一種便攜式開放農田環境溫濕度遠距離無線監測系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種便攜式開放農田環境溫濕度遠距離無線監測系統，該系統由溫度傳感器、濕度傳感器、監測端單片機單元、Zigbee從節點模塊、鉛蓄電池和帶尖頂的長圓柱體組成的監測端和由Zigbee主節點模塊、接收端單片機單元、矩陣鍵盤、LCD顯示屏、鋰電池和flash存儲器組成的手持接收端組成。系統通過Zigbee網絡進行通信。利用本實用新型的系統可以遠距離無線監測農業環境的溫、濕度，為開放農田環境溫濕度信息的無線監測提供了一種技術方案。
【專利說明】—種便攜式開放農田環境溫濕度遠距離無線監測系統
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于開放農田溫濕度監測領域，涉及一種農業環境無線監測系統。
【背景技術】
[0002]目前，對農田環境溫、濕度信息的把握，普通農戶主要依靠自身經驗，缺乏精準的環境信息獲取手段。隨著勞動力成本的提高及產業升級的需求，實現農業的規模化經營，借助先進的科技手段提高農田生產效率已經成為我國農業生產必須解決的重大問題之一。
[0003]現有的監測設備多需要實地測得數據，布置測點費時費力，且測點的布置數量受到限制，從而影響采集數據的廣泛性與準確性。多數農田環境監測設備為固定式設置，移動不便、監測范圍有限。已開發應用的農業無線監測系統主要用于溫室內，傳輸距離較短，達不到開放式農田的數據傳輸要求。
[0004]因此，將智能傳感器與無線傳輸技術相結合，本發明提供了一種便攜、易布置大量測點的遠距離無線監測設備，實現對農田作物生長環境信息的實時掌握，通過相應手段人為干預調整環境參數，使農作物處于有利于其生長的環境中，從而有效地提高農作物生產過程的質量、提高其品質，達到增產增收提高效益的目的。
【發明內容】
[0005]為了實現開放農田溫濕度監測設備的便攜，且可以快速布置監測點形成大面積無線監測網絡覆蓋，以更好地實現對農業環境信息的采集、傳輸、統計與分析等。本實用新型發明了一種便攜式開放農田環境溫濕度遠距離無線監測系統。
[0006]本實用新型為實現其目的所采用的技術方案是:一種便攜式開放農田環境溫濕度遠距離無線監測系統，該系統包括若干農田環境信息監測端及一個環境信息數據接收端，監測端與接收端通過Zigbee網絡實現雙向通信。
[0007]一種便攜式開放農田環境溫濕度遠距離無線監測系統，如圖1所示，整個監測系統由若干個監測端和一個接收端組成。監測端包括溫度傳感器1、溫度傳感器3、溫度傳感器5、濕度傳感器2、濕度傳感器4、濕度傳感器6，監測端單片機單元7，Zigbee從節點模塊8，鉛蓄電池9和用于安放傳感器的帶尖頂的長圓柱體10等。
[0008]其監測端通過距離地面不同距離的溫度傳感器1、溫度傳感器3、溫度傳感器5，濕度傳感器2、濕度傳感器4、濕度傳感器6由鉛蓄電池供電，實時獲取農田環境信息，傳感器采集的信息通過數據線與監測端單片機單元7通信，并經過單片機處理后經過單片機單元的串口通過Zigbee從節點模塊8上的天線發送給鄰近的監測端或接收端。監測端系統的單片機單元7及Zigbee從節點模塊8也由鉛蓄電池9供電。監測端的電子器件等由塑料外殼來包裝保護，Zigbee模塊8的天線置于外殼外部。為方便快速安放監測點，溫度傳感器
1、3、5和濕度傳感2、4、6安放在帶有尖頂的硬質材料制成的長圓柱體10的孔洞內，孔洞距離地表的距離可以根據土壤墑情監測要求進行調整。監測端系統的工作狀態由接收端控制休眠或正常工作，當需要采集農田土壤溫濕度信息時，接收端向各個監測端發送工作指令，監測端單片機單元7控制溫度傳感器1、3、5和濕度傳感2、4、6開始信息采集工作，并將得到的數據送給監測端單片機單元7，監測端單片機單元7對數據進行存儲、編號等處理，并通過串口送至Zigbee從節點模塊8向接收端發送測得的數據。完成監測后，接收端向各個監測端發送休眠指令，各個監測端處于休眠狀態。
