智慧农业高可用性环境感知调节控制器

1.本发明属于智慧农业环境感知调控领域，尤其涉及一种智慧农业高可用性环境感知调节控制器。


背景技术：

2.在热带地区设施农业种植领域，尤其是高附加值作物的栽培(例如热带花卉、药用植物、无公害农产品等)，其标准化工艺参数缺乏，生产管理过程数字化程度薄弱，尚未实现全流程的标准化与智慧化，设施管理粗放，环境感知不全面、不及时，环境调控精度差、滞后性大，相关产业面临着产品质量不稳定、生产效率低、能耗及物料消耗大、自然灾害抵御能力低下等困境。造成集约化智慧农业难以发展，优质热带品种资源难以得到充分利用等问题。
3.要突破上述困境，就需要研发应用环境感知精度高、调控过程准确、通用化程度高、性能稳定的环境感知调节控制器。然而，目前国内市场上专用于智慧农业的传感环控装置相对较少，常以工控设备加以改造，存在综合成本高、现场安装调试困难，布线复杂影响农技活动等弊端，给相关领域带来不利影响。
4.目前常见的农业用环控感知系统自动化水平较低，环控稳定性较差，操作方面人工依赖严重，常规的环控装置作用范围有限，存在较多测控死角，调节作用分布不均匀，且多采用单一的控制模型，其水肥管理、设施温湿度控制、设施气体环境控制、光照控制等核心功能在精确度、调节速度方面不尽人意。设备智能化、自动化程度较低，对人工操作管理依赖程度高，易受到人为因素、环境因素的干扰，极大地影响了高效集约型智慧农业的进展。此外，传统型设备安全性较差，在环境强干扰、操作失误、控制失灵等异常情况下易发生农技操作混乱，造成设备损坏、病虫害爆发、作物减产绝收等生产事故，严重制约其推广使用。


技术实现要素：

5.针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种智慧农业高可用性环境感知调节控制器，具备“边缘计算-环境感知”和“自适应无线组网”功能，能够快速构建设施农业测控网络，在线分析监测设施环境，并依据监测结果实时反馈调控设施内的环境参数，实现高质量环控，为热带高效能农业工厂构建，集约化智慧农业发展，优质热带品种资源保护利用提供了新的解决方案，以解决现有设备环境感知精度差，时变漂移大，环控精度欠佳，作用范围小，安装部署困难，安全稳定性差的技术缺陷。
6.为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
7.一种智慧农业高可用性环境感知调节控制器，所述控制器包括：系统核心板1、高精度传感器扩展模块41、低速adc66、高速adc67、高速dac68、近场毫米波通讯芯片69、高可用存储器子系统70和电源子系统74。
8.所述系统核心板1的上表面设有集成天线2、物联网主处理器3、二氧化碳传感器4、
传感器滤波芯片5、触控检测芯片6、非接触式开关按钮7、空气污染物传感器8、功能按钮9、备用电源充能开关10、gpio接口11、oled主屏幕12、oled副屏幕13、usb调试接口14、usb通讯接口15、usb转debug芯片16、usb转usart芯片17、物联网备份处理器18、传感器信号插座19、dac输出增益电位器20、第一智能调速接口21、第二智能调速接口22、低速adc信号输入接口23、主电源接口24、滤波电感25、mebus扩展接口26、高速adc输入接口27、dac输出接口28、第一差分信号通道接口29、第二差分信号通道接口30、第一变送器芯片31、第二变送器芯片32、系统状态指示灯33和电源继电器34。
9.所述系统核心板1的背面设有存储卡连接器35、二氧化碳传感器供电芯片36、rtc芯片37和io芯片38。
10.所述物联网主处理器3与物联网备份处理器18互为备用，共同构成物联网处理核心63。
11.所述近场毫米波通讯芯片69分别与物联网处理核心63和集成天线2电气连接，用于环境数据的信号调制，并通过集成天线2发射和接收无线电信号，实现多个不同系统核心板1之间的相互通信。
12.所述二氧化碳传感器4、空气污染物传感器8和高精度传感器扩展模块41共同构成传感器子系统64；所述传感器滤波芯片5串联在主电源接口24和传感器子系统64之间形成电气连接，用于降低传感器子系统64的电源输入噪声。
13.所述二氧化碳传感器供电芯片36采用超低纹波ldo器件，通过滤波电感25向所述二氧化碳传感器4供电。
14.所述非接触式开关按钮7与所述电源子系统74电气连接，用于手动控制系统核心板1的启动和停止，非接触式开关按钮7通过触控检测芯片6感知用户触摸动作。
15.所述功能按钮9与物联网处理核心63电气连接，用于调整设定物联网处理核心63的运行参数。
16.所述gpio接口11和io芯片38共同构成io扩展子系统62，所述io芯片38分别与物联网处理核心63和gpio接口11电气连接，所述gpio接口11用于输出数字控制信号；所述io芯片38将物联网处理核心63的串行信号转换为开关量信号或8位并行信号，并对所述开关量信号或8位并行信号进行放大，通过gpio接口11输出。
17.所述oled主屏幕12和oled副屏幕13共同构成显示屏子系统65，oled主屏幕12用于显示环境检测数据，oled副屏幕13用于显示系统运行状态和用户设置参数。
18.所述usb调试接口14与usb转debug芯片16电气连接；所述usb通讯接口15与usb转usart芯片17电气连接；所述usb转usart芯片17和usb转debug芯片16与物联网处理核心63电气连接。
19.所述高速dac68分别与dac输出增益电位器20、dac输出接口28和物联网处理核心63电气连接，用于将物联网处理核心63输出的数字控制信号转换为模拟控制信号；所述dac输出接口28输出模拟电压信号，通过dac输出增益电位器20调节增益放大和偏置。
20.所述第一智能调速接口21和第二智能调速接口22输出pwm信号，通过物联网处理核心63反馈控制信号占空比，实现输出稳定。
21.所述低速adc66分别与低速adc信号输入口23和物联网处理核心63电气连接，用于将低频模拟信号转换为数字信号并输入物联网处理核心63进行运算处理。
22.所述电源子系统74通过主电源接口24与系统核心板1实现电气连接；所述电源继电器34与电源子系统74串联，用以控制电流通断。
23.所述高速adc67分别与高速adc输入口27、第一变送器芯片31、第二变送器芯片32和物联网处理核心63电气连接，用于将高频模拟信号转换为数字信号并输入物联网处理核心63进行运算处理；所述第一变送器芯片31与第一差分信号通道接口29电气连接；所述第二变送器芯片32与第二差分信号通道接口30电气连接；所述第一变送器芯片31与第二变送器芯片32彼此独立，分别将第一差分信号通道接口29和第二差分信号通道接口30输入的差分信号转换为共模信号。
24.所述系统状态指示灯33根据物联网处理核心63运行状态显示颜色不同的灯光。
25.所述存储卡连接器35与物联网处理核心63电气连接，所述高可用存储器子系统70通过存储卡连接器35与系统核心板1实现电气连接。
26.所述rtc芯片37与物联网处理核心63电气连接，用于向系统核心板1提供实时时钟。
27.所述物联网模组滤波电容39与物联网处理核心63呈并联关系，用于物联网处理核心63的解耦合。
28.所述高精度传感器扩展模块41的上表面设有热传递隔离岛40、外层隔离槽42、第一内层隔离槽43、第二内层隔离槽44、第三内层隔离槽45、第四内层隔离槽46、高精度温度传感器51、宽量程数字气压计52、高精度绝对压强传感器53、高精度数字光强传感器54、宽量程数字温湿度传感器55、高精度数字温湿度传感器56和模块参考温度传感器57。
