专利名称：嵌入式农作物生长环境信息采集仪及工作方法
技术领域：
本发明涉及农作物生长环境信息采集领域，特别涉及嵌入式农作物生长环境信息采集仪及工作方法。
背景技术：
现代化精准农业需要对影响农作物生长的环境信息进行全面的采集，以了解和掌握农作物生长环境的状态， 并通过对所测信号的处理和分析，结合所测对象的历史状态来定量识别农作物生长环境的状态，从而获得调节农产品生长的最佳条件。在现有专利技术中有多种设计的针对农作物生长信息检测的装置或仪器，专利号为CN100453977C的“嵌入式农业植物生长环境探测仪及其工作方法”，公开号为CN101511066A的“与蓝牙设备进行信息交互的快捷方法和系统”和专利号为CN101216482B的“一种农田环境的监测装置”等。经检索查新，其中专利号为CN100453977C的专利是最接近的专利技术。此发明公开了嵌入式农业植物生长环境探测仪及其工作方法，输入部件为传感部件，含有温度、湿度、液体流速、植物茎杆直径、植物生长高度、土壤粘度和土壤酸碱度多种传感器；微型计算机为嵌入式部件，由模数转换器和单片机组成，用于将传感器部件输出的模拟量电信号转换成数字量和对其进行处理；输出部件为数据传输接口用于将嵌入式部件处理后的数字量信号送往显示部件或上位计算机；工作方法包括接收传感器农业植物生长环境的信息和输出处理结果，终端部分数据的存储、显示以及数据分析处理。本发明结构简单，将传感器技术用于农业信息的获取，能够客观准确地反映农作物的生长状态等，为判断灌溉、施肥等措施的科学合理性提供基础。CN100453977C专利具体公开了一种嵌入式农业植物生长环境探测仪及其工作方法，具体包括微型计算机和与其电连接的输入、输出部件，并实现接收传感器农业植物生长环境的信息和输出处理结果，终端部分数据的存储、显示以及数据分析处理。在对上述现有技术进行分析后，发明人发现现有技术存在着以下不足之处一、现有农作物生长信息检测的装置或仪器是通过传感器来完成对农作物信息的采集，但采用的传感器均为单电气类型，即采用电流型传感器或电压型传感器，而无法支持总线型传感器的接入，如RS232总线型传感器、RS485总线型传感器等。二、现有农作物生长信息检测的装置或仪器对采集得到的农作物信息均通过有线或无线方式，传输至远程控制端或远端监测界面，而现场农田工作人员，或农业种植户却无法直接获取现场采集的数据，从而使得现有的各种农作物生长信息检测的装置或仪器严重脱离农业生产直接利益关系者；三、现有农作物生长信息检测的装置或仪器采用的通信地址和速率均为固定的，即使能够修改，修改的过程也十分复杂和专业，从而使得现有农作物生长信息检测的装置或仪器的灵活性和可配置性不够；四、现有农作物生长信息检测的装置或仪器采用专用化模块设计，功能单一，且整个装置体积较大，采用固定化安装方式，并需要专业人士指导安装。而在实际中，农业技术专家需要一种能够提供移动式采集，并具有“随测随走”功能的装置或仪器。

发明内容
本发明所要解决的技术问题即目的是解决上述现有技术中农作物生长信息检测的装置或仪器的不足之处，研制一种结构简单，参数动态配置，支持移动测量，能为农业现场作业人员提供科学和直接的生产种植信息指导，使用方便的嵌入式农作物生长环境信息采集仪及工作方法。本发明的技术方案是一种嵌入式农作物生长环境信息采集仪，包括相互电连接的采集部件、调理部件、数据处理部件、通信部件和存储部件。所述采集部件包含八种不同类型的模拟量传感器，分别为空气温度传感器、空气湿度传感器、光照强度传感器、CO2浓度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤熵情传感器和农作物颜色传感器，用于将大棚农作物的生长环境物理量信息转换为模拟量的电信号。所述调理部件包括八个精密仪表放大器INA326，八个可调式电阻和八个陶瓷电容，其中八个可调式电阻和八个陶瓷电容电连接组成八个低通型滤波器；信息采集部件中的八种不同类型的传感器分别与八个精密仪表放大器INA326电连接，八个精密仪表放大器INA326又分别与八个低通型滤波器电连接，实现模拟量传感器信号的输出、精确放大和滤波。所述数据处理部件包括模数转换器AD7949和单片机C8051F320，模数转换器AD7949的输入端口 CHI、CH2、CH3、CH4、CH5、CH6、CH7和CH8分别电连接调理模块中八个低通型滤波器的输出端口上，用于接收经过放大和低通滤波处理后的模拟量电信号；模数转换器AD7949的数据地址总线端口 12、13、14脚电连接单片机08051 320的数据地址总线端口 22、23、24脚，用于选择八路模拟输入中的一路和传输处理后数据；单片机C8051F320的控制端口脚与模数转换器AD7949的片选端口电连接，用于选择模数转换器AD7949和启动模数转换器AD7949。