一种便携式开放农田环境温湿度远距离无线监测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种便携式开放农田环境温湿度远距离无线监测系统，该系统由温度传感器、湿度传感器、监测端单片机单元、Zigbee从节点模块、铅蓄电池和带尖顶的长圆柱体组成的监测端和由Zigbee主节点模块、接收端单片机单元、矩阵键盘、LCD显示屏、锂电池和flash存储器组成的手持接收端组成。系统通过Zigbee网络进行通信。利用本实用新型的系统可以远距离无线监测农业环境的温、湿度，为开放农田环境温湿度信息的无线监测提供了一种技术方案。
【专利说明】—种便携式开放农田环境温湿度远距离无线监测系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于开放农田温湿度监测领域，涉及一种农业环境无线监测系统。
【背景技术】
[0002]目前，对农田环境温、湿度信息的把握，普通农户主要依靠自身经验，缺乏精准的环境信息获取手段。随着劳动力成本的提高及产业升级的需求，实现农业的规模化经营，借助先进的科技手段提高农田生产效率已经成为我国农业生产必须解决的重大问题之一。
[0003]现有的监测设备多需要实地测得数据，布置测点费时费力，且测点的布置数量受到限制，从而影响采集数据的广泛性与准确性。多数农田环境监测设备为固定式设置，移动不便、监测范围有限。已开发应用的农业无线监测系统主要用于温室内，传输距离较短，达不到开放式农田的数据传输要求。
[0004]因此，将智能传感器与无线传输技术相结合，本发明提供了一种便携、易布置大量测点的远距离无线监测设备，实现对农田作物生长环境信息的实时掌握，通过相应手段人为干预调整环境参数，使农作物处于有利于其生长的环境中，从而有效地提高农作物生产过程的质量、提高其品质，达到增产增收提高效益的目的。
【发明内容】
[0005]为了实现开放农田温湿度监测设备的便携，且可以快速布置监测点形成大面积无线监测网络覆盖，以更好地实现对农业环境信息的采集、传输、统计与分析等。本实用新型发明了一种便携式开放农田环境温湿度远距离无线监测系统。
[0006]本实用新型为实现其目的所采用的技术方案是:一种便携式开放农田环境温湿度远距离无线监测系统，该系统包括若干农田环境信息监测端及一个环境信息数据接收端，监测端与接收端通过Zigbee网络实现双向通信。
[0007]一种便携式开放农田环境温湿度远距离无线监测系统，如图1所示，整个监测系统由若干个监测端和一个接收端组成。监测端包括温度传感器1、温度传感器3、温度传感器5、湿度传感器2、湿度传感器4、湿度传感器6，监测端单片机单元7，Zigbee从节点模块8，铅蓄电池9和用于安放传感器的带尖顶的长圆柱体10等。
[0008]其监测端通过距离地面不同距离的温度传感器1、温度传感器3、温度传感器5，湿度传感器2、湿度传感器4、湿度传感器6由铅蓄电池供电，实时获取农田环境信息，传感器采集的信息通过数据线与监测端单片机单元7通信，并经过单片机处理后经过单片机单元的串口通过Zigbee从节点模块8上的天线发送给邻近的监测端或接收端。监测端系统的单片机单元7及Zigbee从节点模块8也由铅蓄电池9供电。监测端的电子器件等由塑料外壳来包装保护，Zigbee模块8的天线置于外壳外部。为方便快速安放监测点，温度传感器
1、3、5和湿度传感2、4、6安放在带有尖顶的硬质材料制成的长圆柱体10的孔洞内，孔洞距离地表的距离可以根据土壤墒情监测要求进行调整。监测端系统的工作状态由接收端控制休眠或正常工作，当需要采集农田土壤温湿度信息时，接收端向各个监测端发送工作指令，监测端单片机单元7控制温度传感器1、3、5和湿度传感2、4、6开始信息采集工作，并将得到的数据送给监测端单片机单元7，监测端单片机单元7对数据进行存储、编号等处理，并通过串口送至Zigbee从节点模块8向接收端发送测得的数据。完成监测后，接收端向各个监测端发送休眠指令，各个监测端处于休眠状态。
