用于溫室環境信息遠程監測的無線傳感器網絡匯聚節點的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了用于溫室環境信息遠程監測的無線傳感器網絡匯聚節點，所述節點包括：微控制器模塊、無線傳輸模塊；所述無線傳輸模塊與所述微控制器模塊相連，用于實現微控制器模塊和外界節點的信息傳輸。
【專利說明】用于溫室環境信息遠程監測的無線傳感器網絡匯聚節點
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及環境信息采集【技術領域】，特別涉及用于溫室環境信息遠程監測的無線傳感器網絡匯聚節點。
【背景技術】
[0002]我國的溫室設施面積位列世界第一，但溫室種植現代化水平卻很落后。隨著我國溫室產業化進程的加快，準確快速的獲取環境信息成為現代溫室生產中的重要研究內容，遠程、快速、低成本獲取環境信息是溫室精細化管理的一個研究難題。溫室群生產管理中，溫室管理者需要實時了解各個溫室內環境信息，溫室環境信息主要有溫室環境溫濕度、二氧化碳濃度、光照強度、土壤水分含量、土壤溫度、土壤鹽分含量。
[0003]現有的溫室環境信息的遠程監測節點存在的問題是:由于溫室的復雜結構和生產環境中，障礙物較多，所述節點無線傳輸距離較近及功耗較大。
實用新型內容
[0004](一)要解決的技術問題
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是:現有的溫室環境信息的遠程監測節點無線傳輸距離較近，功耗較大的問題。
[0006](二)技術方案
[0007]為了解決上述問題，本實用新型提供了用于溫室環境信息遠程監測的無線傳感器網絡匯聚節點，其特征在于，所述節點包括:微控制器模塊、無線傳輸模塊；
[0008]所述無線傳輸模塊與所述微控制器模塊相連，用于實現微控制器模塊和外界節點的信息傳輸。
[0009]其中，所述節點進一步包括:復位模塊、串口模塊，狀態指示燈模塊、電源模塊、JTAG模塊、GPRS模塊；
[0010]所述復位模塊與所述微控制器模塊相連，用于實現跑飛程序回到預定初始程序，重新執行預定初始程序；
[0011]所述串口模塊與所述微控制器模塊、GPRS模塊相連，用于實現微控制器模塊和GPRS的信息傳輸；
[0012]所述狀態指示燈模塊與所述微控制器模塊相連，用于指示微控制器模塊、無線傳輸模塊、電源模塊的工作狀態；
[0013]所述電源模塊與所述微控制器模塊、無線傳輸模塊相連，用于對所述微控制器模塊和所述無線傳輸模塊的直流供電；
[0014]所述JTAG模塊與所述微控制器模塊相連，用于對微控制器模塊的在線調試和程序下載功能。
[0015]其中，所述微控制器模塊包括LPC2478集成電路最小系統。
[0016]其中，所述無線傳輸模塊包括nRF905集成模塊。[0017]其中，所述復位模塊包括上電復位、手動復位、無線傳輸異常復位和看門狗定時器復位。
[0018]其中，所述狀態指示燈模塊包括微控制器模塊指示燈驅動電路、無線傳輸模塊指示燈驅動電路和電源模塊指示燈驅動電路。
[0019]其中，所述串口模塊包括MAX3232集成電路及外圍電容。
[0020]其中，所述JTAG模塊包括20針JTAG插座和IOK上拉電阻。
[0021 ] 其中，所述無線傳輸模塊通過74LVC2G08集成電路觸發CPU復位。
[0022]其中，所述電源模塊包括:穩壓單元和電壓轉換單元；
