專利名稱：室外環(huán)境信息自動采集器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于農(nóng)用儀器，可用于城市氣象信息、野外氣象信息、農(nóng)田環(huán)境氣象信息的自動測量。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的室外環(huán)境信息自動采集器在使用過程中存在以下問題1、英文人機界面，而且信息在氣象站自帶的LCD液晶屏或LED數(shù)碼管上顯示，方式單一，給用戶的使用帶來不便。2、機內(nèi)數(shù)據(jù)存儲容量的擴展采用CF卡方式，需專用讀卡設(shè)備才能讀取數(shù)據(jù)，通用性差。3、室外環(huán)境信息自動采集器和計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊時，無明顯通訊狀態(tài)提示。4、連接的傳感器數(shù)量固定、接口固定，如四參數(shù)氣象站只可測量溫度、濕度、氣壓、降雨，六參數(shù)氣象站只可測量溫度、濕度、氣壓、降雨、風(fēng)速、風(fēng)向等，無法根據(jù)用戶需求的變化進(jìn)行調(diào)整。5、使用非一線器件，每個傳感器占用一個端口。6、供電方式單一，對環(huán)境的適應(yīng)性差。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的，是推出一種中文人機交互界面、大容量U盤數(shù)據(jù)存儲、可同時把采集信息發(fā)送到計算機和LED大屏幕、多傳感器共用同一個端口、通訊狀態(tài)和系統(tǒng)運行狀態(tài)有光電指示、多種供電方式、監(jiān)測項目配制靈活、安裝使用方便、操作簡單的新型室外環(huán)境信息自動采集器。
室外環(huán)境信息自動采集器由前面板(1)、中文LCD液晶顯示器(2)、觸摸輸入按鍵(3)、通訊狀態(tài)指示燈(4)、電源指示燈(5)、主電路板(6)、由W77E58單片機及其外圍電路構(gòu)成的控制模塊(7)、電源接口(8)、USB主機接口(9)、RS232網(wǎng)絡(luò)通訊接口電路(10)、RS485網(wǎng)絡(luò)通訊接口電路(11)、傳感器信號輸入接口(12)、塑料儀器盒(13)、太陽能電池板(14)、蓄電池(15)、充放電控制器(16)和防雨鐵箱(17)共同組成一體；中文LCD液晶顯示器(2)、觸摸輸入按鍵(3)、通訊狀態(tài)指示燈(4)、電源指示燈(5)固定在前面板(1)上，前面板(1)用螺絲固定在塑料儀器盒(13)的前部；由W77E58單片機及其外圍電路構(gòu)成的控制模塊(7)、電源接口(8)、USB主機接口(9)、RS232網(wǎng)絡(luò)通訊接口電路(10)、RS485網(wǎng)絡(luò)通訊接口電路(11)、傳感器信號輸入接口(12)焊接在主電路板(6)上，主電路板(6)用螺絲固定在塑料儀器盒(13)的內(nèi)部；前面板(1)和主電路板(6)之間用電纜線連接；太陽能電池板(14)用支架固定在防雨鐵箱(17)頂部；塑料儀器盒(13)、蓄電池(15)、充放電控制器(16)和用螺絲固定在防雨鐵箱(17)內(nèi)部。
室外環(huán)境信息自動采集器的電路部分由單片機W77E58、看門狗MAX813L、觸摸輸入按鍵掃描芯片82C79、實時時鐘DS12C887、數(shù)據(jù)存儲器HK1235、USB主機接口擴展芯片SL811HS、中文液晶顯示器OCM2*10、模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD574和多路開關(guān)CD4067、數(shù)字傳感器接口及驅(qū)動芯片74HC244和多路開關(guān)CD4051、MAX202芯片擴展的RS232網(wǎng)絡(luò)接口、75LBC184芯片擴展的RS485網(wǎng)絡(luò)接口、通訊狀態(tài)指示燈共同組成；W77E58及其內(nèi)部軟件作為整個系統(tǒng)的控制核心，看門狗連接在W77E58的復(fù)位管腳；觸摸輸入按鍵掃描芯片、實時時鐘、數(shù)據(jù)存儲器、USB主機接口擴展芯片、中文液