[0009]一种便携式开放农田环境温湿度远距离无线监测系统，其接收端包括Zigbee主节点模块11，接收端单片机单元12，矩阵键盘13，IXD显示屏14，及锂电池15等。
[0010]接收端由Zigbee主节点模块11上的天线接收从各个监测端传送来的数据，并通过接收端单片机单元12的串口与接收端单片机12连接，并将数据存储在单片机或其外部flash存储器18中，若想要获取某个监测点处的信息，可在由接收端单片机单元12控制的矩阵键盘13上输入相应的编码，这样信息就可以在IXD显示屏14上显示。整个接收端系统由锂电池15供电。接收端端由塑料外壳进行包装保护，Zigbee主节点模块11的天线置于外壳外部，制作成手持式。接收端系统的工作状态由锂电池电源开关控制。
[0011]本发明的有益功效在于:各个监测端的温度、湿度传感器放置在长圆柱体10内，长圆柱体10附有尖顶安装装置，可快速布置监测点。Zigbee无线通信方式采用铅蓄电池供电无需布线且组网灵活，可大量添加组网监测点。无线通信设备可以在网络覆盖范围内快速移动和重新组网，便于根据实际工作要求布置监测节点。监测端可以实时长时间地监测开放农田环境信息，从而全面掌握农田环境的动态信息。一种便携式开放农田环境温湿度远距离无线监测系统，整体系统体积较小、易于携带，功能完善且造价较低，便于大面积推广应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1本实用新型整体结构示意图。
[0013]图2本实用新型监测端的结构框图。
[0014]图3本实用新型接收端的结构框图。
[0015]图4本实用新型Zigbee网络通信(监测点布置)图。
[0016]图5本实用新型工作流程图。
[0017]图中:1、温度传感器；2、湿度传感器；3、温度传感器；4、湿度传感器；5、温度传感器；6、湿度传感器；7、监测端单片机单元；8、Zigbee从节点模块；9、铅蓄电池；10、用于安放传感器的带尖顶的长圆柱体；11、Zigbee主节点模块；12、接收端单片机单元；13、矩阵键盘；14、IXD显示屏；15锂电池；16、接收端JTAG接口 ；17、接收端JTAG接口 ；18、flash存储器。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实例对本实用新型做进一步说明。
[0019]本实用新型发明了一种便携式开放农田环境温湿度远距离无线监测系统，其功能的实现需要各个监测端与接收端的相互配合，现以一个监测端与接收端为例进行说明。监测点的选取与传感器深度的布置方式按照农业环境监测规程选取，温度传感器1、3、5和湿度传感2、4、6的安放则靠长圆柱体10被压入土壤内来实现，上述传感器由铅蓄电池9来供电，并通过数据线与监测端单片机单元7通信，采用单总线双向通信方式。监测端单片机单元7及Zigbee从节点模块8也由12V铅蓄电池9供电。控制监测端的程序由Keil软件编译，并通过监测端JTAG接口 16下载烧入监测端单片机7的内部存储中。温湿度传感器通过数据线与监测端单片机7的I/O 口相连，监测端单片机7向其发出采集控制信号，传感器开始进行温度、湿度信息的采集，一次通讯时间4ms左右。单片机每测得10组数据后进行算术平均运算，以保证数据的准确性，然后再将测得的数据经单片机单元7处理(编号、打包)，经串口传送给Zigbee从节点模块8通过天线向外发送。Zigbee模块采用DRF1605，最大传输距离1.6km。每制作好一个监测端时应标记上一定的编号，并下载附带相应编号的程序。
