一种土壤温湿度无线探测器的制作方法

1.本实用新型涉及无线探测器技术领域，特别是涉及一种土壤温湿度无线探测器。


背景技术：

2.传统土壤温湿度测量主要有两种方式，分别为板载湿度测量与温度传感器结合和电阻式温湿度分立元件，板载湿度测量即在pcb板上用铜皮走线设计出电容阵列，当电容极板间的湿度变化时，感应电容容值就会变化从而使电路输出信号发生变化，用该方法测试出了土壤湿度；该方式存在着不能测量土壤温湿度平均值，湿度测量响应慢，湿度测量精度低，安装不方便等缺点。另外一种电阻式温湿度分立元件测量土壤温湿度，是基于湿敏电阻和热敏电阻在电路中随着环境温湿度变化而阻值变化最后导致电信号发生变化的原理，该方式响应速度较快，能够测量土壤一定深度的温湿度平均值，但是由于是分立元件，对控制器的接口数量要求较多并且控制器的开发难度会大一些，由于不能测量土壤电导率，导致测量精度不够还会出现误报现象，容易受局部温湿度干扰，应用难度较大的缺点。
3.上述土壤温湿度的探测方式已经不能适应于市场的要求，一种高稳定性、低成本、安装便捷、测量精度高响应快的土壤温湿度测量装置开发迫在眉睫。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种土壤温湿度无线探测器，能够为实现土壤温湿度的准确测量、数据的远程传输等提供一种电路硬件基础结构。
5.为解决上述问题，本实用新型提供一种土壤温湿度无线探测器，包括mcu控制电路以及温湿度检测电路、无线通信电路和电源电路，所述温湿度检测电路的输出端分别与所述mcu控制电路的输入端电连接；所述无线通信电路的信号通信端与所述mcu控制电路的信号通信端电连接；所述电源电路与mcu控制电路电连接，所述电源电路用于为mcu控制电路、温湿度检测电路和无线通信电路供电；还包括与所述无线通信电路通信连接的远程终端。
6.进一步的，所述电源电路包括插座j1、气体放电管gd1、稳压芯片u5、稳压芯片u6、保险丝f1、滤波器l2、电阻r7、二极管 d2、二极管d4、电容c3、电容c12、电容c13、电容c16、电容 c18、电容c19、电容cb1、电容cb2和电容cb5；
7.所述插座j1的第一端与气体放电管gd1的一端电连接，所述气体放电管gd1的另一端和插座j1的第二端均接地，所述插座j1的第一端还通过所述保险丝f1与二极管d2的阳极电连接，所述二极管d2的阴极与电容cb2的正极、滤波器l2的第一端均电连接，所述电容cb2的负极、滤波器l2的第二端均接地，所述二极管d4和电容c19均与电容cb3并联；所述滤波器l2的第四端与电容cb5 的正极电连接，所述滤波器l3的第三端、电容cb5的负极均接地，所述电容c3与电容cb5并联，所述滤波器l2的第四端外接12v供电电源；
8.所述滤波器l2的第四端还通过电阻r7与稳压芯片u5的第三端电连接，所述稳压芯片u5的第二端和第四端相连后与电容c16的一端电连接，所述电容c16的另一端以及稳压芯片u5的第一端接地，所述电容c12和电容cb1均与电容c16并联，所述稳压芯片u5第二端为5v
电压输出端；
9.所述稳压芯片u5的第二端还与稳压芯片u6的第三端电连接，所述稳压芯片u6的第二端和第四端相连后与电容c18的一端电连接，所述电容c18的另一端以及稳压芯片u6的第一端均接地，所述电容c13与电容c18并联，所述稳压芯片u6的第二端为3.3v电压输出端。
10.进一步的，所述mcu控制电路包括单片机u3以及与所述单片机u3电连接的复位子电路、程序下载子电路和调试子电路，所述单片机u3的vdd引脚与所述3.3v电压输出端电连接，所述单片机 u3的vdd引脚还通过一陶瓷电容c28接地；所述单片机u3的mclr 引脚与复位子电路和程序下载子电路均相连，所述单片机u3的rb6 引脚和rb7引脚与所述程序下载子电路电连接，所述单片机u3的 rc6引脚和rc7引脚与所述调试子电路电连接。
11.进一步的，所述温湿度检测电路包括信号处理器、温度传感器和湿度传感器，所述信号处理器与所述单片机u3电连接，所述温度传感器和湿度传感器均与所述信号处理器电连接。
12.进一步的，所述信号处理器包括与单片机u3电连接的电平转换子电路、iic通信子电路和rs485通信子电路；
