基于ZigBee的土壤墒情自动监测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于ZigBee的土壤墒情自动监测系统，包括汇聚节点、ZigBee网关服务器、ZigBee传感节点和路由节点；汇聚节点无线连接有若干近距离ZigBee传感节点，路由节点无线连接有若干远距离ZigBee传感节点；ZigBee传感节点包括微控制器模块、无线节点收发模块和土壤湿度传感器，无线节点收发模块和土壤湿度传感器分别与微控制器模块相连接；汇聚节点包括用于建立ZigBee传感器网络的无线网络协调器模块，无线网络协调器模块通过ZigBee协议与ZigBee传感节点的无线节点收发模块无线连接；ZigBee网关服务器包括用于通过TCP/IP协议接入因特网的因特网接入模块和控制模块，本实用新型能实现土壤墒情监测，提高灌溉效率和水的利用率，提高农产品产量。
【专利说明】
基于Z i gBee的土壤墒情自动监测系统
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及土壤墒情的监测技术领域。
【背景技术】
[0002]土壤墒情的监测具有安全要求高、空间跨度大、野外作业多等特点，需要采用自动化以及半自动监测逐步代替人工操作，建立基于物联网的土壤墒情监测系统，实现土壤墒情的自动监测是实现水利信息化的重要组成部分。目前，市场上缺少一种土壤墒情自动监测系统。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一种基于ZigBee协议的土壤墒情自动监测系统，利用土壤湿度传感器监测土壤墒情，利用ZigBee协议收集各传感器的数据，并利用TCP/IP协议通过因特网将数据传输给使用者。
[0004]为实现上述目的，本实用新型的基于ZigBee的土壤墒情自动监测系统包括汇聚节点、ZigBee网关服务器、ZigBee传感节点和路由节点，ZigBee传感节点包括距离汇聚节点的距离大于100米的远距离ZigBee传感节点和距离汇聚节点的距离小于等于100米的近距离ZigBee传感节点;路由节点与汇聚节点的距离小于100米；
[0005]汇聚节点无线连接有若干近距离ZigBee传感节点，路由节点无线连接有若干远距离ZigBee传感节点；
[0006]ZigBee传感节点包括微控制器模块、无线节点收发模块和土壤湿度传感器，无线节点收发模块和土壤湿度传感器分别与微控制器模块相连接；
[0007]汇聚节点包括用于建立ZigBee传感器网络的无线网络协调器模块，无线网络协调器模块通过ZigBee协议与ZigBee传感节点的无线节点收发模块无线连接；
[0008]ZigBee网关服务器包括用于通过TCP/IP协议接入因特网的因特网接入模块和控制模块，因特网接入模块与控制模块相连接；
[0009]汇聚节点的无线网络协调器模块与ZigBee网关服务器的控制模块相连接以实现数据双向传输。
[0010]所述ZigBee网关服务器连接有本地监控终端。
[0011]所述网关服务器还包括有数据采集存储模块;数据采集存储模块与所述控制模块相连接。
[0012]所述ZigBee网关服务器通过因特网连接有远程监控终端。
[0013]本实用新型具有如下的优点:
[0014]1、实现土壤墒情监测，提高灌溉效率，提高农产品产量。
[0015]2、采用无线传感器网络监测土壤墒情，可昼夜监测，检测范围广，不受人力限制，提高数据采集效率。
[0016]3、ZigBee传感器节点的安装位置没有任何限制且不需要布线(在无线通讯距离范围内即可；如果超出无线通讯距离范围，则可以利用ZigBee路由器进行中继)，减少电缆使用量，降低系统成本、提高系统的可靠性。
[0017]4、ZigBee传感节点的安装和维护非常简便，ZigBee传感节点不存在连接电缆问题，可以随意安装或拆卸，不存在重复投资问题。
[0018]5、能够利用因特网(互联网)进行实时监控，便于使用，易于推广。
[0019]6、采用传感器进行测量土壤湿度，数据精度高，数据易于保存，便于数据分析，深化土壤墒情研究。
[0020]7、采用基于TCP/IP协议的因特网接入技术，可实现对土壤墒情的远程监测，同时可以通过远程控制灌溉，调节土壤湿度。
[0021]8、实现自动化土壤墒情监测，提高灌溉水的使用效率，有效节约水资源。
【附图说明】
[0022]图1是本实用新型的基于ZigBee的土壤墒情自动监测系统的原理框图；
[0023]图2是ZigBee传感节点的原理框图；
[0024]图3是ZigBee网关服务器的原理框图。
【具体实施方式】
[0025]各附图中的箭头表示数据传输方向。
[0026]如图1、图2和图3所示，本实用新型的基于ZigBee的土壤墒情自动监测系统包括汇聚节点、ZigBee网关服务器、ZigBee传感节点和路由节点，ZigBee传感节点包括距离汇聚节点的距离大于100米的远距离ZigBee传感节点和距离汇聚节点的距离小于等于100米的近距离ZigBee传感节点;路由节点与汇聚节点的距离小于100米；