[0009]一種便攜式開放農田環境溫濕度遠距離無線監測系統，其接收端包括Zigbee主節點模塊11，接收端單片機單元12，矩陣鍵盤13，IXD顯示屏14，及鋰電池15等。
[0010]接收端由Zigbee主節點模塊11上的天線接收從各個監測端傳送來的數據，并通過接收端單片機單元12的串口與接收端單片機12連接，并將數據存儲在單片機或其外部flash存儲器18中，若想要獲取某個監測點處的信息，可在由接收端單片機單元12控制的矩陣鍵盤13上輸入相應的編碼，這樣信息就可以在IXD顯示屏14上顯示。整個接收端系統由鋰電池15供電。接收端端由塑料外殼進行包裝保護，Zigbee主節點模塊11的天線置于外殼外部，制作成手持式。接收端系統的工作狀態由鋰電池電源開關控制。
[0011]本發明的有益功效在于:各個監測端的溫度、濕度傳感器放置在長圓柱體10內，長圓柱體10附有尖頂安裝裝置，可快速布置監測點。Zigbee無線通信方式采用鉛蓄電池供電無需布線且組網靈活，可大量添加組網監測點。無線通信設備可以在網絡覆蓋范圍內快速移動和重新組網，便于根據實際工作要求布置監測節點。監測端可以實時長時間地監測開放農田環境信息，從而全面掌握農田環境的動態信息。一種便攜式開放農田環境溫濕度遠距離無線監測系統，整體系統體積較小、易于攜帶，功能完善且造價較低，便于大面積推廣應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1本實用新型整體結構示意圖。
[0013]圖2本實用新型監測端的結構框圖。
[0014]圖3本實用新型接收端的結構框圖。
[0015]圖4本實用新型Zigbee網絡通信(監測點布置)圖。
[0016]圖5本實用新型工作流程圖。
[0017]圖中:1、溫度傳感器；2、濕度傳感器；3、溫度傳感器；4、濕度傳感器；5、溫度傳感器；6、濕度傳感器；7、監測端單片機單元；8、Zigbee從節點模塊；9、鉛蓄電池；10、用于安放傳感器的帶尖頂的長圓柱體；11、Zigbee主節點模塊；12、接收端單片機單元；13、矩陣鍵盤；14、IXD顯示屏；15鋰電池；16、接收端JTAG接口 ；17、接收端JTAG接口 ；18、flash存儲器。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和實例對本實用新型做進一步說明。
[0019]本實用新型發明了一種便攜式開放農田環境溫濕度遠距離無線監測系統，其功能的實現需要各個監測端與接收端的相互配合，現以一個監測端與接收端為例進行說明。監測點的選取與傳感器深度的布置方式按照農業環境監測規程選取，溫度傳感器1、3、5和濕度傳感2、4、6的安放則靠長圓柱體10被壓入土壤內來實現，上述傳感器由鉛蓄電池9來供電，并通過數據線與監測端單片機單元7通信，采用單總線雙向通信方式。監測端單片機單元7及Zigbee從節點模塊8也由12V鉛蓄電池9供電。控制監測端的程序由Keil軟件編譯，并通過監測端JTAG接口 16下載燒入監測端單片機7的內部存儲中。溫濕度傳感器通過數據線與監測端單片機7的I/O 口相連，監測端單片機7向其發出采集控制信號，傳感器開始進行溫度、濕度信息的采集，一次通訊時間4ms左右。單片機每測得10組數據后進行算術平均運算，以保證數據的準確性，然后再將測得的數據經單片機單元7處理(編號、打包)，經串口傳送給Zigbee從節點模塊8通過天線向外發送。Zigbee模塊采用DRF1605，最大傳輸距離1.6km。每制作好一個監測端時應標記上一定的編號，并下載附帶相應編號的程序。
