適用于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)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(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種適用于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的多源傳感信息采集與控制一體化通用裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是指通過農(nóng)業(yè)信息感知設(shè)備，按照約定協(xié)議，把農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中動植物生命體、環(huán)境要素、生產(chǎn)工具等物理部件和各種虛擬“物件”與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)對農(nóng)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(wǎng)絡(luò)。農(nóng)業(yè)是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理、服務(wù)全產(chǎn)業(yè)鏈的深度融合，對改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)、提升農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平具有重要意義。
[0003]農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，就行業(yè)來說包括設(shè)施農(nóng)業(yè)、大田種植、水產(chǎn)養(yǎng)殖、畜禽養(yǎng)殖、以及農(nóng)產(chǎn)品溯源等?？梢哉f其應(yīng)用主要集中在農(nóng)業(yè)種、養(yǎng)殖生產(chǎn)過程全程信息化記錄與自動化控制。
[0004]物聯(lián)網(wǎng)主要由三個層面構(gòu)成:感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。目前，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用大部分集中在信息感知、數(shù)據(jù)傳輸和監(jiān)測環(huán)節(jié)，終端的智能控制應(yīng)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(gòu)，有感知無決策、有決策無控制的單環(huán)節(jié)應(yīng)用比較普遍。要實現(xiàn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的高級應(yīng)用(智能監(jiān)控)，就必須構(gòu)建“感知-決策-控制”閉環(huán)體系。而其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)即多種傳感器信息的采集、數(shù)據(jù)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(shè)備等。現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)信息化設(shè)備的大部分是傳感器的采集、存儲、傳輸，無法完成物聯(lián)網(wǎng)的閉環(huán)控制；或者通過構(gòu)建功能更加強大的PLC系統(tǒng)實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)場電氣的設(shè)備控制，但系統(tǒng)整體成本昂貴、一旦應(yīng)用場景或者掛接的采集執(zhí)行設(shè)備有變化就需要重新設(shè)計控制器，擴展性差、不適合農(nóng)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(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用存在的上述問題，分析總結(jié)農(nóng)業(yè)現(xiàn)場常用的采集傳感器設(shè)備、執(zhí)行設(shè)備的通用特點，提出一種集感知、決策控制一體的適用于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)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(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0008]—種適用于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(qū)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(qū)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(shù)據(jù)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(guān)穩(wěn)壓器實現(xiàn)直流24V到3.3V直流輸出的轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)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(guān)穩(wěn)壓器、5V開關(guān)穩(wěn)壓器提供3種電源供應(yīng)，分別是直流24V、12V、5V，實現(xiàn)相應(yīng)電源轉(zhuǎn)換；RS_485通信供電單元提供RS-485通信芯片通信總線側(cè)隔離電源的供應(yīng)；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(yīng)。
[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(shù)字量型信號三種類型的傳感器，實現(xiàn)電流型、電壓型、數(shù)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(wǎng)絡(luò)、濾波保護電路、AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器、RS-485通信芯片，取樣電阻、電阻分壓網(wǎng)絡(luò)均通過濾波保護電路接入AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器，AD模數(shù)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換成電壓信號，再將此電壓信號經(jīng)濾波保護電路濾波去耦后接入AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)模擬信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字信號，微控制器MCU再通過IIC總線讀取AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換數(shù)值；電阻分壓網(wǎng)絡(luò)用于在接入電壓信號時，將電壓信號分壓在AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)，再將分壓信號經(jīng)濾波保護電路濾波去耦后接入AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器，微控制器MCU再通過IIC總線讀取AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換數(shù)值；RS-485通信芯片用于在采集數(shù)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(zhuǎn)換數(shù)值。
[0012]按上述方案，所述反饋控制單元包括繼電器驅(qū)動單元和反饋檢測單元兩部分，繼電器驅(qū)動單元用于驅(qū)動外部電氣柜里的中間繼電器、交流接觸器，從而實現(xiàn)對外部兩相或三相設(shè)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(shè)備的運行狀況；繼電器驅(qū)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(guān)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(dāng)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(dǎo)通，光敏元件受到光照后，光敏三極管導(dǎo)通，經(jīng)過施密特觸發(fā)器⑶40106反向輸出高電平，驅(qū)動開關(guān)管NUD3160導(dǎo)通，觸發(fā)G5NB繼電器線圈回路導(dǎo)通，繼電器線圈產(chǎn)生磁場，觸使G5NB繼電器常開觸點閉合，驅(qū)動外部中間繼電器、接觸器回路導(dǎo)通；當(dāng)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(jīng)過施密特觸發(fā)器⑶40106反向輸出低電平，開關(guān)管NUD3160截止，G5NB繼電器線圈回路不導(dǎo)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(dǎo)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(diào)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(xiàn)地端其他采用同樣通信模式的設(shè)備進行組網(wǎng)、信息交互；遠程無線通信模塊選用GSM通信網(wǎng)絡(luò)的GPRS通信模塊，用于本裝置與監(jiān)控中心服務(wù)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(shè)備通信；外部仿真器或程序下載器通過JTAG調(diào)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(qū)動LED亮滅，以此來動態(tài)指示控制設(shè)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(nèi)核ARM 32位處理器。
[0018]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:
[0019]1、本裝置采用嵌入式電子器件實現(xiàn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場應(yīng)用，其功能包括多源傳感信息采集、數(shù)據(jù)存儲、人機交互顯示、無線