专利名称：基于ZigBee无线传感器网络的水面蒸发场自动观测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种水面蒸发数据观测系统，尤其涉及一种基于ZigBee无线传感器网络的水面蒸发场自动观测系统。
背景技术：
水面蒸发是地下水、土壤水、地表水、作物水、以及大气水等五水循环转化过程中的重要一环，也是农田生态系统水循环水平衡研究中的重要分量。水面蒸发的长期准确测定对农田蒸发、作物耗水规律与农田节水理论基础研究以及农田生态系统水量转换机理等方面的研究提供了重要依据。水面蒸发的研究对于区域气候、旱涝变化趋势、水资源形成及变化规律、水资源评价等方面的研究有着重要作用。大型水面蒸发场设有不同类型、不同面积、不同深度、不同环境处置的各种水面蒸发器。包括国内外常规测量水面蒸发的标准仪器和水面蒸发专用仪器在内，目前一直沿用传统的人工方式观测水面蒸发数据，人工读数测定方式存在如下诸多问题首先，观测人员的操作习惯和观测经验对蒸发量的准确测定具有很大影响，在人员调动频繁或天气条件恶劣等情况下，数据质量和稳定性没有保证。其次，在其它基本监测要素(如气象、土壤、遥感等)逐步实现了动态监测的背景下，水面蒸发的人工观测方式无法实现实时动态监测和远程操控，逐渐成为研究实验平台数字化和自动化的瓶颈。另外，人工观测数据的后期手工录入存档及电子化等也耗时费力。 发明内容本实用新型的目的在于提供一种基于ZigBee无线传感器网络的水面蒸发场自动观测系统，以解决目前人工观测水面蒸发数据存在的诸多问题。为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提供的基于ZigBee无线传感器网络的水面蒸发场自动观测系统包括多个水面蒸发测量装置，用于检测水面蒸发数据；多个蒸发器zigbee数据采集终端，分别设于所述多个水面蒸发测量装置，用于采集所述多个水面蒸发测量装置检测的水面蒸发数据；zigbee汇聚节点，用于协调、配置、管理由所述多个蒸发器zigbee数据采集终端组网的zigbee无线传感器网络，并通过所述zigbee无线传感器网络采集各所述蒸发器zigbee数据采集终端的数据；工控机，与所述zigbee汇聚节点通信连接，用于实现水面蒸发数据的数据存贮、统计及处理。在上述水面蒸发场自动观测系统的一种优选实施方式中，所述水面蒸发测量装置包括蒸发器；连接管；静水桶，通过所述连接管和所述蒸发器连通，用于克服水面波动对水面蒸发数据的影响；筒架，设于所述静水桶上方；超声波传感器，设于所述筒架上，用于测量所述静水桶水面的变化，并与一所述蒸发器zigbee数据采集终端连接以上传水面蒸发数据。在上述水面蒸发场自动观测系统的一种优选实施方式中，所述水面蒸发测量装置
4还包括消浪管，位于所述蒸发器中，包括管体和具有防浪作用的网状孔隔板，所述隔板沿所述管体的纵截面设于所述管体中，所述管体连接于所述连接管的端部。在上述水面蒸发场自动观测系统的一种优选实施方式中，所述筒架为不锈钢材质的筒架。在上述水面蒸发场自动观测系统的一种优选实施方式中，所述水面蒸发测量装置还包括多个水体温度传感器，分层安装于所述蒸发器内至底部，且均与所述超声波传感器连接于同一所述蒸发器Zigbee数据采集终端，以上传水体温度数据。在上述水面蒸发场自动观测系统的一种优选实施方式中，所述水面蒸发测量装置还包括阀门，设于所述连接管上，用于控制所述连接管中水流的导通关断。在上述水面蒸发场自动观测系统的一种优选实施方式中，还包括空气湿度传感器，用于检测大气湿度；空气温度传感器，用于检测大气温度；雨量计，用于检测降雨量；风速仪，用于检测风速；风向仪，用于检测风向；气象场zigbee数据采集终端，与所述空气湿度传感器、空气温度传感器、雨量计、风速仪、风向仪连接，与所述多个蒸发器zigbee数据采集终端组网形成所述zigbee无线传感器网络，用于上传气象参数。通过zigbee无线传感器网络采集及上传水面蒸发数据，本实用新型构建了水面蒸发自动观测系统，可以避免人为因素对水面蒸发数据的不利影响，实现对水面蒸发要素的动态监测，从而为科学研究提供实时准确、方便快捷的数据支持。
