CN210268737U - 一种低本高效的农业环境物联网监测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于物联网环境监测技术领域，公开了一种低本高效的农业环境物联网监测仪，设置有监测仪主板，监测仪主板固定在监测仪盒体内；电源转换电路、数据采集装置、通用感知接口、通信接口板均固定在监测仪主板上，并分别与监测仪主板电性连接；远程通信装置，通过插针固定在通信接口板的个性化插座上，与通信接口板电性连接；电池组固定在监测仪盒体外部，电池组通过导线穿过监测仪盒体壁与电源转换电路电性连接；通用感知接口的航空插头母头固定在监测仪盒体壁上，航空插头母头分别与传感器组的航空插头公头电性连接。可使农业环境物联网监测仪降本提效，更好地服务于农业生产。采用电池供电，扩大了仪器应用的场合，并且方便安装。

Description

一种低本高效的农业环境物联网监测仪

技术领域

本实用新型属于物联网环境监测技术领域，尤其涉及一种低本高效的农业环境物联网监测仪。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：在感知方面，集成安装了尽量多的传感器，例如专利农业物联网(CN201910076148.6)的传感器就包括二氧化碳传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第一湿度传感器、第二湿度传感器、光强检测器、PH值传感器和土壤EC计，还有智能水表和智能电表计10个；还有专利一种基于大数据的农业物联网***(承诺01811653499.0)，包括温度、湿度、二氧化碳、光照强度、加温温度、风速、风向、降雨、霜冻、风暴等监测项目计10个，其能耗和价格之高是不难想象的；在电源方面：多采用交流电或太阳能电源，例如专利：一种农业物联网***(CN201811470958.1)采用了太阳能光伏电源，又如专利：一种农业物联网用环境检测装置(CN201821506198.0)采用太阳能电源，还有专利：太阳能供电的土壤水势智能记录仪及其校正、使用方法(CN201811307571.4)等；在通信方面：目前多为GPRS或和3G/4G的无线通信，例如：一种基于无线数据传输平台的智能环境监测***(CN201910546822.2)采用了GSM和GPRS。

农业生产需要及时了解生物的生长环境变化，以便于进行合理调控，满足生物的生长发育的生理需求。这里的生物可以是农作物、果树、林木、食用菌、畜禽、水生动植物等。随着物联网技术的发展，农业生产环境智能化监测设备大量涌现，已经在农业生产中发挥了重要作用。但是在实际应用中也出现一些问题，技术进步的空间还很大。包括能耗较高需要交流电源或太阳能电源，给在野外和田间的安装使用带来难度；设备与云端的通信困难较大；设备价格过高农民难以接受，设备监测项目难以变动。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)电源问题：在野外和田间安装使用交流电源或太阳能电源能满足监测用电需求但是部署存在较大的难度，成本也很高；因感知、采集、传输持续耗电，使用电池供电的技术难度极大，采用者甚少；

(2)通信问题：在野外和田间监测设备与云端的通信受到制约困难较大，比如电信供应商的4G网络没有信号；

(3)监测项目与设备价格的矛盾：传感器种类很多、可以监测的环境项目也很多，但是农户同时需要的监测项目并不多，安装全部传感器势必提高设备的价格，固定几种传感器监测项目又难以变动，不能满足用户对于不同传感器的需要。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种低本高效的农业环境物联网监测仪。

本实用新型是这样实现的，一是通过传感器组及其通用感知接口设计来控制同时使用的传感器种类和数量在3个及其以内从而控制成本和电耗；二是通过节能设计采用电池组供电减免太阳能电源或交流电源的使用从而降低成本提高安装效率；三是通过可替换的通信模组接口电路，分别支持GPRS和NB-IoT的通信方式，提高设备的通信方式适应性。一种低本高效的农业环境物联网监测仪，低本高效的农业环境物联网监测仪设置有监测仪主板，监测仪主板固定在监测仪盒体内；