特别是所述通信部件包括多个数据传输接口，分别为USB总线接口、BlueTooth总线接口、RS485接口，其中USB总线接口电连接单片机C8051F320的通信端口 4、5脚。BlueTooth总线接口由驱动器BTAlO实现，具体是通过接口件和拨码开关组合设计来实现。在接口件和拨码开关组合电路连接中，单片机C8051F320的引脚端口 LO LI与驱动器BTAlO的引脚端口 PO Pl分别依次电连接，单片机C8051F320的引脚端口 L2 Lll与开关阵列器SPl的输入端口分别依次电连接，开关阵列器SPl的输出端口与驱动器BTAlO的引脚端口 P2 Pll分别依次电连接，单片机C8051F320的总线端口 SI S8与驱动器BTAlO的总线端口 UO U7分别依次电连接，驱动器BTAlO的引脚端口 P2 P5与拨码开关SW2的输入管脚I 4分别依次电连接，驱动器BTAlO的引脚端口 P6 Pll与拨码开关SWl的输入管脚I 6分别依次电连接,拨码开关SWl的输出管脚7 12分别依次与地端连接，拨码开关SW2的输出管脚5 8分别依次与地端连接。
单片机C8051F320的引脚端口 LO LI与驱动器BTAlO的引脚端口 PO Pl分别依次电连接，用于设置嵌入式农作物生长环境信息采集仪在BlueTooth通信中是主机状态还是从机状态，单片机C8051F320的引脚端口 L2 Lll通过开关阵列器SPl分别与驱动器BTAlO的引脚端口 P2 Pll依次电连接，或驱动器BTAlO的引脚端口 P2 Pll分别于拨码开关SW1，SW2依次电连接，根据用户发送命令参数或手动动态修改BlueTooth通信中采集器的通信通道地址和通信速率，以适应不同手机或智能终端和不同环境下，建立快速和稳定BlueTooth通信的要求。
RS485总线接口通过驱动器MAX485E的通信端口 1、4脚电连接单片机C8051F320的通信端口 31、32脚。所述存储部件5包括非易失性电可擦除数据存储器AT24C256，非易失性电可擦除数据存储器AT24C256的页面选择端口 3、4和数据总线端口 5、6脚分别与单片机C8051F320的引脚端口 17、18脚和数据总线端口 19，20电连接，其中，页面选择端口 3，4脚实现对非易失性电可擦除数据存储器AT24C256的存储页面进行选择，总共可选择四个存储页面，第一存储页面和第二存储页面的页面锚记为属性页面，第三存储页面和第四存储页面的页面锚记为信息页面，每个页面的存储空间为64KB，存储部件5的数据总线端口 5、6脚根据选择的存储页面和页面锚记，完成不同类型的数据传输和存储，从而实现向非易失性电可擦除数据存储器AT24C256指定存储页面写入数据，或从非易失性电可擦除数据存储器AT24C256指定存储页面读取数据的功能。将存储经过处理后的农作物现场数据的写入给现场农田工作人员，或农业种植户对本发明采集仪的配置信息的读取，以实现一种“随测随走”的数据采集功能。USB总线接口、BlueTooth总线接口和RS485总线接口根据应用场景需求设定为总线输出型传感器接入，用于对总线输出型传感器接入的处理和分析，其中作为无线通信接口的BlueTooth总线接口通过嵌入式农作物生长环境信息采集仪与现场农田工作人员，或农业种植户的手机进行无线连接，安装相应的显示界面建立数据通信，实现现场数据的直观显示和查看，并根据实时采集的数据显示结果，判断和了解现场农作物的生长态势和健康状况。作为对现有技术的进一步改进所述通信部件包括多个数据传输接口，分别为USB总线接口、BlueTooth总线接口、RS485总线接口，或为RS232接口、红外接口、以太网接口；所述数据处理部件中模拟转换器AD7949的转换精度为14位分辨率；所述接口件中开关阵列器SPl内部由10个单向开关Cl ClO构成，采用的开关类型为固态触点开关。—种嵌入式农作物生长环境信息米集仪的工作方法，包括农作物生长环境信息现场采集、现场手机配对、数据通信、保存数据以及传输数据或返回应答信号给现场农田工作人员，或农业种植户的手机，特别是该工作方法步骤为a、上电启动建立嵌入式农作物生长环境信息采集仪的工作环境；b、部件初始化包括采集部件、调理部件、数据处理部件、通信部件和存储部件的初始化；C、启动BlueTooth通信嵌入式农作物生长环境信息采集仪通过默认的BlueTooth通信通道地址和通信速率，与手机或智能终端建立BlueTooth数据通信链路，进行命令交互完成进一步的设置；
