感器111具有多种接口，包括有线接口和无线接口，有线接口有RS-485接口、CAN接口、I²C接口，无线接口有LoRa无线接口。这些传感器111的供电方式也有多种选择，包括太阳能光伏供电、超级电容供电、电池供电等。为了便于传感器111与通信适配器131互联互通，提供一键操作功能，在这些传感器111上设置有注册按键、复位按键。当把该传感器111加电与通信适配器131相连接后，按注册按键后，实现该传感器111自动在通信适配器131完成注册登记，这是基于传感器111和通信适配器131的互联通信协议实现的自动注册登记。当传感器111出现不稳定工作状态时，可以通过按复位键使传感器111得以复位重新开始工作。

控制器121能够实现各种控制功能，具有和控制网关21相同的硬件平台，后续会有进一步说明。控制器121可以接入通信适配器131，由通信适配器131采集接收控制器121的工作状态以及实现对控制器121的操控。

电气开关112主要是对其连接的阀门对大功耗、强电流等设备进行控制。例如，当土壤墒情传感器向通信适配器131传递数据表明土壤水分不足时，通信适配器131就可以启动控制与灌溉阀门相关的电气开关112打开该灌溉阀门进行浇水灌溉，当土壤水分满足要求后，通信适配器131再控制电气开关112关闭有关灌溉阀门。电气开关112的类型有单路开关和双路开关两种，工作电流可达10安培，并且是采用磁保持继电器，有利于降低功耗。电气开关112也具有多种接口类型，如RS-485接口电气开关、PLC电气开关、LoRa电气开关，方便了电气开关与控制器121的接口连接，增强的在不同应用条件下的适用性。为了便于电气开关112与通信适配器131互联互通，也提供一键操作功能，在电气开关112上设置有注册按键、复位按键，这与上述传感器111上的注册按键、复位按键功能相同，不再赘述。另外，电气开关112还有过流保护功能，内置工作状态指示灯。

由图1进一步看出，通信适配器131之间，以及又与上一级控制网关141相连，形成一个金字塔型的分层结构。并且，进一步的，控制网关141、通信适配器131、控制器121具有相同的核心处理器，并且，控制网关141、通信适配器131和控制器121均设置有用于相互之间通信互联的有线通信接口和/或无线通信接口，也就是说控制网关141、通信适配器131和控制器121之间可以任意两两之间进行通信互联，主要是基于网络寻址的方式建立通信连接和互通信息。上述三种物网联网设备采用相同的核心处理器，可以使得***的接口电路也相同或类似，并且可以采用相同的通信网络协议，统一对这三种物联网设备进行地址配置，便于这些设备之间的组网互通。设置多种有线通信接口和/或无线通信接口，也使得这些物联网设备在不同的应用条件下均可以采用其中的某种接口进行互通，增强了这些设备相互之间的组网能力和环境适应性。因此，在本实用新型物联网监控***实施例中，这些物联网设备相互能够通信互联，实现数据共享，能实现数量众多的设备之间构成一体化的控制监测网，控制监测范围能够达到7千米的距离以上。以下还将对上述物联网设备的优选实施例进行具体说明。

因此，在图1所示的物联网***中，控制器121、传感器111和电气开关112构成了该***中最底层的控制设备、数据采集设备和电气开关设备，并且一个通信适配器131可以连接多个控制器121、传感器111和电气开关112，实现对多种监测信息的采集和多个运行设备的控制。而通信适配器131、控制网关141之间的组网互通具有很强的灵活性和鲁棒性，能够实现相互之间的数据共享。这种***可以进行大范围布设，扩展能力强，并且有多种通信接口，对环境的适应性也强。

图2是本实用新型物联网监控***一实施例中的控制网关的组成框图。图2中，该控制网关21的组成包括核心处理器211，与核心处理器211相连的有通信接口，包括有线通信接口和/或无线通信接口。对于核心处理器211，通常是采用集成的功能接口较多且可以安装通信网络协议的单片CPU或者是ARM处理器，该核心处理器211还可以工作在低功耗模式下，以降低该控制网关21的功耗。进一步具体而言，图2中的有线通信接口包括CAN总线接口2121、RS-485接口2122，无线通信接口包括LoRa接口2123。并且，CAN总线接口2121、RS-485接口2122、LoRa接口2123还分别进一步包括各自独立的接口电路以及与接口电路电连接的接口连接器，而这些接口连接器通常是独立设置在控制网关21的外壳上。当选择使用其中的某一种接口进行通信互连时，只需通过该接口对应的接口连接器上接插通信模块、通信线缆或通信天线即可。这样，控制网关21可以通过检测接口连接器的连接情况而选择使用不同的通信接口，达到了适用范围的广泛性和接口选择使用上的灵活性的双重目的。