电源转换电路、数据采集装置、通用感知接口、通信接口板均固定在监测仪主板上，并分别与监测仪主板电性连接；

远程通信装置，通过插针固定在通信接口板的个性化插座上，与通信接口板的电性连接；

电池组，固定在监测仪盒体外部，电池组通过导线穿过监测仪盒体壁与电源转换电路电性连接；

通用感知接口的航空插头母头固定在监测仪盒体壁上，航空插头母头分别与传感器组的航空插头公头电性连接。

进一步，所述监测仪盒体外部固定有天线，天线的信线穿透监测仪盒体与通信电路板电性连接，设计体外天线可应对农业设施的遮挡阻隔提高通信的灵敏度减少通信的功耗。

进一步，所述通用感知接口包括多个接线端子和多个航空插头母头，航空插头母头通过导线与接线端子电性连接，便于方便地更换组合不同的传感器，完成不同的监测项目。

进一步，所述传感器组由1～3个传感器及其航空插头公头、导线组成，传感器通过导线与航空插头公头电性连接，航空插头公头与通用感知接口的航空插头母头相互对接实现可拆分和换位的电性连接，方便传感器的组合。

进一步，所述传感组包括空气温度传感器、土壤温度传感器、液体温度传感器、空气相对湿度传感器、土壤湿度传感器、二氧化碳浓度传感器、光照度传感器中1～3个的组合，这些传感器可完成不同的监测项目，不同传感器的组合可达到不同的监测目标，可满足农作物大部分环境监测的需要。

进一步，所述通信接口板包括通用插针、转换装置、通信接口印刷电路板、个性化插座；

通用插针、转换装置、个性化插座均固定在通信接口印刷电路板上，个性化插座可以满足不同电信运营商(***、中国电信、***)不同通信模块的插针连接的个性化需求，通用插针中每根针的功能、位置、顺序都已经固定，便于数据采集装置识别和使用，完成与不同型号通信模组的通信，转换装置完成个性化插座每条的电路与通用插针的对应，建立通信模块引脚信息的正确通道。

进一步，所述远程通信装置包括通信电路板、物联网卡槽及物联网卡、天线和通信模组、插针；

物联网卡槽及物联网卡、插针、通信模组和天线的一头都固定在通信电路板上，通信模组安装有某一电信供应商的通信协议和通信电路，物联网卡槽中放置对应电信供应商发行的物联网卡，以保证利用该电信供应商的远程网络进行通信。

进一步，所述电池组包括电池盒、高能可充电电池、导线、电源开关，电池组中多节电池组合可保证提供足够高的电压和足够多的电量。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：本实用新型可使农业环境物联网监测仪降本提效，更好地服务于农业生产。

1、采用电池供电，扩大了仪器应用的场合，并且方便安装：在很多农田中没有交流电源或者是没有220V的交流电源，采用交流电源的仪器就不能使用；还有不少农业生产场合太阳能电源也不能使用，例如没有光照的食用菌大棚、高秆农作物遮挡的近地表环境、太阳能板放不下的狭小空间等，都只适合应用电池供电的仪器。本方案的供电方式无需现场接驳电源线，开机即用，安装方便，还适合作为便携仪器巡回移动使用。

2、可替换传感器组改变感知的环境要素，可以减少耗电，延长电池使用时间：电池供电的明显缺点是电量有限，当电压下降到特定阈值时，便无法长期连续提供电能。本方案仅选择生产上急需、耗电较少的传感器组合，可显著减少电耗，保证电池电量能满足在一个生产季节内仪器持续地工作。

3、通过仪器组合可完成多个监测项目的采集：如果同时需要三种以上的监测项目，可以同时安装多套不同传感器组的仪器，分别采集多个监测项目。

4、通用通信接口板设计，提高仪器的远程通信能力：

(1)NB-IoT具有功耗低、覆盖广、流量小等优点，但在农村和野外普及还有待时日，本方案的通用通信接口板设计，可以做到暂时用GPRS，以后能替换为NB-IoT，延长了仪器的使用期。

(2)不同的电信运营商在不同地理区域的基站信号强弱差别很大，有的信号很好耗能少、有的信号较弱耗能高、有的信号很弱根本不能使用。不同电信运营商支持的通信装置从通信协议到硬件接口差别也很大。本方案的通用通信板设计，使得仪器不再捆绑到一个特定的电信运营商，可以根据仪器安装地点无线信号的情况选择最优的通信装置。既可以增强仪器的通信能力又比同时选用多家的通信装置可以降低仪器成本。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的低本高效的农业环境物联网监测仪的结构示意图。

