用于温室环境信息远程监测的无线传感器网络汇聚节点的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了用于温室环境信息远程监测的无线传感器网络汇聚节点，所述节点包括：微控制器模块、无线传输模块；所述无线传输模块与所述微控制器模块相连，用于实现微控制器模块和外界节点的信息传输。
【专利说明】用于温室环境信息远程监测的无线传感器网络汇聚节点
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及环境信息采集【技术领域】，特别涉及用于温室环境信息远程监测的无线传感器网络汇聚节点。
【背景技术】
[0002]我国的温室设施面积位列世界第一，但温室种植现代化水平却很落后。随着我国温室产业化进程的加快，准确快速的获取环境信息成为现代温室生产中的重要研究内容，远程、快速、低成本获取环境信息是温室精细化管理的一个研究难题。温室群生产管理中，温室管理者需要实时了解各个温室内环境信息，温室环境信息主要有温室环境温湿度、二氧化碳浓度、光照强度、土壤水分含量、土壤温度、土壤盐分含量。
[0003]现有的温室环境信息的远程监测节点存在的问题是:由于温室的复杂结构和生产环境中，障碍物较多，所述节点无线传输距离较近及功耗较大。
实用新型内容
[0004](一)要解决的技术问题
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是:现有的温室环境信息的远程监测节点无线传输距离较近，功耗较大的问题。
[0006](二)技术方案
[0007]为了解决上述问题，本实用新型提供了用于温室环境信息远程监测的无线传感器网络汇聚节点，其特征在于，所述节点包括:微控制器模块、无线传输模块；
[0008]所述无线传输模块与所述微控制器模块相连，用于实现微控制器模块和外界节点的信息传输。
[0009]其中，所述节点进一步包括:复位模块、串口模块，状态指示灯模块、电源模块、JTAG模块、GPRS模块；
[0010]所述复位模块与所述微控制器模块相连，用于实现跑飞程序回到预定初始程序，重新执行预定初始程序；
[0011]所述串口模块与所述微控制器模块、GPRS模块相连，用于实现微控制器模块和GPRS的信息传输；
[0012]所述状态指示灯模块与所述微控制器模块相连，用于指示微控制器模块、无线传输模块、电源模块的工作状态；
[0013]所述电源模块与所述微控制器模块、无线传输模块相连，用于对所述微控制器模块和所述无线传输模块的直流供电；
[0014]所述JTAG模块与所述微控制器模块相连，用于对微控制器模块的在线调试和程序下载功能。
[0015]其中，所述微控制器模块包括LPC2478集成电路最小系统。
[0016]其中，所述无线传输模块包括nRF905集成模块。[0017]其中，所述复位模块包括上电复位、手动复位、无线传输异常复位和看门狗定时器复位。
[0018]其中，所述状态指示灯模块包括微控制器模块指示灯驱动电路、无线传输模块指示灯驱动电路和电源模块指示灯驱动电路。
[0019]其中，所述串口模块包括MAX3232集成电路及外围电容。
[0020]其中，所述JTAG模块包括20针JTAG插座和IOK上拉电阻。
[0021 ] 其中，所述无线传输模块通过74LVC2G08集成电路触发CPU复位。
[0022]其中，所述电源模块包括:稳压单元和电压转换单元；
[0023]所述稳压单元与所述电压转换单元相连，用于向电压转换单元提供稳定的直流电压；所述电压转换单元用于将输入的直流电压转换，输出不同的直流电压；
[0024]所述稳压单元包括:1Ν4001、10μ F钽电容、0.1yF电容；所述电压转换单元包括:LM1117-5V 和 LMl 117-3.3V 集成电路。
[0025](三)有益效果
[0026]本实用新型通过使用微控制器模块降低了功耗，通过使用无线传输模块实现和外界节点的信息传输，提高了传输距离。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为实施例1中用于温室环境信息远程监测的无线传感器网络汇聚节点的示意图；
[0028]图2为实施例2中用于温室环境信息远程监测的无线传感器网络汇聚节点的示意图；
[0029]图3为实施例2中用于温室环境信息远程监测的无线传感器网络汇聚节点的工作流程图；