29.所述热传递隔离岛40呈正方形，布置在高精度传感器扩展模块41的中心，用于减少外部热流对高精度传感器扩展模块41施加的干扰，提高精度；多个间隔布置的外层隔离槽42围绕热传递隔离岛40形成一正八边形外层隔离区，保障必要的机械强度及电性能的同时，降低外部环境对热传递隔离岛40的影响；所述第一内层隔离槽43、第二内层隔离槽44、第三内层隔离槽45和第四内层隔离槽46位于所述外层隔离区内，并分别与热传递隔离岛40的四条边平行，形成一内层隔离区域；所述第一内层隔离槽43、第二内层隔离槽44、第三内层隔离槽45和第四内层隔离槽46的宽度相等。
30.所述高精度温度传感器51、宽量程数字气压计52、高精度绝对压强传感器53、高精度数字光强传感器54、宽量程数字温湿度传感器55、高精度数字温湿度传感器56和模块参考温度传感器57均布置在所述内层隔离区域内；所述高精度传感器扩展模块41通过模块参考温度传感器57测量自身温度，减少自身温度的变化造成干扰，提高精度；所述高精度温度传感器51、宽量程数字温湿度传感器55和高精度数字温湿度传感器56用于测定被测环境中的温度和相对空气湿度；所述宽量程数字气压计52和高精度绝对压强传感器53用于检测被测环境的大气相对压强与绝对压强数值；所述高精度数字光强传感器54用于检测环境光的光照强度。
31.所述高精度传感器扩展模块41的背面设有传感器信号插头59；所述高精度传感器扩展模块41通过传感器信号插头59插入传感器信号插座19，实现与系统核心板1的电气连接；并通过第一安装孔47、第二安装孔48、第三安装孔49和第四安装孔50，实现与系统核心板1的机械连接。
32.所述高可用存储器子系统70由数据存储卡71，psram缓存72和fram暂存器73组成；
所述数据存储卡71通过插入存储卡连接器35与系统核心板1实现电气连接；所述数据存储卡71用于存储物联网处理核心63的控制程序并暂时储存环境检测数据；所述psram缓存72用于控制程序的运行空间；所述fram暂存器73用于数据存储卡71写入数据的缓存，提高运行效率。
33.所述电源子系统74包括低速adc电压基准75、电源输入76、电源管理器芯片77、数字电路供电模块78、模拟电路供电模块79、rtc后备电源80和主电压基准81。
34.所述低速adc电压基准75、电源管理器芯片77、数字电路供电模块78、rtc后备电源80和主电压基准81的输入端与电源输入76并联；所述电源管理器芯片77与控制数字电路供电模块78电气连接，控制控制数字电路供电模块78的启停和输出电压；所述数字电路供电模块78的输出与物联网处理核心63电气连接，用于提供物联网处理核心63数字电路部分的工作电源。
35.所述模拟电路供电模块79的输入端与数字电路供电模块78的输出端电气连接，用于转换并稳定电压。所述模拟电路供电模块79的输出端与物联网处理核心63电气连接，用于提供物联网处理核心63模拟电路部分的工作电源。
36.所述备用电源充能开关10与rtc后备电源80电气连接，用于手动控制rtc后备电源80充能；所述rtc后备电源80与rtc芯片37电气连接，在系统核心板1关机后自动向rtc芯片37供电，维持实时时钟的计数。
37.所述低速adc电压基准75的输出端与低速adc66电气连接，用于提供低速adc66的电压参考，当电源输入76发生变化时，低速adc电压基准75保持稳定，使低速adc66不受影响。
38.所述主电压基准81的输出端与高速adc 67的电压参考信号输入端电气连接，用于向传感器子系统64提供电压参考，当电源输入76发生变化或物联网处理核心63运行频率变化时，主电压基准81保持稳定，使传感器子系统64不受影响；同时高速adc 67的一路输出信号与高速dac 68的一路信号输入端电气连接，用于实现传感器子系统64的自动校准，减少仪器参数漂移带来的误差。
39.所述mebus扩展接口26分别与物联网主处理器3和物联网备份处理器18电气连接，引出所述物联网主处理器3和物联网备份处理器18的mebus信号，且兼容iic或twi模式，用于扩展采用mebus或iic或twi通信协议的传感器模块。
40.所述集成天线2采用wi-fi、sig-fox和近场毫米波工作模式，工作频率为2.4ghz、5.8ghz或10-30ghz；所述集成天线2采用铜电铸成型工艺加工成型，通过设计掩膜并控制铜电铸成型工艺中的溶液体系和电流，精密加工集成天线2，校准天线频率匹配。
41.所述二氧化碳传感器4采用红外吸收光谱方法检测空气中二氧化碳的浓度，实现非接触快速检测的功能；所述空气污染物传感器8采用激光散射方法检测空气中的pm1.0、pm2.5、pm4.0和pm10含量，采用红外吸收光谱方法检测二氧化硫，氮氧化物和氨气浓度，采用催化氧化还原方法检测挥发性有机污染物和一氧化碳浓度，实现空气污染物的同时综合检测；所述高精度温度传感器51、宽量程数字温湿度传感器55和高精度数字温湿度传感器56采用相同量程和精度的传感器，形成并行备份关系，提高系统的稳定性与平均精度；或者，所述高精度温度传感器51、宽量程数字温湿度传感器55和高精度数字温湿度传感器56采用量程不同的传感器，形成串联扩展关系，用于提高系统的量程范围。
42.所述usb调试接口14和usb通讯接口15采用微型usb连接器，实现与标准线缆的兼容，所述usb调试接口14和usb通讯接口15的外壳接地，实现信号屏蔽与抗干扰。
43.当系统核心板1接通电源但物联网处理核心63未开始运行时，系统状态指示灯33显示低亮度橙色灯光；当物联网处理核心63读写高可用存储器子系统70时，系统状态指示灯33显示蓝绿色灯光闪烁；当物联网处理核心63正常启动后，系统状态指示灯33显示常亮蓝色灯光；当系统核心板1存在异常进入降级状态，系统状态指示灯33为黄灯快速闪烁；若物联网处理核心63网络连接中断或存在严重故障，系统状态指示灯33为红色闪烁，提醒用户及时处理。
44.所述外层隔离槽42、第一内层隔离槽43、第二内层隔离槽44、第三内层隔离槽45和第四内层隔离槽46均采用锣削工艺，在高精度传感器扩展模块41上加工出槽状孔；或者，所述外层隔离槽42、第一内层隔离槽43、第二内层隔离槽44、第三内层隔离槽45和第四内层隔离槽46通过铣削工艺，在高精度传感器扩展模块41的基材上加工制作，与高精度传感器扩展模块41为一体化结构。
45.所述高精度传感器扩展模块41在传感器信号插头59处设置接口esd保护芯片58，吸收异常浪涌，提高高精度传感器扩展模块41的静电放电承受能力。
46.所述高精度传感器扩展模块41的背面采用光固化油墨印刷工艺加工有pcb丝印图案60和安装方向指示图标61，具有绝缘性和耐腐蚀性，用于高精度传感器扩展模块41的保护，指示高精度传感器扩展模块41的安装方向。
47.所述系统核心板1为矩形，所述系统核心板1采用低介电损耗且高稳定性的ptfe材料为基材，采用电沉积-刻蚀工艺制备电路。
48.所述物联网模组滤波电容39采用并联多枚低esr的陶瓷电容，减小体积，提高滤波效果；所述数字电路供电模块78和模拟电路供电模块79采用宽电压器件，实现电源输入76波动的高耐受，提高稳定性与兼容性。
49.一种智慧农业高可用性环境感知调节控制器的控制方法，包括如下步骤：
50.s1、电源准备阶段；