晶顯示器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過并行數(shù)據(jù)總線連接到W77E58的并行數(shù)據(jù)接口和地址接口上；模擬信號經(jīng)模數(shù)多路開關(guān)CD4067切換后送轉(zhuǎn)換器AD574，數(shù)字信號經(jīng)驅(qū)動芯片和多路開關(guān)CD4051切換后送W77E58；RS232網(wǎng)絡(luò)接口通過擴展芯片連接在W77E58的串口2，RS485網(wǎng)絡(luò)接口通過擴展芯片連接在W77E58的串口1，通訊指示燈與RS485網(wǎng)絡(luò)接口相連。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案單片機選用增強型51系列產(chǎn)品W77E58，片內(nèi)有32kB可多次編程的程序存儲器外，不用擴展外部程序存儲器；有兩個全雙工的串行接口，串口1使用75LBC184擴展成RS485防雷接口，實現(xiàn)與上位機的數(shù)據(jù)傳輸，串口2使用MAX202擴展成RS232接口，實現(xiàn)與LED大屏幕的數(shù)據(jù)傳輸并在大屏幕上實時顯示各種信息。實時時鐘12C887為系統(tǒng)提供時間基準(zhǔn)，根據(jù)設(shè)置值采集的數(shù)據(jù)定時存入數(shù)據(jù)存儲器。用HK1235擴展數(shù)據(jù)存儲器用于存儲設(shè)置的各種參數(shù)和部分采集數(shù)據(jù)?？撮T狗MAX813L用于增強抗干擾性，系統(tǒng)遇強干擾崩潰后可自行恢復(fù)。數(shù)據(jù)采集接口分模擬信號接口和數(shù)字信號接口兩部分，模擬信號傳感器的輸出經(jīng)多路開關(guān)CD4067切換后由A/D轉(zhuǎn)換器AD574進(jìn)行轉(zhuǎn)換進(jìn)入單片機，數(shù)字信號傳感器輸出經(jīng)驅(qū)動電路74HC244和多路開關(guān)CD4051切換后直接送單片機處理。溫度傳感器使用一線器件18B20，單個傳感器接口可接多個溫度傳感器。使用SL811HS擴展USB主機接口，可控制U盤等USB接口從設(shè)備，實現(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的大容量存儲以及下位機和通用計算機之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲。人機界面由觸摸按鍵、OCM2*10中文液晶顯示器、蜂鳴器、發(fā)光二級管組成，完成各種參數(shù)的設(shè)置、采集數(shù)據(jù)及時間的滾動顯示、聲音報警信息的提示、通訊狀態(tài)的指示等。整個系統(tǒng)的供電留有220V交流電接口、9-24V直流接口、太陽能板和蓄電池接口，在野外工作時可由太陽能板和蓄電池供電。整個系統(tǒng)安裝在防雨箱中。
本實用新型的有益效果1、采用觸摸按鍵及中文LCD液晶顯示屏構(gòu)成的界面中文人機界面，適合國內(nèi)用戶的操作習(xí)慣。
2.采用USB主機接口控制U盤存儲數(shù)據(jù)，存儲容量大且通用性強。
3.采用RS232和RS485兩個網(wǎng)絡(luò)通訊接口，在通過RS485與計算機通訊的同時，還可通過RS232把數(shù)據(jù)和各種用戶信息發(fā)送到LED大屏幕顯示。
4.采用一線數(shù)字傳感器信號輸入接口及驅(qū)動電路，單個傳感器接口可接多個溫度傳感器。
5.采用通訊狀態(tài)指示器，指示系統(tǒng)運行狀態(tài)，有通訊錯誤發(fā)生時，給出光電指示報警信息。
6.采用太陽能電池板、蓄電池、充放電控制器，在野外使用時可由太陽能電池板、蓄電池供電，充放電控制器可防止蓄電池的過度充電或放電，延長蓄電池使用壽命。


圖1是本實用新型的實物結(jié)構(gòu)正視示意圖。
圖2是本實用新型的實物結(jié)構(gòu)側(cè)視示意圖。
圖3是塑料儀器盒的前面板示意圖。
圖4是本實用新型的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本實用新型的原理圖具體實施方式
