一种农田环境数据采集控制装置的制作方法

1.本技术涉及一种采集控制装置，尤其涉及一种农田环境数据采集控制装置，属于智能控制领域。


背景技术：

2.农田环境监测站点多设置于田间、地头等野外，因地处偏僻不便于采用有线电源及有线通信设备，所以多采用太阳能发电或风光互补发电，在电池容量有限的条件下，遇到连续阴雨天气时，往往因发电量不足，电池电量耗尽而导致整个环境监测站点掉线。现有方案普遍采用独立的太阳能发电控制器做为供电设备。环境监测站点的数采、监控、网络等所有用电设备电源并联在一起取电。一旦太阳能控制器因欠压、过载等触发保护时，所有设也将处于断电状态，导致整站掉线。
3.因此，亟待提出一种农田环境数据采集控制装置，以解决上述技术问题。


技术实现要素：

4.在下文中给出了关于本实用新型的简要概述，以便提供关于本实用新型的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图确定本实用新型的关键或重要部分，也不是意图限定本实用新型的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
5.鉴于此，为解决现有技术中存在的环境监测站点因电力不足导致整站掉线的问题，本实用新型提供了一种农田环境数据采集控制装置，包括控制单元、电源输出控制电路、电源输入接口和电压电量计算电路；所述控制单元的输出端连接所述电源输出控制电路的控制输入端；所述电压电量计算电路的输入端连接所述的电源输入接口，所述控制单元的输入端连接所述电压电量计算电路的输出端；所述控制单元实时监测由所述的电压电量计算电路计算出的所述电源输入接口输入的电压；所述电源输出控制电路用于控制电源输出，所述电源输入接口用于给装置供电。
6.优选的，还包括四路可控电源输出接口、多路数据采集接口、485通讯接口、有线以太网接口和人机界面触屏接口；所述四路可控电源输出接口用于给其他用电设备供电，所述多路数据采集接口和所述485通讯接口用于获取环境传感器采集到的环境数据；所述有线以太网接口用于将采集到的数据上传到云端服务器；所述人机界面触屏接口用于连接人机交互设备。
7.优选的，还包括光电隔离电路；所述光电隔离电路通过继电器连接四路可控电源输出接口。
8.优选的，所述控制单元为stm32单片机。
9.优选的，所述电压电量计算电路包括ltc2943芯片和50mω采样电阻。
10.优选的，所述光电隔离电路包括el357光电耦合器和限流电阻。
11.优选的，所述电源输出控制电路包括线圈驱动三极管、续流二极管、限流电阻、继
电器和自恢复保险。
12.本实用新型的有益效果如下：本装置可根据自身采集到的光、雨、风、温湿度等环境数据，结合当前电源的供电情况，动态的管理整个环境监测站的用电设备，在发电量不足且电源电量过低时，及时关闭部分高耗电设备，在供电条件改善后再启动被关闭的设备电源。可以优先保证数据采集或视频监控的供电。解决了环境监测站点因电力不足导致整站掉线的问题。使数据损失最小化，电源利用最大化。提高了整个系统的稳定性、数据完整性，降低了站点的掉线率。而且，本装置将环境数据采集和设备电源管理有机结合，形成一体化采集控制装置。环境数据直接用作电源管理参数，免去了数据二次的传输，实时性更高。用电设备更加精简，减少了不必要的用电开销。
13.通过以下结合附图对本实用新型的最佳实施例的详细说明，本发明的这些以及其他优点将更加明显。
附图说明
14.本实用新型可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本发明的优选实施例和解释本发明的原理和优点。在附图中：
15.图1为本实施例所述的装置结构示意图；
16.图2为本实施例所述的装置输入输出接口示意图；
17.图3为本实施例所述的电压电量计算电路示意图；
18.图4为本实施例所述的主控芯片电路示意图；
19.图5为本实施例所述的光电隔离电路示意图；
20.图6为本实施例所述的电源输出控制电路和电源输出接口连接示意图。
具体实施方式
21.为了使本技术实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本技术的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
22.实施例、参照图1