[0030]图4为实施例2中用于温室环境信息远程监测的无线传感器网络汇聚节点向外界节点发送数据的流程图。
【具体实施方式】
[0031]下面结合说明书附图和实施例，对本实用新型作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本实用新型的实施例，但不用来限制本实用新型的范围。
[0032]实施例1
[0033]本实施例公开一种用于温室环境信息远程监测的无线传感器网络汇聚节点，如图1所示，所述节点包括:微控制器模块、无线传输模块；
[0034]所述无线传输模块与所述微控制器模块相连，用于实现微控制器模块和外界节点的信息传输。
[0035]其中，所述节点进一步包括:复位模块、串口模块，状态指示灯模块、电源模块、JTAG模块、GPRS模块；
[0036]所述复位模块与所述微控制器模块相连，用于实现跑飞程序回到预定初始程序，重新执行预定初始程序；
[0037]所述串口模块与所述微控制器模块、GPRS模块相连，用于实现微控制器模块和GPRS的信息传输；
[0038]所述状态指示灯模块与所述微控制器模块相连，用于指示微控制器模块、无线传输模块、电源模块的工作状态；
[0039]所述电源模块与所述微控制器模块、无线传输模块相连，用于对所述微控制器模块和所述无线传输模块的直流供电；
[0040]所述JTAG模块与所述微控制器模块相连，用于对微控制器模块的在线调试和程序下载功能。
[0041]其中，所述微控制器模块包括LPC2478集成电路最小系统。
[0042]其中，所述无线传输模块包括nRF905集成模块。
[0043]其中，所述复位模块包括上电复位、手动复位、无线传输异常复位和看门狗定时器复位。
[0044]其中，所述状态指示灯模块包括微控制器模块指示灯驱动电路、无线传输模块指示灯驱动电路和电源模块指示灯驱动电路。
[0045]其中，所述串口模块包括MAX3232集成电路及外围电容。
[0046]其中，所述JTAG模块包括20针JTAG插座和IOK上拉电阻。
[0047]其中，所述无线传输模块通过74LVC2G08集成电路触发CPU复位。
[0048]其中，所述电源模块包括:稳压单元和电压转换单元；
[0049]所述稳压单元与所述电压转换单元相连，用于向电压转换单元提供稳定的直流电压；所述电压转换单元用于将输入的直流电压转换，输出不同的直流电压；
[0050]所述稳压单元包括:1Ν4001、10μ F钽电容、0.1yF电容；所述电压转换单元包括:LM1117-5V 和 LMl 117-3.3V 集成电路。
[0051]实施例2
[0052]本实施例公开一种用于温室环境信息远程监测的无线传感器网络汇聚节点，如图2所示，所述节点包括:微控制器模块CPU、无线传输模块、复位模块、串口模块，状态指示灯模块、电源模块、JTAG模块、GPRS模块、RS232总线。
[0053]所述无线传输模块与所述微控制器模块CPU相连，用于实现微控制器模块CPU和外界节点的信息传输。
[0054]所述复位模块与所述微控制器模块CPU相连，用于实现跑飞程序回到预定初始程序，重新执行预定初始程序；
[0055]所述串口模块与所述微控制器模块CPU、GPRS模块相连，用于实现微控制器模块CPU和GPRS的信息传输，本实施例中，GPRS模块单元通过RS232总线与CPU通信，其中，RS232总线采用MAX3232集成电路实现，MAX3232含有两路完整的RS232总线，满足系统的需求。GPRS模块采用5V直流电源供电，可通过Internet实现远程通信；
[0056]所述状态指示灯模块与所述微控制器模块CPU相连，用于指示微控制器模块CPU、无线传输模块、电源模块的工作状态；本实施例中，状态指示灯模块包括:微控制器模块CPU指示灯驱动电路、无线传输模块指示灯驱动电路、电源模块指示灯驱动电路；其中，驱动电源采用3.3V直流电源，采用下拉电阻IK实现LED灯的驱动。当微控制器模块CPU正常运行时，微控制器模块CPU指示灯采用IHz的频率闪烁来表示；当电源模块正常时，电源模块指示灯保持亮的状态；当无线传输进行时，无线传输模块指示灯采用IHz的闪烁频率，当无线模块处于非传输阶段时，无线传输模块指示灯保持长灭状态。
[0057]所述电源模块与所述微控制器模块CPU、无线传输模块、状态指示灯模块、复位模块相连，用于向上述各模块提供3.3V直流电源；所述电源模块与GPRS模块相连，用于向GPRS模块提供5V直流电源。