图1为本实用新型优选实施例的网络拓扑结构示意图；图2为本实用新型优选实施例的水面蒸发测量装置结构示意图；图3、图4分别为本本实用新型优选实施例的蒸发器zigbee数据采集终端、气象场 zigbee数据采集终端与各相应传感器设备的连接结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型做进一步详细说明。如图1所示，本实用新型优选实施例支持多点采集，其包括一个室内数据监控中心、一个安装于气象场监控点的zigbee数据采集终端5及多个安装于水面蒸发器监控点的zigbee数据采集终端4，其中室内数据监控中心包含互相连接的嵌入式一体工控机1及 zigbee汇聚节点2，Zigbee数据采集终端4、5组网为zigbee无线传感器网络3。汇聚节点 2用于协调、配置、管理整个zigbee无线传感器网络3，并通过zigbee无线传感器网络3采集各监控点的zigbee数据采集终端4、5的数据；同时汇聚节点2还将采集的数据通过例如串口通信的方式上传工控机1，由工控机1实现水面蒸发量数据的数据存储及统计处理等功能。如图2和图3所示，本优选实施例的水面蒸发测量装置包括蒸发器46、水体温度传感器47、消浪管45、连接管44、设于连接管44上以控制其导通关断的阀门441、静水桶42、 不锈钢圆柱形筒架41、超声波传感器43。蒸发器46呈桶状，其上端开口为开放状态以进行水面蒸发。静水桶42的中部通过连接管44和蒸发器46的中部连通，用于克服水面波动对水面蒸发数据的影响。消浪管45设于连接管44位于蒸发器46中的一端，其包括管体和具有防浪作用的网状孔隔板(图中未示出)，隔板沿管体的纵截面设于管体中。多个水体温度传感器47分层安装于蒸发器46内至底部。筒架41设于静水桶42上方。超声波传感器 43设于筒架41中，用于测量静水桶42水面的变化，多个水体温度传感器47、超声波传感器 43均与同一 zigbee数据采集终端4连接以上传水体温度数据和水面蒸发数据。水面蒸发测量装置的蒸发器46放在室外，风的扰动会造成蒸发器46内水面的波动，从而形成测量误差。为了克服水面波动的影响，本优选实施例提供了静水桶42及消浪管45。蒸发器46的中部利用连接管44与静水桶42形成连通结构，实现两者水面同步变化，通过静水桶42水面的变化反映蒸发器46内蒸发水面的变化情况，消浪管45内的网状孔隔板起到防浪作用。超声波传感器43根据超声波测距原理对蒸发器46内水面高度变化进行检测，转换成电信号输出，提供zigbee数据采集终端4。此外，本优选实施例的超声波传感器43配置有PT-100温度传感器校正模块431以保证在使用温度范围内的测量精度。在应用时，本优选实施例的静水桶42应采用和蒸发器46同样的半埋式结构，尽量保证静水桶42和蒸发器46中水温一致，使超声波传感器43在恶劣的室外条件下能够可靠地工作。地表气象环境、水体水温对水面蒸发有较大的影响，在设置多个水体温度传感器 47之外，本优选实施例还设置了一个气象场zigbee数据采集终端5，zigbee数据采集终端 5连接有多个用于检测大气温度、湿度、降水量、风速、风向等气象参数的传感器，如图4所示，空气湿度传感器51用于检测大气湿度；空气温度传感器52用于检测大气温度；雨量计 53用于检测降雨量；风速仪55用于检测风速；风向仪M用于检测风向。zigbee数据采集终端5与上述各气象参数检测设备连接，并通过zigbee无线传感器网络3上传气象参数。应用本优选实施例时，应在观测场四周埋设避雷接地网，接地网附近回填降阻剂， 接地电阻应小于1欧姆。避雷接地网应穿过自动观测设备附近，以利于自动观测设备的屏蔽外壳、外层接地，接地电阻应小于1欧姆。本优选实施例的现场数据传输到观测中心后，工控机1将各种数据解析后写入数据文件，并将各种数据进行整合分析，通过长期数据积累，形成各要素的关系曲线以输出或显示。zigbee数据采集终端4、5可以每隔一段时间，例如2秒钟，读取各个参数转换数据， 并将它顺序保存到各自数组当中，当够30个数据时，分别对各个参数数据按照大小进行排序，再把排序后的30个数据中舍去最大5个数据和最小的5个数据，将剩余的共20个数据进行算术平均，得到每分钟的各个参数位值，但本实用新型的zigbee数据采集终端处理参数数据的方式并不局限于此。