51.智慧农业高可用性环境感知调节控制器安装就位后，外部直流输入通过电源输入76接入电源子系统74，电源管理器芯片77使能启动，实现稳压输出；此后，数字电路供电模块78、模拟电路供电模块79、rtc后备电源80依次通电，进入准备阶段，当电源继电器34接到闭合指令，所述电源继电器34闭合接通，系统核心板1加电；同时，rtc后备电源80开始充电，所述rtc后备电源80依据自身电力余量自动设定充电电流，至此，电源准备阶段完成；
52.s2、系统启动阶段；
53.系统核心板1加电后，物联网处理核心63启动，通过内嵌的初始化固件向高可用存储器子系统70发出读取指令，数据存储卡71通过fram暂存器73向psram缓存72传输数据，物联网处理核心63通过加载到psram缓存72的数据开始运行。物联网处理核心63依据内嵌程序依次初始化近场毫米波通讯芯片69、低速adc电压基准75、主电压基准81、二氧化碳传感器4、空气污染物传感器8和高精度传感器扩展模块41；初始化进度和系统状态分别显示在oled主屏幕12和oled副屏幕13上，当初始化完成，系统启动阶段结束；
54.s3、数据采集阶段；
55.物联网处理核心63控制二氧化碳传感器4、空气污染物传感器8和高精度传感器扩
展模块41，检测环境中温度、相对湿度、气压、氧气浓度、二氧化碳浓度、光照强度、光谱分布、pm1.0、pm2.5、pm4.0、pm10、挥发性有机污染物、一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和氨气的浓度及变化环境数据。所述物联网处理核心63进行边缘计算，分析处理上述环境数据，近场毫米波通讯芯片69进行环境数据的信号调制，并通过集成天线2向外发送，实现数据采集分析和上传；
56.s4、控制输出阶段；
57.物联网处理核心63综合处理从集成天线2接收的指令和通过二氧化碳传感器4、空气污染物传感器8和高精度传感器扩展模块41获取的环境数据，分析决策得到动作指令，利用io芯片38和高速dac68转换为动作信号，通过gpio接口11、第一智能调速接口21、第二智能调速接口22及dac输出接口28输出动作信号，实现控制输出。
58.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
59.(1)本发明的一种智慧农业高可用性环境感知调节控制器，具有“自适应无线组网”功能，通过近场毫米波通信、wi-fi和sig-fox优势互补，在同一设备内分别实现近距离高速高密度通信、中程高带宽数据传输、远程微功耗信号遥测，相对传统方案，信道冲突小，网络覆盖范围大，承载能力更强，无需部署通讯线路，可方便快捷地在复杂农业设施环境中快速部署大量节点，形成全方位无死角的环境感知调控网络。此外，本发明搭载自适应网络协议，与网络交互后节点自动激活，无需用户独立设置，可自动组网运行，实现“边缘计算-环境感知”功能。相对现有技术极大简化了安装部署流程，为热带高效能农业工厂构建，集约化智慧农业发展，优质热带品种资源保护与利用提供了新的解决方案。
60.(2)本发明的一种智慧农业高可用性环境感知调节控制器，极大简化了维护流程，内建互为备份的物联网处理器，通过热切换管理算法，实现两个物联网处理器间的无缝衔接，当其中一个出现异常，系统自动进行切换，避免了单点故障，相对传统方法构建的环境感知调控装置具有更高的鲁棒性与可用性，支持长期无人值守条件下稳定运行。
61.(3)本发明的一种智慧农业高可用性环境感知调节控制器，搭载智能运维算法，实时监控节点软硬件运行状态，拦截危害正常运行的操作指令，当出现异常时，装置自动尝试恢复，对于无法修复的严重故障，则自动切换至同一环境中的备用节点，避免节点损坏造成的环境感知调控流程中断，基于以上两点创新，本发明较现有模式具有更高的环境兼容性，耐受突发影响能力更强，更适宜农业生产环境中的应用。
62.(4)本发明的一种智慧农业高可用性环境感知调节控制器，具有传感器模块化特性，相对传统技术方案，本发明的传感器可根据实际使用情况定制种类、数量、精度和量程，所述不同类型的传感器制作成具有通用接口的传感器模组，具有更高的可替换性；本发明综合使用半导体温湿度传感器、mems传感器、半导体气敏传感器、电化学传感器构成传感阵列，运行过程中，系统根据被测参量数据范围及节点能源状态，自动选择最适宜测量范围的传感器，实现分段式测量，以达到测量精度与量程的兼顾；此外传感器模组内建隔离槽与滤波电路，极大程度上降低了智慧农业高可用性环境感知调节控制器运行过程中的热影响与电磁影响造成的测量误差，测量数据稳定性高，时变影响更小，更适合长期在农业设施环境中应用。
63.(5)本发明的一种智慧农业高可用性环境感知调节控制器，具备自动磨损均衡功能，通过psram、高速非易失性存储器与大容量低成本的flash存储器相互配合，形成级联结
构，对高频度零散数据读写进行缓冲，相对直接读写flash存储器性能更优，此外，本发明搭载智能磨损控制算法，针对flash存储器的特性进行了全局优化，将负载均衡到整个flash存储器，避免对单一存储区块的高频度使用，极大延缓了坏块的出现，且搭载自动校验功能，避免系统数据异常带来的使用风险，进一步增强了系统的安全性。
64.(6)本发明的一种智慧农业高可用性环境感知调节控制器，采用高兼容型电源组件，实现了对输入电压电流波动的高耐受性，对外部供电设施兼容性更高，可通过微型太阳能板、温差发电器、微型风电机、通信线供电等方式进行供能，内置高性能的锂离子电容器，实现微能量储备收集，相对传统干电池或普通蓄电池供电的环境感知调控节点在网络中的生命周期更长，使用过程更加环保，有利于促进绿色设施农业的发展。
65.(7)本发明的一种智慧农业高可用性环境感知调节控制器，具有“智能综合分析调控”功能，以pwm信号、变频信号、开关量信号等形式输出数字控制信号，便于对接现有的执行器设备，减少了农业设施的重复性建设，对现有设施农业系统的升级转型有着明显促进作用。
附图说明
66.图1为本发明的系统核心板1的正面结构示意图；
67.图2为本发明的系统核心板1的背面结构示意图；
68.图3为本发明的高精度传感器扩展模块41的正面结构示意图；
69.图4为本发明的高精度传感器扩展模块41的背面结构示意图；
70.图5为本发明的系统逻辑结构示意图。
71.其中的附图标记为：
72.1系统核心板
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2集成天线
73.3物联网主处理器
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4二氧化碳传感器
74.5传感器滤波芯片
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6触控检测芯片
75.7非接触式开关按钮
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8空气污染物传感器
76.9功能按钮
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10备用电源充能开关
77.11gpio接口
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12oled主屏幕
78.13oled副屏幕
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14usb调试接口
79.15usb通讯接口
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16usb转debug芯片