优选的，CAN总线接口2121、RS-485接口2122在作为通信接口的同时还可以对外提供电源。因此，与就近需要提供电源的设备进行通信互联时，可以为这些设备进行供电，例如连接各类低成本的传感器，如土壤墒情传感器、温湿传感器、光照传感器、二氧化碳传感器等，既可以与这些传感器互通信息也可以满足它们的供电需求。当然，利用CAN总线接口2121、RS-485接口2122，控制网关21也可以与具有相同接口类型的通信适配器、控制器之间进行有线通信。

对于LoRa接口2123，这是一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的***，进而扩展传感网络。因此具有远距离、低功耗(电池使用寿命长)、多节点、低成本的特性，也方便在一些不适宜进行有线通信的场合使用。LoRa接口2123对应的接口连接器支持热插拔使用方式，方便接入使用。

以上这些通信接口都属于控制网关21的局域性接口，满足在近距离范围内，控制网关与通信适配器、控制器以及传感器之间的信息互通。

优选的，与核心处理器211相连的还有广域接入通信接口，在图2中，广域接入通信接口具体而言包括移动通信接口2131，以及有线LAN口2132、无线WiFi接口2133。其中，移动通信接口2131是以移动通信模块的方式能够将控制网关21接入到移动通信网中，实现移动数据传输，例如GPRS数据、CDMA数据等。而有线LAN口2132、无线WiFi接口2133则将控制网关21接入计算机互联网中。LAN口2132和无线WiFi接口2133对应的接口连接器可以采用可热插拔的接口连接器，如标准的RJ-45接口连接器。因此，这些广域接入通信接口可以将控制网关21接入到广域网中，能够对控制网关21下属的通信适配器、控制器及传感器的各类监控信息通过广域接入通信接口接入到广域网中，实现远程监控和数据调用共享。

优选的，与核心处理器211相连的还有控制接口，在图2中，控制接口具体而言包括控制输入接口2141和控制输出接口2142。其中，控制输入接口2141可以作为人机交互接口，例如作为矩阵键盘接口，通过外部连接普通键盘或者专用键盘，向核心处理器211在线输入控制数据，这样可以不在PC机参与的情况下，实现对控制网关21的设置操作。优选的，控制输入接口2141是一个8路输入接口，每一路输入都可通过电平(如3.3V)的变化来识别输入信息。控制输出接口2142主要作为对继电器或开关类设备进行控制，例如对电机、风机、加热器、水泵的开关机动作进行控制。优选的，控制输出接口2142是一个16路的输出接口，每一路输出接口都可对DC24V/1A的设备进行控制。进一步优选的，对于每一路输出接口还对应一个指示灯，当该指示灯点亮时，表明该路输出接口对外进行了输出控制，否则，该指示灯不亮时，表明该路输出接口对外没有进行输出控制。另外，控制输出接口2142输出控制的开关类设备还可以将工作的状态信息通过控制输入接口2141返回输入到核心处理器211，可以实现对外部开关类设备的工作情况进行闭环监控，并且还可以进一步通过移动通信接口2131、有线LAN口2132、无线WiFi接口2133进一步将对开关类设备的监控信息进行远传或者接受远程控制实现对这些开关类设备的操控。

优选的，控制网关21在电源输入方面有两种方式，一种方式是外接直流电源2151供电，如24V/2A的直流电源供电，另外一种方式是内置有蓄电池2152(如CR1220纽扣电池)供电，当外接的直流电源断电时可以直接由蓄电池供电。另外，控制网关21还可以设置有对外供电输出接口2153，例如可以提供24V/1A的直流电源输出。