[0020]接收端的单片机单元12应包含外部flash存储器18，因为接收端要存储各个监测端传送来的大量数据，接收端单片机12自身的内部存储空间可能不能满足大量数据的存储要求。接收端通过Zigbee主节点模块11接收来自各个监测端的数据，并将数据通过串口传送到接收端单片机12，这些数据被编号，以数组的形式存储到flash存储器18内。控制接收端的程序由Keil软件编译，并通过接收端JTAG接口 17下载烧入接收端的接收端单片机12内部存储中。4X4矩阵键盘13与单片机I/O 口 Pl相连，1602型IXD显示屏与单片机I/O 口 PO相连，Zigbee主节点模块11通过串口与接收端单片机单元12相连。接收端由5V锂电池15供电，设计为手持式。
[0021]系统的Zigbee网络链路图如图4所示(100亩农田设置25个监测点)，每个监测端节点与附近的6个Zigbee节点直接相连，总体形成网状网。传输距离的增加可以依靠增加Zigbee从节点模块的布置数量实现。由于监测精度的需要，监测端的Zigbee模块间距离相对较短(约50m), Zigbee模块可以采用小功率工作模式。而作为中继节点的Zigbee模块距离就相对较远(1000-1400m)，Zigbee模块采用大功率工作模式。所有的Zigbee模块组成一个独立的通信网络，通讯不受外界影响，从而保证了数据的准确性。
[0022]一种便携式开放农田环境温湿度远距离无线监测系统，其工作流程如图5所示，各监测点接通铅蓄电池9，但初始状态时设备处于休眠状态，打开接收端开关时，各监测端被唤醒，接收端向各个监测端发送监测命令后，监测端处于正常工作状态。每个监测端的各个温度、湿度传感器分别采集相应监测点三个层次的温湿度信息并送给监测端单片机7处理，监测端单片机7将接受到的数据进行求均值、存储、分析、编号，送给Zigbee从节点模块8，所有的从节点通过中继点或直接向Zigbee主节点11传输数据，接收端单片机12从Zigbee主节点11得到所有监测节点的数据并存储到外部flash存储器18中，接收端单片机12实时扫描矩阵键盘13各键的工作状态，并根据键盘13操作命令对每个监测节点进行查询、识别，然后控制LCD14显示所需的数据信息。
【权利要求】
1.一种便携式开放农田环境温湿度远距离无线监测系统，其特征在于由若干农田环境信息监测端及一个环境信息数据手持接收端组成，其中，农田环境信息监测端由温度传感器(I)、湿度传感器(2)、温度传感器(3)、湿度传感器(4)、温度传感器(5)、湿度传感器(6)、监测端单片机单元(7)、Zigbee从节点模块(8)、铅蓄电池(9)和带尖顶的长圆柱体(10)组成；环境信息数据手持接收端组由Zigbee主节点模块(11)、接收端单片机单元(12)、矩阵键盘(13)、IXD显示屏(14)和锂电池(15)组成，监测端与接收端通过Zigbee网络实现双向通信。
2.如权利要求1所述的便携式开放农田环境温湿度远距离无线监测系统，其特征在于所述的温度传感器(I)、湿度传感器(2)、温度传感器(3)、湿度传感器(4)、温度传感器(5)、湿度传感器(6)分三层安装在带尖顶的长圆柱体(10)中，温度传感器(I)、湿度传感器(2)安装于第一层，温度传感器(3)、湿度传感器(4)安装于第二层，温度传感器(5)、湿度传感器(6)安装于第三层，试验时可根据需要调整各传感器安装位置。
3.如权利要求1所述的便携式开放农田环境温湿度远距离无线监测系统，其特征在于监测端系统的工作状态可由接收端控制，接收端可以控制监测端处于休眠状态或正常工作状态。
4.如权利要求1所述的便携式开放农田环境温湿度远距离无线监测系统，其特征在于接收端各部分的电能由锂电池(15)提够，收到的信息既可以实时的显示也可存储到外部flash存储器(18)中。
【文档编号】G01D21/02GK203798384SQ201420161388
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年4月3日 优先权日:2014年4月3日
【发明者】齐江涛, 贾洪雷, 李帅帅, 冯先臻, 李杨, 王德强, 毕春莹, 余海波 申请人:吉林大学