专利名称：一种蔬菜大棚环境无线监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是粮库测温度、湿度、光照强度的系统，具体来说是一种蔬菜大棚环境无线监测系统。
背景技术：
目前在我国，各个地区使用塑料大棚种植蔬菜的技术已经得到广泛的普及，尤其是在北方地区种植蔬菜大棚已经成为农民致富的途径之一。蔬菜大棚温室内影响作物长势的好坏、产品产量和质量的高低，关键在于温室内环境条件对于作物生长发育需求的适宜程度，因此准确监测温室内的环境因素才能确保高产、高效、优质和低耗。现代农业蔬菜大棚发展迅速，不仅种植品种更多、规模更大，而且种植区域也更加集中，这给农业人员的管理和优化种植增加了难度和成本。为了解决这些问题，我国的蔬菜大棚种植正在向信息化和智能化的方向发展。只有应用先进的较低成本的信息采集手段， 实时、精确地获取大棚环境信息，制定科学的管理决策，最后通过智能设备或人工控制等措施，才能提高种植作物的经济效益。本专利在研究无线传感器网络的基础上，结合蔬菜大棚种植环境的技术要求，设计并实现了基于无线传感器网络的蔬菜大棚环境监测系统。利用无线传感器网络对棚内作物生长情况进行监测，采集其在生长周期内温度、湿度和光强的数据，以便及时调整棚内环境达到作物生长的适宜条件，实现蔬菜大棚的优化种植。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种蔬菜大棚环境无线监测系统，该系统采用性价比较高的低能耗AT90S8515芯片作为微控制核心和无线射频芯片CC1100作为无线数据传输的关键单元，并根据应用需求设计了温度、湿度、光照强度传感器电路。文章系统地阐述了无线传感器监测节点的硬件电路设计，编写了数据采集模块和数据传输模块，并且根据簇的生成树算法在S-MAC协议的基础上提出了一种新的MAC协议Z-MAC协议，通过系统仿真对其能耗、延时及可扩展性进行了分析，验证了此协议在蔬菜大棚环境监测系统中的适用性。采取的技术方案是—种蔬菜大棚环境无线监测系统，包括簇内节点、簇头节点、网关、监测管理中心， 其特征在于所述的簇内节点与簇头结点具有相同的构造，均包括DS18B20温度传感器、 TLC555湿度传感器、R光照强度传感器、AT90S8515微处理器、CC1100无线收发器、供电单元等结构，DS18B20温度传感器、TLC555湿度传感器、R光照强度传感器分别与AT90S8515 微处理器的通用I/O接口相连，CCllOO无线收发器各接口通过4线SPI总线与AT90S8515 微处理器的通用I/O 口相连，供电单元分别与各个器件相连。根据系统设计整体要求和蔬菜大棚环境的特点，监测节点的具体部件由低功耗微处理器、微功耗无线收发器、传感器、电源组成。[0009]微处理器采用性价比较高的新型AT90系列单片机S8515芯片作为控制的核心，它是一款基于AVR RISC的低功耗CMOS的8位单片机。湿度的测量采用电容式湿敏元件HS1101，这种传感器有功耗低、响应快、可靠性和线性度高、长时间工作下稳定性好、长时间饱和下能快速脱湿等特点，所以采用一般处理就可以达到精度为上下波动5%RH的要求。本系统利用一片CMOS定时器TL555，配上HSllOl 和电阻R2、R4构成单稳态电路，将相对湿度转换成频率信号。温度的测量采用具有代表性的Dallas半导体公司生产的数字化温度传感器 DS18B20，它是一线式数字温度传感器，温度测量范围为-55°C +125°C，可编程9位 12位 A/D转换精度，且当温度在-10°C +85°C之间时测量误差仅为0. 5°C。光照强度的测量采用光敏电阻器，它用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。在黑暗条件下，它的阻值(暗阻)可达IM Ω 10Μ Ω ；在强光条件(100LX)下，它阻值(亮阻)仅有几百至数千欧姆。