山區(qū)茶園遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種山區(qū)茶園遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，由路由監(jiān)測節(jié)點(diǎn)、路由中繼節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器和上位機(jī)組成，所述路由監(jiān)測節(jié)點(diǎn)、路由中繼節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器均包含核心板和底板兩部分，底板和核心板連接，路由監(jiān)測節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過路由中繼節(jié)點(diǎn)傳送至安裝在監(jiān)控中心內(nèi)的協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器再經(jīng)串口將所有監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行顯示和處理。本實(shí)用新型針對山區(qū)茶園環(huán)境監(jiān)測的實(shí)際需求，利用ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)具有自組織功能、路由中繼功能，遠(yuǎn)程中繼傳輸達(dá)數(shù)十公里的監(jiān)測裝置。實(shí)現(xiàn)對茶園環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測，滿足山區(qū)茶農(nóng)的實(shí)際生產(chǎn)要求。
【專利說明】山區(qū)茶園遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及農(nóng)業(yè)信息化【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說是一種山區(qū)茶園遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國的茶園大都位于山區(qū)，尤其是有機(jī)茶園。為了提高山區(qū)茶園的茶葉品質(zhì)，需要對其環(huán)境參數(shù)進(jìn)行有效感知，以便及時(shí)采取有效措施來實(shí)現(xiàn)高效的生產(chǎn)管理。但山區(qū)茶園距離遠(yuǎn)，環(huán)境參數(shù)的獲取依靠傳統(tǒng)的人工方式顯然不能滿足要求，尤其是數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性和有效性難以滿足。現(xiàn)代信息技術(shù)融入傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，形成了農(nóng)業(yè)信息化浪潮，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理方式帶來了新變革。
[0003]申請?zhí)枮?01020581129.3的專利中公開了一種自動化茶園精細(xì)化生長發(fā)育測量及病蟲害檢測裝置，實(shí)現(xiàn)了自動化茶園精細(xì)化生長發(fā)育測量及病蟲害檢測裝置，但該裝置在導(dǎo)軌上運(yùn)行，難以在山區(qū)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程環(huán)境信息監(jiān)測；申請?zhí)枮?01210107818.4的專利中公開了一種基于GPS、GIS和傳感網(wǎng)技術(shù)的茶園精確管理系統(tǒng)，借助全球定位系統(tǒng)GPS和地理信息系統(tǒng)GIS采集茶園地塊輪廓信息，根據(jù)土壤養(yǎng)分信息和茶葉長勢需求進(jìn)行變量施肥作業(yè)，根據(jù)茶園病蟲害情況進(jìn)行變量噴藥作業(yè)；應(yīng)用溫度傳感器、無線傳輸模塊實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)采集，實(shí)時(shí)控制風(fēng)扇工作。該專利系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備眾多，沒有充分考慮到山區(qū)茶園的實(shí)用性和適用性。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種山區(qū)茶園遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，依據(jù)茶農(nóng)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，監(jiān)測最主要影響茶葉生產(chǎn)的參數(shù)。這樣可以大幅度降低成本和操作復(fù)雜度，滿足茶農(nóng)實(shí)際情況。解決現(xiàn)有技術(shù)中采用GPRS或者3G網(wǎng)絡(luò)來遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)時(shí)所產(chǎn)生的無線信號弱、費(fèi)用高的問題。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:
[0006]山區(qū)茶園遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，由路由監(jiān)測節(jié)點(diǎn)、路由中繼節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器和上位機(jī)組成，所述路由監(jiān)測節(jié)點(diǎn)、路由中繼節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器均包含核心板和底板兩部分，底板和核心板連接，核心板包括ZigBee模塊，底板包括串行接口和電源模塊，其中路由監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的底板中設(shè)置有傳感器模塊，且其底板連接至傳感器，路由中繼節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器的核心板中設(shè)置有射頻功放模塊。
[0007]所述傳感器包括空氣溫濕度傳感器、土壤濕度傳感器、土壤溫度傳感器和光照度傳感器。
[0008]路由監(jiān)測節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過路由中繼節(jié)點(diǎn)傳送至安裝在監(jiān)控中心內(nèi)的協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器再經(jīng)串口將所有監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行顯示和處理。
