(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202020998211.X
(22)申请日 2020.06.04
地址 750000 宁夏回族自治区银川市贺兰
家用电器销售山西路489号
(72)发明人 刘大铭 沈晖 田军仓
(74)专利代理机构 银川瑞海陈知识产权代理事
务所(普通合伙) 64104
代理人 贠天娥
(51)Int.Cl.
H04W 4/38(2018.01)
H04L 29/08(2006.01)
G08C 17/02(2006.01)
G08C 19/00(2006.01)
稀土镁合金
G01D 21/02(2006.01)
运维巡检系统
(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利
(54)实用新型名称基于NB-IoT的SDI12传感器数据无线采集装置及系统(57)摘要本实用新型型实用新型了一种基于NB ‑IoT 的SDI12传感器数据无线采集装置及系统，电源模块用于为主控模块及各个子模块提供电源输入；数据传感模块与信号调理模块直接连接，数据传感模块用于采集田间土壤温湿度、空气温湿度、土壤电导率、土壤氧气含量此六种传感数据；信号调理模块与数据传感模块建立连接；Ar duino扩展板模块作为主控器与信号调理模块建立连接，Arduino通过SDI接口模块与传感器进行通信；SDI接口模块与主控模块建立连接，SDI 接口模块即SDI12通讯协议,SDI12数据记录仪通过在数据线上传ASCII码与传感器进行通信；NB ‑IoT模块与主控模块建立连接，NB ‑IoT模块包括NB ‑IOT芯片，用于数据采集装置进行无线数据传
输通信。权利要求书2页 说明书7页 附图5页CN 212572974 U 2021.02.19
C N 212572974
U
1.一种基于NB-IoT的SDI12传感器数据无线采集装置，其特征在于：基于NB-IoT的SDI12传感器数据无线采集装置包括壳体、电路板、数据传感模块、主控模块、NB-IoT模块、Arduino扩展板模块、信号调理模块、SDI接口模块和电源模块；数据传感模块、主控模块、NB-IoT模块、Arduino扩展板模块、信号调理模块、SDI接口模块和电源模块配装在电路板上，并位于壳体内，所述主控模块安装在所述壳体内部；所述电源模块用于为主控模块及各个子模块提供直流电源输入；所述数据传感模块与所述信号调理模块连接，数据传感模块用于采集田间土壤温湿度、空气温湿度、土壤电导率、土壤氧气含量此六种传感数据；所述信号调理模块与所述数据传感模块建立连接，对数据传感模块所采集并转换得到的数字信号进行滤波；所述Arduino扩展板模块作为主控器与所述信号调理模块建立连接，内
部采用Modbus-RTU协议将滤波后的数字信号发送至Modbus总线，Arduino通过SDI接口模块与传感器进行通信；所述SDI接口模块与所述主控模块建立连接，SDI接口模块即SDI12通讯协议, SDI12数据记录仪通过在数据线上传ASCII码与传感器进行通信；所述NB-IoT模块与所述主控模块建立连接，NB-IoT模块包括NB-IOT芯片，用于数据采集装置进行无线数据传输通信。
2.如权利要求1所述的基于NB-IoT的SDI12传感器数据无线采集装置，其特征在于：主控模块包括主控电路板、主控芯片STM32F407、FLASH存储器MU2、第一稳压器U1和第二稳压器U2，第一稳压器U1 与电压输入端与P-VCC5V电源连接，EN引脚与第一电阻PR1连接，第一电阻PR1与PTC4端连接，CT引脚与第一电容PC1连接，第一电容PC1与VIN端连接，引脚QOD与可变电阻PR3连接，第二稳压器U2的引脚IN与引脚GND与第二电容PC2连接后，与接电线连接，引脚EN与VCC5V连接，引脚NC与电容PC5连接，引脚OUT与VCC
3.3V连接，并与电容PC3连接；FLASH存储器MU2的引脚VCC与HOLD与VCC3.3V连接，并与电容MC1连接。
3.如权利要求2所述的基于NB-IoT的SDI12传感器数据无线采集装置，其特征在于：数据传感模块包括土壤温湿度传感器、空气温湿度传感器、土壤电导率传感器和土壤氧气传感器，土壤温湿度传感器、空气温湿度传感器、土壤电导率传感器、土壤氧气传感器分别与信号调理模块连接。
4.如权利要求3所述的基于NB-IoT的SDI12传感器数据无线采集装置，其特征在于：NB-IoT模块包括连接插座J1、连接插座J1-2、连接插座J2、连接插座J2-2、连接插座J3、连接插座J3-2、连接插座J4、连接插座J4-2和MS3616无线通讯模块，连接插座J1、连接插座J1-2、连接插座J2、连接插座J2-2、连接插座J3、连接插座J3-2、连接插座J4、连接插座J4-2连接在主控模块，MS3616无线通讯模块与连接插座J1、连接插座J1-2、连接插座J2、连接插座J2-2、连接插座J3、连接插座J3-2、连接插座J4、连接插座J4-2连接；NB-IoT模块采用MS3616无线通讯模块。
