專利名稱：一種設(shè)施農(nóng)業(yè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子監(jiān)測(cè)設(shè)備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高和高新科技在農(nóng)業(yè)上的廣泛應(yīng)用，我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)已發(fā)生巨大變化。其中以蔬菜產(chǎn)業(yè)為主的設(shè)施農(nóng)業(yè)在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中已成為極其重要的創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活中的地位日漸提升。設(shè)施農(nóng)業(yè)是對(duì)作物栽培環(huán)境能有效控制，運(yùn)用先進(jìn)工程技術(shù)與種植管理技術(shù)的高投入、高產(chǎn)出的集約化農(nóng)業(yè)，是確保農(nóng)產(chǎn)品淡季供應(yīng)，調(diào)節(jié)市場(chǎng)供求季節(jié)性波動(dòng)、增加農(nóng)民收入、提高人們生活水平的有效途徑。目前我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)普及面積最大的是以溫室為代表的大棚蔬菜生產(chǎn)。改革開放以來(lái)，我國(guó)設(shè)施栽培發(fā)展迅速，設(shè)施農(nóng)業(yè)栽培面積已達(dá)到86.7萬(wàn)公頃，其中塑料中小棚40.7萬(wàn)公頃，占46.9% ;塑料大棚23.3萬(wàn)公頃，占26.9%;溫室22.7萬(wàn)公頃，占26.2%。按絕對(duì)面積計(jì)算已為世界第一。我國(guó)在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方面的研究取得了一定的進(jìn)展，但是這些研究和應(yīng)用大多數(shù)仍停留在理論研究層次，或者只是應(yīng)用在科研院所的展示項(xiàng)目中，而在傳統(tǒng)溫室中(占設(shè)施栽培總面積超過90%的塑料大棚和日光溫室)特別是吉林省大部分地區(qū)，農(nóng)戶們?nèi)圆捎煤?jiǎn)易控制系統(tǒng)甚至是手工控制的方式，測(cè)控系統(tǒng)的普及率非常低，沒有將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)真正的應(yīng)用于大規(guī)模環(huán)境監(jiān)測(cè)上，所以這種新型技術(shù)還沒有真正發(fā)揮其作用。在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，越來(lái)越多的農(nóng)戶選擇使用溫室大棚種植果蔬產(chǎn)品，因?yàn)槠渥陨須夂蛐?yīng)和隔離效果等特點(diǎn)，可以反季節(jié)種植并調(diào)控作物，起到了旱澇保收、空間隔絕的作用。但是在國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的大部分溫室中，I采用傳統(tǒng)的管理的方式，憑借人的經(jīng)驗(yàn)來(lái)種植溫室內(nèi)作物，需要?jiǎng)趧?dòng)力量大，會(huì)因?yàn)槿说慕?jīng)驗(yàn)判斷失誤導(dǎo)致作物的不良生長(zhǎng)。2采用人為管理的辦法，手動(dòng)布線室內(nèi)電子監(jiān)測(cè)設(shè)備，當(dāng)作物更替時(shí)重新布置線纜和移動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，布置不當(dāng)會(huì)影響設(shè)備采集精度并減少設(shè)備使用壽命，設(shè)備維護(hù)難度大，耗費(fèi)人力物力，增加了溫室 建設(shè)的投資成本。3采用現(xiàn)代無(wú)線設(shè)備，測(cè)量溫室內(nèi)特定環(huán)境參數(shù)，成本高，推廣難度大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在溫室內(nèi)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)今無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的設(shè)施農(nóng)業(yè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明在抽插桿上端安裝有電器盒，電器盒上安裝有溫濕度傳感器和無(wú)線接收天線；抽插桿插入上套內(nèi)，在上套內(nèi)部的空腔內(nèi)有偏心套，偏心套的底面為斜面，與上套內(nèi)壁上的斜臺(tái)對(duì)應(yīng)，偏心套的上端套有復(fù)位彈簧，在上套的側(cè)壁上安裝有按鍵，按鍵置于上套的空腔內(nèi)部的一端為斜面，偏心套底端斜面的最低點(diǎn)頂在按鍵的斜面上；上套下端通過螺紋安裝有連接套，連接套下端的凸臺(tái)置于下套上端的凹槽內(nèi)；下套下端固定安裝有支桿，支桿底端是探針；