d、命令解析嵌入式农作物生长环境信息采集仪通过BlueTooth总线接口接收和分析手机发送的命令，并根据命令完成参数通信速率和通信通道地址设置、模式设置；e、参数设置？判断是否进行参数设置？如果是，则参数配置嵌入式农作物生长环境信息现场采集仪根据手机或智能终端发送的新配置信息，包括设置新的通信通道地址和通信速率，在设置完成后，将配置信息存入嵌入式农作物生长环境信息现场采集仪内部的属性存储页面中，同时启动在新通信通道地址和通信速率上与手机或智能终端进行BlueTooth通信；如果否,则默认参数配置；f、默认参数配置当手机或智能终端没有发送参数配置命令时，嵌入式农作物生长环境信息现场采集仪读取属性存储页面内存储的默认配置数据完成对通信通道地址和通信速率的设置，并在配置完成后，启动在默认的通信通道地址和通信速率上与手机或智能终端进行BlueTooth通信；g、模式设置？判断是否进入模式设置？如果是，则本地存储，如果否，则实时传输;h、数据写入存储空间当工作在本地存储时，嵌入式农作物生长环境信息采集仪将存储的数据写入信息存储页面中，实现“随测随走”和离线数据分析；i、数据通信当工作在实时传输时，嵌入式农作物生长环境信息现场采集仪与手机或智能终端建立数据通信，实现数据传输，并在手机或智能终端的显示屏幕上进行曲线绘制，显示农作物生长的环境信息。本发明的有益效果是其一，本发明嵌入式农作物生长环境信息采集仪，包括电连接的采集部件，调理部件，数据处理部件，通信部件以及存储部件。其中通信部件中包含多个数据传输接口，包括USB总线接口、BlueTooth总线接口和RS485总线接口。USB总线接口、BlueTooth总线接口和RS485总线接口可根据应用场景需求设定为总线输出型传感器接入，用于对总线输出型传感器接入的处理和分析。通过通信部件的多种总线接口，将数据处理部件处理后的数字量信号传送至现场设备或显示部件，方便现场农田工作人员或农业种植户实时获得采集的信息。BlueTooth总线接口由驱动器BTAlO实现，具体是通过接口件和拨码开关SW1、SW2组合设计来实现，单片机C8051F320的引脚端口 LO LI与驱动器BTAlO的引脚端口 PO Pl分别连续电连接，用于设置嵌入式农作物生长环境信息采集仪在BlueTooth通信中是主机状态还是从机状态；单片机C8051F320的引脚端口 L2 Lll通过开关阵列器SPl分别与驱动器BTAlO的引脚端口 P2 Pl I连续电连接，或驱动器BTAlO的引脚端口 P2 Pll分别与拨码开关SWl，SW2依次电连接。上述结构的连接方式可以使数据处理部件根据用户发送的命令参数或手动动态的修改BlueTooth通信中采集器的通信通道地址和通信速率，以适应不同手机或智能终端和不同环境下，建立快速和稳定BlueTooth通信的要求，从而非常方便的利用本发明提供的嵌入式农作物生长环境信息采集仪实现对大田环境的组网测量，尤其是多个具有不同通信通道地址的嵌入式农作物生长环境信息采集仪可同时与同一个手机或智能终端进行数据通信，大大简化了测量的过程，同时也提供了更为全面的农作物生长环境信息。开关阵列器SP1、拨码开关SWl和拨码开关SW2的组合提供了两种动态修改、BlueTooth通信中采集器的通信通道地址和通信速率的方式，即开关阵列器SPl提供了一种程序自动修改BlueTooth通信中采集器的通信通道地址和通信速率；拨码开关SWl和拨码开关SW2的组合提供了一种手动修改BlueTooth通信中采集器的通信通道地址和通信速率，这两种方式在实际采集器部署中，提供了极为灵活的动态修改BlueTooth通信中采集器的通信通道地址和通信速率。例如，在利用本发明提供的嵌入式农作物生长环境信息采集仪进行组网测量时，可以利用开关阵列器SPl使得单片机C8051F320的引脚端口 L2 Lll与驱动器BTAlO的引脚端口 P2 Pll直接电连接，实现一种程序自动修改通信通道地址和通信速率，从而节省整个参数的配置过程，而在利用本发明提供的本发明嵌入式农作物生长环境信息采集仪进行单点测量时，则可以直接使用 拨码开关SWl和拨码开关SW2的组合来实现一种手动修改通信通道地址和通信速率，具有直观和方便的特点。存储部件包括非易失性电可擦除数据存储器AT24C256，用来存储经过处理后的农作物现场数据和现场农田工作人员，或农业种植户对嵌入式农作物生长环境信息采集仪的配置信息。特别是，为了实现对上述信息数据的有效存储管理，存储部件包括非易失性电可擦除数据存储器AT24C256。嵌入式农作物生长环境信息采集仪通过对AT24C256的存储空间进行页面管理，分别实现对农作物现场数据和采集仪配置信息的分页存储。其电连接结构为非易失性电可擦除数据存储器AT24C256的页面选择端口 3、4和数据总线端口 5、6脚分别与单片机C8051F320的引脚端口 17、18脚和数据总线端口 19、20电连接。其中，页面选择端口 3、4脚实现对非易失性电可擦除数据存储器AT24C256的存储页面进行选择，总共可选择四个存储页面，第一存储页面和第二存储页面的页面锚记为属性页面，第三存储页面和第四存储页面的页面锚记为信息页面，每个页面的存储空间为64KB。