13.所述电平转换子电路包括电压转换芯片u14、电阻r5、电阻r6、电容c6和电容c33，所述电压转换芯片u14的vcca引脚和oe引脚相连后与3.3v电压输出端电连接，所述电压转换芯片u14的vcca 引脚还通过电容c6接地，所述电压转换芯片u14的vccb引脚与 5v电压输出端电连接，所述电压转换芯片u14的vccb引脚还通过电容c33接地；
14.所述电压转换芯片u14的a1～a7引脚与所述mcu控制电路电连接，所述电压转换芯片u14的b1～b3引脚与所述iic通信子电路电连接，所述电压转换芯片u14的b4～b7引脚与所述rs485通信子电路电连接；所述温度传感器和湿度传感器与iic通信子电路电连接。
15.进一步的，所述无线通信电路包括无线传输芯片u2、电容c8、电容c10、电容ct1和电感l1；
16.所述无线传输芯片u2的vcc引脚通过所述电感l1与3.3v电压输出端电连接，所述无线传输芯片u2的433_dio3引脚、433_dio1 引脚、433_dio0引脚、433_nreset引脚、433_nss引脚、433_so 引脚、433_sclk引脚、433_si引脚分别与单片机u3的rb4引脚、 rb0引脚、rc4引脚、rb3引脚、ra5引脚、rc4引脚、rc3引脚和rc5引脚电连接；
17.所述电容c8的一端、电容ct1的正极均与3.3v电压输出端电连接，所述电容c10的一端连接在电感l1与无线传输芯片u2的vcc 引脚之间，所述电容c8的另一端、电容c10的另一端以及电容ct1 的负极均接地。
18.进一步的，还包括一与所述mcu控制电路电连接的指示灯电路，所述指示灯电路包括电阻r1和发光二极管led6，所述发光二极管 led6的阳极通过所述电阻r1与3.3v电压输出端电连接，所述发光二极管led6的阴极与单片机u3的ra1引脚电连接。
19.进一步的，还包括一与所述mcu控制电路电连接的报警器。
20.进一步的，还包括一与所述mcu控制电路电连接的电子水阀和降温控制开关。
21.进一步的，所述远程终端为手机或电脑。
22.本实用新型采用ic2通信子电路将温度传感器和湿度传感器的检测实时数据传输给mcu控制电路，并利用无线通信电路实现mcu 控制电路与远程终端的之间的信号传输，可实现大规模的数据传输；另，设置电子水阀和降温控制开关，通过mcu控制电路与电子水阀
和降温控制开关进行联动，能够应用于智能灌溉以及土壤降温等智能化场景中，结构简单，安装方便。
附图说明
23.图1为本实用新型的系统框图。
24.图2为电源电路的电路原理图。
25.图3为单片机的电路原理图。
26.图4为复位子电路的电路原理图。
27.图5为程序下载子电路的电路原理图。
28.图6为调试子电路的电路原理图。
29.图7为电平转换子电路的电路原理图。
30.图8为iic通信子电路的电路原理图。
31.图9为rs485通信子电路的电路原理图。
32.图10为无线通信电路的电路原理图。
33.图11为指示灯电路的电路原理图。
具体实施方式
34.下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
35.在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
36.如图1所示，本实用新型一种土壤温湿度无线探测器包括mcu 控制电路以及与所述mcu控制电路电连接的温湿度检测电路、无线通信电路、电源电路、指示灯电路、报警器、电子水阀和降温控制开关，所述muc控制电路用于对各电路和装置进行控制。所述温湿度检测电路用于检测土壤温度和湿度，所述温湿度检测电路的温度检测输出端和湿度输出端分别与所述mcu控制电路的温度检测输入端和湿度检测输入端电连接，以用于将检测到的温度值和湿度值传输给控制电路。所述无线通信电路的无线信号通信端与所述mcu控制电路的无线信号通信端电连接，所述无线通信电路还通信连接有远程终端，以实现mcu控制电路与远程终端之间的数据传输；在本实施例中，所述远程终端为手机或电脑。所述指示灯电路用于指示土壤温湿度无线探测器是否正常工作。所述报警器用于土壤温湿度异常的报警。所述电子水阀用于在湿度较低时的灌溉；所述降温控制开关用于在温度较高时的降温。所述电源电路用于为mcu控制电路、温湿度检测电路、无线通信电路、指示灯电路、报警器、电子水阀和降温控制开关供电。