[0009]對于茶葉種植區(qū)域按蜂窩劃分，每個路由監(jiān)測節(jié)點(diǎn)位于一個蜂窩的中心，均采集空氣及土壤溫、濕度和光照度參數(shù)，系統(tǒng)依靠節(jié)點(diǎn)的自組織特性自動組建成ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)。路由中繼節(jié)點(diǎn)不實(shí)現(xiàn)采集任務(wù)，但增加了射頻功率放大模塊，使無線信號傳輸距離超過I公里，通過多次中繼后采集數(shù)據(jù)可以傳送到距茶園較遠(yuǎn)，且安裝在監(jiān)控中心內(nèi)的協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器再經(jīng)串口將所有檢測數(shù)據(jù)發(fā)送到上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示和處理。
[0010]系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的核心是ZigBee節(jié)點(diǎn)，ZigBee標(biāo)準(zhǔn)中定義的節(jié)點(diǎn)具有通用性，每個節(jié)點(diǎn)都具備參數(shù)采集、路由和協(xié)調(diào)器功能，具體成為何種節(jié)點(diǎn)只需軟件配置，一旦節(jié)點(diǎn)配置為終端節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)就喪失了路由功能。當(dāng)配置為路由節(jié)點(diǎn)或協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)時(shí)仍可實(shí)現(xiàn)參數(shù)采集功能，這是由用戶編寫的軟件代碼決定。由于每個ZigBee子網(wǎng)只能有一個協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，因此本項(xiàng)目除配置一個協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)外，其它全部為路由節(jié)點(diǎn)，沒有使用終端節(jié)點(diǎn)，這樣即使發(fā)生多個節(jié)點(diǎn)故障也不會造成采集系統(tǒng)失效，可顯著提高監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的可靠性。但路由節(jié)點(diǎn)需對其它節(jié)點(diǎn)發(fā)來的信息存儲、融合和轉(zhuǎn)發(fā)，會使其數(shù)據(jù)吞吐量增加，不過茶園監(jiān)測數(shù)據(jù)量小，監(jiān)測間隔時(shí)間較長，這樣實(shí)現(xiàn)完全可行。
[0011]路由監(jiān)測節(jié)點(diǎn)采集土壤溫度、濕度，空氣溫度、濕度和光照共5個參數(shù)；采集間隔時(shí)間為20分鐘。由于山區(qū)茶葉種植區(qū)距離監(jiān)控中心較遠(yuǎn)約有數(shù)公里，路由中繼節(jié)點(diǎn)不具備參數(shù)采集功能，實(shí)現(xiàn)電路上增加功率放大模塊，實(shí)現(xiàn)茶園采集數(shù)據(jù)接力傳輸至遠(yuǎn)端仂、調(diào)器。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0013]本實(shí)用新型針對山區(qū)茶園環(huán)境監(jiān)測的實(shí)際需求，利用ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)具有自組織功能、路由中繼功能，遠(yuǎn)程中繼傳輸達(dá)數(shù)十公里的監(jiān)測裝置。實(shí)現(xiàn)對茶園環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測，滿足山區(qū)茶農(nóng)的實(shí)際生產(chǎn)要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0015]圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0016]圖2為節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖中:1、路由監(jiān)測節(jié)點(diǎn)；2、路由中繼節(jié)點(diǎn)；3、協(xié)調(diào)器；4、上位機(jī)；5、射頻功放模塊；6、ZigBee模塊；7、串行接口 ；8、傳感器模塊；9、電源模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1和2所示，山區(qū)茶園遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，由路由監(jiān)測節(jié)點(diǎn)1、路由中繼節(jié)點(diǎn)2、協(xié)調(diào)器3和上位機(jī)4組成，所述路由監(jiān)測節(jié)點(diǎn)1、路由中繼節(jié)點(diǎn)2和協(xié)調(diào)器3均包含核心板和底板兩部分，底板和核心板連接，核心板包括ZigBee模塊6，底板包括串行接口 7和電源模塊9，其中路由監(jiān)測節(jié)點(diǎn)I的底板中設(shè)置有傳感器模塊8，且其底板連接至傳感器，路由中繼節(jié)點(diǎn)2和協(xié)調(diào)器3的核心板中設(shè)置有射頻功放模塊5。
[0019]所述傳感器包括空氣溫濕度傳感器、土壤濕度傳感器、土壤溫度傳感器和光照度傳感器。
[0020]路由監(jiān)測節(jié)點(diǎn)I采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過路由中繼節(jié)點(diǎn)2傳送至安裝在監(jiān)控中心內(nèi)的協(xié)調(diào)器3，協(xié)調(diào)器3再經(jīng)串口將所有監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)4進(jìn)行顯示和處理。
[0021]所述ZigBee模塊6的型號為CC2530。
[0022]所述射頻功放模塊5的型號為RFX2401。[0023]所述空氣溫濕度傳感器型號為SHT71。
[0024]所述土壤濕度傳感器型號為TD-SWR2。
[0025]所述土壤溫度傳感器的型號為ST-100。
[0026]所述光照度傳感器為硅光電池。
[0027]傳感器模塊負(fù)責(zé)采集監(jiān)測區(qū)域的信息；ZigBee模塊是整個節(jié)點(diǎn)的中樞，主要負(fù)責(zé)建立，維護(hù)通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)無線信號傳輸，傳感器數(shù)據(jù)采集，處理和轉(zhuǎn)發(fā)和識別控制信息并進(jìn)行控制等功能；射頻功放模塊實(shí)現(xiàn)無線信號遠(yuǎn)距離雙向傳輸；串行接口對協(xié)調(diào)器實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)通信，對路由節(jié)點(diǎn)則用于硬件測試；電源模塊負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)供電。