80.17usb转usart芯片
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18物联网备份处理器
81.19传感器信号插座
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20dac输出增益电位器
82.21第一智能调速接口
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22第二智能调速接口
83.23低速adc信号输入接口
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24主电源接口
84.25滤波电感
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26mebus扩展接口
85.27高速adc输入接口
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28dac输出接口
86.29第一差分信号通道接口
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30第二差分信号通道接口
87.31第一变送器芯片
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32第二变送器芯片
88.33系统状态指示灯
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34电源继电器
89.35存储卡连接器
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36二氧化碳传感器供电芯片
90.37rtc芯片
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38io芯片
91.39物联网模组滤波电容
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40热传递隔离岛
92.41高精度传感器扩展模块
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42外层隔离槽
93.43第一内层隔离槽
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44第二内层隔离槽
94.45第三内层隔离槽
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46第四内层隔离槽
95.47第一安装孔
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48第二安装孔
96.49第三安装孔
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50第四安装孔
97.51高精度温度传感器
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52宽量程数字气压计
98.53高精度绝对压强传感器
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54高精度数字光强传感器
99.55宽量程数字温湿度传感器56高精度数字温湿度传感器
100.57模块参考温度传感器
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58接口esd保护芯片
101.59传感器信号插头
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60pcb丝印图案
102.61安装方向指示图标
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62io扩展子系统
103.63物联网处理核心
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64传感器子系统
104.65显示屏子系统
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66低速adc
105.67高速adc
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68高速dac
106.69近场毫米波通讯芯片
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70高可用存储器子系统
107.71数据存储卡
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72psram缓存
108.73fram暂存器
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74电源子系统
109.75低速adc电压基准
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76电源输入
110.77电源管理器芯片
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78数字电路供电模块
111.79模拟电路供电模块
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80rtc后备电源
112.81主电压基准
具体实施方式
113.下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
114.本发明提供一种智慧农业高可用性环境感知调节控制器，包括：系统核心板1、高精度传感器扩展模块41、低速adc66、高速adc67、高速dac68、近场毫米波通讯芯片69、高可用存储器子系统70和电源子系统74。
115.如图1所示，所述系统核心板1的上表面设有集成天线2、物联网主处理器3、二氧化碳传感器4、传感器滤波芯片5、触控检测芯片6、非接触式开关按钮7、空气污染物传感器8、功能按钮9、备用电源充能开关10、gpio接口11、oled主屏幕12、oled副屏幕13、usb调试接口14、usb通讯接口15、usb转debug芯片16、usb转usart芯片17、物联网备份处理器18、传感器信号插座19、dac输出增益电位器20、第一智能调速接口21、第二智能调速接口22、低速adc信号输入接口23、主电源接口24、滤波电感25、mebus扩展接口26、高速adc输入接口27、dac输出接口28、第一差分信号通道接口29、第二差分信号通道接口30、第一变送器芯片31、第二变送器芯片32、系统状态指示灯33和电源继电器34。
116.如图2所示，所述系统核心板1的背面设有存储卡连接器35、二氧化碳传感器供电芯片36、rtc芯片37和io芯片38。
117.所述物联网主处理器3与物联网备份处理器18互为备用，共同构成物联网处理核心63。
118.所述近场毫米波通讯芯片69分别与物联网处理核心63和集成天线2电气连接，用于环境数据的信号调制，并通过集成天线2发射和接收无线电信号，实现多个不同系统核心板1之间的相互通信。