37.如图2所示，所述电源电路包括插座j1、气体放电管gd1、稳压芯片u5、稳压芯片u6、保险丝f1、滤波器l2、电阻r7、二极管 d2、二极管d4、电容c3、电容c12、电容c13、电容c16、电容 c18、电容c19、电容cb1、电容cb2和电容cb5，所述电源电路外接12v的电源电压，经一级ldo稳压输出5v电压，再经二级ldo 稳压输出3.3v电压，以为mcu控制电路、温湿度检测电路、无线通信电路、指示灯电路、报警器、电子水阀和降温控制开关进行供电，保证整个土壤
温湿度无线探测器的正常工作。
38.具体的，所述插座j1的第一端与气体放电管gd1的一端电连接，所述气体放电管gd1的另一端和插座j1的第二端均接地，所述插座 j1的第一端还通过所述保险丝f1与二极管d2的阳极电连接，所述二极管d2的阴极与电容cb2的正极、滤波器l2的第一端均电连接，所述电容cb2的负极、滤波器l2的第二端均接地，所述二极管d4 和电容c19均与电容cb3并联；所述滤波器l2的第四端与电容cb5 的正极电连接，所述滤波器l3的第三端、电容cb5的负极均接地，所述电容c3与电容cb5并联，所述滤波器l2的第四端外接12v供电电源，作为电源电压。
39.所述滤波器l2的第四端还通过电阻r7与稳压芯片u5的第三端电连接，所述稳压芯片u5的第二端和第四端相连后与电容c16的一端电连接，所述电容c16的另一端以及稳压芯片u5的第一端接地，所述电容c12和电容cb1均与电容c16并联。所述稳压芯片u5第二端为5v电压输出端，即通过稳压芯片u5对外接12v的电源电压经一级ldo稳压处理后并在稳压芯片u5第二端输出5v的工作电压，以为后级电路供电。
40.所述稳压芯片u5的第二端还与稳压芯片u6的第三端电连接，所述稳压芯片u6的第二端和第四端相连后与电容c18的一端电连接，所述电容c18的另一端以及稳压芯片u6的第一端均接地，所述电容c13与电容c18并联。所述稳压芯片u6的第二端为3.3v电压输出端，即通过稳压芯片u6对稳压芯片u5第二端输出5v的工作电压经二级ldo稳压处理后并在稳压芯片u6第二端输出3.3v的工作电压，以为后级电路供电。
41.在本实施例中，所述气体放电管gd1采用陶瓷气体放电管，其型号为un1812
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75csmd，所述保险丝f1的型号为f1812，所述滤波器l2的型号为smd
‑
sl5hc
‑
5uh
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5a。
42.所述mcu控制电路包括单片机u3以及与所述单片机u3电连接的复位子电路、程序下载子电路和调试子电路。
43.如图3所示，所述单片机u3的vdd引脚与所述3.3v电压输出端电连接，所述单片机u3的vdd引脚还通过一陶瓷电容c28接地。在本实施例中，所述单片机u3的型号为pic18f26k22。所述单片机 u3的mclr引脚与复位子电路和程序下载子电路均相连，所述单片机u3的rb6引脚和rb7引脚与所述程序下载子电路电连接，所述单片机u3的rc6引脚和rc7引脚与所述调试子电路电连接；所述复位子电路用于对整个电路进行复位，所述程序下载子电路用于单片机u3与外设进行连接，以将控制程序烧录至单片机u3中，所述调试电路用于对串口进行调试，实现串口数据的发送和接收。
44.如图4所示，所述复位子电路包括短路套、复位按键k1、电阻 r4、二极管d3和电容c17，所述短路套的第一端与单片机u3的 mclr引脚电连接，所述短路套的第二端通过所述电阻r4与3.3v 电压输出端电连接，所述短路套的第二端还通过所述电容c17接地，所述二极管d3的阴极电连接在电阻r4与3.3v电压输出端之间，所述二极管d3阳极电连接在所述电阻r4与短路套的第二端之间，所述复位按键k1的一端电连接在所述电阻r4与短路套的第二端之间，所述复位按键k1另一端接地；复位时，按下复位按键k1，可在单片机u3的mclr引脚产生低电平的复位信号，拉低单片机u3的 mclr引脚的电平，进而对整个电路进行复位。
45.如图5所示，所述程序下载子电路包括串口j3、电容c1、电容c2和电阻r20，所述串口j3的第一引脚与单片机u3的mclr引脚电连接，所述串口j3的第一引脚还通过所述电阻r20与3.3v电压输出端电连接，所述串口j3的第一引脚还通过所述电容c2接地，所述串口j3