?0027] 汇聚节点无线连接有若干近距离ZigBee传感节点，路由节点无线连接有若干远距离ZigBee传感节点；路由节点可以购买各种现有的ZigBee路由器，为降低成本，也可以将Freescale公司的MC9S08GT60低功耗单片机与MC13192无线射频收发模块组合成ZigBee路由器来使用。
[0028]ZigBee传感节点包括微控制器模块、无线节点收发模块和土壤湿度传感器，无线节点收发模块和土壤湿度传感器分别与微控制器模块相连接；其中，微控制器模块采用Silicon公司的C8051F350 M⑶芯片。无线节点收发模块负责本地传感器信号的采集和发送，采用CC2530无线传输节点，传输距离为100米。土壤湿度传感器采用TYX-CTWS1型传感器。
[0029]汇聚节点包括用于建立ZigBee传感器无线网络的无线网络协调器模块(无线网络协调器模块采用MC13192无线射频收发模块)，无线网络协调器模块通过ZigBee协议与ZigBee传感节点的无线节点收发模块无线连接；
[0030]ZigBee网关服务器包括用于通过TCP/IP协议接入因特网的因特网接入模块和控制模块，因特网接入模块采用WIZnet公司的W5500芯片，控制模块采用NXP公司的LPCl 1C14芯片。因特网接入模块与控制模块相连接。
[0031]汇聚节点的无线网络协调器模块与ZigBee网关服务器的控制模块相连接以实现数据双向传输。
[0032]所述ZigBee网关服务器连接有本地监控终端，本地监控终端可以采用本地计算机。
[0033]所述网关服务器还包括有数据采集存储模块;数据采集存储模块与所述控制模块相连接。数据采集存储模块主要功能是提供USB接口，使USB存储设备连接后实现必要数据的海量存储，并使用户能通过数据存储介质调取需要的数据，主要采用CH375芯片。
[0034]具体地，本实施例中，将LPCl 1C14的SPI接口分配给因特网接入模块的W5500芯片，将LPC11C14的I/O口P102_4-P102_11分配给数据采集存储模块CH375芯片并口数据引脚，I/O 口 P101_6-P101_10分配给数据采集存储模块的CH375芯片控制脚，将LPC11C14的CPU的UARAT脚分配给无线网络协调器模块的MCl3192芯片。
[0035]所述ZigBee网关服务器通过因特网连接有远程监控终端。远程监控终端可以采用远程计算机，远程监控终端利用TCP/IP协议，通过因特网与ZigBee网关服务器的因特网接入模块相连接。
[0036]使用时，在各预定的监测点布置ZigBee传感节点。对于距离汇聚节点的距离较近的监测点，将该监测点的ZigBee传感节点与汇聚节点相连接;对于距离汇聚节点的距离较远(大于100米)的监测点，将该监测点的ZigBee传感节点与路由器相连接，使ZigBee传感节点通过路由器的中继与汇聚节点进行通讯。汇聚节点将各ZigBee传感节点的监测数据传输给ZigBee网关服务器，ZigBee网关服务器现本地监控终端或者通过互联网与远程监控终端相连接。这样，一套本实用新型的基于ZigBee的土壤墒情自动监测系统就可以对广大的地域进行墒情监测。使用者通过本地监控终端(计算机)或者远程监控终端就可以实时监测土壤墒情，从而有针对性地对缺水地段进行灌溉，提高灌溉水的使用效率，有效节约水资源。
【主权项】
1.基于ZigBee的土壤墒情自动监测系统，其特征在于:包括汇聚节点、ZigBee网关服务器、ZigBee传感节点和路由节点，ZigBee传感节点包括距离汇聚节点的距离大于100米的远距离ZigBee传感节点和距离汇聚节点的距离小于等于100米的近距离ZigBee传感节点；路由节点与汇聚节点的距离小于100米； 汇聚节点无线连接有若干近距离ZigBee传感节点，路由节点无线连接有若干远距离ZigBee传感节点； ZigBee传感节点包括微控制器模块、无线节点收发模块和土壤湿度传感器，无线节点收发模块和土壤湿度传感器分别与微控制器模块相连接； 汇聚节点包括用于建立ZigBee传感器网络的无线网络协调器模块，无线网络协调器模块通过ZigBee协议与ZigBee传感节点的无线节点收发模块无线连接； ZigBee网关服务器包括用于通过TCP/IP协议接入因特网的因特网接入模块和控制模块，因特网接入模块与控制模块相连接； 汇聚节点的无线网络协调器模块与ZigBee网关服务器的控制模块相连接以实现数据双向传输。2.根据权利要求1所述的基于ZigBee的土壤墒情自动监测系统，其特征在于:所述ZigBee网关服务器连接有本地监控终端。3.根据权利要求1或2所述的基于ZigBee的土壤墒情自动监测系统，其特征在于:所述网关服务器还包括有数据采集存储模块;数据采集存储模块与所述控制模块相连接。4.根据权利要求3所述的基于ZigBee的土壤墒情自动监测系统，其特征在于:所述ZigBee网关服务器通过因特网连接有远程监控终端。
【文档编号】H04L29/08GK205430623SQ201620259207
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】张凌杰, 陈素, 郑向歌, 武凤翔, 张军锋, 邢培振, 李大海
【申请人】河南省郑州水利学校