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6，说明本实施例，本实施例的一种农田环境数据采集控制装置，包括控制单元、电源输出控制电路和电压电量计算电路；包括控制单元、电源输出控制电路、电源输入接口和电压电量计算电路；所述控制单元的输出端连接所述电源输出控制电路的控制输入端；所述电压电量计算电路的输入端连接所述的电源输入接口，所述控制单元的输入端连接所述电压电量计算电路的输出端；所述控制单元实时监测由所述的电压电量计算电路计算出的所述电源输入接口输入的电压；所述电源输出控制电路用于控制电源输出，所述电源输入接口用于给装置供电，所述电源输入接口用于给电源输出端供电。
23.其中，所述控制单元为单片机，具体为一片意法半导体的stm32单片机作为主控芯片。参照图4。
24.其中，主控芯片内嵌4g无线通信模块，装置直接与云端服务器无线连接，在关闭站
内其他网络设备供电时不影响环境数据上传及服务器对装置的远程控制。
25.其中，所述电压电量计算电路包括ltc2943芯片(u2)和50mω采样电阻(rsense)，ltc2943电池电量计芯片通过rsense采样电阻采样，计算出电池电压、电流、放电量等数据并通iic总线与控制单元(主控芯片)通讯。主控芯片通过iic总线读取当前电池电压、电流、放电量数值，与预设阈值进行比较后控制相应的gpio引脚进而控制输出电源。参照图3。
26.其中，所述光电隔离电路包括el357光电耦合器(p1、p2、p3、p4)和限流电阻(r2、r5、r8、r11)。主控芯片的4路gpio引脚分别与4路光电耦合器相连接，通过光电耦合器进行光电隔离后控制后端的4路电源输出控制电路。参照图5。
27.其中，所述电源输出控制电路包括线圈驱动三极管(q1、q2、q3、q4)、续流二极管(d1、d2、d3、d4)、限流电阻(r3、r6、r9、r12)、继电器(k1、k2、k3、k4)和自恢复保险(f1、f2、f3、f4)。电源输出控制电路中继电器的常开触点通过一只规格为40v5a的自恢复保险连接到对应的电源输出接口。参照图6。
28.其中，还包括四路可控电源输出接口、多路数据采集接口、485通讯接口、有线以太网接口和人机界面触屏接口；所述四路可控电源输出接口用于给其他用电设备供电，所述多路数据采集接口和所述485通讯接口用于获取环境传感器采集到的环境数据；所述有线以太网接口用于将采集到的数据上传到云端服务器；所述人机界面触屏接口用于连接人机交互设备。
29.其中，本装置还包括光电隔离电路；所述光电隔离电路通过继电器连接四路可控电源输出接口。控制单元(主控芯片)采用光电隔离电路，通过继电器控制每路电源输出接口。在保证电源输出接口供电能力的同时，避免了用电端运行对主控芯片的干扰或损坏。控制器每一路电源输出接口均设置了独立的3～5安培可恢复保险，在有用电设备发生过载或短路时，会自动切断此路供电，避免影响其他设备。
30.本实用新型的工作原理：本实施例所述的装置，电压电量计算电路，计算出电池电压、电流、放电量等数据，并数据传输至控制单元，控制单元将接收到的数据与预设阈值进行比较后控制输出电源。光电隔离电路与电源输出接口中继电器的常开触点相连，因此电源输出接口默认处于断电状态。设备上电以后，控制单元会首先检测输入电源电压、电量等信息。如果当前电压过高或电量过低本装置会产生相应报警信号，并不会接通输出电源。如果当前电压正常、电池电量满足预设条件，则启动电源输出，开始为其它设备供电，直到再次检测到电压过高或电量过低，进行相应的处理。
31.本实用新型具有用途专业，采用软硬件结合的方式，集成度更高。集数据采集、通讯、电源管理等硬件于一身。软件以固件的形式烧录于单片机中，运行稳定、可靠。
32.本实用新型内嵌4g无线通信模块，装置直接与云端服务器连接，在关闭站内其它网络设备供电时不影响环境数据上传及服务器对装置的远程控制。
33.本实用新型将环境数据采集和设备电源管理有机结合，形成一体化采集控制装置。环境数据直接用做电源管理参数，免去了数据的二次传输，实时性更高。用电设备更加精简，减少了不必要的用电开销。
34.尽管根据有限数量的实施例描述了本实用新型，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本实用新型的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了
解释或者限定本实用新型的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本实用新型的范围，对本实用新型所做的公开是说明性的，而非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求书限定。