的第二引脚通过所述电容c1接地，所述串口j3的第二引脚还电连接在所述电阻r20与3.3v电压输出端之间，所述串口j3的第三引脚接地，所述串口j3的第四引脚与单片机u3的rx2引脚电连接，所述串口j3的第五引脚与单片机u3的tx2引脚电连接；所述程序下载子电路通过串口j3与外部计算机连接，以将程序通过单片机u3的rx2引脚和tx2引脚烧录至单片机u3中。
46.如图6所示，所述调试子电路包括串口j2、串口j7和串口j8，所述串口j2的第一引脚与3.3v电压输出端电连接，所述串口j2的第二引脚和串口j7的第一引脚均与所述单片机u3的rx1引脚电连接，所述串口j2的第三引脚接地，所述串口j2的第四引脚和串口j8 的第一引脚均与所述单片机u3的tx1引脚电连接，所述串口j7的第二引脚和串口j8的第二引脚均与所述温湿度检测电路电连接；所述调试子电路与温湿度检测电路电连接，以在mcu控制电路和温湿度检测电路间建立连接，实现数据的接收和发送。
47.所述温湿度检测电路包括信号处理器、温度传感器和湿度传感器，所述信号处理器与所述单片机u3电连接，所述温度传感器和湿度传感器均与所述信号处理器电连接。所述温度传感器用于实时检测土壤温度，所述湿度传感器用于实时检测土壤湿度，所述信号处理器用于对土壤温度和湿度的数据进行处理后，将其转换成单片机u3能够识别的数据。所述信号处理器包括与单片机u3电连接的电平转换子电路、iic通信子电路和rs485通信子电路。
48.如图7所示，所述电平转换子电路包括电压转换芯片u14、电阻 r5、电阻r6、电容c6和电容c33，所述电压转换芯片u14的vcca 引脚和oe引脚相连后与3.3v电压输出端电连接，所述电压转换芯片u14的vcca引脚还通过电容c6接地，所述电压转换芯片u14 的vccb引脚与5v电压输出端电连接，所述电压转换芯片u14的 vccb引脚还通过电容c33接地，所述电压转换芯片u14的gnd引脚接地；所述电压转换芯片u14的a1～a7引脚与所述mcu控制电路电连接，所述电压转换芯片u14的b1～b3引脚与所述iic通信子电路电连接，所述电压转换芯片u14的b4～b7引脚与所述rs485通信子电路电连接；所述温度传感器和湿度传感器与iic通信子电路电连接。所述电平转换子电路用于实现各电路间电平的转换，保证各电路间的通讯正常。
49.在本实施例中，所述电平转换芯片u14的型号优选为txs0108。
50.如图8所示，所述iic通信子电路包括串口j4、串口j6、电阻 r2、电阻r3、电感l3、电容c4、电容c5和电容ct2，所述串口 j4的第一引脚依次通过电阻r2和电感l3与5v电压输出端电连接，所述串口j4的第二引脚通过电阻r3电连接在电阻r2与电感l3之间，所述串口j4的第一引脚和第二引脚还与电平转换子电路电连接，所述串口j4的第三引脚接地，所述串口j4的第四引脚电连接在电阻 r2与电感l3之间；所述串口j6的第一引脚电连接在电阻r2与电感l3之间，所述串口j6的第二引脚接地，所述串口j6的第三引脚和第四引脚与电平转换子电路电连接；所述电容c4的一端电连接在电阻 r2与电感l3之间，所述电容c4的另一端接地，所述电容c5的一端、电容ct2的正极与5v电压输出端电连接，所述电容c5的另一一端、电容ct2的负极接地。所述iic通信子电路用于实现温度传感器、湿度传感器与mcu控制电路之间的同步通讯，进而实现温度传感器和湿度传感器与mcu控制电路之间数据的实时传输。
51.如图9所示，所述rs485通信电路包括接口芯片u13、串口j5、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15、三极管q4、电容c7、气体放电管d13、二极管d14、二极管
d15、电阻丝f3和电阻丝f4；所述接口芯片u13的ro引脚与电平转换芯片u14的b2引脚电连接，所述接口芯片u13的re#引脚和de引脚通过电阻r11与5v电压输出端电连接，所述接口芯片u13的re# 引脚和de引脚还与三极管q4的集电极电连接，所述三极管q4的基极通过电阻r12与电平转换芯片u14的b1引脚电连接，所述三极管q4的基极还通过电阻r10与5v电压输出端电连接，所述接口芯片u13的d1引脚、gnd引脚和三极管q4的发射极均接地，所述接口芯片u13的vcc引脚与5v电压输出端电连接，所述接口芯片u13 的vcc引脚还通过电容c7接地，所述接口芯片u13的a引脚和b 引脚分别通过二极管d15和二极管d14接地，所述电阻r14的一端与5v电压输出端电连接，另一端依次通过电阻r15和电阻r13接地，且电阻r15的两端分别与接口芯片u13的a引脚和b引脚电连接；所述接口芯片u13的b引脚还通过电阻丝f3与串口j5的第二引脚电连接，所述接口芯片u13的a引脚还通过电阻丝f4与串口j5的第三引脚电连接，所述串口j5的第一引脚接地，所述串口j5的第四引脚与5v电压输出端电连接，所述串口j5的第五引脚与电平转换芯片u14的b3引脚电连接，所述气体放电管d13的第一端、第二端和第三端分别与串口j5的第一引脚、第二引脚和第三引脚电连接。