專利名稱：基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫室草莓園監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溫室草莓園生態(tài)環(huán)境信息采集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
溫室草莓園區(qū)通常設(shè)置在野外，對于草莓園的生態(tài)環(huán)境信息的采集，首先需要在草莓園安裝各種生態(tài)環(huán)境信息傳感器，通過生態(tài)環(huán)境信息傳感器檢測各種數(shù)據(jù)，例如土壤水分、空氣溫濕度、光照強(qiáng)度等。
現(xiàn)有的溫室草莓園，通常僅僅單獨進(jìn)行生態(tài)環(huán)境信息采集，并沒有集中管理，不能有效經(jīng)營和管理草莓園。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有溫室草莓園不能集中管理、不便于精細(xì)化經(jīng)營和管理、生產(chǎn)效率低的不足，本發(fā)明提供一種便于集中管理、實現(xiàn)精細(xì)化經(jīng)營和管理、提高生產(chǎn)效率的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫室草莓園監(jiān)測系統(tǒng)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫室草莓園監(jiān)測系統(tǒng)，包括用以實現(xiàn)溫室草莓生長環(huán)境監(jiān)控的監(jiān)控中心和用以安裝在溫室草莓園的傳感器節(jié)點，所述傳感器節(jié)點包括土壤水分傳感器、光照傳感器、溫濕度傳感器、微控制器和第一無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊，所述土壤水分傳感器、光照傳感器和溫濕度傳感器均與所述微控制器連接，所述微控制器與所述第一無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊連接；所述監(jiān)控中心包括 第二無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊，用以與所述第一無線通信模塊無線通信； 草莓生態(tài)環(huán)境信息監(jiān)測模塊，用以依照草莓生長過程的各個階段的所需生態(tài)環(huán)境信息，顯示當(dāng)前所在的階段選取所需生態(tài)環(huán)境信息標(biāo)準(zhǔn)值，監(jiān)測當(dāng)前采集的生態(tài)環(huán)境信息。
進(jìn)一步，所述傳感器節(jié)點還包括能量供應(yīng)模塊，所述能量供應(yīng)模塊均與所述土壤水分傳感器、光照傳感器、溫濕度傳感器和微控制器連接。
本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為信息的生成、獲取、存儲、傳輸、處理及其應(yīng)用是現(xiàn)代信息科學(xué)的六大組成部分，其中信息的獲取是信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈上重要的環(huán)節(jié)之一，沒有它就沒有信息的傳輸、處理和應(yīng)用，信息化也就成了無水之源、無本之木。隨著微機(jī)電系統(tǒng) MEMS (Micro-Electro-Mechanism System)、片上系統(tǒng) SoC (System-on-Chip)、微電子技術(shù)、 無線通信技術(shù)、信號處理技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、納米材料等的進(jìn)步以及互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，傳感器的信息獲取技術(shù)從獨立的單一化模式向微型化、集成化，進(jìn)而向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，成為信息獲取最基本和最重要的技術(shù)之一。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN，Wireless Sensor Network)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的大量微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成一個自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，目的是感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)送給用戶。
通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以把分布在遠(yuǎn)距離不同位置上的通信設(shè)備連在一起，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享。此外，無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點還包括抗干擾能力強(qiáng)、傳輸帶寬高、安全保密性好、功率譜密度低。利用無線網(wǎng)絡(luò)的上述特點，可以組建針對農(nóng)業(yè)信息采集和管理的本地?zé)o線局域網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息的實時傳輸。同時，可以給用戶提供更多技術(shù)支持和決策信息，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管理。
本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1、便于集中管理、實現(xiàn)精細(xì)化經(jīng)營和管理；2、提高生產(chǎn)效率。


圖1是基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫室草莓園監(jiān)測系統(tǒng)的原理框圖。