如圖1所示，由太陽能電池板(14)和蓄電池、充放電控制器(16)組成供電系統(tǒng)。在陽光充足時太陽能電池板產(chǎn)生的電能，經(jīng)過充放電控制器(16)一方面給蓄電池充電，另一方面供系統(tǒng)使用；在無陽光照射時，由蓄電池給整個系統(tǒng)供電。充放電控制器可防止蓄電池的過度充電或放電，延長蓄電池使用壽命。同時整個系統(tǒng)全部采用了低功耗設(shè)計，可以在不需外部供電的條件下長時間連續(xù)工作。除太陽能供電接口外，還留有220V交流電接口、9-24V直流接口，可適應(yīng)不同的工作環(huán)境。
由觸摸按鍵(3)、中文LCD液晶顯示器(2)、通訊狀態(tài)指示燈(4)組成人機界面和聲光報警提示。通過人機界面可完成如系統(tǒng)編號、系統(tǒng)日期和時間、系統(tǒng)連接的傳感器數(shù)量、各通道連接的傳感器類型、讀取一線傳感器編碼、數(shù)據(jù)存儲時間間隔、報警方式等各種參數(shù)的設(shè)置。設(shè)置完成后，采集的數(shù)據(jù)、系統(tǒng)日期和時間、系統(tǒng)運行狀態(tài)等信息在中文液晶顯示器滾動顯示。系統(tǒng)出現(xiàn)運行故障時，蜂鳴器給出聲音報警信息。聯(lián)機通訊出現(xiàn)故障時，由通訊狀態(tài)指示燈給出通訊狀態(tài)的指示。
USB主機接口(9)由W77E58控制SL811HS接口芯片組成，通過USB主機接口可以實現(xiàn)對U盤的讀些。讀寫U盤工作過程可以簡單地概括為當(dāng)SL811HS從USB總線檢測U盤插入后，通過中斷方式將此信息通知系統(tǒng)，系統(tǒng)通過調(diào)用枚舉模塊獲得與此次傳輸有關(guān)的各種參數(shù)，根據(jù)具體的傳輸參數(shù)和U盤文件系統(tǒng)格式，遵循USB1.1協(xié)議和Bulk-only傳輸命令格式，調(diào)用數(shù)據(jù)讀寫模塊對SL811HS的控制寄存器和數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行相應(yīng)的操作，最終完成對U盤的讀寫。
網(wǎng)絡(luò)通訊接口由RS232網(wǎng)絡(luò)通訊接口電路(10)和RS485網(wǎng)絡(luò)通訊接口電路(11)組成。系統(tǒng)可通過RS485網(wǎng)絡(luò)通訊接口與計算機通訊，接收各種命令并發(fā)送采集的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)可通過RS232網(wǎng)絡(luò)通訊接口，把數(shù)據(jù)和各種用戶信息發(fā)送到LED大屏幕顯示。
采用傳感器信號輸入接口(12)，單個傳感器接口可接多個溫度傳感器18B20。通過人機界面依次讀入每個溫度傳感器的ID號后，把所有溫度傳感器連接在一個信號輸入接口上，系統(tǒng)即可讀取每個傳感器的數(shù)值，相互之間沒有影響。使用該接口可接入8個傳感器，系統(tǒng)和傳感器之間的連接距離可超過100米。
控制模塊(7)由W77E58單片機及其外圍電路構(gòu)成，包括地址譯碼器電路、鎖存器電路、數(shù)據(jù)存儲器電路、實時時鐘電路、看門狗電路、鍵盤中斷電路等?？刂颇K作為整個系統(tǒng)的控制核心，它控制各部分電路完成參數(shù)的設(shè)置、傳感器數(shù)據(jù)的讀取轉(zhuǎn)換、時間和日期的讀取判別、數(shù)據(jù)存儲器中和U盤的數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)和提示信息的滾動顯示、聲光報警、與計算機的數(shù)據(jù)通訊、發(fā)送信息到LED大屏幕等總體任務(wù)。
太陽能電池板(14)、蓄電池(15)和充放電控制器(16)固定在防雨鐵箱中，其它所有部件安裝在一個的塑料盒中。該塑料盒與蓄電池、充放電控制器⑩，鐵箱頂部固定太陽能電池板(14)。