所述rs485通信子电路用于实现温度传感器、湿度传感器与mcu控制电路之间的异步通讯，以便于单片机u3将当前时刻的温度数据和湿度数据与上一时刻的对应数据进行比对，当数据有变化时，将新的数据上传以更新对应的温湿度数据。
52.在本实施例中，所述接口芯片u13的型号优选为max485een；所述气体放电管d13的型号优选为gdt2036
‑
07
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sm。
53.如图10所示，所述无线通信电路包括无线传输芯片u2、电容 c8、电容c10、电容ct1和电感l1；所述无线传输芯片u2的vcc 引脚通过所述电感l1与3.3v电压输出端电连接，所述无线传输芯片 u2的433_dio3引脚、433_dio1引脚、433_dio0引脚、433_nreset 引脚、433_nss引脚、433_so引脚、433_sclk引脚、433_si引脚分别与单片机u3的rb4引脚、rb0引脚、rc4引脚、rb3引脚、 ra5引脚、rc4引脚、rc3引脚和rc5引脚电连接；所述电容c8 的一端、电容ct1的正极均与3.3v电压输出端电连接，所述电容 c10的一端连接在电感l1与无线传输芯片u2的vcc引脚之间，所述电容c8的另一端、电容c10的另一端以及电容ct1的负极均接地。所述无线通信电路用于实现mcu控制电路与远程终端之间的无线通信，以将土壤温湿度等数据实时传输至远程终端上，便于对土壤的温湿度情况进行监控。
54.在本实施例中，所述无线传输芯片u2的型号优选为434
‑
m。
55.如图11所示，所述指示灯电路包括电阻r1和发光二极管led6，所述发光二极管led6的阳极通过所述电阻r1与3.3v电压输出端电连接，所述发光二极管led6的阴极与单片机u3的ra1引脚电连接。所述指示灯电路用于指示当前设备的工作是否正常，当单片机u3工作在正常电压时，单片机u13的ra1引脚输出低电平，使发光二极管led6常亮，当电压不稳定或异常时，单片机u13的ra1引脚输出脉冲信号，使发光二极管led闪烁，提示设备异常。
56.本实用新型在工作时，采用12v电源适配器对电源电路进行供电，使电源电路产生5v的工作电压和3.3v的工作电压，mcu控制电路、温湿度检测电路、无线通信电路、指示灯电路、报警器、电子水阀和降温控制开关得电开始工作，温度传感器和湿度传感器持续对土壤的温度和湿度进行检测，并通过信号处理器传输给单片机u3，单片接收土壤的温湿度数据后，通过无线通信电路将温湿度数据传输给远程终端供用户查看。
57.本实用新型可实现与电子水阀和降温控制开关的联动，即在所述温度传感器和湿
度传感器在检测土壤的温度数据和湿度数据时，随着检测的数据的变化，当土壤温度不高且缺水时，控制电子水阀打开，当土壤的达到水分饱和状态时，控制电子水阀关闭，以实现智能灌溉；当土壤温度较高土壤缺水时，控制电子水阀关闭，避免高温灌溉导致植物死亡等。除此之外，本实用新型还可实现与报警器的联动，即当植物缺水时，可联动报警器进行声光报警或其他方式的报警。
58.另，本实用新型除了可通过无线通信电路与远程终端实现连接外，还可接入智能家居系统或物联网平台，实现对室内环境温湿度的远程监控，结构简单，具有较强的实用性。
59.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。以上仅为本实用新型的实施方式，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，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本实用新型的专利保护范围之内。