图1中：1、监测仪主板；2、电源转换电路；3、数据采集装置；4、通用感知接口；5、传感器组；6、通信接口板；7、远程通信装置；8、监测仪盒体；9、电池组。

图2是本实用新型实施例提供的低本高效的农业环境物联网监测仪的通用感知接口电路示意图。

图2中：41A、41B、41C为3组插针，42A、42B、42C为3个航空插头母头。

图3是本实用新型实施例提供的低本高效的农业环境物联网监测仪的传感器组结构示意图。

图3中：51A、51B、51C为3个传感器，52A、52B、52C为3个航空插头公头，53A、53B、53C分别为连接导线。

图4是本实用新型实施例提供的低本高效的农业环境物联网监测仪的通用接口板结构示意图。

图4中：61-通用插针，62-转换装置，63-通信接口印刷电路板，64-个性化插座。

图5是本实用新型实施例提供的低本高效的农业环境物联网监测仪的远程通信装置结构示意图。

图5中：71-通信电路板、72-物联网卡槽及物联网卡、73-天线、74-通信模组、75-插针，其中虚线部分示意物联卡***了物联网卡槽。

图6是本实用新型实施例提供的低本高效的农业环境物联网监测仪的电池组结构示意图。

图6中：01-电池盒、92-高能可充电电池、93-导线、94-电源开关。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种低本高效的农业环境物联网监测仪，下面结合附图1至图6对本实用新型作详细的描述。

该低本高效的农业环境物联网监测仪是能替换传感器、兼容GPRS和NB-IoT、可采用电池供电，成本更低、效率更高的农业物联网环境监测仪。

通用感知接口4包括3个接线端子41A、41B、41C、3个航空插头母头42A、42B、42C，支持1～3路传感器接入；航空插头母头42A通过导线与接线端子41A电性连接，航空插头母头42B、航空插头母头42C类同；如果实际应用中有的航空插头没有接驳传感器，则需要按上三防堵头，通用感知接口4便于方便地更换组合不同的传感器，完成不同的监测项目。

所述传感器组5由1～3个传感器51A、51B、51C及其航空插头公头52A、52B、52C、导线53A、53B、53C组成，传感器51A通过导线53A、与航空插头公头52A电性连接，其余传感器类同。航空插头公头与通用感知接口的航空插头母头相互对接实现可拆分和换位的电性连接，方便传感器的组合，传感器的种类包括空气温度、土壤温度、液体温度、空气相对湿度、土壤湿度、二氧化碳浓度、光照度等，其中不同种类或相同种类的传感器组合形成不同监测项目的传感器组。传感器51A、51B、51C可以是不同种类的传感器，也可能是相同种类的传感器。传感器的数量可以是1～3个，这3个传感器可完成不同的监测项目，不同传感器组合可达到不同的监测目标，可满足农作物大部分环境监测的需要，如果组合中传感器太多则功耗会很大使得电池组电源不堪重负不能维持农作物生长期观测的需要。举例说明：组1：空气温度传感器；组2：空气温度传感器+土壤温度传感器；组3：空气温度传感器+空气湿度传感器；组4:土壤温度传感器+土壤湿度传感器；组5：空气温度传感器+空气湿度传感器+光照度传感器；组6：土壤温度传感器+土壤温度传感器+土壤温度传感器，等。

所述通信接口板6包括通用插针61、转换装置62、通信接口印刷电路板63、个性化插座64。通用插针61用于接驳监测仪主板1，个性化插座64用于接驳远程通信装置7；转换装置62用于进行通信信号的解译转换；通用插针61、转换装置62、个性化插座64均固定在通信接口印刷电路板63上，个性化插座64可以满足不同电信运营商(***、中国电信、***)不同通信模块的插针连接的个性化需求，通用插针61中每根针的功能、位置、顺序都已经固定，便于数据采集装置识别和使用，完成与不同型号通信模组的通信，转换装置完成个性化插座64每条的电路与通用插针61等每根针的对应，建立通信模块引脚信息的正确通道。

所述远程通信装置7包括通信电路板71、物联网卡槽及物联网卡72、天线73和通信模组74、插针75；物联网卡槽及物联网卡72、插针75、通信模组74和天线73的一头都固定在通信电路板71上，通信模组安装有某一电信供应商的通信协议和通信电路，物联网卡槽中放置对应电信供应商发行的物联网卡，以保证利用该电信供应商的远程网络进行通信。

所述电池组9包括电池盒91、高能可充电电池92、导线93、电源开关94，多节高能可充电电池92正负极相连，再通过电池盒91上的电路分别连接正负极的导线93和电源开94形成电源通路，电池盒盖起到保护和固定的作用，图6中示意了4节1.5V电池串联后可得到6V的电压，可以满足设备的电源需要，在不用时关掉电源开关可节省电力。