119.所述集成天线2采用wi-fi、sig-fox和近场毫米波工作模式，工作频率为2.4ghz、5.8ghz、10-30ghz或其他可用的频段。
120.优选地，所述集成天线2采用铜电铸成型工艺加工成型，通过设计掩膜并控制铜电铸成型工艺中的溶液体系和电流，精密加工集成天线2，校准天线频率匹配。
121.所述二氧化碳传感器4、空气污染物传感器8和高精度传感器扩展模块41共同构成传感器子系统64；所述传感器滤波芯片5串联在主电源接口24和传感器子系统64之间形成电气连接，用于降低传感器子系统64的电源输入噪声。
122.所述二氧化碳传感器供电芯片36采用超低纹波ldo器件，通过滤波电感25向所述二氧化碳传感器4供电，降低了二氧化碳传感器4的电源噪声，提高精度。
123.优选地，所述二氧化碳传感器4采用红外吸收光谱方法检测空气中二氧化碳的浓度，实现非接触快速检测的功能。
124.优选地，所述空气污染物传感器8采用激光散射方法检测空气中的pm1.0、pm2.5、pm4.0和pm10含量，采用红外吸收光谱方法检测二氧化硫，氮氧化物和氨气浓度，采用催化氧化还原方法检测挥发性有机污染物和一氧化碳浓度，实现空气污染物的同时综合检测。
125.所述非接触式开关按钮7与所述电源子系统74电气连接，用于手动控制系统核心板1的启动和停止，非接触式开关按钮7通过触控检测芯片6感知用户触摸动作。
126.优选地，多个功能按钮9呈“品”字形矩阵布局；所述功能按钮9与物联网处理核心63电气连接，用于调整设定物联网处理核心63的运行参数。
127.所述gpio接口11和io芯片38共同构成io扩展子系统62，所述io芯片38分别与物联网处理核心63和gpio接口11电气连接，所述gpio接口11用于输出数字控制信号；所述io芯片38将物联网处理核心63的串行信号转换为开关量信号或8位并行信号，并对所述开关量信号或8位并行信号进行放大，通过gpio接口11输出。
128.所述oled主屏幕12和oled副屏幕13共同构成显示屏子系统65，oled主屏幕12用于显示环境检测数据，oled副屏幕13用于显示系统运行状态和用户设置参数。
129.所述usb调试接口14与usb转debug芯片16电气连接；所述usb通讯接口15与usb转usart芯片17电气连接；所述usb转usart芯片17和usb转debug芯片16与物联网处理核心63电气连接。
130.优选地，所述usb调试接口14和usb通讯接口15采用微型usb连接器，实现与标准线缆的兼容，所述usb调试接口14和usb通讯接口15的外壳接地，实现信号屏蔽与抗干扰。
131.所述高速dac68分别与dac输出增益电位器20、dac输出接口28和物联网处理核心63电气连接，用于将物联网处理核心63输出的数字控制信号转换为模拟控制信号；所述dac输出接口28输出模拟电压信号，通过dac输出增益电位器20调节增益放大和偏置。
132.所述第一智能调速接口21和第二智能调速接口22输出pwm信号，通过物联网处理核心63反馈控制信号占空比，实现输出稳定。
133.所述低速adc66分别与低速adc信号输入口23和物联网处理核心63电气连接，用于将低频模拟信号转换为数字信号并输入物联网处理核心63进行运算处理。
134.所述电源子系统74通过主电源接口24与系统核心板1实现电气连接；所述电源继电器34与电源子系统74串联，用以控制电流通断。
135.所述高速adc67分别与高速adc输入口27、第一变送器芯片31、第二变送器芯片32和物联网处理核心63电气连接，用于将高频模拟信号转换为数字信号并输入物联网处理核心63进行运算处理；所述第一变送器芯片31与第一差分信号通道接口29电气连接；所述第二变送器芯片32与第二差分信号通道接口30电气连接；所述第一变送器芯片31与第二变送器芯片32彼此独立，分别将第一差分信号通道接口29和第二差分信号通道接口30输入的差分信号转换为共模信号。
136.所述系统状态指示灯33根据物联网处理核心63运行状态显示颜色不同的灯光；当系统核心板1接通电源但物联网处理核心63未开始运行时，系统状态指示灯33显示低亮度橙色灯光。
137.优选地，当物联网处理核心63读写高可用存储器子系统70时，系统状态指示灯33显示蓝绿色灯光闪烁。
138.优选地，当物联网处理核心63正常启动后，系统状态指示灯33显示常亮蓝色灯光。
139.优选地，当系统核心板1存在异常进入降级状态，系统状态指示灯33为黄灯快速闪烁。
140.优选地，若物联网处理核心63网络连接中断或存在严重故障，系统状态指示灯33为红色闪烁，提醒用户及时处理。
141.所述存储卡连接器35与物联网处理核心63电气连接，所述高可用存储器子系统70通过存储卡连接器35与系统核心板1实现电气连接。
142.所述rtc芯片37与物联网处理核心63电气连接，用于向系统核心板1提供实时时钟。
143.所述物联网模组滤波电容39与物联网处理核心63呈并联关系，用于物联网处理核心63的解耦合。
144.优选地，物联网模组滤波电容39采用并联多枚低esr的陶瓷电容，减小体积，提高滤波效果。
145.如图3所示，所述高精度传感器扩展模块41的上表面设有热传递隔离岛40、外层隔离槽42、第一内层隔离槽43、第二内层隔离槽44、第三内层隔离槽45、第四内层隔离槽46、高精度温度传感器51、宽量程数字气压计52、高精度绝对压强传感器53、高精度数字光强传感器54、宽量程数字温湿度传感器55、高精度数字温湿度传感器56和模块参考温度传感器57。
146.所述热传递隔离岛40呈正方形，布置在高精度传感器扩展模块41的中心，用于减少外部热流对高精度传感器扩展模块41施加的干扰，提高精度。多个间隔布置的外层隔离槽42围绕热传递隔离岛40形成一正八边形外层隔离区，保障必要的机械强度及电性能的同时，降低外部环境对热传递隔离岛40的影响。所述第一内层隔离槽43、第二内层隔离槽44、第三内层隔离槽45和第四内层隔离槽46位于所述外层隔离区内，并分别与热传递隔离岛40的四条边平行，形成一内层隔离区域；所述第一内层隔离槽43、第二内层隔离槽44、第三内层隔离槽45和第四内层隔离槽46的宽度相等。
147.所述高精度温度传感器51、宽量程数字气压计52、高精度绝对压强传感器53、高精度数字光强传感器54、宽量程数字温湿度传感器55、高精度数字温湿度传感器56和模块参考温度传感器57均布置在所述内层隔离区域内；所述高精度传感器扩展模块41通过模块参考温度传感器57测量自身温度，减少自身温度的变化造成干扰，提高精度；所述高精度温度传感器51、宽量程数字温湿度传感器55和高精度数字温湿度传感器56用于测定被测环境中的温度和相对空气湿度；所述宽量程数字气压计52和高精度绝对压强传感器53用于检测被测环境的大气相对压强与绝对压强数值；所述高精度数字光强传感器54用于检测环境光的光照强度。
148.优选地，所述高精度温度传感器51、宽量程数字温湿度传感器55和高精度数字温湿度传感器56可采用相同量程和精度的传感器，形成并行备份关系，提高系统的稳定性与平均精度。
149.优选地，所述高精度温度传感器51、宽量程数字温湿度传感器55和高精度数字温湿度传感器56亦可采用量程不同的传感器，形成串联扩展关系，用于提高系统的量程范围。
150.如图4所示，所述高精度传感器扩展模块41的背面设有传感器信号插头59；所述高精度传感器扩展模块41通过传感器信号插头59插入传感器信号插座19，实现与系统核心板1的电气连接；并通过第一安装孔47、第二安装孔48、第三安装孔49和第四安装孔50，实现与系统核心板1的机械连接。
