专利名称：一种无土栽培基质水分、养分无线监控网络的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无线监控网络，尤其涉及无土栽培过程中对基质水分、养分参数 原位检测与调控的无线网络，属于测控技术领域，主要用于无土栽培过程中基质水分、养分 无线监控管理。
背景技术：
在现代设施农业飞速发展的今天，无土栽培种植方式越来越得到得到广泛应用。 其中基质栽培是无土栽培的主流，有槽式、袋式和盆式栽培方式，滴灌和表层漫灌栽培方 法。目前基质无土栽培水分、养分相关原位检测传感器和仪器很少，基质湿度、EC和pH值 的监测和调控设备非常缺乏，严重制约了无土栽培种植方式应用和推广。土壤水分原位检测传感器和仪器有中子测量土壤水分仪表，由于有放射性源，要 求现场测量点预埋好放入探管的铝套管，屏蔽好，否则造成射线泄漏，危害人体健康，污染 环境；时域和频域反射法土壤水分测量仪可实现快速实时测量，精度高，由于技术实现难度 大，因此价格昂贵，不适合大面积推广应用；低价的土壤含水量测量仪或者测量计，如实用 新型专利(CN2339988Y)无源土壤水分速测仪及相关产品，功能单一，测量误差大，稳定性 差。土壤养分原位检测传感器和仪器有四端法土壤电导率测量的方法，有探针电极 式和环状电极式。如实用新型专利(CN2627503)，公开了一种探针电极式土壤电导率实时 检测仪，体积较大，便携性差；如实用新型专利(CN200972465Y)，一种环状电极式四电极土 壤盐分测定传感器及其测定仪，以及专用型笔式EC/°C测定仪HI98331等产品，可用于土壤 电导率的直接测定，体积较小，但是在实际应用中测量准确性、稳定性以及对于不同层次深 度土壤测定适应性不佳。此外还有基于电磁感应原理的非接触式土壤电导率测传感器和仪 器，典型代表产品有加拿大生产的EM38，通过对农田的横向扫描即可完成测量，但是价格昂 贵，无法适应大面积农业生产的需要。但是不管那种栽培方式和方法，由于缺少基质水分、养分快速准确原位检测方法， 在实际生产上没有能够实现对栽培基质水分、养分有效监控，导致作物水肥灌溉不科学、水 肥利用率低以及栽培基质盐渍化严重等问题。
发明内容
本发明的目的在于公开一种无土栽培基质水分、养分无线监控网络，实现对栽培 基质水分、养分有效自动化监控和管理，解决作物水肥灌溉不科学、水肥利用率低以及栽培 基质盐渍化严重等问题。为了实现上述目的，本发明包括配置在管理机房内汇聚节点及网络管理微型计算 机，配置在各无土栽培设施内的簇头节点、水分与养分无线控制节点和基质水分与养分集 成无线检测节点组成，汇聚节点通过RS232串行接口微型计算机有线连接，直接或者通过 多跳方式间接与汇聚节点无线通信；水分与养分无线控制节点直接或者通过多跳方式间接与簇头节点无线通信；基质水分与养分集成无线检测节点直接或者通过多跳方式间接与水 分与养分无线控制节点无线通信。本发明所述所述无线监控程序包括参数配方设定、运行状态监视、运行参数控制、 历史数据查询和运行参数趋势曲线显示功能模块和界面。本发明所述汇聚节点、簇头节点由NRF9E5无线单片机及其无线通信器、串行接 口、干电池电源组成；无线单片机串行输入/出口通过串行接口驱动产生标准RS-232串行 口，与网络管理微型计算机串行通信，通过无线通信口与簇头节点无线通信；簇头节点通过 无线通信口与水分与养分无线控制节点无线通信。本发明所述水分与养分无线控制节点由NRF9E5无线单片机及其无线通信器、水 分电控液压阀、养分电控液压阀、阀驱动电路、干电池电源组成；通过无线通信口一方面接 收控制命令和工作参数，将工作状态和各检测参数返回给网络管理微型计算机监视，另一 方面，与若干个基质水分与养分集成无线检测节点无线通信，采集所控制区域的基质水分 与养分参数，按照作物无土栽培要求进行水分与养分闭环调控。本发明所述水分与养分无线控制节点程序包括初始化、定时无线通信判断、多跳 转发通信处理、接收无线命令、接收采集信息、定时参数控制判断及水分参数控制、养分参 数控制功能子程序。