圖2是傳感器節(jié)點的原理框圖。
圖3是溫室草莓園監(jiān)測系統(tǒng)的工作流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
參照圖1 圖3，一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫室草莓園監(jiān)測系統(tǒng)，包括用以實現(xiàn)溫室草莓生長環(huán)境監(jiān)控的監(jiān)控中心1和用以安裝在溫室草莓園的傳感器節(jié)點2，所述傳感器節(jié)點2包括土壤水分傳感器、光照傳感器、溫濕度傳感器、微控制器和第一無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊，所述土壤水分傳感器、光照傳感器和溫濕度傳感器均與所述微控制器連接，所述微控制器與所述第一無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊連接；所述監(jiān)控中心1包括 第二無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊，用以與所述第一無線通信模塊無線通信； 草莓生態(tài)環(huán)境信息監(jiān)測模塊，用以依照草莓生長過程的各個階段的所需生態(tài)環(huán)境信息，顯示當(dāng)前所在的階段選取所需生態(tài)環(huán)境信息標(biāo)準(zhǔn)值，監(jiān)測當(dāng)前采集的生態(tài)環(huán)境信息。
進(jìn)一步，所述傳感器節(jié)點還包括能量供應(yīng)模塊，所述能量供應(yīng)模塊均與所述土壤水分傳感器、光照傳感器、溫濕度傳感器和微控制器連接。
本實施例，通過傳感器節(jié)點采集草莓園生態(tài)環(huán)境信息，信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到管理節(jié)點，用戶可以通過管理節(jié)點上的管理軟件查看和處理采集到的信息，做出決策。該系統(tǒng)使用戶足不出戶就能對草莓園進(jìn)行管理。便于實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息化、精細(xì)化經(jīng)營和管理 通過部署在草莓園中的傳感器節(jié)點采集草莓園的生態(tài)環(huán)境信息，主要包括土壤水分、空氣溫濕度、光照強(qiáng)度等，采集的信息在傳感器節(jié)點中經(jīng)過相關(guān)處理后，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦芾砉?jié)點上，管理節(jié)點由網(wǎng)絡(luò)通信模塊和PC機(jī)組成，信息進(jìn)入PC機(jī)后，可以通過管理軟件查看和處理。
選用的土壤水分傳感器為FDS100水分傳感器，空氣溫濕度傳感器為AM2301數(shù)字溫濕度傳感器，光照傳感器為SC-GZ光照傳感器。傳感器節(jié)點的微控制器選用STC89C52單片機(jī)。網(wǎng)絡(luò)通信模塊選用華為技術(shù)有限公司的G3100GPRS Modem。傳感器節(jié)點中的處理程序在Keil C51 uVision2中開發(fā)，管理軟件是基于PC機(jī)的，在Microsoft Visual C++ 6.0 集成開發(fā)環(huán)境中開發(fā)。
所述的生態(tài)環(huán)境信息采集系統(tǒng)，其特征在于土壤水分傳感器和空氣溫室度傳感器輸出的模擬信號比較微弱，需要進(jìn)行放大，放大電路采用運算放大器的同相閉環(huán)連接的方式，其中運算放大器為LM3M芯片。放大后的信號由ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)入 STC89C52單片機(jī)。單片機(jī)將信號處理后通過GPRS模塊以短消息的方式傳輸?shù)焦芾砉?jié)點， GPRS模塊由單片機(jī)發(fā)送的AT指令來操作，包括串口初始化、波特率設(shè)置、接收方號碼設(shè)置、 信息發(fā)送等過程。
所述的生態(tài)環(huán)境信息采集系統(tǒng)，其特征在于管理節(jié)點由網(wǎng)絡(luò)通信模塊和PC機(jī)組成，網(wǎng)絡(luò)通信模塊用于傳感器節(jié)點與管理節(jié)點通信，PC機(jī)用于運行監(jiān)控系統(tǒng)的管理軟件。管理軟件在Visual C++ 6.0集成開發(fā)環(huán)境中開發(fā)，主要用于查看系統(tǒng)采集的即時信息和歷史 fn息ο 所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫室草莓園生態(tài)環(huán)境信息采集系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)過程包括如下步驟 (1)提出系統(tǒng)總體設(shè)計方案。信息采集系統(tǒng)由傳感器節(jié)點和管理節(jié)點組成。
(2)傳感器節(jié)點由傳感器模塊、處理器模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、能量供應(yīng)模塊組成。傳感器模塊包括土壤水分傳感器、空氣溫濕度傳感器、光照傳感器等。處理器模塊包括信號放大電路、AD轉(zhuǎn)換電路、微控制器等，其中微控制器選用STC89C52單片機(jī)。網(wǎng)絡(luò)通信模塊選用華為技術(shù)有限公司的G3100 GPRS Modem，用于傳感器節(jié)點與管理節(jié)點之間的通信。能量供應(yīng)模塊由蓄電池和太陽能電池組成，用于傳感器節(jié)點的能量供給。
(3)管理節(jié)點由網(wǎng)絡(luò)通信模塊和PC機(jī)組成。網(wǎng)絡(luò)通信模塊選用華為技術(shù)有限公司的G3100 GPRS Modem，用于傳感器節(jié)點與管理節(jié)點之間的通信。PC機(jī)用于運行信息管理軟件。
