专利名称：一种基于ZigBee技术的智能土壤墒情监控调节系统的制作方法
技术领域：
本发明属于基于ZigBee技术的无线传感器网络领域，尤其涉及一种基于ZigBee技术的智能土壤墒情调节监控系统。
背景技术：
当今社会，随着信息技术的发展，农业信息化产业崭露头角。各式各样的传感器技术、全球定位系统技术、无线通信网络技术以及互联网技术的应用，为土壤墒情远程监控提供了条件。准确、快速、实时的土壤商情信息采集，是保证农业发展的必要条件。而无线组网技术，为土壤墒情信息采集带来了极大的便利性，并且便于专家进行远程指导与建议。传统的土壤墒情监控通常采用人工的形式进行。通过取样，对土样进行处理，然后利用大型设备进行分析，这为土壤墒情监控的便利性和实时性提出了严峻的挑战；现有的土壤墒情远程监控系统通常采用GSM/GPRS/WCDMA等形式进行远程监控，故存在着基站建造与维护成本高、协议复杂、组网困难等特点，较难实现准确、高效地监控与调节土壤墒情；这限制了农业信息化产业向智能化方向发展。ZigBee技术指的是采用IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议，具有低功耗、低成本、低速率、支持大量节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全的特点，ZigBee模块之间可以通过这种协议进行数据通信，实现数据的无线传输。
发明内容
本发明的目的是为弥补现有产品的不足之处，提出一种基于ZigBee技术的智能土壤墒情监控调节系统，其具备供电方便、远程监控、智能调节、网络简单、覆盖范围广泛的特点。 本发明提出的一种基于ZigBee技术的智能土壤墒情监控调节系统，其特征在于，该系统包括采用ZigBee射频模块和微控制单元(MCU)的多个基于节点模块、协调器模块和执行模块，服务器主机、供电模块以及ZigBee传感器互联网络；多个节点模块通过自组网的方式分别与ZigBee传感器互联网络相连，协调器模块接入端通过主动搜索方式连接到ZigBee传感器互联网络中，协调器模块输出端通过串口形式与服务器主机的输入端相连，服务器主机输出端连接执行模块，供电模块连接到节点模块、协调器模块和执行模块的电源端。上述的一种基于ZigBee技术的智能土壤墒情监控调节系统中，ZigBee节点模块由土壤墒情传感器组、MCU、存储器及ZigBee射频模块构成。其中MCU控制存储及处理传感器组采集到的墒情信号，并通过ZigBee射频模块将处理后的数据发送至协调器模块。上述的一种基于ZigBee技术的智能土壤墒情监控调节系统中，ZigBee协调器模块包括ZigBee射频模块、MCU,通过ZigBee射频模块将采集到的数据交由MCU进行处理，MCU将处理后的数据上传到服务器主机。上述的一种基于ZigBee技术的智能土壤墒情监控调节系统中，服务器主机运行一套可以进行监控及调节土壤墒情的上位机软件，同时可以将墒情信息与服务器主机数据库中的预设值数据进行比对，如果当前墒情不满足预设范围，服务器主机将会把对应的执行信息通过协调器模块中的ZigBee射频模块发送到执行器模块中。上述的一种基于ZigBee技术的智能土壤墒情监控调节系统中，执行器模块包括ZigBee射频模块、MCU、继电器单元、水泵及报警器。ZigBee射频模块负责接收服务器主机发来的执行信号，如果当前含水量较低时，反馈信号内容为通过MCU控制水泵进行浇水动作，如果由于水泵工作不正常导致当前含水量严重不足时，反馈信号内容为通过MCU控制报警器发出警报。上述的一种基于ZigBee技术的智能土壤墒情监控调节系统中，蓄电池及太阳能电池组合的双电池供电系统中包括两块太阳能电池板，为蓄电池进行充电，便于提高电池的利用率。本发明通过这种系统，可以实现远程墒情传感器采集到的土壤墒情信息，并在服务器端显示出来，通过与服务器端设定的阈值对比，当土壤湿度低于设定阈值时，自动触发执行器模块为土壤进行灌溉。本发明的主要优点如下:1、采用太阳能电池及蓄电池供电，利用太阳能电池及时为蓄电池充电，从而为网络的长时间稳定工作提供了保证；2、采用ZigBee模块进行远程数据传输，具有结构简单、功耗极低、成本极低、管理容易的特点，省去了人工检测中的样品采集、处理、检测等繁琐步骤，大大降低了人力成本；3、可以实时监控土壤中的墒情状况，在湿度不达标时，自动触发执行模块进行浇水动作，具有智能调节的特点；
4、采用ZigBee技术，使得节点添加难度降低，可以在后期逐步增加网络规模，提高土壤墒情监控调节的覆盖范围。
图1是本发明提出的一种基于ZigBee技术的智能土壤墒情监控调节系统的结构框图。图2是本发明的节点模块实施例组成示意图。图3是本发明协调器模块及服务器主机组成示意图。图4是本发明的执行器模块实施例组成示意图。
具体实施例方式本发明提出的一种基于ZigBee技术的智能土壤墒情监控调节系统，其结构如图1所示，包括采用ZigBee射频模块和微控制单元MCU的多个节点模块1、协调器模块2、执行模块5，服务器主机3、供电模块4以及ZigBee传感器互联网络6。多个节点模块I通过自组网的方式分别与ZigBee传感器互联网络6相连，协调器模块2接入端通过主动搜索方式连接到ZigBee传感器互联网络6中，协调器模块2输出端通过串口形式与服务器主机3的输入端相连,供电模块4连接到节点模块1、协调器模块2和执行模块5的电源端。上述系统的工作过程:多个节点模块I负责采集各测点土壤中的墒情信息，并将信息情况以数字信号的形式通过传感器互联网络6发送至协调器模块2，协调器模块2将收到的信息传输给服务器主机3，服务器主机3通过比对当前墒情与预设墒情阈值，通过协调器模块2和传感器互联网络6，向执行模块5发出相应的控制信号，执行模块5收到控制信号后执行相应的行为，而供电模块4为除服务器主机3以外的其他模块进行供电。上述系统的各部件的具体实施方式