[0020]接收端的單片機單元12應包含外部flash存儲器18，因為接收端要存儲各個監測端傳送來的大量數據，接收端單片機12自身的內部存儲空間可能不能滿足大量數據的存儲要求。接收端通過Zigbee主節點模塊11接收來自各個監測端的數據，并將數據通過串口傳送到接收端單片機12，這些數據被編號，以數組的形式存儲到flash存儲器18內。控制接收端的程序由Keil軟件編譯，并通過接收端JTAG接口 17下載燒入接收端的接收端單片機12內部存儲中。4X4矩陣鍵盤13與單片機I/O 口 Pl相連，1602型IXD顯示屏與單片機I/O 口 PO相連，Zigbee主節點模塊11通過串口與接收端單片機單元12相連。接收端由5V鋰電池15供電，設計為手持式。
[0021]系統的Zigbee網絡鏈路圖如圖4所示(100畝農田設置25個監測點)，每個監測端節點與附近的6個Zigbee節點直接相連，總體形成網狀網。傳輸距離的增加可以依靠增加Zigbee從節點模塊的布置數量實現。由于監測精度的需要，監測端的Zigbee模塊間距離相對較短(約50m), Zigbee模塊可以采用小功率工作模式。而作為中繼節點的Zigbee模塊距離就相對較遠(1000-1400m)，Zigbee模塊采用大功率工作模式。所有的Zigbee模塊組成一個獨立的通信網絡，通訊不受外界影響，從而保證了數據的準確性。
[0022]一種便攜式開放農田環境溫濕度遠距離無線監測系統，其工作流程如圖5所示，各監測點接通鉛蓄電池9，但初始狀態時設備處于休眠狀態，打開接收端開關時，各監測端被喚醒，接收端向各個監測端發送監測命令后，監測端處于正常工作狀態。每個監測端的各個溫度、濕度傳感器分別采集相應監測點三個層次的溫濕度信息并送給監測端單片機7處理，監測端單片機7將接受到的數據進行求均值、存儲、分析、編號，送給Zigbee從節點模塊8，所有的從節點通過中繼點或直接向Zigbee主節點11傳輸數據，接收端單片機12從Zigbee主節點11得到所有監測節點的數據并存儲到外部flash存儲器18中，接收端單片機12實時掃描矩陣鍵盤13各鍵的工作狀態，并根據鍵盤13操作命令對每個監測節點進行查詢、識別，然后控制LCD14顯示所需的數據信息。
【權利要求】
1.一種便攜式開放農田環境溫濕度遠距離無線監測系統，其特征在于由若干農田環境信息監測端及一個環境信息數據手持接收端組成，其中，農田環境信息監測端由溫度傳感器(I)、濕度傳感器(2)、溫度傳感器(3)、濕度傳感器(4)、溫度傳感器(5)、濕度傳感器(6)、監測端單片機單元(7)、Zigbee從節點模塊(8)、鉛蓄電池(9)和帶尖頂的長圓柱體(10)組成；環境信息數據手持接收端組由Zigbee主節點模塊(11)、接收端單片機單元(12)、矩陣鍵盤(13)、IXD顯示屏(14)和鋰電池(15)組成，監測端與接收端通過Zigbee網絡實現雙向通信。
2.如權利要求1所述的便攜式開放農田環境溫濕度遠距離無線監測系統，其特征在于所述的溫度傳感器(I)、濕度傳感器(2)、溫度傳感器(3)、濕度傳感器(4)、溫度傳感器(5)、濕度傳感器(6)分三層安裝在帶尖頂的長圓柱體(10)中，溫度傳感器(I)、濕度傳感器(2)安裝于第一層，溫度傳感器(3)、濕度傳感器(4)安裝于第二層，溫度傳感器(5)、濕度傳感器(6)安裝于第三層，試驗時可根據需要調整各傳感器安裝位置。
3.如權利要求1所述的便攜式開放農田環境溫濕度遠距離無線監測系統，其特征在于監測端系統的工作狀態可由接收端控制，接收端可以控制監測端處于休眠狀態或正常工作狀態。
4.如權利要求1所述的便攜式開放農田環境溫濕度遠距離無線監測系統，其特征在于接收端各部分的電能由鋰電池(15)提夠，收到的信息既可以實時的顯示也可存儲到外部flash存儲器(18)中。
【文檔編號】G01D21/02GK203798384SQ201420161388
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年4月3日 優先權日:2014年4月3日
【發明者】齊江濤, 賈洪雷, 李帥帥, 馮先臻, 李楊, 王德強, 畢春瑩, 余海波 申請人:吉林大學