[0058]所述JTAG模块与所述微控制器模块CPU相连，用于对微控制器模块CPU的在线调试和程序下载功能。
[0059]其中，所述微控制器模块CPU包括LPC2478集成电路最小系统，采用12MHz晶振和32.767K晶振作为LPC2478的晶振源，电源采用3.3V直流电源。微控制器模块CPU实现对系统的有效监测和控制。
[0060]其中，所述无线传输模块包括nRF905集成模块,本实施例中，所述微控制器模块CPU和nRF905模块通过SPI方式进行通信。CPU有数据要发送时，设置nRF905进入Standby模式，将发送地址和数据内容写入NRF905 ;处理器置高TRX_CE，设置nRF905进入ShockBurst TX发送模式；NRF905完成数据打包(加字头和CRC校验码)后，发送数据包，当数据发送完成，数据准备好引脚(DR)被置高；当TRX_CE被置低，nRF905发送过程完成，自动进入空闲模式。需要注意的是，一旦发送数据的过程开始，无论TRX_EN和TX_EN引脚是高或低，发送过程都会被处理完。只有前一个数据包发送完毕，nRF905才能接受下一个发送数据包。接收数据流程，当TRX_CE为高、TX_EN为低时，nRF905进入ShockBurst TM接收模式，等待接收数据；当HRF905检测到同一频段的载波信号时，载波检测引脚(CD)被置高；当接收到一个相匹配的地址，地址匹配引脚(AM)被置高；当一个正确的数据包接收完毕，nRF905会自动移去字头、地址和CRC校验位，然后把数据准备好引脚(DR)置高；处理器把TRX_CE置低，nRF905进入空闲模式；处理器进行数据读取，在所有的数据接收完成后，nRF905把DR引脚和AM弓丨脚置低。
[0061]其中，所述复位模块包括上电复位、手动复位、无线传输异常复位和看门狗定时器复位；其中，手动复位按键按下，会产生低电平，按键连接微控制器模块CPU复位引脚，会使(PU复位；无线传输模块发生异常后，会产生异常信号，触发CPU复位；看门狗定时器是微控制器模块CPU软件设置的复位措施，CPU会定时进行喂狗操作，如果程序跑飞，没有按时进行喂狗操作，程序会软件触发复位。完善的复位设置，保证了汇聚节点系统的稳定运行。
[0062]其中，所述串口模块包括MAX3232集成电路及外围电容。
[0063]其中，所述JTAG模块包括20针JTAG插座和IOK上拉电阻。
[0064]其中，所述无线传输模块通过74LVC2G08集成电路触发CPU复位。
[0065]其中，所述电源模块包括:稳压单元和电压转换单元；
[0066]所述稳压单元与所述电压转换单元相连，用于向电压转换单元提供稳定的直流电压；所述电压转换单元用于将输入的直流电压转换，输出不同的直流电压；
[0067]所述稳压单元采用10 μ F钽电容和0.1 μ F普通电容实现稳定电压功能；所述电压转换单元包括:LM1117-5V、LMl117-3.3V集成电路和500mA保险丝，其中，保险丝具有电流保护功能；外部12 V直流电源通过接线端子接口与保险丝串联，接入LM1117-5V集成电路输出5V稳定直流电压，通过LM1117-3.3V集成电路输出3.3V稳定直流电压。
[0068]本实施例公开的用于温室环境信息远程监测的无线传感器网络汇聚节点工作原理介绍如下:[0069]所述无线传感器网络汇聚节点通过无线传输模块和外界节点通信，接收外界节点采集的环境信息，并进行信息处理。如果数据合法，通过RS232总线，经过GPRS模块将信息发送到网络。当远程网络发送过来信息时，微控制器模块CPU通过GPRS模块接收，对信息进行解析处理后，通过无线传输模块将信息发送到指定外界节点。其中，所述无线传感器网络汇聚节点的电源全部由电源模块经过稳压单元和电压转换单元提供。其中，微控制器模块CPU根据监测到的信息控制状态指示灯模块，从而控制微控制器模块CPU指示灯、无线传输模块指示灯、电源模块指示灯的亮灭。其中，当微控制器模块CPU接收到来自复位模块的复位信号时，会复位重新启动程序。其中，JTAG模块用于微控制器CPU内部程序的在线调试和下载。
[0070]本实施例公开的用于温室环境信息远程监测的无线传感器网络汇聚节点的微控制器模块CPU的工作流程，如图3所示，包括:
[0071]所述无线传感器网络汇聚节点经过参数初始化后，进入等待传感器节点信息发送请求命令，当收到节点发送的数据后，进入无线模块接收中断，接收信息并进行处理，如果信息合法有效，将处理后的数据信息通过GPRS模块发送到Internet，否则，丢弃数据。
[0072]本实施例公开的用于温室环境信息远程监测的无线传感器网络汇聚节点的微控制器模块CPU的工作流程，如图4所示，包括:
[0073]微控制器模块CPU接收到来自GPRS模块的串口中断后，保存中断信息，接收信息并对信息进行解析，判断信息是否来自DTU-GPRS的信息，若是，则将远程管理器的设置信息经过无线传输模块发送到指定节点，退出串口中断，否则，丢弃信息，退出串口中断。
[0074]本实施例所述节点通过使用nRF905无线传输模块实现和无线传感器节点的信息传输，提高了传输距离和传输稳定性，降低了功耗；通过采用多种复位模式，程序在一个传输周期内未定时进行喂狗操作，“跑飞”的程序能回到初始程序并重新执行，完善的纠错能力保证了程序长时间的稳定运行；通过采用多个状态指示灯，指示汇聚节点电源、程序运行、信息传输的状态，提高了设备使用舒适度；通过采用GPRS集成模块，提高网络传输的稳定性和信号的强度，节约了开发时间，提高了设备的集成度；通过采用74LVC2G08集成电路设计了复位单元，实现了手动复位、无线模块复位、上电复位功能的集成；本实用新型所提供的无线传感器网络汇聚节点具有工作稳定、操作简单、抗干扰能力和适应性强、传输距离远的优点。
[0075]以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
【权利要求】
1.用于温室环境信息远程监测的无线传感器网络汇聚节点，其特征在于，所述节点包括:微控制器模块、无线传输模块； 所述无线传输模块与所述微控制器模块相连，用于实现微控制器模块和外界节点的信息传输。
2.根据权利要求1所述的无线传感器网络汇聚节点，其特征还在于，所述节点进一步包括:复位模块、串口模块，状态指示灯模块、电源模块、JTAG模块、GPRS模块； 所述复位模块与所述微控制器模块相连，用于实现跑飞程序回到预定初始程序，重新执行预定初始程序； 所述串口模块与所述微控制器模块、GPRS模块相连，用于实现微控制器模块和GPRS的信息传输； 所述状态指示灯模块与所述微控制器模块相连，用于指示微控制器模块、无线传输模块、电源模块的工作状态； 所述电源模块与所述微控制器模块、无线传输模块相连，用于对所述微控制器模块和所述无线传输模块的直流供电； 所述JTAG模块与所述微控制器模块相连，用于对微控制器模块的在线调试和程序下载功能。
3.根据权利要求1所述的无线传感器网络汇聚节点，其特征在于，所述微控制器模块包括LPC2478集成电路最小系统。
4.根据权利要求1所述的无线传感器网络汇聚节点，其特征在于，所述无线传输模块包括nRF905集成模块。
5.根据权利要求2所述的无线传感器网络汇聚节点，其特征在于，所述复位模块包括上电复位、手动复位、无线传输异常复位和看门狗定时器复位。
6.根据权利要求2所述的无线传感器网络汇聚节点，其特征在于，所述状态指示灯模块包括微控制器模块指示灯驱动电路、无线传输模块指示灯驱动电路和电源模块指示灯驱动电路。
7.根据权利要求2所述的无线传感器网络汇聚节点，其特征在于，所述串口模块包括MAX3232集成电路及外围电容。
8.根据权利要求2所述的无线传感器网络汇聚节点，其特征在于，所述JTAG模块包括20针JTAG插座和IOK上拉电阻。
9.根据权利要求5所述的无线传感器网络汇聚节点，其特征在于，所述无线传输模块通过74LVC2G08集成电路触发CPU复位。
10.根据权利要求2所述的无线传感器网络汇聚节点，其特征在于，所述电源模块包括:稳压单元和电压转换单元； 所述稳压单元与所述电压转换单元相连，用于向电压转换单元提供稳定的直流电压；所述电压转换单元用于将输入的直流电压转换，输出不同的直流电压； 所述稳压单元包括:lN4001、10yF钽电容、0.1yF电容；所述电压转换单元包括:LM1117-5V 和 LMl 117-3.3V 集成电路。
【文档编号】H04W88/02GK203675334SQ201420009102
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年1月7日 优先权日:2014年1月7日
【发明者】刘刚, 张传帅, 王辉, 张漫, 张天蛟, 于亮亮 申请人:中国农业大学