[0023]所述穩壓單元與所述電壓轉換單元相連，用于向電壓轉換單元提供穩定的直流電壓；所述電壓轉換單元用于將輸入的直流電壓轉換，輸出不同的直流電壓；
[0024]所述穩壓單元包括:1Ν4001、10μ F鉭電容、0.1yF電容；所述電壓轉換單元包括:LM1117-5V 和 LMl 117-3.3V 集成電路。
[0025](三)有益效果
[0026]本實用新型通過使用微控制器模塊降低了功耗，通過使用無線傳輸模塊實現和外界節點的信息傳輸，提高了傳輸距離。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為實施例1中用于溫室環境信息遠程監測的無線傳感器網絡匯聚節點的示意圖；
[0028]圖2為實施例2中用于溫室環境信息遠程監測的無線傳感器網絡匯聚節點的示意圖；
[0029]圖3為實施例2中用于溫室環境信息遠程監測的無線傳感器網絡匯聚節點的工作流程圖；
[0030]圖4為實施例2中用于溫室環境信息遠程監測的無線傳感器網絡匯聚節點向外界節點發送數據的流程圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結合說明書附圖和實施例，對本實用新型作進一步詳細描述。以下實施例僅用于說明本實用新型的實施例，但不用來限制本實用新型的范圍。
[0032]實施例1
[0033]本實施例公開一種用于溫室環境信息遠程監測的無線傳感器網絡匯聚節點，如圖1所示，所述節點包括:微控制器模塊、無線傳輸模塊；
[0034]所述無線傳輸模塊與所述微控制器模塊相連，用于實現微控制器模塊和外界節點的信息傳輸。
[0035]其中，所述節點進一步包括:復位模塊、串口模塊，狀態指示燈模塊、電源模塊、JTAG模塊、GPRS模塊；
[0036]所述復位模塊與所述微控制器模塊相連，用于實現跑飛程序回到預定初始程序，重新執行預定初始程序；
[0037]所述串口模塊與所述微控制器模塊、GPRS模塊相連，用于實現微控制器模塊和GPRS的信息傳輸；
[0038]所述狀態指示燈模塊與所述微控制器模塊相連，用于指示微控制器模塊、無線傳輸模塊、電源模塊的工作狀態；
[0039]所述電源模塊與所述微控制器模塊、無線傳輸模塊相連，用于對所述微控制器模塊和所述無線傳輸模塊的直流供電；
[0040]所述JTAG模塊與所述微控制器模塊相連，用于對微控制器模塊的在線調試和程序下載功能。
[0041]其中，所述微控制器模塊包括LPC2478集成電路最小系統。
[0042]其中，所述無線傳輸模塊包括nRF905集成模塊。
[0043]其中，所述復位模塊包括上電復位、手動復位、無線傳輸異常復位和看門狗定時器復位。
[0044]其中，所述狀態指示燈模塊包括微控制器模塊指示燈驅動電路、無線傳輸模塊指示燈驅動電路和電源模塊指示燈驅動電路。
[0045]其中，所述串口模塊包括MAX3232集成電路及外圍電容。
[0046]其中，所述JTAG模塊包括20針JTAG插座和IOK上拉電阻。
[0047]其中，所述無線傳輸模塊通過74LVC2G08集成電路觸發CPU復位。
[0048]其中，所述電源模塊包括:穩壓單元和電壓轉換單元；
[0049]所述穩壓單元與所述電壓轉換單元相連，用于向電壓轉換單元提供穩定的直流電壓；所述電壓轉換單元用于將輸入的直流電壓轉換，輸出不同的直流電壓；
[0050]所述穩壓單元包括:1Ν4001、10μ F鉭電容、0.1yF電容；所述電壓轉換單元包括:LM1117-5V 和 LMl 117-3.3V 集成電路。
[0051]實施例2