单片机系统、CCllOO无线模块、外围电路等器件的工作电压都是3伏，所以本系统的监测节点采用2节5号碱性电池作为电源。既实现了监测节点的微型化，又在电能耗尽后易于更换。本实用新型的工作原理及操作程序根据蔬菜大棚的面积布置一定数量的节点，各个传感器节点将自己所监测到的环境信息通过初步的数据处理和信息融合后发送给远端的控制监测中心。数据传送的过程是通过相邻节点以多跳的方式传送给基站，然后通过基站以特定频率的信道方式传送给控制中心。因此，节点在网络中可以充当数据采集者、数据中转站或者簇头节点的角色。无线传感器节点可以分为簇头节点和簇内节点，分簇结构中将大棚内各节点划分成几个簇，每个簇由一个簇头节点和多个簇内节点组成。每个簇的簇内节点通过把数据传送给簇头节点；每个仓的簇头形成了高一级的网络，把监测的数据发给集中器，在由集中器上传给基站，以实现大棚温湿、光照的监测。簇内成员节点负责采集数据，然后将采集到的数据传送给它所属的簇的簇头，由簇头节点对簇内成员传送过来的数据进行处理，然后簇头把处理后的数据通过网关传送给监测中心。本专利的优点无线传感器网络技术应用到了蔬菜大棚环境监测中，从而构建了无线监控系统。 实验证明，以AT90S8515作为主控芯片的监测节点具有体积小、功耗低等优点，并且价格低，十分有利于推广。最重要的是，系统在已有的S-MAC协议的基础上改进的Z-MAC协议， 在应用中更好地减少了监测节点的能耗，改进了延时及可扩展性。
图1为本专利系统结构示意图。图2为本专利传感器节点系统结构示意图。
具体实施方式
一种蔬菜大棚环境无线监测系统，如图1所示，包括簇内节点1、簇头结点2、网关 3、监测管理中心4。簇内节点1与簇头结点2具有相同的构造，作为传感器节点，均包括DS18B20温度传感器5、TLC555湿度传感器6、R光照强度传感器7、AT90S8515微处理器8、CC1100无线收发器9、供电单元等结构10。DS18B20温度传感器5、TLC555湿度传感器6、R光照强度传感器7分别与AT90S8515微处理器8的通用I/O接口相连，CC1100无线收发器9各接口通过4线SPI总线与AT90S8515微处理器8的通用I/O 口相连。供电单元10分别与各个器件相连，为其提供电能。
权利要求1. 一种蔬菜大棚环境无线监测系统，包括簇内节点、簇头节点、网关、监测管理中心， 其特征在于所述的簇内节点与簇头结点具有相同的构造，均包括DS18B20温度传感器、 TLC555湿度传感器、R光照强度传感器、AT90S8515微处理器、CC1100无线收发器、供电单元结构，DS18B20温度传感器、TLC555湿度传感器、R光照强度传感器分别与AT90S8515微处理器的通用I/O接口相连，CCllOO无线收发器各接口通过4线SPI总线与AT90S8515微处理器的通用I/O 口相连，供电单元分别与各个器件相连。
专利摘要一种蔬菜大棚环境无线监测系统，包括簇内节点、簇头节点、网关、监测管理中心，其特征在于所述的簇内节点与簇头结点具有相同的构造，均包括DS18B20温度传感器、TLC555湿度传感器、R光照强度传感器、AT90S8515微处理器、CC1100无线收发器、供电单元等结构，DS18B20温度传感器、TLC555湿度传感器、R光照强度传感器分别与AT90S8515微处理器的通用I/O接口相连，CC1100无线收发器各接口通过4线SPI总线与AT90S8515微处理器的通用I/O口相连，供电单元分别与各个器件相连。本实用新型更好地减少了监测节点的能耗，改进了延时及可扩展性。
文档编号G01D21/02GK202329682SQ201120408208
公开日2012年7月11日 申请日期2011年10月25日 优先权日2011年10月25日
发明者刘晓阳, 张滢, 田玉林 申请人:沈阳理工大学