(4)管理軟件是基于PC機(jī)開發(fā)的，用于管理采集到的生態(tài)環(huán)境信息。主要功能包括存儲信息，顯示即時信息和歷史信息等。開發(fā)環(huán)境為Microsoft Visual C++ 6.0。
(5)系統(tǒng)開發(fā)完成后，在草莓園中測試，能滿足信息采集和管理的需要。
根據(jù)溫室草莓園的特點，提出了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的草莓園生態(tài)環(huán)境信息采集系統(tǒng)總體方案(如圖1所示)，系統(tǒng)由傳感器節(jié)點和管理節(jié)點組成。傳感器節(jié)點由傳感器模塊、處理器模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊和能量供應(yīng)模塊組成(如圖2所示)，布置在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)， 傳感器選用土壤水分傳感器、空氣溫濕度傳感器、光照傳感器采集草莓園的生態(tài)環(huán)境信息， 采集的信息經(jīng)過放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換等處理后進(jìn)入微控制器STC89C52，信息最終通過網(wǎng)絡(luò)通信模塊發(fā)送到管理節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)通信模塊選用華為技術(shù)有限公司的G3100 GPRS Modem。管理節(jié)點由網(wǎng)絡(luò)通信模塊和PC機(jī)組成，其中網(wǎng)絡(luò)通信模塊選用華為技術(shù)有限公司的G3100 GPRS Modem，用于傳感器節(jié)點與管理節(jié)點通信，PC機(jī)用于運行管理軟件。
根據(jù)傳感器節(jié)點的結(jié)構(gòu)與功能繪制電路原理圖和PCB，并制成電路板。傳感器節(jié)點的軟件在Keil C51 uViSOn2中開發(fā)，主要功能是信息采集和節(jié)點通信。
管理節(jié)點的軟件在Visual C++ 6. 0中開發(fā)，主要功能包括節(jié)點通信、即時信息顯示和歷史信息顯示。顯示的是即時信息，歷史信息以曲線方式顯示，當(dāng)鼠標(biāo)點擊在相應(yīng)點上時，會顯示歷史信息的數(shù)值。
信息采集系統(tǒng)的工作流程包括五個主要步驟(1)系統(tǒng)初始化；(2)傳感器采集生態(tài)環(huán)境信息；C3)信息在微控制器中處理；(4)信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦芾砉?jié)點；(5)用戶通過管理節(jié)點上的軟件查看信息并做出決策。
權(quán)利要求
1.一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫室草莓園監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述監(jiān)測系統(tǒng)包括用以實現(xiàn)溫室草莓生長環(huán)境監(jiān)控的監(jiān)控中心和用以安裝在溫室草莓園的傳感器節(jié)點，所述傳感器節(jié)點包括土壤水分傳感器、光照傳感器、溫濕度傳感器、微控制器和第一無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊，所述土壤水分傳感器、光照傳感器和溫濕度傳感器均與所述微控制器連接，所述微控制器與所述第一無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊連接；所述監(jiān)控中心包括第二無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊，用以與所述第一無線通信模塊無線通信；草莓生態(tài)環(huán)境信息監(jiān)測模塊，用以依照草莓生長過程的各個階段的所需生態(tài)環(huán)境信息，顯示當(dāng)前所在的階段選取所需生態(tài)環(huán)境信息標(biāo)準(zhǔn)值，監(jiān)測當(dāng)前采集的生態(tài)環(huán)境信息。
2.如權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫室草莓園監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述傳感器節(jié)點還包括能量供應(yīng)模塊，所述能量供應(yīng)模塊均與所述土壤水分傳感器、光照傳感器、溫濕度傳感器和微控制器連接。
全文摘要
一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫室草莓園監(jiān)測系統(tǒng)，包括用以實現(xiàn)溫室草莓生長環(huán)境監(jiān)控的監(jiān)控中心和用以安裝在溫室草莓園的傳感器節(jié)點，傳感器節(jié)點包括土壤水分傳感器、光照傳感器、溫濕度傳感器、微控制器和第一無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊，土壤水分傳感器、光照傳感器和溫濕度傳感器均與微控制器連接，微控制器與第一無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊連接；監(jiān)控中心包括第二無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊，用以與第一無線通信模塊無線通信；草莓生態(tài)環(huán)境信息監(jiān)測模塊，用以依照草莓生長過程的各個階段的所需生態(tài)環(huán)境信息，顯示當(dāng)前所在的階段選取所需生態(tài)環(huán)境信息標(biāo)準(zhǔn)值，監(jiān)測當(dāng)前采集的生態(tài)環(huán)境信息。本發(fā)明便于集中管理、實現(xiàn)精細(xì)化經(jīng)營和管理、提高生產(chǎn)效率。
文檔編號A01G1/00GK102186262SQ20111006434
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者馮雷, 楊凱盛, 何勇 申請人:浙江大學(xué)