优选的，控制网关21也设置有注册按键、复位按键，可以实现对控制网关的入网注册和复位的一键快捷操作，这与上述传感器111上的注册按键、复位按键功能相似，不再赘述。

由此可以看出，控制网关21通过设置多种通信接口，既可以满足在近距离范围内与其他物联网设备进行信息互联，还可以在广域范围内接入移动通信网和计算机互联网，实现远程数据共享和设备操控。并且，控制网关还具有输入输出控制接口，便于接入人机交互设备(如键盘、显示器)，实现对控制网关的参数设置，以及还可以对外部设备进行输出操控。输入供电方式有多种选择，还可以对外输出供电。因此，控制网关21在通用性、多功能性、多种条件下的适用性、使用方便性等方面都具有明显优势。

以上图2是对控制网关的结构组成一个优选实施例，本实用新型物联网监控***中的控制器也采用与图2相同的硬件平台，与控制网关的主要区别在于向其中的核心处理器加载的程序不同，以及使用的侧重点不同。在作为控制器使用时，主要是利用其中的局域性接口实现与通信适配器的互联，以及利用控制输入接口和控制输出接口实现对外部电机、风机、加热器、水泵的开关机动作进行控制。而作为控制网关使用时，主要是利用其中的广域接入通信接口接入广域网，以及利用局域性接口与通信适配器、控制器互联。

因此，控制网关与控制器采用了相同的硬件平台结构，即二者采用了通用性的硬件平台，以软件程序的不同和接口使用的不同而加以区分，这样有利于降低整个物联网监控***的成本，提高其标准化程度。

图3是本实用新型物联网监控***一实施例中的通信适配器的组成框图。图3中，该通信适配器31采用了和图2中的控制网关21类似的硬件平台组成结构，其中的核心处理器311、CAN总线接口3121、RS-485接口3122、LoRa接口3123与图2对应的核心处理211、CAN总线接口2121、RS-485接口2122、LoRa接口2123具有相似的功能作用，不再赘述。

图3与图2相比的主要区别在于：图3中的广域接入通信接口只有移动通信接口3131，该移动通信接口3131主要用于控制网关与通信适配器31的通信互联，满足远距离条件下通信适配器31接入控制网关的问题。而通过CAN总线接口3121、RS-485接口3122、LoRa接口3123也可以实现控制网关与通信适配器31的通信互联，满足近距离条件下通信适配器31接入控制网关的问题。当然，CAN总线接口3121、RS-485接口3122、LoRa接口3123也可以实现不同的通信适配器之间、通信适配器与控制器之间的通信互联，并且，CAN总线接口3121、RS-485接口3122还可以对外提供电源输出。

图3中的核心处理器311通过I²C总线接口3124与外部传感器相连，外部传感器包括土壤墒情传感器、温湿传感器、光照传感器等。并且，通过I²C总线接口3124还可以向外部传感器提供供电电源，解决外部传感器的供电问题，以及降低传感器的制造成本。

进一步的，通信适配器31的供电采用两种方式，一种是交流供电，设置有交流供电模块3151，如满足220V/0.5A的交流供电，另外一种方式是内置有蓄电池3152(如7号电池组)供电，当外接的交流电源断电时可以直接由蓄电池供电。另外，通信适配器31还可以设置有用于对外供电输出的电源转换模块3153，例如电源转换模块3153可以是提供5V转24V的开关电源模块，对外输出24V直流电。

优选的，通信适配器31中设置有与核心处理311相连的继电器3142，为了降低功耗，继电器优选为磁保持继电器。该磁保持继电器可以设置为两路，用于对外部的电机的正转及反转进行控制，例如对农业大棚里的卷帘、风机、水泵、电加热等方面使用的电机进行控制使用。因此，通信适配器31也具有对外控制输出的功能。

优选的，通信适配器31中设置有与核心处理器311相连的二氧化碳传感器继3161，该二氧化碳传感器继3161可以设置为可以热插拔的结构，例如通过可插拔的连接器与核心处理器311电连接。

同样，通信适配器31也设置有复位键、注册键，可以实现对通信适配器的入网注册和复位的一键快捷操作，这与上述传感器111上的注册按键、复位按键功能相似，不再赘述。

进一步的，图2所示的控制网关实施例与图3所示的通信适配器实施例在硬件平台结构组成上也有较大的相似性，并且核心处理器可以采用相同的处理器。因此，在本实用新型物联网监控***中可以采用统一的通信网络协议，对控制网关、通信适配器、控制器以及传感器等进行统一的网络地址编配，大大提高了整个***的标准化程度和通用性，有利于降低成本。