zigbee数据采集终端4、5上传的数据中还可以包括各种传感器及自动化设备的工作状态，观测中心工作人员可以根据上传的设备工作状态对设备进行维护。综上所述，本实用新型融合了计算机技术、zigbee无线传感器网络通信技术、高精度检测技术，不但可以自动完成水面蒸发数据的采集、传输、存储及统计处理，而且可以监测水面蒸发器水体蒸发量、温度、降水量、风速、风向等气象参数，很好的避免了人工观测水面蒸发数据所存在的诸多问题，对于实现对水面蒸发要素的动态监测，为科学研究提供实时准确、方便快捷的数据支持具有重要意义。由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。
权利要求1.一种基于ZigBee无线传感器网络的水面蒸发场自动观测系统，其特征在于，包括 多个水面蒸发测量装置，用于检测水面蒸发数据；多个蒸发器zigbee数据采集终端，分别设于所述多个水面蒸发测量装置，用于采集所述多个水面蒸发测量装置检测的水面蒸发数据；Zigbee汇聚节点，用于协调、配置、管理由所述多个蒸发器zigbee数据采集终端组网的zigbee无线传感器网络，并通过所述Zigbee无线传感器网络采集各所述蒸发器zigbee 数据采集终端的数据；工控机，与所述zigbee汇聚节点通信连接，用于实现水面蒸发数据的数据存贮、统计及处理。
2.根据权利要求1所述的水面蒸发场自动观测系统，其特征在于，所述水面蒸发测量装置包括蒸发器； 连接管；静水桶，通过所述连接管和所述蒸发器连通，用于克服水面波动对水面蒸发数据的影响；筒架，设于所述静水桶上方；超声波传感器，设于所述筒架上，用于测量所述静水桶水面的变化，并与一所述蒸发器 zigbee数据采集终端连接以上传水面蒸发数据。
3.根据权利要求2所述的水面蒸发场自动观测系统，其特征在于，所述水面蒸发测量装置还包括消浪管，位于所述蒸发器中，包括管体和具有防浪作用的网状孔隔板，所述隔板沿所述管体的纵截面设于所述管体中，所述管体连接于所述连接管的端部。
4.根据权利要求2所述的水面蒸发场自动观测系统，其特征在于，所述筒架为不锈钢材质的筒架。
5.根据权利要求2所述的水面蒸发场自动观测系统，其特征在于，所述水面蒸发测量装置还包括多个水体温度传感器，分层安装于所述蒸发器内至底部，且均与所述超声波传感器连接于同一所述蒸发器zigbee数据采集终端，以上传水体温度数据。
6.根据权利要求2所述的水面蒸发场自动观测系统，其特征在于，所述水面蒸发测量装置还包括阀门，设于所述连接管上，用于控制所述连接管中水流的导通关断。
7.根据权利要求1所述的水面蒸发场自动观测系统，其特征在于，还包括 空气湿度传感器，用于检测大气湿度；空气温度传感器，用于检测大气温度； 雨量计，用于检测降雨量； 风速仪，用于检测风速； 风向仪，用于检测风向；气象场zigbee数据采集终端，与所述空气湿度传感器、空气温度传感器、雨量计、风速仪、风向仪连接，与所述多个蒸发器zigbee数据采集终端组网形成所述zigbee无线传感器网络，用于上传气象参数。
专利摘要本实用新型提供了一种基于zigBee无线传感器网络的水面蒸发场自动观测系统，其包括多个水面蒸发测量装置，用于检测水面蒸发数据；多个蒸发器zigbee数据采集终端，分别设于多个水面蒸发测量装置，用于采集多个水面蒸发测量装置检测的水面蒸发数据；zigbee汇聚节点，用于协调、配置、管理由多个蒸发器zigbee数据采集终端组网的zigbee无线传感器网络，并通过zigbee无线传感器网络采集各蒸发器zigbee数据采集终端的数据；工控机，与zigbee汇聚节点通信连接，用于实现水面蒸发数据的数据存贮、统计及处理。本实用新型可以实现水面蒸发要素的动态监测，为科学研究提供实时准确、方便快捷的数据支持。
文档编号G08C17/02GK202256720SQ20112042642
公开日2012年5月30日 申请日期2011年11月1日 优先权日2011年11月1日
发明者李汉侠, 李运生, 来剑斌 申请人:中国科学院地理科学与资源研究所