5.如权利要求4所述的基于NB-IoT的SDI12传感器数据无线采集装置，其特征在于：信号调理模块采用滤波电路，将传感器所采集并转换得到的数字信号进行滤波，筛选出所需要的数据。
6.如权利要求5所述的基于NB-IoT的SDI12传感器数据无线采集装置，其特征在于：Arduino扩展板模块使用Arduino/Genuino Uno作为扩展板，与传感器通过SDI12协议进行通信，采集传感器数据并进行分类，内部采用Modbus-RTU协议，将采集数据发送至Modbus总线。
7.如权利要求6所述的基于NB-IoT的SDI12传感器数据无线采集装置，其特征在于：基
于NB-IoT的SDI12传感器数据无线采集装置还包括显示模块和按键模块，按键模块连接主控模块，用于显示参数显示界面切换，还有一部分采用TSI模块作为触摸板，实现SI按键；所述显示模块连接主控模块，显示模块采用SPI液晶屏，用于显示数据传感模块的信号值以及操作菜单、设置界面。
8.一种基于NB-IoT的SDI12传感器数据无线采集系统，基于NB-IoT的SDI12传感器数据无线采集系统包括权利要求1至7任一项所述的基于NB-IoT的SDI12传感器数据无线采集装置，其特征在于：基于NB-IoT的SDI12传感器数据无线采集系统包括基于NB-IoT的SDI12传感器数据无线采集装置、应用场景数据源、NB-IoT、云服务器和客户端，应用场景数据源与所述数据采集装置建立连接，数据采集装置采集数据源数据；所述数据采集装置与所述NB-IoT建立连接，NB-IoT与数据采集装置通过移动通信中心进行信息传递；所述NB-IoT通过NB-IoT网络与云服务器建立连接关系；云服务器通过无线网络与客户端连接。
轴承油封9.如权利要求8所述的基于NB-IoT的SDI12传感器数据无线采集系统，其特征在于：云服务器包括数据库存储模块、数据分析模块和数据操作模块，所述数据库存储模块与数据分析模块建立连接，所述数据分析模块与数据操作模块建立连接，数据库存储模块用来存储各类数据，数据分析模块对数据源进行统计和分析数据是否符合要求，数据操作模块对符合要求的数据进行收发，对不符要求的数据进行反馈。
10.如权利要求9所述的基于NB-IoT的SDI12传感器数据无线采集系统，其特征在于：客户端采用电脑或手机，所述电脑运行有连接到数据采集系统的云服务器浏览器，手机端有相应应用程序；
覆膜胶应用场景数据源指数据采集的场合，包括土壤温湿度采集场合、空气温湿度采集场合、土壤电导率采集场合、土壤氧气采集场合。
基于NB-IoT的SDI12传感器数据无线采集装置及系统
技术领域：
[0001]本实用新型涉及农田智能灌溉技术领域，特别涉及一种基于 NB-IoT的SDI12传感器数据无线采集装置及系统。
背景技术：
[0002]物联网是指各类信息传感设备通过物联网域名将任何设备与互联网相连接进行通信，以实现智能识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。物联网通过射频识别、传感器、二维码、GPS卫星定位等技术可以全面感知物体信息，通过蓝牙、Zigbee等短距离通信方式和移动通信网络的长距离通信方式实现信息的分发和共享，通过分析和处理采集到的物体信息实现决策和智能控制。短距离通信方式低功耗、低成本，但传输距离短，因此在长距离传输时需要多个由多个中继节点组成的复杂网络拓扑，稳定性差；长距离通信方式通信覆盖面广、传输效率高但是对设备能量消耗大，不适合作为底层物联网技术。物联网面向物与物和人与物的网络，包含传感器、RFID等多种感知单元，支持多种网络通信方式；传感器网络专注与物与物之间的末端联系，专注于物理世界信息的感知与采集和网络的分发、汇聚效率，专注与低速高效，低功低耗。
[0003]NB-IoT是一种基于LTE蜂窝移动网络的窄带IoT技术，具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优、容量大等特点，广泛应用于智能制造、智慧农业、智能交通等低功耗广域网领域。传感器作为检测装置，感受到被测量的信息之后按一定规律变换为电信号或其他所需形式的信息输出，可以满足信息的传输、处理、存储、显示和控制等要求。现有的传感器一般采用有线连接方式且只能满足单类型采集，不能对多种传感器数据进行统一分析和处理，采集数据所需成本高且无法满足实时监测数据的需求。