[0028]CC2530是一款SOC芯片，符合ZigBee標(biāo)準(zhǔn)。CCC2530具有較寬的工作電壓(2.0V-3.6V)，功耗低，適合電池供電，它片內(nèi)集成了射頻收發(fā)模塊，增強(qiáng)型51內(nèi)核，8路12位ADC，2個多功能串行口，21個I/O。CC2530內(nèi)置的射頻收發(fā)模塊通信距離有限，在空曠區(qū)域可達(dá)100米，有障礙區(qū)域只有50-60米，使用RFX2401模塊可使通信距離增加到600米，若再配合高增益的9dBi天線則通信距離超過I公里。
[0029]底板電路連接核心板與傳感器，可將核心板控制命令傳遞給各個傳感器，還能將傳感器輸出的模擬或數(shù)字信號送入CC2530芯片進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換或直接讀取。底板上含串行通信插座，指示網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)的LED指示燈和測試按鍵，可用于程序調(diào)試和協(xié)調(diào)器與上位機(jī)通信。系統(tǒng)供電由底板輸入，采用可充電電池，經(jīng)1117M3電壓轉(zhuǎn)換芯片獲得3.3V電壓給CC2530和RFX2401模塊供電。
[0030]茶園種植區(qū)內(nèi)每個路由監(jiān)測節(jié)點(diǎn)需要采集空氣溫、濕度，土壤溫、濕度，光照度，供電電壓和核心板溫度共7個參數(shù)，共采用四種傳感器，其中核心板溫度和供電電壓由CC2530內(nèi)部直接接入AD轉(zhuǎn)換器無需外部接口 ；路由中繼節(jié)點(diǎn)只采集電池供電電壓和核心板溫度；協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)位于控制室內(nèi)只監(jiān)測核心板溫度。由于各路由節(jié)點(diǎn)均為電池供電，傳感器選擇都遵循低功耗，低供電電壓原則。4種傳感器的輸出信號分為兩類:模擬輸出和數(shù)字輸出。
[0031]空氣溫濕度傳感器型號為SHT71,該傳感器供電電壓低，功耗低,適用于電池供電系統(tǒng)，可同時(shí)測量空氣溫度和濕度，輸出為數(shù)字信號，共4個引腳，分別為SCK(串行時(shí)鐘線)，DATA(串行數(shù)據(jù)線)及電源和地。
[0032]土壤濕度傳感器型號為TD-SWR2，可埋入土壤中對土壤水分進(jìn)行定點(diǎn)長期監(jiān)測。相對測量范圍O?100%，輸出O?2.5V模擬信號，供電電壓可低至2.7V。電纜標(biāo)準(zhǔn)長度5米。
[0033]土壤溫度傳感器的型號為ST-100,該傳感器耐腐蝕,功耗低,密封性好,0_1030mV模擬信號，測量范圍-30?70°C，0°C以上精度為0.1°C。
[0034]光照度傳感器為娃光電池，由于娃光電池輸出為微弱的電流信號，需經(jīng)后級運(yùn)放放大，第一個運(yùn)放用于將光電池輸出的微弱電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，第二個運(yùn)放作用與前面相同就是將輸出電壓信號轉(zhuǎn)換到0-3.3V參考電壓范圍內(nèi)。傳感器模塊還監(jiān)測CC250工作電壓和芯片溫度，這兩個模擬量輸入端已集成在CC2530的AD輸入端內(nèi)，只需軟件設(shè)置就可監(jiān)測工作電壓和芯片溫度。
[0035]以上公開的僅為本專利的具體實(shí)施例，但本專利并非局限于此，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，做出的變形應(yīng)視為屬于本實(shí)用新型保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.山區(qū)茶園遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:由路由監(jiān)測節(jié)點(diǎn)、路由中繼節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器和上位機(jī)組成，所述路由監(jiān)測節(jié)點(diǎn)、路由中繼節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器均包含核心板和底板兩部分，底板和核心板連接，核心板包括ZigBee模塊，底板包括串行接口和電源模塊，其中路由監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的底板中設(shè)置有傳感器模塊，且其底板連接至傳感器，路由中繼節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器的核心板中設(shè)置有射頻功放模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的山區(qū)茶園遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感器包括空氣溫濕度傳感器、土壤濕度傳感器、土壤溫度傳感器和光照度傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的山區(qū)茶園遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述ZigBee模塊的型號為CC2530。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的山區(qū)茶園遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述射頻功放模塊的型號為RFX2401。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的山區(qū)茶園遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述空氣溫濕度傳感器型號為SHT71。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的山區(qū)茶園遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述土壤濕度傳感器型號為TD-SWR2。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的山區(qū)茶園遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述土壤溫度傳感器的型號為ST-100。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的山區(qū)茶園遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述光照度傳感器為娃光電池。
【文檔編號】A01G13/00GK203415085SQ201320417967
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月15日
【發(fā)明者】諸葛天秋, 于鐘平, 羅躍新, 張飆, 楊小平, 劉源, 鄧慧群 申請人:廣西壯族自治區(qū)桂林茶葉科學(xué)研究所