151.优选地，所述外层隔离槽42、第一内层隔离槽43、第二内层隔离槽44、第三内层隔离槽45和第四内层隔离槽46均采用锣削工艺，在高精度传感器扩展模块41上加工出槽状孔。
152.优选地，所述外层隔离槽42、第一内层隔离槽43、第二内层隔离槽44、第三内层隔离槽45和第四内层隔离槽46通过铣削工艺，在高精度传感器扩展模块41的基材上加工制作，与高精度传感器扩展模块41为一体化结构。
153.优选地，所述高精度传感器扩展模块41在传感器信号插头59处设置接口esd保护芯片58，吸收异常浪涌，提高高精度传感器扩展模块41的静电放电承受能力。
154.优选地，所述高精度传感器扩展模块41的背面采用光固化油墨印刷工艺加工有pcb丝印图案60和安装方向指示图标61，具有绝缘性和耐腐蚀性，用于高精度传感器扩展模块41的保护，指示高精度传感器扩展模块41的安装方向。
155.如图5所示，所述高可用存储器子系统70由数据存储卡71，psram缓存72和fram暂存器73组成；所述数据存储卡71通过插入存储卡连接器35与系统核心板1实现电气连接；所述数据存储卡71用于存储物联网处理核心63的控制程序并暂时储存环境检测数据；所述psram缓存72用于控制程序的运行空间；所述fram暂存器73用于数据存储卡71写入数据的缓存，提高运行效率。
156.如图5所示，所述电源子系统74包括低速adc电压基准75、电源输入76、电源管理器芯片77、数字电路供电模块78、模拟电路供电模块79、rtc后备电源80和主电压基准81。
157.所述低速adc电压基准75、电源管理器芯片77、数字电路供电模块78、rtc后备电源80和主电压基准81的输入端与电源输入76并联；所述电源管理器芯片77与控制数字电路供电模块78电气连接，控制控制数字电路供电模块78的启停和输出电压；所述数字电路供电模块78的输出与物联网处理核心63电气连接，用于提供物联网处理核心63数字电路部分的
工作电源。
158.所述模拟电路供电模块79的输入端与数字电路供电模块78的输出端电气连接，用于转换并稳定电压。所述模拟电路供电模块79的输出端与物联网处理核心63电气连接，用于提供物联网处理核心63模拟电路部分的工作电源。
159.所述备用电源充能开关10与rtc后备电源80电气连接，用于手动控制rtc后备电源80充能；所述rtc后备电源80与rtc芯片37电气连接，在系统核心板1关机后自动向rtc芯片37供电，维持实时时钟的计数。
160.所述低速adc电压基准75的输出端与低速adc66电气连接，用于提供低速adc66的电压参考，当电源输入76发生变化时，低速adc电压基准75保持稳定，使低速adc66不受影响。
161.所述主电压基准81的输出端与高速adc 67的电压参考信号输入端电气连接，用于向传感器子系统64提供电压参考，当电源输入76发生变化或物联网处理核心63运行频率变化时，主电压基准81保持稳定，使传感器子系统64不受影响；同时高速adc 67的一路输出信号与高速dac 68的一路信号输入端电气连接，用于实现传感器子系统64的自动校准，减少仪器参数漂移带来的误差。
162.优选地，数字电路供电模块78和模拟电路供电模块79采用宽电压器件，实现电源输入76波动的高耐受，提高稳定性与兼容性。
163.优选地，系统核心板1为矩形，所述系统核心板1采用低介电损耗且高稳定性的ptfe材料为基材，采用电沉积-刻蚀工艺制备电路。
164.所述mebus扩展接口26分别与物联网主处理器3和物联网备份处理器18电气连接，引出所述物联网主处理器3和物联网备份处理器18的mebus信号，且兼容iic或twi模式，用于扩展采用mebus或iic或twi通信协议的传感器模块。
165.如图5所示，本发明提供一种智慧农业高可用性环境感知调节控制方法，包括如下步骤：
166.s1、电源准备阶段；
167.智慧农业高可用性环境感知调节控制器安装就位后，外部直流输入通过电源输入76接入电源子系统74，电源管理器芯片77使能启动，实现稳压输出；此后，数字电路供电模块78、模拟电路供电模块79、rtc后备电源80依次通电，进入准备阶段，当电源继电器34接到闭合指令，所述电源继电器34闭合接通，系统核心板1加电；同时，rtc后备电源80开始充电，所述rtc后备电源80依据自身电力余量自动设定充电电流，至此，电源准备阶段完成；
168.s2、系统启动阶段；
169.系统核心板1加电后，物联网处理核心63启动，通过内嵌的初始化固件向高可用存储器子系统70发出读取指令，数据存储卡71通过fram暂存器73向psram缓存72传输数据，物联网处理核心63通过加载到psram缓存72的数据开始运行。物联网处理核心63依据内嵌程序依次初始化近场毫米波通讯芯片69、低速adc电压基准75、主电压基准81、二氧化碳传感器4、空气污染物传感器8和高精度传感器扩展模块41；初始化进度和系统状态分别显示在oled主屏幕12和oled副屏幕13上，当初始化完成，系统启动阶段结束；
170.s3、数据采集阶段；
171.物联网处理核心63控制二氧化碳传感器4、空气污染物传感器8和高精度传感器扩
展模块41，检测环境中温度、相对湿度、气压、氧气浓度、二氧化碳浓度、光照强度、光谱分布、pm1.0、pm2.5、pm4.0、pm10、挥发性有机污染物、一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和氨气的浓度及变化环境数据。所述物联网处理核心63进行边缘计算，分析处理上述环境数据，近场毫米波通讯芯片69进行环境数据的信号调制，并通过集成天线2向外发送，实现数据采集分析和上传；
172.s4、控制输出阶段；
173.物联网处理核心63综合处理从集成天线2接收的指令和通过二氧化碳传感器4、空气污染物传感器8和高精度传感器扩展模块41获取的环境数据，分析决策得到动作指令，利用io芯片38和高速dac68转换为动作信号，通过gpio接口11、第一智能调速接口21、第二智能调速接口22及dac输出接口28输出动作信号，实现控制输出。

技术特征：
1.一种智慧农业高可用性环境感知调节控制器，其特征在于，所述控制器包括：系统核心板(1)、高精度传感器扩展模块(41)、低速adc(66)、高速adc(67)、高速dac(68)、近场毫米波通讯芯片(69)、高可用存储器子系统(70)和电源子系统(74)；所述系统核心板(1)的上表面设有集成天线(2)、物联网主处理器(3)、二氧化碳传感器(4)、传感器滤波芯片(5)、触控检测芯片(6)、非接触式开关按钮(7)、空气污染物传感器(8)、功能按钮(9)、备用电源充能开关(10)、gpio接口(11)、oled主屏幕(12)、oled副屏幕(13)、usb调试接口(14)、usb通讯接口(15)、usb转debug芯片(16)、usb转usart芯片(17)、物联网备份处理器(18)、传感器信号插座(19)、dac输出增益电位器(20)、第一智能调速接口(21)、第二智能调速接口(22)、低速adc信号输入接口(23)、主电源接口(24)、滤波电感(25)、mebus扩展接口(26)、高速adc输入接口(27)、dac输出接口(28)、第一差分信号通道接口(29)、第二差分信号通道接口(30)、第一变送器芯片(31)、第二变送器芯片(32)、系统状态指示灯(33)和电源继电器(34)；所述系统核心板(1)的背面设有存储卡连接器(35)、二氧化碳传感器供电芯片(36)、rtc芯片(37)和io芯片(38)