分别说明如下:本实施例中节点模块I如图2所示,包括土壤墒情传感器组、微控制单元(MCU)及ZigBee射频模块。其中，土壤墒情传感器组的输出端与微控制单元(MCU)输入端相连，微控制单元(MCU)与ZigBee射频模块连接，土壤传感器组主要包括土壤温湿度传感器，可以采用SHTlO型号微型温湿度传感器，MCU可以采用AVR单片机Megal6，MCU将采集到的墒情信息进行A/D转换等处理，然 后通过ZigBee射频模块将数据发送至协调器。本实施例中协调器模块2如图3所示，包括微控制单元MCU (MCU可以采用AVR单片机Megal6)及ZigBee射频模块。其中，微控制单元(MCU)与ZigBee射频模块连接，MCU将ZigBee模块接收到的信号，通过RS232接口与服务器主机3相连，将采集到的数据在服务器主机端显示出来。本实施例的执行器模块的组成如图4所示，包括包括微控制单元MCU (MCU可以采用AVR单片机Megal6)、ZigBee射频模块、继电器、水泵和报警器；其中ZigBee射频模块的输出端与微控制单兀MCU的输入端相连、微控制单兀MCU的输出端入继电器的输入端相连，继电器的两个输出端分别与水泵和报警器相连。本实施例的继电器、水泵和报警器均可采用常规产品。本实施例中服务器主机上运行的上位机软件系统(属于已知技术)可以自动分析当前墒情信息，通过将实时信息与数据库中存储的土壤湿度阈值进行比对，本实施例设置的的土壤湿度阈值指的是，满足作物生长的土壤湿度的最低值的一倍，当土壤湿度略微低于或严重低于设定的土壤湿度阈值时，服务器主机3将控制信号数据通过MCU发送至协调器2中的ZigBee射频模块，通过ZigBee传感器互联网络6将控制信号发送至执行模块5中的ZigBee射频模块，从而MCU根据ZigBee模块接收到的命令信号，执行相应行为。本实施例中，如果当前湿度略微低于预设阈值时，MCU控制继电器的接通，水泵开始进行浇灌动作；如果由于继电器或者水泵发声问题，导致补水行为不及时而造成土壤湿度严重低于设定的阈值时，可以取阈值的1/2，MCU会控制报警器发出警报信息。本实施例的服务器主机米用常规的PC机,例如(补充一个型号)本实施例中的供电系统，采用双电池方案，其中蓄电池电量为20AH左右，太阳能电池板输出功率大约为20W左右。
权利要求
1.一种基于ZigBee技术的智能土壤墒情监控调节系统，其特征在于，该系统包括采用ZigBee射频模块和微控制单元(MCU)的多个基于节点模块、协调器模块和执行模块，月艮务器主机、供电模块以及ZigBee传感器互联网络；多个节点模块通过自组网的方式分别与ZigBee传感器互联网络相连，协调器模块接入端通过主动搜索方式连接到ZigBee传感器互联网络中，协调器模块输出端通过串口形式与服务器主机的输入端相连，服务器主机输出端连接执行模块，供电模块连接到节点模块、协调器模块和执行模块的电源端。
2.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述节点模块包括土壤墒情传感器组、微控制单元(MCU)及ZigBee射频模块；其中，土壤墒情传感器组的输出端与微控制单元(MCU)输入端相连，微控制单元(MCU)与ZigBee射频模块连接，土壤传感器组主要包括土壤温湿度传感器。
3.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述协调器模块包括微控制单元MCU及ZigBee射频模块。
4.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述执行器模块包括包括微控制单元(MCU)、ZigBee射频模块、继电器、水泵和报警器； 其中ZigBee射频模块的输出端与微控制单元MCU的输入端相连、微控制单兀MCU的输出端入继电器的输入端相连,继电器的两个输出端分别与水泵和报警器相连。
全文摘要
本发明公开了一种基于ZigBee技术的智能土壤墒情监控调节系统，属于基于ZigBee技术的无线传感器网络领域，该系统包括采用ZigBee射频模块和微控制单元(MCU)的多个基于节点模块、协调器模块和执行模块，服务器主机、供电模块以及ZigBee传感器互联网络；多个节点模块通过自组网的方式分别与ZigBee传感器互联网络相连，协调器模块接入端通过主动搜索方式连接到ZigBee传感器互联网络中，协调器模块输出端通过串口形式与服务器主机的输入端相连，服务器主机输出端连接执行模块，供电模块连接到节点模块、协调器模块和执行模块的电源端；本发明具备供电方便、远程监控、智能调节、网络简单、覆盖范围广泛的特点。
文档编号G08C17/02GK103210818SQ201310104588
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月28日 优先权日2013年3月28日
发明者任天令, 陶璐琪, 杨轶, 束逸, 王文生 申请人:清华大学