在電器盒內(nèi)有中央處理器、撥碼開關(guān)、采集模塊電路、電源模塊、串口通信模塊、控制電路模塊、反饋電路；
撥碼開關(guān)與中央處理器的IOll、1012、1013三個(gè)引腳相連接；
J4是空氣溫濕度傳感器通過IO 口 0，I連接到中央處理器；
電源模塊將外接入的6V電壓經(jīng)過TPS5430電壓轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成中央處理器所需要的
3.3V電壓；
串口模塊中MAX232與中央處理器的TXD、RXD、CTS、RTS相連；
控制電路模塊TP521-4光耦連接中央處理器的100、1、8、14 口 ；
UP2_Limit和D0WN1_UMIT采集卷簾機(jī)的位置信息，經(jīng)過光耦的光電隔離，將此信號(hào)傳送給微處理器的1018、1019引腳。本發(fā)明集成了空氣溫濕度、光照強(qiáng)度、CO2濃度、土壤水分/溫度六個(gè)參數(shù)的采集，節(jié)約了一個(gè)節(jié)點(diǎn)只測(cè)量一個(gè)環(huán)境參數(shù)的成本，并且傳輸距離在空曠環(huán)境下可以傳輸一千米，可以減少監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)布置點(diǎn)數(shù)，相比較于傳統(tǒng)的ZigBee節(jié)點(diǎn)有更高的處理效率和更遠(yuǎn)的傳輸距離。同時(shí)還具備控制功能，可以控制水泵和卷簾機(jī)的動(dòng)作。是一套完備的溫室環(huán)境監(jiān)控設(shè)備。具有低成本、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明對(duì)于種植反季節(jié)、高附加值的農(nóng)作物，溫室大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)在整個(gè)農(nóng)作物的生長(zhǎng)周期中起著舉足輕重的作用。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)智能監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)時(shí)獲取大棚內(nèi)的環(huán)境信息，不僅能讓種植者在第一時(shí)間內(nèi)掌握作物的生長(zhǎng)狀況，還能讓種植者根據(jù)環(huán)境信息及時(shí)地調(diào)控大棚內(nèi)的整體環(huán)境參數(shù)(如開關(guān)天窗，開啟卷簾機(jī)等)。有利于精準(zhǔn)施肥、節(jié)水灌溉和蟲藥資源的高效利用，可有效減輕環(huán)境污染，提升作物的品質(zhì)。是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、農(nóng)民組織化和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明中央處理器示意 圖3是本發(fā)明撥碼開關(guān)電路原理 圖4是本發(fā)明采集模塊電路原理 圖5是本發(fā)明電源模塊電路原理 圖6是本發(fā)明串口通信模塊電路原理 圖7是本發(fā)明控制電路模塊電路原理 圖8是本發(fā)明反饋電路原理 圖9是本發(fā)明電路原理框 圖中，空氣溫濕度傳感器與微處理器的100，IOl相連；
光照度傳感器模塊與微處理器的1014，1015相連；
CO2傳感器模塊與微處理器的AD3相連；
微處理器的1018與光耦TP521的2腳相連，TP521的3腳與繼電器相連，繼電器與土壤水分溫度傳感器的電源端相連；
撥碼開關(guān)與微處理器的1011、12、13相連；
電源模塊鏈接未處理器的VCC ；
MAX232模塊與微處理器的TXD、RXD、CTS、RTS相連；復(fù)位電路模塊與微處理器的RESET端相連；
控制端電路與反饋信號(hào)電路分別與微處理器的IO鏈接。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明在抽插桿3上端安裝有電器盒2，電器盒2上安裝有溫濕度傳感器9和無(wú)線接收天線I ;抽插桿3插入上套6內(nèi)，在上套6內(nèi)部的空腔內(nèi)有偏心套5，偏心套5的底面為斜面，與上套6內(nèi)壁上的斜臺(tái)7對(duì)應(yīng)，偏心套5的上端套有復(fù)位彈簧4，在上套6的側(cè)壁上安裝有按鍵10，按鍵10置于上套6的空腔內(nèi)部的一端為斜面，偏心套5底端斜面的最低點(diǎn)頂在按鍵10的斜面上；上套6下端通過螺紋安裝有連接套11，連接套11下端的凸臺(tái)12置于下套8上端的凹槽13內(nèi)，可以使連接套11和下套8沿著凸臺(tái)12和凹槽13轉(zhuǎn)動(dòng)；下套8下端固定安裝有支桿14,支桿14底端是探針15。本發(fā)明機(jī)械部分的工作過程是:
當(dāng)需要調(diào)整高度時(shí),松開按鍵10，此時(shí)偏心套5與上套6同軸，這樣抽插桿3可以上下活動(dòng)進(jìn)行調(diào)整高度，調(diào)整完畢，就按下按鍵10，由于按鍵10與偏心套5的接觸部位是斜面，這樣，按下按鍵10時(shí)，偏心套5的最低端就會(huì)沿著按鍵10的斜面滑動(dòng)，從而使這個(gè)偏心套5反方向移動(dòng)，同時(shí)使偏心套5的軸心移動(dòng)，使偏心套5與上套6不在同一個(gè)軸心上，由于抽插桿3穿過偏心套5延伸到上套6中，但偏心套5和上套6不同軸心，這樣偏心套5和上套6將抽插桿3夾持，通過摩擦力將之固定。探針15插在地面，接收土壤的數(shù)據(jù)信息，然后通過內(nèi)部的導(dǎo)線將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)诫娖骱袃?nèi)部的中央處理器，進(jìn)行土壤信息的采集和分析。在電器盒2內(nèi)有中央處理器、撥碼開關(guān)、采集模塊電路、電源模塊、串口通信模塊、控制電路模塊、反饋電路； 撥碼開關(guān)鎖與微處理器的IOll、1012、1013三個(gè)引腳相連接，當(dāng)用戶選擇不同組合時(shí)，就設(shè)定了該模塊的身份，無(wú)線數(shù)據(jù)采集模塊、水泵無(wú)線智能控制模塊、卷簾機(jī)無(wú)線智能控制1吳塊。J4是空氣溫濕度傳感器通過IO 口 0，I連接到微處理器，微處理器定時(shí)采集空氣溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的物理參量值。通過JENNET無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議將采集到的值上傳至服務(wù)器。J5是光照強(qiáng)度傳感器通過I2C接口連接到微處理器，微處理器定時(shí)采集光照強(qiáng)度傳感器的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的物理參量值。通過JENNET無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議將采集到的值上傳至服務(wù)器。J2是CO2傳感器通過AD接口連接到微處理器，微處理器定時(shí)采集CO2傳感器的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的物理參量值。通過JENNET無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議將采集到的值上傳至服務(wù)器。為了滿足整個(gè)系統(tǒng)低功耗的要求，對(duì)于土壤水分/溫度傳感器，由于其需要高功率供電，所以電路系統(tǒng)中采用需要采集時(shí)供電，不需要采集時(shí)斷電的方式處理。微處理器置1018低電平，光耦TP521導(dǎo)通(光耦起到光電隔離的作用)，從而繼電器導(dǎo)通，土壤水分傳感器與6V直流電連接，達(dá)到需要采集時(shí)才供電采集的目的。中央處理器米集模式時(shí),負(fù)責(zé)將傳感器傳輸過來(lái)的數(shù)字、模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)物理參量值，并將這些信息通過JENNET無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議上傳至服務(wù)器；水泵控制模式時(shí)，負(fù)責(zé)檢查108高低電平情況，從而確定水泵此時(shí)是開啟還是關(guān)閉狀態(tài)并上傳此時(shí)水泵狀態(tài)，同時(shí)能夠接收命令控制水泵開啟后者關(guān)閉；卷簾模式時(shí)，負(fù)責(zé)檢查1018、19的高低電平情況，從而確定卷簾機(jī)此刻卷簾機(jī)的位置并上傳當(dāng)前卷簾的位置情況，同時(shí)能夠接收命令控制卷簾機(jī)的動(dòng)作。電源模塊將外接入的6V電壓經(jīng)過TPS5430電壓轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成微處理器所需要的3.3V電壓輸出。串口模塊中MAX232與微處理器的TXD、RXD、CTS、RTS相連，負(fù)責(zé)模塊的程序燒寫工作?？刂齐娐纺KTP521-4光耦連接中央處理器的100、1、8、14 口 ；當(dāng)處理器收到控制卷簾機(jī)動(dòng)作的命令時(shí)，置100、I 口相應(yīng)高低電平。當(dāng)收到控制水泵的命令時(shí)，置108 口高電平或者低電平。UP2_Limit和D0WN1_UMIT采集卷簾機(jī)的位置信息，經(jīng)過光耦的光電隔離，將此信號(hào)傳送給微處理器的1018、1019引腳。微處理器通過讀IO 口的高低電平信號(hào)判斷出此刻卷簾的位置。JENNET無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧
系統(tǒng)模塊被確定為R O uter (路由)或者是E N D Device (終端)在自組織的網(wǎng)絡(luò)中會(huì)自動(dòng)上傳節(jié)點(diǎn)信息給C oordinator (協(xié)調(diào)器)。若被確定為協(xié)調(diào)器，只負(fù)責(zé)接收路由和終端上傳信息。本發(fā)明工作過程: 作為采集點(diǎn):
在需要監(jiān)測(cè)的區(qū)域內(nèi)(如溫室大棚)安裝Zigbee節(jié)點(diǎn)，通電后，Zigbee節(jié)點(diǎn)首先尋找網(wǎng)絡(luò)并自動(dòng)加入網(wǎng)絡(luò)。加入網(wǎng)絡(luò)后，傳感器開始工作，傳感器定時(shí)采集監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)空氣溫度、空氣濕度，CO2濃度、土壤水分含量、土壤溫度六個(gè)環(huán)境參數(shù)值?？諝鉁?、濕度傳感器與微處理器的DIOOU相連接，將的監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的空氣中的溫濕度的數(shù)據(jù)傳送給微處理器，微處理器將空氣溫濕度傳感器采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成實(shí)際物理值后，通過無(wú)線ZigBee網(wǎng)絡(luò)將實(shí)際物理值發(fā)送給網(wǎng)關(guān)。光照強(qiáng)度傳感器與微處理的D1014、15相連接，將的監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的太陽(yáng)光強(qiáng)度的數(shù)據(jù)傳送給微處理器，微處理器將光照強(qiáng)度傳感器采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成實(shí)際物理值后，通過無(wú)線ZigBee網(wǎng)絡(luò)將實(shí)際物理值發(fā)送給網(wǎng)關(guān)。0)2濃度傳感器與微處理的ADC3接口相連接，將監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的CO2濃度值傳送給微處理器，微處理器將CO2濃度傳感器采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成實(shí)際物理值后，通過無(wú)線ZigBee網(wǎng)絡(luò)將實(shí)際物理值發(fā)送給網(wǎng)關(guān)。土壤水分、溫度傳感器與微處理器的ADCl和ADC2相連接，由微處理器定時(shí)向D108發(fā)送低電平信號(hào)，當(dāng)D108收到低電平信號(hào)時(shí)，光耦導(dǎo)通，繼電器觸點(diǎn)閉合，土壤水分、溫度傳感器上電工作，將采集到的土壤中的水分和溫度的數(shù)值傳送給微處理器，微處理器將此數(shù)值轉(zhuǎn)換成實(shí)際物理值后，通過Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將實(shí)際物理值發(fā)送給網(wǎng)關(guān)。完成整個(gè)監(jiān)測(cè)過程。作為控制點(diǎn):
與水泵或卷簾機(jī)配套安裝Zigbee控制節(jié)點(diǎn)。通電后，zigbee節(jié)點(diǎn)首先尋找網(wǎng)絡(luò)并自動(dòng)加入網(wǎng)絡(luò)。控制節(jié)點(diǎn)會(huì)監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)，若為水泵控制節(jié)點(diǎn)，水泵與D1014相連接，D1014為高電平，水泵關(guān)閉，D1014為低電平水泵開啟。微處理器定時(shí)檢測(cè)D1014的高低電平情況，并將水泵是開啟還是關(guān)閉的狀態(tài)通過ZIGbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送給網(wǎng)關(guān)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到打開水泵的命令時(shí)，相應(yīng)的微處理置D1014為低電平；當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到關(guān)閉水泵的命令時(shí)，相應(yīng)的微處理置D1014為高電平。