；所述物联网主处理器(3)与物联网备份处理器(18)互为备用，共同构成物联网处理核心(63)；所述近场毫米波通讯芯片(69)分别与物联网处理核心(63)和集成天线(2)电气连接，用于环境数据的信号调制，并通过集成天线(2)发射和接收无线电信号，实现多个不同系统核心板(1)之间的相互通信；所述二氧化碳传感器(4)、空气污染物传感器(8)和高精度传感器扩展模块(41)共同构成传感器子系统(64)；所述传感器滤波芯片(5)串联在主电源接口(24)和传感器子系统(64)之间形成电气连接，用于降低传感器子系统(64)的电源输入噪声；所述二氧化碳传感器供电芯片(36)采用超低纹波ldo器件，通过滤波电感(25)向所述二氧化碳传感器(4)供电；所述非接触式开关按钮(7)与所述电源子系统(74)电气连接，用于手动控制系统核心板(1)的启动和停止，非接触式开关按钮(7)通过触控检测芯片(6)感知用户触摸动作；所述功能按钮(9)与物联网处理核心(63)电气连接，用于调整设定物联网处理核心(63)的运行参数；所述gpio接口(11)和io芯片(38)共同构成io扩展子系统(62)，所述io芯片(38)分别与物联网处理核心(63)和gpio接口(11)电气连接，所述gpio接口(11)用于输出数字控制信号；所述io芯片(38)将物联网处理核心(63)的串行信号转换为开关量信号或(8)位并行信号，并对所述开关量信号或(8)位并行信号进行放大，通过gpio接口(11)输出；所述oled主屏幕(12)和oled副屏幕(13)共同构成显示屏子系统(65)，oled主屏幕(12)用于显示环境检测数据，oled副屏幕(13)用于显示系统运行状态和用户设置参数；所述usb调试接口(14)与usb转debug芯片(16)电气连接；所述usb通讯接口(15)与usb转usart芯片(17)电气连接；所述usb转usart芯片(17)和usb转debug芯片(16)与物联网处理核心(63)电气连接；所述高速dac(68)分别与dac输出增益电位器(20)、dac输出接口(28)和物联网处理核心(63)电气连接，用于将物联网处理核心(63)输出的数字控制信号转换为模拟控制信号；
所述dac输出接口(28)输出模拟电压信号，通过dac输出增益电位器(20)调节增益放大和偏置；所述第一智能调速接口(21)和第二智能调速接口(22)输出pwm信号，通过物联网处理核心(63)反馈控制信号占空比；所述低速adc(66)分别与低速adc信号输入口(23)和物联网处理核心(63)电气连接，用于将低频模拟信号转换为数字信号并输入物联网处理核心(63)进行运算处理；所述电源子系统(74)通过主电源接口(24)与系统核心板(1)实现电气连接；所述电源继电器(34)与电源子系统(74)串联；所述高速adc(67)分别与高速adc输入口(27)、第一变送器芯片(31)、第二变送器芯片(32)和物联网处理核心(63)电气连接，用于将高频模拟信号转换为数字信号并输入物联网处理核心(63)进行运算处理；所述第一变送器芯片(31)与第一差分信号通道接口(29)电气连接；所述第二变送器芯片(32)与第二差分信号通道接口(30)电气连接；所述第一变送器芯片(31)与第二变送器芯片(32)彼此独立，分别将第一差分信号通道接口(29)和第二差分信号通道接口(30)输入的差分信号转换为共模信号；所述系统状态指示灯(33)根据物联网处理核心(63)运行状态显示颜色不同的灯光；所述存储卡连接器(35)与物联网处理核心(63)电气连接，所述高可用存储器子系统(70)通过存储卡连接器(35)与系统核心板(1)实现电气连接；所述rtc芯片(37)与物联网处理核心(63)电气连接，用于向系统核心板(1)提供实时时钟；所述物联网模组滤波电容(39)与物联网处理核心(63)呈并联关系，用于物联网处理核心(63)的解耦合；所述高精度传感器扩展模块(41)的上表面设有热传递隔离岛(40)、外层隔离槽(42)、第一内层隔离槽(43)、第二内层隔离槽(44)、第三内层隔离槽(45)、第四内层隔离槽(46)、高精度温度传感器(51)、宽量程数字气压计(52)、高精度绝对压强传感器(53)、高精度数字光强传感器(54)、宽量程数字温湿度传感器(55)、高精度数字温湿度传感器(56)和模块参考温度传感器(57)；所述热传递隔离岛(40)呈正方形，布置在高精度传感器扩展模块(41)的中心；多个间隔布置的外层隔离槽(42)围绕热传递隔离岛(40)形成一正八边形外层隔离区；所述第一内层隔离槽(43)、第二内层隔离槽(44)、第三内层隔离槽(45)和第四内层隔离槽(46)位于所述外层隔离区内，并分别与热传递隔离岛(40)的四条边平行，形成一内层隔离区域；所述第一内层隔离槽(43)、第二内层隔离槽(44)、第三内层隔离槽(45)和第四内层隔离槽(46)的宽度相等；所述高精度温度传感器(51)、宽量程数字气压计(52)、高精度绝对压强传感器(53)、高精度数字光强传感器(54)、宽量程数字温湿度传感器(55)、高精度数字温湿度传感器(56)和模块参考温度传感器(57)均布置在所述内层隔离区域内；所述高精度传感器扩展模块(41)通过模块参考温度传感器(57)测量自身温度；所述高精度温度传感器(51)、宽量程数字温湿度传感器(55)和高精度数字温湿度传感器(56)用于测定被测环境中的温度和相对空气湿度；所述宽量程数字气压计(52)和高精度绝对压强传感器(53)用于检测被测环境的大气相对压强与绝对压强数值；所述高精度数字光强传感器(54)用于检测环境光的光照强
度；所述高精度传感器扩展模块(41)的背面设有传感器信号插头(59)；所述高精度传感器扩展模块(41)通过传感器信号插头(59)插入传感器信号插座(19)，实现与系统核心板(1)的电气连接；并通过第一安装孔(47)、第二安装孔(48)、第三安装孔(49)和第四安装孔(50)，实现与系统核心板(1)的机械连接；所述高可用存储器子系统(70)由数据存储卡(71)、psram缓存(72)和fram暂存器(73)组成；所述数据存储卡(71)通过插入存储卡连接器(35)与系统核心板(1)实现电气连接；所述数据存储卡(71)用于存储物联网处理核心(63)的控制程序并暂时储存环境检测数据；所述psram缓存(72)用于控制程序的运行空间；所述fram暂存器(73)用于数据存储卡(71)写入数据的缓存；所述电源子系统(74)包括低速adc电压基准(75)、电源输入(76)、电源管理器芯片(77)、数字电路供电模块(78)、模拟电路供电模块(79)、rtc后备电源(80)和主电压基准(81)；所述低速adc电压基准(75)、电源管理器芯片(77)、数字电路供电模块(78)、rtc后备电源(80)和主电压基准(81)的输入端与电源输入(76)并联；所述电源管理器芯片(77)与控制数字电路供电模块(78)电气连接，控制控制数字电路供电模块(78)的启停和输出电压；所述数字电路供电模块(78)的输出与物联网处理核心(63)电气连接；所述模拟电路供电模块(79)的输入端与数字电路供电模块(78)的输出端电气连接，用于转换并稳定电压；所述模拟电路供电模块(79)的输出端与物联网处理核心(63)电气连接，用于提供物联网处理核心(63)模拟电路部分的工作电源；所述备用电源充能开关(10)与rtc后备电源(80)电气连接，用于手动控制rtc后备电源(80)充能；所述rtc后备电源(80)与rtc芯片(37)电气连接，在系统核心板(1)关机后自动向rtc芯片(37)供电，维持实时时钟的计数；所述低速adc电压基准(75)的输出端与低速adc(66)电气连接，用于提供低速adc(66)的电压参考，当电源输入(76)发生变化时，低速adc电压基准(75)保持稳定，使低速adc(66)不受影响；所述主电压基准(81)的输出端与高速adc(67)的电压参考信号输入端电气连接，用于向传感器子系统(64)提供电压参考，当电源输入(76)发生变化或物联网处理核心(63)运行频率变化时，主电压基准(81)保持稳定，使传感器子系统(64)不受影响；同时高速adc(67)的一路输出信号与高速dac(68)的一路信号输入端电气连接，用于实现传感器子系统(64)的自动校准；所述mebus扩展接口(26)分别与物联网主处理器(3)和物联网备份处理器(18)电气连接，引出所述物联网主处理器(3)和物联网备份处理器(18)的mebus信号，且兼容iic或twi模式，用于扩展采用mebus或iic或twi通信协议的传感器模块。