存储部件的数据总线端口 5、6脚根据选择的存储页面和页面锚记，完成不同类型的数据传输和存储，从而实现向非易失性电可擦除数据存储器AT24C256指定存储页面写入数据或从非易失性电可擦除数据存储器AT24C256指定存储页面读取数据的功能。将存储经过处理后的农作物现场数据的写入给现场农田工作人员，或农业种植户对嵌入式农作物生长环境信息采集仪的配置信息的读取，以实现一种“随测随走”的数据采集功能，方便现场农田工作人员或农业种植户信息数据存档和领域专家离线数据分析。其二，嵌入式农作物生长环境信息采集仪的工作方法，基于嵌入式农作物生长环境信息采集仪，包括上电启动、部件初始化、启动BlueTooth通信、命令解析、参数设置、模式设置、数据写入储存空间和数据通信。该方法步骤简单，使用方便，可以在任意手机或智能终端上使用，直接实现将农作物生长环境信息传输到现场农田工作人员，或农业种植户手机中，以根据实时采集的数据显示结果，判断、得知和了解现场农作物的生长态势和健康状况；实时的反映现场农作物的生长态势和健康状况，为判断灌溉，施肥，防病虫害等措施的科学合理性和大田作物精细化种植管理提供基础。


图I是嵌入式农作物生长环境信息现场采集仪的硬件结构示意图；图2是嵌入式农作物生长环境信息现场采集仪中接口件和拨码开关组合电路连线示意图3是嵌入式农作物生长环境信息现场采集仪接口件中开关阵列器SPl内部示意图；图4为嵌入式农作物生长环境信息现场采集仪工作方法的程序流程图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。图I是嵌入式农作物生长环境信息现场采集仪的硬件结构示意图；本发明的硬件结构主要是由采集部件1，调理部件2，数据处理部件3，通信部件4，接口件41以及存储部件5五部分组成。采集部件I含有空气温度传感器11、空气湿度传感器12、光照强度传感器13、CO2浓度传感器14、土壤温度传感器15、土壤湿度传感器16、土壤熵情传感器17和农作物颜色传感器18，用于将大棚农作物的生长环境物理量信息转换为模拟量的电信号。调理部件2由八个精密仪表放大器INA326，八个可调式电阻和八个陶瓷电容组成，实现模拟量传感器输出信号的精确放大和滤波，每一个模拟量传感器接口都针对性的配置该通道的模拟量传感器信号调理部件；其中八个精密仪表放大器INA326的输入端口分别连接空气温度传感器11、空气湿度传感器12、光照强度传感器13、CO2浓度传感器14、土壤温度传感器15、土壤湿度传感器16、土壤熵情传感器17和农作物颜色传感器18，用于分别实现对各个传感器送来的模拟量电信号进行10 10000倍的精确放大处理，以使得放大后的模拟量电信号能够被足够采集和传输；其中八个可调式电阻和八个陶瓷电容共同组成八个低通型滤波器，分别用来对放大后的空气温度传感器11、空气湿度传感器12、光照强度传感器13、C02浓度传感器14、土壤温度传感器15、土壤湿度传感器16、土壤熵情传感器17和农作物颜色传感器18的输出模拟电信号进行滤波处理，以降低外界中高频信号对有用模拟电信号的干扰，特别是八个低通型滤波器可通过八个可调式电阻来进行低通截止频率的选择，即针对空气温度传感器11、空气湿度传感器12、光照强度传感器13、C02浓度传感器14、土壤温度传感器15、土壤湿度传感器16、土壤熵情传感器17和农作物颜色传感器18的输出模拟电信号频谱特征，分别进行低通截止频率在线设定和调节，以充分获得精确的输出模拟电信号。数据处理部件3为嵌入式部件，具体由模数转换器AD7949和单片机C8051F320组成，用于将调理部件2输出的模拟量电信号转换成数字量并对其进行处理。特别是，数据处理部件3能够实现对接入传感器输出类型的检测，即判断当前接入的传感器为单电气输出型传感器或总线输出型传感器。模数转换器AD7949 的输入端口 CHl、CH2、CH3、CH4、CH5、CH6、CH7 和 CH8 分别电连接调理部件2的相应输出端口上，用 于接收经过放大和低通滤波处理后的模拟量电信号。模数转换器AD7949的数据地址总线端口 12、13、14脚电连接单片机C8051F320的数据地址总线端口 22、23、24脚，用于选择八路模拟输入中的一路和处理后数据的传输。模拟转换器AD7949可实现14位分辨率的转换精度，为精准化农业种植需求和农业专家系统推理需求提供精确的农业现场数据。