[0052]本實施例公開一種用于溫室環境信息遠程監測的無線傳感器網絡匯聚節點，如圖2所示，所述節點包括:微控制器模塊CPU、無線傳輸模塊、復位模塊、串口模塊，狀態指示燈模塊、電源模塊、JTAG模塊、GPRS模塊、RS232總線。
[0053]所述無線傳輸模塊與所述微控制器模塊CPU相連，用于實現微控制器模塊CPU和外界節點的信息傳輸。
[0054]所述復位模塊與所述微控制器模塊CPU相連，用于實現跑飛程序回到預定初始程序，重新執行預定初始程序；
[0055]所述串口模塊與所述微控制器模塊CPU、GPRS模塊相連，用于實現微控制器模塊CPU和GPRS的信息傳輸，本實施例中，GPRS模塊單元通過RS232總線與CPU通信，其中，RS232總線采用MAX3232集成電路實現，MAX3232含有兩路完整的RS232總線，滿足系統的需求。GPRS模塊采用5V直流電源供電，可通過Internet實現遠程通信；
[0056]所述狀態指示燈模塊與所述微控制器模塊CPU相連，用于指示微控制器模塊CPU、無線傳輸模塊、電源模塊的工作狀態；本實施例中，狀態指示燈模塊包括:微控制器模塊CPU指示燈驅動電路、無線傳輸模塊指示燈驅動電路、電源模塊指示燈驅動電路；其中，驅動電源采用3.3V直流電源，采用下拉電阻IK實現LED燈的驅動。當微控制器模塊CPU正常運行時，微控制器模塊CPU指示燈采用IHz的頻率閃爍來表示；當電源模塊正常時，電源模塊指示燈保持亮的狀態；當無線傳輸進行時，無線傳輸模塊指示燈采用IHz的閃爍頻率，當無線模塊處于非傳輸階段時，無線傳輸模塊指示燈保持長滅狀態。
[0057]所述電源模塊與所述微控制器模塊CPU、無線傳輸模塊、狀態指示燈模塊、復位模塊相連，用于向上述各模塊提供3.3V直流電源；所述電源模塊與GPRS模塊相連，用于向GPRS模塊提供5V直流電源。
[0058]所述JTAG模塊與所述微控制器模塊CPU相連，用于對微控制器模塊CPU的在線調試和程序下載功能。
[0059]其中，所述微控制器模塊CPU包括LPC2478集成電路最小系統，采用12MHz晶振和32.767K晶振作為LPC2478的晶振源，電源采用3.3V直流電源。微控制器模塊CPU實現對系統的有效監測和控制。
[0060]其中，所述無線傳輸模塊包括nRF905集成模塊,本實施例中，所述微控制器模塊CPU和nRF905模塊通過SPI方式進行通信。CPU有數據要發送時，設置nRF905進入Standby模式，將發送地址和數據內容寫入NRF905 ;處理器置高TRX_CE，設置nRF905進入ShockBurst TX發送模式；NRF905完成數據打包(加字頭和CRC校驗碼)后，發送數據包，當數據發送完成，數據準備好引腳(DR)被置高；當TRX_CE被置低，nRF905發送過程完成，自動進入空閑模式。需要注意的是，一旦發送數據的過程開始，無論TRX_EN和TX_EN引腳是高或低，發送過程都會被處理完。只有前一個數據包發送完畢，nRF905才能接受下一個發送數據包。接收數據流程，當TRX_CE為高、TX_EN為低時，nRF905進入ShockBurst TM接收模式，等待接收數據；當HRF905檢測到同一頻段的載波信號時，載波檢測引腳(CD)被置高；當接收到一個相匹配的地址，地址匹配引腳(AM)被置高；當一個正確的數據包接收完畢，nRF905會自動移去字頭、地址和CRC校驗位，然后把數據準備好引腳(DR)置高；處理器把TRX_CE置低，nRF905進入空閑模式；處理器進行數據讀取，在所有的數據接收完成后，nRF905把DR引腳和AM弓丨腳置低。
