4、数据采集终端（DTU/RTU）：功能、选型标准、与传感器的接线方式及供电方案
数据采集终端是施肥监控系统的“神经末梢”，负责将田间传感器的模拟信号或数字信号转换为网络数据包，并通过无线网络回传至云平台。DTU（Data Transfer Unit）侧重透传，RTU（Remote Terminal Unit）侧重逻辑控制与本地闭环。本章从功能、选型、接线与供电四个维度展开。
4.1 核心功能对比
| 功能维度 | DTU（数据传输单元） | RTU（远程终端单元） |
|---|---|---|
| 数据透传 | 串口 ↔ 网络双向透传，不解析协议 | 支持协议解析与数据打包 |
| 本地逻辑 | 无或极简（仅心跳/AT指令） | 支持梯形图/脚本编程，可本地闭环控制 |
| IO 接口 | 通常 1~2 路 RS232/485 | 多路 DI/DO/AI/AO + RS485 + 以太网 |
| 典型场景 | 简单传感器数据上云 | 泵阀联动、灌溉分区控制、边缘计算 |
| 成本 | 低（200~800 元） | 中高（800~3000 元） |
选型提示： 若只需将土壤湿度、EC 值等数据回传云端展示，DTU 即可满足；若需根据传感器阈值自动启停施肥泵或电磁阀，必须选用 RTU。
4.2 选型标准清单
- 通信制式： 4G Cat.1（主流）、NB-IoT（低功耗场景）、LoRa（私有组网）、5G（高带宽视频回传）。
- 串口数量与类型： 至少 1 路 RS485，支持 Modbus RTU 主/从模式；建议预留 1 路 RS232 用于调试。
- 模拟量输入： 4~20mA 或 0~10V，分辨率 ≥12bit，通道数 ≥2。
- 数字量输入/输出： DI 用于脉冲流量计或状态检测，DO 用于继电器驱动；DO 触点容量 ≥5A/250VAC。
- 工作环境： 工业级温度 -40℃~85℃，防护等级 IP65 以上（户外立杆安装）。
- 协议支持： MQTT、HTTP、TCP/UDP；RTU 需支持 Modbus TCP 网关功能。
- 供电范围： DC 9~36V 宽压输入，具备反接保护和浪涌抑制。
避坑要点： 部分低价 DTU 仅支持 TCP 透传，无法主动上报 MQTT 心跳，导致平台判定设备离线。务必确认 DTU 是否内置 MQTT 协议栈。
4.3 与传感器的接线方式
传感器输出信号类型决定接线拓扑。以下为三种最常见接线方式：
| 传感器类型 | 输出信号 | 终端接口 | 接线要点 |
|---|---|---|---|
| 土壤湿度/温度 | RS485 Modbus | DTU/RTU 的 RS485 端口 | A(+) 接 A，B(-) 接 B，GND 共地；总线长度 ≤1200m |
| 压力/液位变送器 | 4~20mA 两线制 | RTU 的 AI 通道 | 正极接 AI+，负极接 GND；终端并联 250Ω 电阻 |
| 脉冲流量计 | 干接点/OC 门 | RTU 的 DI 通道 | 上拉电阻 10kΩ 至 VCC，脉冲频率 ≤2kHz |
// RS485 总线接线示例（Modbus RTU）
// DTU/RTU 端 传感器 1 传感器 2
// A(+) ────────────── A(+) ───────── A(+)
// B(-) ────────────── B(-) ───────── B(-)
// GND ────────────── GND ────────── GND
// 注意：总线两端需各并联 120Ω 终端电阻
⚠ 接线禁忌： 严禁将 RS485 的 A/B 线与电源正负极混接；4~20mA 回路中不得串联开关或保险丝，否则会导致环路断路。
4.4 供电方案设计
施肥现场供电条件差异大，需根据设备功耗与稳定性要求选择方案：
- 市电 220VAC 转 DC 24V： 最可靠方案，适用于有配电箱的泵房。选用导轨式开关电源，功率余量 ≥30%。
- 太阳能 + 蓄电池： 适用于无市电的大田或山地。组件功率 ≥50W，蓄电池容量 ≥20Ah（12V），配合 MPPT 控制器。
- 锂电池包（可更换）： 适用于便携式手持采集终端或临时监测点。容量 ≥10Ah，支持 USB Type-C 充电。
- PoE 供电（仅限有线 RTU）： 通过网线同时传输数据和电力，适合温室内部固定安装。
4.5 供电选型速查表
| 场景 | 推荐方案 | 典型功耗 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 温室泵房（有市电） | 220VAC → DC 24V 开关电源 | DTU: 3W / RTU: 8W | 加装浪涌保护器 |
| 大田无市电 | 太阳能 80W + 蓄电池 40Ah | RTU+传感器: 5W | 连续阴天续航 ≥7 天 |
| 移动巡检/临时采集 | 锂电池包 12V/20Ah | DTU: 2W | 支持热插拔更换 |
| 温室有线网络覆盖 | PoE 交换机供电 (IEEE 802.3af) | RTU: 6W | 网线距离 ≤100m |
工程建议： 无论采用哪种供电方案，终端设备电源入口均需并联 TVS 管（双向 30V/600W）和自恢复保险丝（500mA），防止雷击感应或短路损坏设备。