若為卷簾控制節(jié)點(diǎn)，卷簾機(jī)與DIO，I相連，控制電機(jī)的上下轉(zhuǎn)動(dòng)。若為卷簾控制節(jié)點(diǎn)，在大棚的頂端和低端分別安裝限位開關(guān)，限位開關(guān)與微處理器的D1018U9相連接。微處理器檢測(cè)D1018、19高低電平情況判斷出此時(shí)卷簾位置，并將此時(shí)卷簾機(jī)的位置信息通過zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給網(wǎng)關(guān)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到打開或關(guān)閉卷簾機(jī)的命令時(shí)，相應(yīng)地至DIOOU高低電平，DIOOU與電機(jī)相連，從而控制卷簾機(jī)上下轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):
權(quán)利要求
1.一種設(shè)施農(nóng)業(yè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其特征在于:在抽插桿(3)上端安裝有電器盒(2)，電器盒(2)上安裝有溫濕度傳感器(9)和無(wú)線接收天線(I);抽插桿(3)插入上套(6)內(nèi)，在上套(6)內(nèi)部的空腔內(nèi)有偏心套(5)，偏心套(5)的底面為斜面，與上套(6)內(nèi)壁上的斜臺(tái)(7)對(duì)應(yīng)，偏心套(5)的上端套有復(fù)位彈簧(4)，在上套(6)的側(cè)壁上安裝有按鍵(10)，按鍵(10)置于上套(6)的空腔內(nèi)部的一端為斜面，偏心套(5)底端斜面的最低點(diǎn)頂在按鍵(10 )的斜面上；上套(6 )下端通過螺紋安裝有連接套(11)，連接套(11)下端的凸臺(tái)(12 )置于下套(8)上端的凹槽(13)內(nèi)；下套(8)下端固定安裝有支桿(14)，支桿(14)底端是探針(15)； 在電器盒(2)內(nèi)有中央處理器、撥碼開關(guān)、采集模塊電路、電源模塊、串口通信模塊、控制電路模塊、反饋電路； 撥碼開關(guān)與中央處理器的IOll、1012、1013三個(gè)引腳相連接； J4是空氣溫濕度傳感器通過IO 口 0，I連接到中央處理器； 電源模塊將外接入的6V電壓經(jīng)過TPS5430電壓轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成中央處理器所需要的.3.3V電壓； 串口模塊中MAX232與中央處理器的TXD、RXD、CTS、RTS相連； 控制電路模塊TP521-4光耦連接中央處理器的100、1、8、14 口 ； UP2_Limit和D0WN1_UMIT采集卷簾機(jī)的位置信息，經(jīng)過光耦的光電隔離，將此信號(hào)傳送給微處理器的1018、10 19引腳。
全文摘要
一種設(shè)施農(nóng)業(yè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，屬于電子監(jiān)測(cè)設(shè)備領(lǐng)域。本發(fā)明的目的是在溫室內(nèi)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)今無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的設(shè)施農(nóng)業(yè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明在抽插桿上端安裝有電器盒，電器盒上安裝有溫濕度傳感器和無(wú)線接收天線；抽插桿插入上套內(nèi)，在上套內(nèi)部的空腔內(nèi)有偏心套，偏心套的底面為斜面，偏心套的上端套有復(fù)位彈簧，在上套的側(cè)壁上安裝有按鍵，按鍵置于上套的空腔內(nèi)部的一端為斜面；上套下端通過螺紋安裝有連接套，連接套下端的凸臺(tái)置于下套上端的凹槽內(nèi)；下套下端固定安裝有支桿，支桿底端是探針；在電器盒內(nèi)有中央處理器、撥碼開關(guān)、采集模塊電路、電源模塊、串口通信模塊、控制電路模塊、反饋電路。本發(fā)明對(duì)于種植反季節(jié)、高附加值的農(nóng)作物，溫室大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)在整個(gè)農(nóng)作物的生長(zhǎng)周期中起著舉足輕重的作用。
文檔編號(hào)G08C17/02GK103228063SQ201310024740
公開日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月23日
發(fā)明者于合龍, 宮鶴, 陳桂芬, 盧敏, 馬麗, 王國(guó)偉, 韓永奇, 溫竹, 劉杰, 王佳琪 申請(qǐng)人:吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)