[0061]其中，所述復位模塊包括上電復位、手動復位、無線傳輸異常復位和看門狗定時器復位；其中，手動復位按鍵按下，會產生低電平，按鍵連接微控制器模塊CPU復位引腳，會使(PU復位；無線傳輸模塊發生異常后，會產生異常信號，觸發CPU復位；看門狗定時器是微控制器模塊CPU軟件設置的復位措施，CPU會定時進行喂狗操作，如果程序跑飛，沒有按時進行喂狗操作，程序會軟件觸發復位。完善的復位設置，保證了匯聚節點系統的穩定運行。
[0062]其中，所述串口模塊包括MAX3232集成電路及外圍電容。
[0063]其中，所述JTAG模塊包括20針JTAG插座和IOK上拉電阻。
[0064]其中，所述無線傳輸模塊通過74LVC2G08集成電路觸發CPU復位。
[0065]其中，所述電源模塊包括:穩壓單元和電壓轉換單元；
[0066]所述穩壓單元與所述電壓轉換單元相連，用于向電壓轉換單元提供穩定的直流電壓；所述電壓轉換單元用于將輸入的直流電壓轉換，輸出不同的直流電壓；
[0067]所述穩壓單元采用10 μ F鉭電容和0.1 μ F普通電容實現穩定電壓功能；所述電壓轉換單元包括:LM1117-5V、LMl117-3.3V集成電路和500mA保險絲，其中，保險絲具有電流保護功能；外部12 V直流電源通過接線端子接口與保險絲串聯，接入LM1117-5V集成電路輸出5V穩定直流電壓，通過LM1117-3.3V集成電路輸出3.3V穩定直流電壓。
[0068]本實施例公開的用于溫室環境信息遠程監測的無線傳感器網絡匯聚節點工作原理介紹如下:[0069]所述無線傳感器網絡匯聚節點通過無線傳輸模塊和外界節點通信，接收外界節點采集的環境信息，并進行信息處理。如果數據合法，通過RS232總線，經過GPRS模塊將信息發送到網絡。當遠程網絡發送過來信息時，微控制器模塊CPU通過GPRS模塊接收，對信息進行解析處理后，通過無線傳輸模塊將信息發送到指定外界節點。其中，所述無線傳感器網絡匯聚節點的電源全部由電源模塊經過穩壓單元和電壓轉換單元提供。其中，微控制器模塊CPU根據監測到的信息控制狀態指示燈模塊，從而控制微控制器模塊CPU指示燈、無線傳輸模塊指示燈、電源模塊指示燈的亮滅。其中，當微控制器模塊CPU接收到來自復位模塊的復位信號時，會復位重新啟動程序。其中，JTAG模塊用于微控制器CPU內部程序的在線調試和下載。
[0070]本實施例公開的用于溫室環境信息遠程監測的無線傳感器網絡匯聚節點的微控制器模塊CPU的工作流程，如圖3所示，包括:
[0071]所述無線傳感器網絡匯聚節點經過參數初始化后，進入等待傳感器節點信息發送請求命令，當收到節點發送的數據后，進入無線模塊接收中斷，接收信息并進行處理，如果信息合法有效，將處理后的數據信息通過GPRS模塊發送到Internet，否則，丟棄數據。
[0072]本實施例公開的用于溫室環境信息遠程監測的無線傳感器網絡匯聚節點的微控制器模塊CPU的工作流程，如圖4所示，包括:
[0073]微控制器模塊CPU接收到來自GPRS模塊的串口中斷后，保存中斷信息，接收信息并對信息進行解析，判斷信息是否來自DTU-GPRS的信息，若是，則將遠程管理器的設置信息經過無線傳輸模塊發送到指定節點，退出串口中斷，否則，丟棄信息，退出串口中斷。