单片机C8051F320的控制端口脚26与模数转换器AD7949的片选端口 11电连接，用于选择模数转换器AD7949并启动模数转换器AD7949开始工作。通信部件4为数据传输接口，具体包括USB总线接口、BlueTooth总线接口和RS485总线接口，用于将数据处理部件3处理后的数字量信号传送至现场设备或显示。USB总线接口可直接通过单片机C8051F320的通信端口 4、5脚电连接来实现。BlueTo oth总线接口由驱动器BTAlO实现，具体是通过接口件41和拨码开关SWl、SW2组合设计来实现；RS485总线接口由驱动器MAX485E实现，具体是通过驱动器MAX485E通信端口 I、4脚和单片机C8051F320的通信端口 31、32脚电连接来实现；其中，BlueTooth总线接口可直接实现本发明采集仪与现场农田工作人员或农业种植户的手机或智能终端进行连接，并建立数据通信，通过在现场农田工作人员，或农业种植户的手机上安装相应的显示界面，即可实现现场数据的直观显示，从而方便现场农田工作人员，或农业种植户查看，并根据实时采集的数据显示结果，来判断、得知和了解现场农作物的生长态势和健康状况；进一步的，BlueTooth总线接口可通过特殊的接口件41和拨码开关SWl、SW2组合，来实现对BlueTooth通信中通信通道地址和通信速率的动态改变,从而可非常方便的利用本发明提供的采集仪实现对大田环境的组网测量，特别是多个具有不同通信通道地址的采集仪可同时与一个手机进行数据通信，大大简化了测量的过程，同时也提供了更为全面的农作物生长环境信息。其中，USB总线接口、BlueTooth总线接口和RS485总线接口可以根据应用场景需求设定为总线输出型传感器接入，具体为提供USB总线型传感器输入接口、BlueT00th总线型传感器输入接口和RS485总线型传感器输入接口，以实现对总线输出型传感器接入的处理和分析。存储部件5为数据存储器件，具体由非易失性电可擦出数据存储器AT24C256组成，用于存储经过处理后的农作物现场数据和现场农田工作人员，或农业种植户对本发明采集仪的配置信息，以实现一种“随测随走”的数据采集功能。特别是，为了实现对上述信息数据的有效存储管理，本发明提供的采集仪通过对AT24C256的存储空间进行页面管理，来分别实现对农作物现场数据和采集仪配置信息的分页存储。非易失性电可擦除数据存储器AT24C256的页面选择端口 3、4和数据总线端口 5、6脚分别与单片机C8051F320的引脚端口 17、18脚和数据总线端口 19、20电连接；其中，页面选择端口 3，4脚实现对々12扣256的存储页面进行选择。总共可选择四个存储页面，第一存储页面和第二存储页面的页面锚记为属性页面，第三存储页面和第四存储页面的页面锚记为信息页面，每个页面的存储空间为64KB，数据总线端口 5、6脚则根据选择的存储页面和页面锚记，完成不同类型的数据传输和存储，从而实现向非易失性电可擦除数据存储器AT24C256指定存储页面写入数据，或从非易失性电可擦除数据存储器AT24C256指定存储页面读取数据的功能。例如，向非易失性电可擦除数据存储器AT24C256第一存储页面写入数据过程中，首先页面选择端口 3、4脚选择第一存储页面，页面锚记为属性页面，然后数据总线端口 5、6脚向第一存储页面写入数据，且写入的数据类型为页面锚记指明的属性页面，即采集仪的配置信息。图2是嵌入式农作物生长环境信息现场采集仪中接口件和拨码开关组合电路连线示意图；在图2中，BlueTooth总线接口由驱动器BTAlO实现，具体是通过接口件41和拨码开关SWl、SW2组合设计来实现。其中接口件41和拨码开关组合具体电路连接方式为单片机C8051F320的引脚端口 LO LI与驱动器BTAlO的引脚端口 PO Pl分别依次电连接，单片机C8051F320的引脚端口 L2 LI I与开关阵列器SPl的输入端口分别依次电连接，开关阵列器SPl的输出端口与驱动器BTAlO的引脚端口 P2 Pll分别依次电连接，单片机C8051F320的总线端口 SI S8与驱动器BTAlO的总线端口 Ul U8分别依次电连接，驱动器BTAlO的引脚端口 P2 P5与拨码开关SW2的输入管脚I 4分别依次电连接，驱动器BTAlO的引脚端口 P6 Pll与拨码开关SWl的输入管脚I 6分别依次电连接，拨码开关Sffl的输出管 脚7 12分别与地端相连，拨码开关SW2的输出管脚5 8分别与地端相连。单片机C8051F320的引脚端口 LO LI与驱动器BTAlO的引脚端口 PO Pl分别依次电连接的作用为设置采集仪在BlueTooth通信中是主机状态还是从机状态，单片机C8051F320的引脚端口 L2 Lll通过开关阵列器SPl分别与驱动器BTAlO的引脚端口P2 Pll依次电连接，或驱动器BTAlO的引脚端口 P2 Pll分别于拨码开关SWl，SW2依次电连接的作用是根据用户发送的命令参数或手动来动态的修改BlueTooth通信中采集器的通信通道地址和通信速率，以适应不同手机或智能终端和不同环境下，建立快速和稳定BlueTooth通信的要求。