[0004]SDI12是一种基于微处理器的传感器接口的数据记录仪的标准， SDI12标准为数据串接口提供的波特率为1200比特。SDI12可应用于低功耗、低成本的系统，以及传感器与数据记录仪之间距离可达60.96 米的系统中。数据记录仪接口可适应多种传感器，传感器接口也可适应多种数据记录仪。电源通过接口供给传感器，传感器可被替换但无需对数据记录仪的校核或其它信息重新编程。
发明内容：
[0005]有鉴于此，有必要提供一种基于NB-IoT的SDI12传感器数据无线采集装置及系统。[0006]一种基于NB-IoT的SDI12传感器数据无线采集装置，包括壳体、电路板、数据传感模块、主控模块、NB-IoT模块、Arduino扩展板模块、信号调理模块、SDI接口模块和电源模块；数据传感模块、主控模块、NB-IoT模块、Arduino扩展板模块、信号调理模块、SDI接口模块和电源模块配装在电路板上，并位于
壳体内，所述主控模块安装在所述壳体内部；所述电源模块用于为主控模块及各个子模块提供直流电源输入；所述数据传感模块与所述信号调理模块连接，数据传感模块用于采集田间土壤温湿度、空气温湿度、土壤电导率、土壤氧气含量此六种传感数据；所述信号调理模块与所述数据传感模块建立连接，对数据传感模块
所采集并转换得到的数字信号进行滤波；所述 Arduino扩展板模块作为主控器与所述信号调理模块建立连接，内部采用Modbus-RTU协议将滤波后的数字信号发送至Modbus总线， Arduino通过SDI接口模块与传感器进行通信；所述SDI接口模块与所述主控模块建立连接，SDI接口模块即SDI12通讯协议,SDI12数据记录仪通过在数据线上传ASCII码与传感器进行通信；所述NB-IoT 模块与所述主控模块建立连接，NB-IoT模块包括NB-IOT芯片，用于数据采集装置进行无线数据传输通信。
[0007]优选的，数据传感模块包括土壤温湿度传感器、空气温湿度传感器、土壤电导率传感器、土壤氧气传感器，土壤温湿度传感器、空气温湿度传感器、土壤电导率传感器、土壤氧气传感器分别与信号调理模块连接。数据传感模块负责获取数据源的传感数据，将所采集的模拟信号转换为数字信号。在不同应用场合可以采用不同土壤温湿度传感器、空气温湿度传感器、土壤电导率传感器、土壤氧气传感器。
[0008]优选的，NB-IoT模块包括连接插座J1、连接插座J1-2、连接插座J2、连接插座J2-2、连接插座J
3、连接插座J3-2、连接插座J4、连接插座J4-2和MS3616无线通讯模块，连接插座J1、连接插座J1-2、连接插座J2、连接插座J2-2、连接插座J3、连接插座J3-2、连接插座J4、连接插座J4-2连接在主控模块，MS3616无线通讯模块与连接插座J1、连接插座J1-2、连接插座J2、连接插座J2-2、连接插座 J3、连接插座J3-2、连接插座J4、连接插座J4-2连接；NB-IoT模块采用MS3616无线通讯模块,ME3616无线通讯模块为低速率、低功耗、迖距离、海量连接的物联网应用而设计，支持多种网络协议。 ME3616无线通讯模块是采用LCC封装的基于NB-IoT通信标准的移劢通讯网络模块。在NB-IoT制式下，该模块可以提供最大66Kbps上行速率，34Kbps下行速率。
[0009]优选的，信号调理模块采用滤波电路，将传感器所采集并转换得到的数字信号进行滤波，筛选出所需要的数据。
[0010]优选的，Arduino扩展板模块使用Arduino/Genuino Uno作为扩展板，与传感器通过SDI12协议进行通信，采集传感器数据并进行分类，内部采用Modbus-RTU协议，将采集数据发送至Modbus总线。
[0011]优选的，基于NB-IoT的SDI12传感器数据无线采集装置还包括显示模块和按键模块，按键模块连接主控模块，用于显示参数显示界面切换，还有一部分采用TSI模块作为触摸板，实现SI按键；所述显示模块连接主控模块，显示模块采用SPI液晶屏，用于显示数据传感模块的信号值以及操作菜单、设置界面。
[0012]一种基于NB-IoT的SDI12传感器数据无线采集系统，包括如上所述的基于NB-IoT 的SDI12传感器数据无线采集装置、应用场景数据源、NB-IoT、云服务器和客户端，应用场景数据源与所述数据采集装置建立连接，数据采集装置采集数据源数据；所述数据采集装置与所述NB-IoT建立连接，NB-IoT与数据采集装置通过移动通信中心进行信息传递；所述NB-IoT通过NB-IoT网络与云服务器建立连接关系；云服务器通过无线网络与客户端连接。
[0013]优选的，云服务器包括数据库存储模块、数据分析模块和数据操作模块，所述数据库存储模块与数据分析模块建立连接，所述数据分析模块与数据操作模块建立连接，数据库存储模块用来存储各类数据，数据分析模块对数据源进行统计和分析数据是否符合要求，数据操作模块对符合要求的数据进行收发，对不符要求的数据进行反馈。
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