[0074]本實施例所述節點通過使用nRF905無線傳輸模塊實現和無線傳感器節點的信息傳輸，提高了傳輸距離和傳輸穩定性，降低了功耗；通過采用多種復位模式，程序在一個傳輸周期內未定時進行喂狗操作，“跑飛”的程序能回到初始程序并重新執行，完善的糾錯能力保證了程序長時間的穩定運行；通過采用多個狀態指示燈，指示匯聚節點電源、程序運行、信息傳輸的狀態，提高了設備使用舒適度；通過采用GPRS集成模塊，提高網絡傳輸的穩定性和信號的強度，節約了開發時間，提高了設備的集成度；通過采用74LVC2G08集成電路設計了復位單元，實現了手動復位、無線模塊復位、上電復位功能的集成；本實用新型所提供的無線傳感器網絡匯聚節點具有工作穩定、操作簡單、抗干擾能力和適應性強、傳輸距離遠的優點。
[0075]以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的精神和范圍。
【權利要求】
1.用于溫室環境信息遠程監測的無線傳感器網絡匯聚節點，其特征在于，所述節點包括:微控制器模塊、無線傳輸模塊； 所述無線傳輸模塊與所述微控制器模塊相連，用于實現微控制器模塊和外界節點的信息傳輸。
2.根據權利要求1所述的無線傳感器網絡匯聚節點，其特征還在于，所述節點進一步包括:復位模塊、串口模塊，狀態指示燈模塊、電源模塊、JTAG模塊、GPRS模塊； 所述復位模塊與所述微控制器模塊相連，用于實現跑飛程序回到預定初始程序，重新執行預定初始程序； 所述串口模塊與所述微控制器模塊、GPRS模塊相連，用于實現微控制器模塊和GPRS的信息傳輸； 所述狀態指示燈模塊與所述微控制器模塊相連，用于指示微控制器模塊、無線傳輸模塊、電源模塊的工作狀態； 所述電源模塊與所述微控制器模塊、無線傳輸模塊相連，用于對所述微控制器模塊和所述無線傳輸模塊的直流供電； 所述JTAG模塊與所述微控制器模塊相連，用于對微控制器模塊的在線調試和程序下載功能。
3.根據權利要求1所述的無線傳感器網絡匯聚節點，其特征在于，所述微控制器模塊包括LPC2478集成電路最小系統。
4.根據權利要求1所述的無線傳感器網絡匯聚節點，其特征在于，所述無線傳輸模塊包括nRF905集成模塊。
5.根據權利要求2所述的無線傳感器網絡匯聚節點，其特征在于，所述復位模塊包括上電復位、手動復位、無線傳輸異常復位和看門狗定時器復位。
6.根據權利要求2所述的無線傳感器網絡匯聚節點，其特征在于，所述狀態指示燈模塊包括微控制器模塊指示燈驅動電路、無線傳輸模塊指示燈驅動電路和電源模塊指示燈驅動電路。
7.根據權利要求2所述的無線傳感器網絡匯聚節點，其特征在于，所述串口模塊包括MAX3232集成電路及外圍電容。
8.根據權利要求2所述的無線傳感器網絡匯聚節點，其特征在于，所述JTAG模塊包括20針JTAG插座和IOK上拉電阻。
9.根據權利要求5所述的無線傳感器網絡匯聚節點，其特征在于，所述無線傳輸模塊通過74LVC2G08集成電路觸發CPU復位。
10.根據權利要求2所述的無線傳感器網絡匯聚節點，其特征在于，所述電源模塊包括:穩壓單元和電壓轉換單元； 所述穩壓單元與所述電壓轉換單元相連，用于向電壓轉換單元提供穩定的直流電壓；所述電壓轉換單元用于將輸入的直流電壓轉換，輸出不同的直流電壓； 所述穩壓單元包括:lN4001、10yF鉭電容、0.1yF電容；所述電壓轉換單元包括:LM1117-5V 和 LMl 117-3.3V 集成電路。
【文檔編號】H04W88/02GK203675334SQ201420009102
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年1月7日 優先權日:2014年1月7日
【發明者】劉剛, 張傳帥, 王輝, 張漫, 張天蛟, 于亮亮 申請人:中國農業大學