开关阵列器SP1、拨码开关SWl和拨码开关SW2的组合提供了两种动态修改BlueTooth通信中采集器的通信通道地址和通信速率的方式，即开关阵列器SPl提供了一种程序自动修改BlueTooth通信中采集器的通信通道地址和通信速率；拨码开关SWl和拨码开关SW2的组合提供了一种手动修改BlueTooth通信中采集器的通信通道地址和通信速率，这两种方式在实际采集器部署中，提供了极为灵活的动态修改BlueTooth通信中采集器的通信通道地址和通信速率。例如，在利用本发明提供的采集器进行组网测量时，可以利用开关阵列器SPl使得单片机C8051F320的引脚端口 L2 Lll与驱动器BTAlO的引脚端口 P2 Pll直接电连接，实现一种程序自动修改通信通道地址和通信速率，从而节省整个参数的配置过程，而在利用本发明提供的采集器进行单点测量时，则可以直接使用拨码开关SWl和拨码开关SW2的组合来实现一种手动修改通信通道地址和通信速率，具有直观和方便的特点。图3是嵌入式农作物生长环境信息现场采集仪接口件中开关阵列器SPl内部示意图；开关阵列器内部由10个单向开关Cl ClO构成，为了使得开关的闭合和断开过程，其通断电阻不会对单片机C8051F320的输出引脚负载和驱动器BTAlO的输入引脚负载产生干扰或引起损坏，采用的开关类型为固态触点开关。图4为嵌入式农作物生长环境信息现场采集仪工作方法的程序流程图；该方法包括上电启动、部件初始化、启动BlueTooth通信、命令解析、参数设置、模式设置、数据写入存储空间和和数据通信。步骤100 :上电启动；具体包括建立嵌入式农作物生长环境信息采集仪的工作环境，如环境变量设置、系统时钟启振、固件代码拷贝运行以及分配时间片作为传感器采集时间基准；步骤101 :部件初始化；包括采集部件I初始化、调理部件2初始化、数据处理部件3初始化、通信部件4初始化和存储部件5初始化；其中，采集部件I初始化，用于检测传感器是否正确接入；数据处理部件3初始化，用于设置系统资源分配，如中断使能、寄存器初始化、定时器使能、工作异常指示以及接口协议初始化。特别的，数据处理部件3初始化能够实现经过采集部件I初始化后接入传感器输出类型的检测，即判断当前接入的传感器为单电气输出型传感器、总线输出型传感器，并根据判断的结果，设置相应的工作模式；通信部件4初始化，用于配置本发明采集仪提供的数据传输接口，如USB总线接口配置、BlueTooth总线接口配置和RS485总线接口配置；存储部件初始化，用于实现对数据存储器的初始化，以实现数据的正确写入和读取功能；
步骤102 :启动BlueTooth通信；在完成部件初始化后，嵌入式农作物生长环境信息采集仪首先通过默认的BlueTooth通信通道地址和通信速率，与手机或智能终端建立BlueTooth数据通信链路，以进行命令交互完成进一步的设置；步骤103 :命令解析；嵌入式农作物生长环境信息采集仪通过BlueTooth总线接口接收和分析手机发送的命令，并根据命令完成相应的动作，如参数(具体包括通信速率和通信通道地址)设置、模式设置等；步骤104 :参数设置？当完成命令解析后，判断是否进行参数设置？如果是，则跳到步骤105参数配置，如果否，则跳到步骤106默认参数设置；步骤105 :参数配置；嵌入式农作物生长环境信息采集仪根据手机或智能终端发送的新的配置信息，包括设置新的通信通道地址和通信速率，并在设置完成后，将配置信息存入嵌入式农作物生长环境信息采集仪内部的属性存储页面中，同时立即启动在新的通信通道地址和通信速率上与手机或智能终端进行BlueTooth通信；步骤106 :默认参数设置；当手机或智能终端没有发送参数设置命令时，嵌入式农作物生长环境信息采集仪读取属性存储页面内存储的默认配置数据完成对通信通道地址和通信速率的设置，并在设置完成后，立即启动在默认的通信通道地址和通信速率上与手机或智能终端进行BlueTooth通信；步骤107 :模式设置？当嵌入式农作物生长环境信息采集仪完成参数设置后，判断是否进入模式设置？如果是，则跳到步骤108本地存储，如果否，则跳到步骤109实时传输;步骤108 :本地存储；嵌入式农作物生长环境信息采集仪开始采集传感器数据，但不发送采集的数据，而将数据存储在嵌入式农作物生长环境信息采集仪内部；步骤109 :实时传输；嵌入式农作物生长环境信息采集仪开始采集传感器数据，并将采集的数据通过BlueTooth总线接口进行数据发送；步骤110 :数据写入存储空间；当工作在本地存储时，嵌入式农作物生长环境信息采集仪将存储在内部的数据写入信息存储页面中；步骤111 :数据通信；当工作在实时传输时，嵌入式农作物生长环境信息采集仪与手机或智能终端建立数据通信，实现数据传输，并在手机或智能终端的显示屏幕上进行曲线绘制，显示农作物生长的环境信息；步骤112 :新命令？在数据处理后，嵌入式农作物生长环境信息采集仪判断当前是否是的新命令，如果是，则跳到步骤103命令解析，然后继续执行，如果否，则跳到步骤113，结束处理流程；