2.根据权利要求1所述的智慧农业高可用性环境感知调节控制器，其特征在于，所述集成天线(2)采用wi-fi、sig-fox和近场毫米波工作模式，工作频率为2.4ghz、5.8ghz或10-30ghz；所述集成天线(2)采用铜电铸成型工艺加工成型，通过设计掩膜并控制铜电铸成型工艺中的溶液体系和电流，精密加工集成天线(2)，校准天线频率匹配。3.根据权利要求1所述的智慧农业高可用性环境感知调节控制器，其特征在于，所述二
氧化碳传感器(4)采用红外吸收光谱方法检测空气中二氧化碳的浓度；所述空气污染物传感器(8)采用激光散射方法检测空气中的pm1.0、pm2.5、pm4.0和pm10含量，采用红外吸收光谱方法检测二氧化硫，氮氧化物和氨气浓度，采用催化氧化还原方法检测挥发性有机污染物和一氧化碳浓度，实现空气污染物的同时综合检测；所述高精度温度传感器(51)、宽量程数字温湿度传感器(55)和高精度数字温湿度传感器(56)采用相同量程和精度的传感器，形成并行备份关系；或者，所述高精度温度传感器(51)、宽量程数字温湿度传感器(55)和高精度数字温湿度传感器(56)采用量程不同的传感器，形成串联扩展关系。4.根据权利要求1所述的智慧农业高可用性环境感知调节控制器，其特征在于，所述usb调试接口(14)和usb通讯接口(15)采用微型usb连接器，所述usb调试接口(14)和usb通讯接口(15)的外壳接地。5.根据权利要求1所述的智慧农业高可用性环境感知调节控制器，其特征在于，所述外层隔离槽(42)、第一内层隔离槽(43)、第二内层隔离槽(44)、第三内层隔离槽(45)和第四内层隔离槽(46)均采用锣削工艺，在高精度传感器扩展模块(41)上加工出槽状孔；或者，所述外层隔离槽(42)、第一内层隔离槽(43)、第二内层隔离槽(44)、第三内层隔离槽(45)和第四内层隔离槽(46)通过铣削工艺，在高精度传感器扩展模块(41)的基材上加工制作，与高精度传感器扩展模块(41)为一体化结构。6.根据权利要求1所述的智慧农业高可用性环境感知调节控制器，其特征在于，所述高精度传感器扩展模块(41)在传感器信号插头(59)处设置接口esd保护芯片(58)，吸收异常浪涌，提高高精度传感器扩展模块(41)的静电放电承受能力。7.根据权利要求1所述的智慧农业高可用性环境感知调节控制器，其特征在于，所述高精度传感器扩展模块(41)的背面采用光固化油墨印刷工艺加工有pcb丝印图案(60)和安装方向指示图标(61)，具有绝缘性和耐腐蚀性，用于高精度传感器扩展模块(41)的保护，指示高精度传感器扩展模块(41)的安装方向。8.根据权利要求1所述的智慧农业高可用性环境感知调节控制器，其特征在于，所述系统核心板(1)为矩形，所述系统核心板(1)采用低介电损耗且高稳定性的ptfe材料为基材，采用电沉积-刻蚀工艺制备电路。9.根据权利要求1所述的智慧农业高可用性环境感知调节控制器，其特征在于，所述物联网模组滤波电容(39)采用并联多枚低esr的陶瓷电容；所述数字电路供电模块(78)和模拟电路供电模块(79)采用宽电压器件。10.一种如权利要求1-9任一项所述的智慧农业高可用性环境感知调节控制器的控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：s1、电源准备阶段；智慧农业高可用性环境感知调节控制器安装就位后，外部直流输入通过电源输入(76)接入电源子系统(74)，电源管理器芯片(77)使能启动，实现稳压输出；此后，数字电路供电模块(78)、模拟电路供电模块(79)、rtc后备电源(80)依次通电，进入准备阶段，当电源继电器(34)接到闭合指令，所述电源继电器(34)闭合接通，系统核心板(1)加电；同时，rtc后备电源(80)开始充电，所述rtc后备电源(80)依据自身电力余量自动设定充电电流，至此，电源准备阶段完成；s2、系统启动阶段；
系统核心板(1)加电后，物联网处理核心(63)启动，通过内嵌的初始化固件向高可用存储器子系统(70)发出读取指令，数据存储卡(71)通过fram暂存器(73)向psram缓存(72)传输数据，物联网处理核心(63)通过加载到psram缓存(72)的数据开始运行；物联网处理核心(63)依据内嵌程序依次初始化近场毫米波通讯芯片(69)、低速adc电压基准(75)、主电压基准(81)、二氧化碳传感器(4)、空气污染物传感器(8)和高精度传感器扩展模块(41)；初始化进度和系统状态分别显示在oled主屏幕(12)和oled副屏幕(13)上，当初始化完成，系统启动阶段结束；s3、数据采集阶段；物联网处理核心(63)控制二氧化碳传感器(4)、空气污染物传感器(8)和高精度传感器扩展模块(41)，检测环境中温度、相对湿度、气压、氧气浓度、二氧化碳浓度、光照强度、光谱分布、pm1.0、pm2.5、pm4.0、pm10、挥发性有机污染物、一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和氨气的浓度及变化环境数据；所述物联网处理核心(63)进行边缘计算，分析处理上述环境数据，近场毫米波通讯芯片(69)进行环境数据的信号调制，并通过集成天线(2)向外发送，实现数据采集分析和上传；s4、控制输出阶段；物联网处理核心(63)综合处理从集成天线(2)接收的指令和通过二氧化碳传感器(4)、空气污染物传感器(8)和高精度传感器扩展模块(41)获取的环境数据，分析决策得到动作指令，利用io芯片(38)和高速dac(68)转换为动作信号，通过gpio接口(11)、第一智能调速接口(21)、第二智能调速接口(22)及dac输出接口(28)输出动作信号，实现控制输出。

技术总结
本发明涉及一种智慧农业高可用性环境感知调节控制器，包括：系统核心板、高精度传感器扩展模块、低速ADC、高速ADC、高速DAC、近场毫米波通讯芯片、高可用存储器子系统和电源子系统。本发明具备“边缘计算-环境感知”和“自适应无线组网”功能，能够快速构建设施农业测控网络，在线分析监测设施环境，并依据监测结果实时反馈调控设施内的环境参数，实现高质量环控，为热带高效能农业工厂构建，集约化智慧农业发展，优质热带品种资源保护利用提供了新的解决方案，以解决现有设备环境感知精度差，时变漂移大，环控精度欠佳，作用范围小，安装部署困难，安全稳定性差的技术缺陷。安全稳定性差的技术缺陷。安全稳定性差的技术缺陷。


技术研发人员：庞真真 殷浩然 周晖雨 张涵莹 倪思睿
受保护的技术使用者：海南大学
技术研发日：2023.07.07
技术公布日：2023/9/9