權(quán)利要求1.室外環(huán)境信息自動采集器，其特征是由前面板(1)、中文LCD液晶顯示器(2)、觸摸輸入按鍵(3)、通訊狀態(tài)指示燈(4)、電源指示燈(5)、主電路板(6)、由W77E58單片機及其外圍電路構(gòu)成的控制模塊(7)、電源接口(8)、USB主機接口(9)、RS232網(wǎng)絡(luò)通訊接口電路(10)、RS485網(wǎng)絡(luò)通訊接口電路(11)、傳感器信號輸入接口(12)、塑料儀器盒(13)、太陽能電池板(14)、蓄電池(15)、充放電控制器(16)和防雨鐵箱(17)共同組成一體；中文LCD液晶顯示器(2)、觸摸輸入按鍵(3)、通訊狀態(tài)指示燈(4)、電源指示燈(5)固定在前面板(1)上，前面板(1)用螺絲固定在塑料儀器盒(13)的前部；由W77E58單片機及其外圍電路構(gòu)成的控制模塊(7)、電源接口(8)、USB主機接口(9)、RS232網(wǎng)絡(luò)通訊接口電路(10)、RS485網(wǎng)絡(luò)通訊接口電路(11)、傳感器信號輸入接口(12)焊接在主電路板(6)上，主電路板(6)用螺絲固定在塑料儀器盒(13)的內(nèi)部；前面板(1)和主電路板(6)之間用電纜線連接；太陽能電池板(14)用支架固定在防雨鐵箱(17)頂部；塑料儀器盒(13)、蓄電池(15)、充放電控制器(16)和用螺絲固定在防雨鐵箱(17)內(nèi)部。
2.如權(quán)利要求1所述的室外環(huán)境信息自動采集器，其特征在于電路部分由單片機W77E58、看門狗MAX813L、觸摸輸入按鍵掃描芯片82C79、實時時鐘DS12C887、數(shù)據(jù)存儲器HK1235、USB主機接口擴展芯片SL811HS、中文液晶顯示器OCM2*10、模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD574和多路開關(guān)CD4067、數(shù)字傳感器接口及驅(qū)動芯片74HC244和多路開關(guān)CD4051、MAX202芯片擴展的RS232網(wǎng)絡(luò)接口、75LBC184芯片擴展的RS485網(wǎng)絡(luò)接口、通訊狀態(tài)指示燈共同組成；W77E58及其內(nèi)部軟件作為整個系統(tǒng)的控制核心，看門狗連接在W77E58的復(fù)位管腳；觸摸輸入按鍵掃描芯片、實時時鐘、數(shù)據(jù)存儲器、USB主機接口擴展芯片、中文液晶顯示器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過并行數(shù)據(jù)總線連接到W77E58的并行數(shù)據(jù)接口和地址接口上；模擬信號經(jīng)模數(shù)多路開關(guān)CD4067切換后送轉(zhuǎn)換器AD574，數(shù)字信號經(jīng)驅(qū)動芯片和多路開關(guān)CD4051切換后送W77E58；RS232網(wǎng)絡(luò)接口通過擴展芯片連接在W77E58的串口2，RS485網(wǎng)絡(luò)接口通過擴展芯片連接在W77E58的串口1，通訊指示燈與RS485網(wǎng)絡(luò)接口相連。
專利摘要本實用新型屬農(nóng)業(yè)儀器領(lǐng)域，室外環(huán)境信息自動采集器，包括有前面板(1)、中文LCD液晶顯示器(2)、觸摸輸入按鍵(3)、通訊狀態(tài)指示燈(4)、電源指示燈(5)、主電路板(6)、由W77E58單片機及其外圍電路構(gòu)成的控制模塊(7)、電源接口(8)、USB主機接口(9)、RS232網(wǎng)絡(luò)通訊接口電路(10)、RS485網(wǎng)絡(luò)通訊接口電路(11)、傳感器信號輸入接口(12)、塑料儀器盒(13)、太陽能電池板(14)、蓄電池(15)、充放電控制器(16)和防雨鐵箱(17)共同組成，可用于城市氣象信息、野外氣象信息、農(nóng)田環(huán)境氣象信息的自動測量。
文檔編號G01D21/02GK2784881SQ20042008424
公開日2006年5月31日 申請日期2004年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月23日
發(fā)明者喬曉軍, 王成, 趙春江, 王紀(jì)華, 杜小鴻, 焦春巖 申請人:北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心