步骤113 :结束，表明方法流程执行完毕。
显然，本领域的技术人员可以对本发明的嵌入式农作物生长环境信息采集仪及工作方法，进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种嵌入式农作物生长环境信息采集仪，包括相互电连接的采集部件(I)、调理部件(2)、数据处理部件(3)、通信部件⑷和存储部件(5)； 所述采集部件(I)包含八种不同类型的模拟量传感器，分别为空气温度传感器(11)、空气湿度传感器(12)、光照强度传感器(13)、CO2浓度传感器(14)、土壤温度传感器(15)、土壤湿度传感器(16)、土壤熵情传感器(17)和农作物颜色传感器(18)，用于将大棚农作物的生长环境物理量信息转换为模拟量的电信号； 所述调理部件(2)包括八个精密仪表放大器INA326，八个可调式电阻和八个陶瓷电容，其中八个可调式电阻和八个陶瓷电容电联接组成八个低通型滤波器； 信息采集部件⑴中的八种不同类型的传感器分别与八个精密仪表放大器INA326电联接，八个精密仪表放大器INA326又分别与八个低通型滤波器电连接，实现模拟量传感器信号的输出、精确放大和滤波； 所述数据处理部件(3)包括模数转换器AD7949和单片机C8051F320，模数转换器AD7949的输入端口 CHl、CH2、CH3、CH4、CH5、CH6、CH7和CH8分别电连接调理模块(2)中八个低通型滤波器的输出端口，用于接收经过放大和低通滤波处理后的模拟量电信号；模数转换器AD7949数据地址的总线端口(12)、(13)、(14)脚电连接单片机C8051F320数据地址的总线端口 22、23、24脚，用于选择八路模拟输入中的一路和传输处理后数据；单片机C8051F320的控制端口脚(26)与模数转换器AD7949的片选端口(11)电连接，用于选择模数转换器AD7949和启动模数转换器AD7949 ； 其特征在于 所述通信部件(4)包括多个数据传输接口，分别为USB总线接口、BlueT00th总线接口、RS485接口，其中USB总线接口电连接单片机C8051F320的通信端口 (4)、(5)脚； BlueTooth总线接口由驱动器BTAlO实现，具体是通过接口件(41)和拨码开关SW1、SW2组合设计来实现； 在接口件(41)和拨码开关SW1、SW2组合电路连接中，单片机C8051F320的引脚端口LO LI与驱动器BTAlO的引脚端口 PO Pl分别依次电连接，单片机C8051F320的引脚端口 L2 Lll与开关阵列器SPl的输入端口分别依次电连接，开关阵列器SPl的输出端口与驱动器BTAlO的引脚端口 P2 Pll分别依次电连接，单片机C8051F320的总线端口 SI S8与驱动器BTAlO的总线端口 UO U7分别依次电连接，驱动器BTAlO的引脚端口 P2 P5与拨码开关SW2的输入管脚I 4分别依次电连接，驱动器BTAlO的引脚端口 P6 Pll与拨码开关SWl的输入管脚I 6分别依次电连接,拨码开关SWl的输出管脚7 12分别与地端电连接，拨码开关SW2的输出管脚5 8分别与地端电连接； 单片机C8051F320的引脚端口 LO LI与驱动器BTAlO的引脚端口 PO Pl分别依次电连接，用于设置嵌入式农作物生长环境信息采集仪在BlueTooth通信中是主机状态还是从机状态，单片机C8051F320的引脚端口 L2 Lll通过接口件(41)中开关阵列器SPl分别与驱动器BTAlO的引脚端口 P2 Pll依次电连接，或驱动器BTAlO的引脚端口 P2 Pll分别于拨码开关SWl、SW2依次电连接，根据用户发送命令参数或手动动态修改BlueTooth通信中采集器的通信通道地址和通信速率，以适应不同手机或智能终端和不同环境下，建立快速和稳定BlueTooth通信的要求； RS485总线接口通过驱动器MAX485E的通信端口(I)、(4)脚电连接单片机C8051F320的通信端口(31)、(32)脚； 所述存储部件(5)包括非易失性电可擦除数据存储器AT24C256，非易失性电可擦除数据存储器AT24C256的页面选择端口(3)、(4)和数据总线端口(5)、(6)脚分别与单片机C8051F320的引脚端口 (17),(18)脚和数据总线端口 (19)，(20)电连接，其中，页面选择端口(3)，(4)脚实现对非易失性电可擦除数据存储器AT24C256的存储页面进行选择，总共可选择四个存储页面，第一存储页面和第二存储页面的页面锚记为属性页面，第三存储页面和第四存储页面的页面锚记为信息页面，每个页面的存储空间为64KB，存储部件(5)的数据总线端口(5)、(6)脚根据选择的存储页面和页面锚记，完成不同类型的数据传输和存储，从而实现向非易失性电可擦除数据存储器AT24C256指定存储页面写入数据，或从非易失性电可擦除数据存储器AT24C256指定存储页面读取数据的功能，将存储经过处理后的农作物现场数据的写入给现场农田工作人员或农业种植户，现场农田工作人员或农业种植 户或对嵌入式农作物生长环境信息采集仪的配置信息的读取，以实现一种“随测随走”的数据采集功能； USB总线接口、BlueTooth总线接口和RS485总线接口根据应用场景需求设定为总线输出型传感器接入，用于对总线输出型传感器接入的处理和分析，其中作为无线通信接口的BlueTooth总线接口通过嵌入式农作物生长环境信息采集仪与现场农田工作人员或农业种植户的手机进行无线连接，安装相应的显示界面建立数据通信，实现现场数据的直观显示和查看，并根据实时采集的数据显示结果，判断和了解现场农作物的生长态势和健康状况。
2.根据权利要求I所述一种嵌入式农作物生长环境信息采集仪，其特征是所述通信部件(3)的包括多个数据传输接口，分别为USB总线接口、BlueTooth总线接口、RS485总线接口，或为RS232接口、红外接口、以太网接口。
3.根据权利要求I所述一种嵌入式农作物生长环境信息采集仪，其特征是所述数据处理部件(3)中模拟转换器AD7949的转换精度为14位分辨率。
4.根据权利要求I所述一种嵌入式农作物生长环境信息采集仪，其特征是所述接口件(41)中开关阵列器SPl内部由10个单向开关Cl ClO构成，采用的开关类型为固态触点开关。
5.根据权利要求I所述一种嵌入式农作物生长环境信息米集仪的工作方法，包括农作物生长环境信息现场采集、现场手机配对、数据通信、保存数据以及传输数据或返回应答信号给现场农田工作人员，或农业种植户的手机，其特征在于该工作方法步骤为 a、上电启动建立嵌入式农作物生长环境信息采集仪的工作环境； b、部件初始化包括采集部件(I)、调理部件(2)、数据处理部件(3)、通信部件(4)和存储部件(5)的初始化； C、启动BlueTooth通信嵌入式农作物生长环境信息采集仪通过默认的BlueTooth通信通道地址和通信速率，与手机或智能终端建立BlueTooth数据通信链路，进行命令交互完成进一步的设置； d、命令解析嵌入式农作物生长环境信息采集仪通过BlueTooth总线接口接收和分析手机发送的命令，并根据命令完成参数通信速率和通信通道地址设置、模式设置； e、参数设置？判断是否进行参数设置？如果是，则参数配置嵌入式农作物生长环境信息现场采集仪根据手机或智能终端发送的新的配置信息，包括设置新的通信通道地址和通信速率，在设置完成后， 将配置信息存入嵌入式农作物生长环境信息现场采集仪内部的属性存储页面中，同时启动在新的通信通道地址和通信速率上与手机或智能终端进行BlueTooth通信；如果否,则默认参数配置； f、默认参数配置当手机或智能终端没有发送参数配置命令时，嵌入式农作物生长环境信息现场采集仪读取属性存储页面内存储的默认配置数据完成对通信通道地址和通信速率的设置，并在配置完成后，启动在默认的通信通道地址和通信速率上与手机或智能终端进行BlueTooth通信； g、模式设置？判断是否进入模式设置？如果是，则本地存储，如果否，则实时传输； h、数据写入存储空间当工作在本地存储时，嵌入式农作物生长环境信息采集仪将存储的数据写入信息存储页面中，实现“随测随走”和离线数据分析； i、数据通信当工作在实时传输时，嵌入式农作物生长环境信息现场采集仪与手机或智能终端建立数据通信，实现数据传输，并在手机或智能终端的显示屏幕上进行曲线绘制，显示农作物生长的环境信息。
全文摘要
本发明涉及嵌入式农作物生长环境信息采集仪，包括相互电连接的采集部件、调理部件、数据处理部件、通信部件和存储部件。其中通信部件包括多个数据传输接口，分别为USB总线接口、BlueTooth总线接口、RS485总线接口。BlueTooth总线接口由驱动器BTA10实现，具体是通过接口件和拨码开关组合设计来实现。存储部件包括非易失性电可擦除数据存储器AT24C256。基于嵌入式农作物生长环境信息采集仪的工作方法，包括上电启动、部件初始化、启动BlueTooth通信、命令解析、参数设置、模式设置、数据写入储存空间和数据通信。本发明可以在任意手机或智能终端上使用，实现现场数据直观显示、随测随走的数据采集功能，且工作方法步骤简单，使用方便，能实时反映农作物的生长和健康状况。
文档编号G01D21/02GK102636219SQ20121011871
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日
发明者方昊, 罗健飞, 郑磊 申请人:安徽朗坤物联网有限公司