本发明所述基质水分与养分集成无线检测节点由NRF9E5无线单片机及其无线通 信器、信号处理电路、水分与养分集成传感器、激励电源转换电路、干电池电源组成；定时采 集所在区域的基质水分与养分参数，并通过无线通信口传输给水分与养分无线控制节点。本发明所述基质水分与养分集成无线检测节点程序包括初始化、定时无线通信判 断、多跳转发通信处理、接收无线命令、发送采集信息、定时状态采集判断及水分状态采集、 养分状态采集功能子程序。本发明的有益效果在于水分、养分检测与控制节点配置灵活，与现有无土栽培装 置集成方便，基质的水分、养分监控自动化程度高。
图1是本发明的无土栽培基质水分、养分无线监控网络组成结构2是本发明的汇聚节点和簇头节点组成结构3是本发明的水分与养分无线控制节点组成结构4是本发明的基质水分与养分集成无线检测节点组成结构5是本发明的无土栽培基质水分、养分无线监控网络监控管理微机的程序功能 框6是本发明的基质水分与养分无线控制节点程序流程7是本发明的基质水分与养分集成无线检测节点程序流程图
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。如图1所示，本发明所述的一种无土栽培基质水分、养分无线监控网络，包括配 置在管理机房内汇聚节点2及网络管理微型计算机1，配置在各无土栽培设施内的簇头节点3、水分与养分无线控制节点4和基质水分与养分集成无线检测节点5组成，汇聚节点2 通过RS232串行接口微型计算机1有线连接；簇头节点3按照每100平方米配置1个，可以 直接或者通过多跳方式间接与汇聚节点2无线通信，无线通信距离在50米；水分与养分无 线控制节点4按照每50平方米配置1个，可以直接或者通过多跳方式间接与簇头节点3无 线通信，无线通信距离在25米；基质水分与养分集成无线检测节点5按照每10平方米配置 1个，可以直接或者通过多跳方式间接与水分与养分无线控制节点4无线通信，无线通信距 离在10米。如图2所示，本发明所述的汇聚节点2、簇头节点3，包括NRF9E5无线单片机及其 无线通信器、串行接口、干电池电源，无线单片机串行输入/出口通过串行接口驱动产生标 准RS-232串行口，电源给各部分供电；汇聚节点2通过RS-232串行接口与网络管理微型计 算机1串行通信，通过无线通信口与簇头节点3无线通信；簇头节点3通过无线通信口与水 分与养分无线控制节点4无线通信。如图3所示，本发明所述的水分与养分无线控制节点4，包括NRF9E5无线单片机及 其无线通信器、水分电控液压阀、养分电控液压阀、阀驱动电路、干电池电源，通过无线通信 口一方面接收控制命令和工作参数，将工作状态和各检测参数返回给微型计算机1监视， 另一方面，与若干个基质水分与养分集成无线检测节点5无线通信，采集所控制区域的基 质水分与养分参数，按照作物无土栽培要求进行水分与养分闭环调控。如图4所示，本发明所述的基质水分与养分集成无线检测节点5，包括NRF9E5无线 单片机及其无线通信器、信号处理电路、基质水分与养分集成传感器、激励电源转换电路、 干电池电源，基质水分与养分集成无线检测节点5定时采集所在区域的基质水分与养分参 数，并通过无线通信口传输给水分与养分无线控制节点4。如图5所示，本发明所述的无土栽培基质水分、养分无线监控网络，包括参数配方 设定、运行状态监视、运行参数控制、历史数据查询和运行参数趋势曲线显示等功能模块和 界面。如图6所示，本发明所述的基质水分与养分无线控制节点程序包括初始化、定时 无线通信判断、多跳转发通信处理、接收无线命令、接收采集信息、定时参数控制判断及水 分控制、养分控制等功能子程序。如图7所示，本发明所述的基质水分与养分集成无线检测节点程序包括初始化、 定时无线通信判断、多跳转发通信处理、接收无线命令、发送采集信息、定时状态采集判断 及水分状态采集、养分状态采集功能子程序。本发明通过运行微型计算机网络管理程序，定时收集各无线检测节点采集的基质 水分与养分信息，实现对无土栽培过程中基质的水分、养分无线监视；按照作物无土栽培要 求，通过各无线控制节点，控制水分与养分滴灌或者漫灌电控液压阀，实现对无土栽培过程 中基质的水分、养分的无线调控。