图4是本实用新型物联网监控***另一实施例中控制网关的外壳结构示意图。该外壳还可以作为控制器的外壳。

在图4中，该控制网关41的外壳有四个工作状态指示灯411，可以通过不同颜色的指示灯的明灭来表示控制网关41的工作状态。还有复位按键412，控制网关41加电工作时，按下该复位键412可以对控制网关41进行复位操作。控制网关41的外壳的一个侧面设置有8路控制输入接口413和16路控制输出接口414，以及在外壳的正面有与16路网关输出接口414中的每一路接口一一对应的接口指示灯415。另外，控制网关41的外壳的另一个侧面设置有一个广域接入通信接口，作为移动通信接口、有线LAN口2132和无线WiFi接口的共用接口，还有一个24V电源接口。另外，该外壳还可以作为控制器的外壳，在外壳的侧面还设置有RS-485接口、LoRa接口。

图5是本实用新型物联网监控***另一实施例中通信适配器的外壳结构示意图。在图5中，该通信适配器42的外壳有两个工作状态指示灯421，一个是入网状态指示灯，一个是配制状态指示灯。还有复位按键485，通信适配器42加电工作时，按下该复位键422可以对通信适配器42进行复位操作。还设置两个长方形的开口423，作为进入该外壳空气流通通道，用于内部二氧化碳传感器检测二氧化碳的浓度。在该外壳的一侧还设置有8路接口424和16路接口425，其中8路接口424中包括6个控制接口和交流220电源接入口，16路接口425则包括CAN总线接口、RS-485接口、I²C总线接口以及对外输出的24V直流电输出接口。

由此可见，本实用新型提供的物联网监控***包括控制网关、通信适配器、控制器、传感器、电气开关等设备，这些设备采用相同或相似的电路设计，具有多种相互通信的通信接口，如有线通信接口和无线通信接口，能够满足这些设备相互之间的通信互联，以及将传感器采集的数据能够进行共享及接入互联网，实现更大范围的数据采集和操作控制。这些设备还采用相同或相似的结构设计、统一的通信协议和地址编配，增强了这些设备的通用性，降低了整个***的成本。

以上该仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种物联网监控***，包括控制网关、通信适配器、控制器、传感器和电气开关，所述控制网关与通信适配器通信互联，所述通信适配器与所述控制器、所述传感器和/或电气开关通信互联，其特征在于，所述控制网关、通信适配器、控制器具有相同的核心处理器，所述控制网关、适配器和控制器均设置有用于相互之间通信互联的有线通信接口和/或无线通信接口。

2.根据权利要求1所述的物联网监控***，其特征在于，所述控制器和所述控制网关具有相同的硬件平台，所述控制网关还包括广域接入通信接口。

3.根据权利要求2所述的物联网监控***，其特征在于，所述控制网关和所述控制器均还包括控制接口。

4.根据权利要求3所述的物联网监控***，其特征在于，所述控制网关和所述控制器的电源输入包括直流电源和蓄电池，还包括对外供电输出接口以及注册按键、复位按键。

5.根据权利要求2至4任一所述的物联网监控***，其特征在于，所述有线通信接口包括CAN总线接口和/或RS-485接口，所述无线通信接口包括LoRa接口，所述广域接入通信接口包括移动通信接口、有线LAN口和/或无线WiFi接口。

6.根据权利要求5所述的物联网监控***，其特征在于，所述通信适配器设置有与所述传感器、电气开关互联的I²C总线接口。

7.根据权利要求6所述的物联网监控***，其特征在于，所述通信适配器设置有用于对外输出控制的继电器。

8.根据权利要求7所述的物联网监控***，其特征在于，所述通信适配器设置有二氧化碳传感器。

9.根据权利要求8所述的物联网监控***，其特征在于，所述传感器的供电方式包括由所述通信适配器供电、光伏供电、电池供电和/或储能电容供电。

10.根据权利要求8所述的物联网监控***，其特征在于，所述传感器包括温湿度传感器、光照传感器、土温传感器、水温传感器、土壤墒情传感器、二氧化碳传感器。