所述电源转换电路2数据采集装置3通用感知接口4通信接口板6均固定在监测仪主板1上，并分别与监测仪主板1电性连接；监测仪主板1固定在监测仪盒体8内，远程通信装置7以插针75固定在通信接口板6的个性化插座64上，同时实现与通信接口板6的电性连接，天线73固定在监测仪盒体8外部，其通信线穿透监测仪盒体8与通信电路板71电性连接；电池组9固定在监测仪盒体8外部，电池组9通过导线穿过监测仪盒体8壁与电源转换电路2电性连接；通用感知接口4的航空插头母头42A、42B、42C固定在监测仪盒体8壁上，航空插头母头42A、42B、42C伸出分别与传感器组5的航空插头公头52A、52B、52C电性连接。

远程通信装置7仅仅包括一种通信模组，例如某个电信运营商的GPRS模组，还可以是某家运营商的NB-IoT模组，还可以是LORA模组，选择了不同的通信模组也就选择了不同的通信方式。

电池组9的高能可充电电池92可以拆装，拆下后可以充电。其中天线73是远程通信装置7的一部分，但是需要延长伸出到监测仪盒体8外部；其中传感器组5的传感器51A、51B、51C按最大数量绘制了3个，实际也可以是1个或2个。

仪器工作时，先打开电源开关94，电流从高能可充电电池92流入电源转换电路2，经电源转换电路转换为不同的电压，分别提供给仪器的各个部件作为电源；数据采集装置3上电后，通过通用感知接口4指挥各路传感器分别采集环境数据；数据采集装置3对于环境数据加工处理后，通过通信接口板6通知远程通信装置7借助公共电信通信网络或专有通信网络与云端的上位机联络，传送环境数据到上位机，并可从上位机接受指令调整数据采集的工作，采集之余仪器节电休眠。由于采用了有种类和数量限制的传感器通过优选的公共通信网络和有控制的通信活动来进行农业生产环境数据的采集，保证了本方案仪器较低能耗、较低成本、较高效能的运行。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种低本高效的农业环境物联网监测仪，其特征在于，所述低本高效的农业环境物联网监测仪设置有监测仪主板，监测仪主板固定在监测仪盒体内；

电源转换电路、数据采集装置、通用感知接口、通信接口板均固定在监测仪主板上，并分别与监测仪主板电性连接；

远程通信装置，通过插针固定在通信接口板的个性化插座上，与通信接口板的电性连接；

电池组，固定在监测仪盒体外部，电池组通过导线穿过监测仪盒体壁与电源转换电路电性连接；

通用感知接口的航空插头母头固定在监测仪盒体壁上，航空插头母头分别与传感器组的航空插头公头电性连接。

2.如权利要求1所述低本高效的农业环境物联网监测仪，其特征在于，所述监测仪盒体外部固定有天线，天线的信线穿透监测仪盒体与通信电路板电性连接。

3.如权利要求1所述低本高效的农业环境物联网监测仪，其特征在于，所述通用感知接口包括多个接线端子和多个航空插头母头，航空插头母头通过导线与接线端子电性连接。

4.如权利要求1所述低本高效的农业环境物联网监测仪，其特征在于，所述传感器组由1～3个传感器及其航空插头公头、导线组成，传感器通过导线与航空插头公头电性连接。

5.如权利要求1所述低本高效的农业环境物联网监测仪，其特征在于，所述传感器组包括空气温度传感器、土壤温度传感器、液体温度传感器、空气相对湿度传感器、土壤湿度传感器、二氧化碳浓度传感器、光照度传感器。

6.如权利要求1所述低本高效的农业环境物联网监测仪，其特征在于，所述通信接口板包括通用插针、转换装置、通信接口印刷电路板、个性化插座；

通用插针、转换装置、个性化插座均固定在通信接口印刷电路板上。

7.如权利要求1所述低本高效的农业环境物联网监测仪，其特征在于，所述远程通信装置包括通信电路板、物联网卡槽及物联网卡、天线和通信模组、插针；

物联网卡槽及物联网卡、插针、通信模组和天线的一头都固定在通信电路板上。

8.如权利要求1所述低本高效的农业环境物联网监测仪，其特征在于，所述电池组包括电池盒、高能可充电电池、导线、电源开关。

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