权利要求
一种无土栽培基质水分、养分无线监控网络，包括配置在管理机房内汇聚节点(2)及网络管理微型计算机(1)，配置在各无土栽培设施内的簇头节点(3)、水分与养分无线控制节点(4)和基质水分与养分集成无线检测节点(5)组成，其特征在于汇聚节点(2)通过RS232串行接口微型计算机(1)有线连接，直接或者通过多跳方式间接与汇聚节点(2)无线通信；水分与养分无线控制节点(4)直接或者通过多跳方式间接与簇头节点(3)无线通信；基质水分与养分集成无线检测节点(5)直接或者通过多跳方式间接与水分与养分无线控制节点(4)无线通信。
2.根据权利要求1所述的无土栽培基质水分、养分无线监控网络，其特征在于所述无 线监控程序包括参数配方设定、运行状态监视、运行参数控制、历史数据查询和运行参数趋 势曲线显示功能模块和界面。
3.根据权利要求1所述的无土栽培基质水分、养分无线监控网络，其特征在于汇聚节 点(2)、簇头节点(3)由NRF9E5无线单片机及其无线通信器、串行接口、干电池电源组成； 无线单片机串行输入/出口通过串行接口驱动产生标准RS-232串行口，与网络管理微型计 算机(1)串行通信，通过无线通信口与簇头节点(3)无线通信；簇头节点(3)通过无线通信 口与水分与养分无线控制节点(4)无线通信。
4.根据权利要求1所述的无土栽培基质水分、养分无线监控网络，其特征在于水分与 养分无线控制节点(4)由NRF9E5无线单片机及其无线通信器、水分电控液压阀、养分电控 液压阀、阀驱动电路、干电池电源组成；通过无线通信口一方面接收控制命令和工作参数， 将工作状态和各检测参数返回给网络管理微型计算机(1)监视，另一方面，与若干个基质 水分与养分集成无线检测节点(5)无线通信，采集所控制区域的基质水分与养分参数，按 照作物无土栽培要求进行水分与养分闭环调控。
5.根据权利要求4所述的无土栽培基质水分、养分无线监控网络，其特征在于所述水 分与养分无线控制节点(4)程序包括初始化、定时无线通信判断、多跳转发通信处理、接收 无线命令、接收采集信息、定时参数控制判断及水分参数控制、养分参数控制功能子程序。
6.根据权利要求1所述的无土栽培基质水分、养分无线监控网络，其特征在于基质水 分与养分集成无线检测节点(5)由NRF9E5无线单片机及其无线通信器、信号处理电路、水 分与养分集成传感器、激励电源转换电路、干电池电源组成；定时采集所在区域的基质水分 与养分参数，并通过无线通信口传输给水分与养分无线控制节点(4)。
7.根据权利要求6所述的无土栽培基质水分、养分无线监控网络，其特征在于基质水 分与养分集成无线检测节点(5)程序包括初始化、定时无线通信判断、多跳转发通信处理、 接收无线命令、发送采集信息、定时状态采集判断及水分状态采集、养分状态采集功能子程 序。
全文摘要
本发明公开了一种无土栽培基质水分、养分无线监控系统，包括汇聚节点(2)及网络管理微型计算机(1)，簇头节点(3)、水分与养分无线控制节点(4)以及基质水分与养分集成无线检测节点(5)组成，汇聚节点(2)通过RS232串行接口微型计算机(1)有线连接，直接或者通过多跳方式间接与汇聚节点(2)无线通信；水分与养分无线控制节点(4)直接或者通过多跳方式间接与簇头节点(3)无线通信；基质水分与养分集成无线检测节点(5)直接或者通过多跳方式间接与水分与养分无线控制节点(4)无线通信。本发明提供的技术方案，配置灵活，集成方便，自动化程度高。
文档编号G05B19/418GK101937221SQ20101025441
公开日2011年1月5日 申请日期2010年8月16日 优先权日2010年8月16日
发明者刘志刚, 姚钦, 张西良, 李萍萍, 盛庆元, 胡永光, 赵丽娟 申请人:江苏大学