CN101520427B - 基于无线传感器网络的田间水分水位传感器 - Google Patents

基于无线传感器网络的田间水分水位传感器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于无线传感器网络的田间水分水位传感器，包括一对探针及接收探针探测信号并用于测量农田水分含量和水层高度的传感器电路，传感器电路与处理器模块的一组端口连接，处理器模块的另一组端口与能实现节点与节点之间单跳或多跳的无线通信的通讯模块连接，各个节点之间形成自组织的无线传感器网络，通过无线网络协议与远程计算机终端进行通讯。本发明能远距离对农田信息进行操作与控制，具有低成本及低功耗的优点。

Description

基于无线传感器网络的田间水分水位传感器
技术领域
本发明涉及一种基于无线传感器网络的田间水分水位传感器。
背景技术
目前大部分的水分传感器是通过有线装置直接连接到显示屏上读取，而且大多是基于测量低频电压的水分传感器。基本方法是将探针插入到土壤中，当土壤水含量不同时测出来的电压值就不相同，经过标定就可以得出相应的土壤水分含量。CN101281183A公开了一种基于低频电路检测充电电压的峰值信号的水分传感器，采用两套不同探头和两个独立电路控制测量水分和水位，但是没有网络通信功能，一旦监测距离比较远时，就无法读取数据，也无法由用户远程监控水分信息。
像此类的传感器只能通过有线装置连接，或单跳连接到特定的读取设备，用户只能获取当前位置或单点的土壤水含量信息，不能大范围远距离获取数据，更不能用计算机远程控制其进行水分信息采集。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种能远距离操作与控制的、低成本、低功耗的基于无线传感器网络的田间水分水位传感器。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种基于无线传感器网络的田间水分水位传感器，包括一对探针及接收探针探测信号并用于测量农田水分含量和水层高度的传感器电路，传感器电路与处理器模块的一组端口连接，处理器模块的另一组端口与能实现节点与节点之间多跳的无线通信的通讯模块连接，各个节点之间形成自组织的无线传感器网络，通过无线网络协议与远程计算机终端进行通讯。
所述传感器电路由高频振荡模块、分频模块与比较器依次串联组成，其中，探针与高频振荡模块连接形成振荡电路，比较器连接到处理器模块；所述高频振荡模块与分频模块还连接至一供电模块。
所述高频振荡模块MC1648芯片，分频模块为MB510芯片，比较器为LM393比较器。
所述处理器模块为ATMEGA芯片，通讯模块为CC1000通讯电路。
本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果：
(1)通过自组织的无线传感器网络远程获取大范围农田的水分信息，实现由远程计算机用户对农田无线水分传感器网络进行操作与控制，并为计算机数据挖掘提供基础数据源。
(2)在传感器电路中采用单片机来控制，利用单片机一定的存储与处理能力，并通过高频振荡电路来获取农田水分或水层高度信息，由CC1000通讯电路构成自组织无线网络来传输水分含量或水层高度信息，可以在远距离获取观测点的水分含量或水层高度数据的同时，将数据通过无线传感器网络直接传送到计算机进行处理，远程计算机管理用户根据各观测点的水分信息，可以决策指导精准灌溉系统，从而成为精准农业的得力助手。
(3)本农田无线水分传感器属于自主开发与设计，成本低廉，单个传感器元件成本约为当前市面国外传感器的20％。
(4)精度方面，能满足田间作物(如水稻)生长期水分监测量的需要，在30％以上水分含量测量中，误差不超过±3％；在1～7厘米水层高度测量中，误差不超过0.5厘米。
(5)装配3.6伏锂电或镍氢即可连续监测3-4个月，功耗较低。
附图说明
图1为本发明基于无线传感器网络的田间水分水位传感器的原理框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提供一种基于无线传感器网络的田间水分水位传感器，包括一对探针及接收探针探测信号并用于测量农田水分含量和水层高度的传感器电路，传感器电路与处理器模块的一组端口连接，处理器模块的另一组端口与能实现节点与节点之间多跳的无线通信的通讯模块连接，各个节点之间形成自组织的无线传感器网络，通过无线网络协议与远程计算机终端进行通讯。所述高频振荡模块与分频模块还连接至一供电模块。
所述传感器电路由高频振荡模块、分频模块与比较器依次串联组成，且集成于一电路板上，其中，探针与高频振荡模块连接形成振荡电路，比较器连接到处理器模块；所述高频振荡模块MC1648芯片，分频模块为MB510芯片，比较器为LM393比较器；所述处理器模块为ATMEGA芯片，通讯模块为CC1000通讯电路。通常在此振荡电路中电感值为几十纳亨，并联电容值为几十皮法拉，最好振荡电路的振荡频率控制在160MHz到220MHz变化范围之内。
本发明中，在电路板上安装两根探针，探针与MC1648高频振荡模块连接形成振荡电路，MC1648高频振荡模块的输出连接到MB510分频模块的输入，经过分频后的信号连接到LM393比较器进行拉升，最后将比较器的信号输出到ATMEGA芯片进行处理。ATMEGA芯片还与CC1000通讯电路的输入输出相连接，通过通讯电路可实现节点与节点之间的单跳或多跳的无线通信，并且自组织形成无线传感器网络。传感器模块的原理是当土壤中的水分含量或者饱和时水层高度发生变化，引起两根探针之间的导电电容改变，从而使MC1648高频振荡模块的振荡频率发生变化。当信号经MB510分频和LM393比较器拉升后，就可以输入到ATMEGA芯片进行处理，同时由相连接的CC1000通讯电路实现多跳的无线网络通信，构成完整的农田无线水分传感器网络。该网络可以实现水分含量和水层高度数据的无线收发以及远程传输，并且将数据直接传送到远程计算机终端进行处理，用户通过远程计算机即可实现对远距离农田水分的检测。

Claims (2)

1.一种基于无线传感器网络的田间水分水位传感器，包括一对探针及接收探针探测信号并用于测量农田水分含量和水层高度的传感器电路，其特征在于：传感器电路与处理器模块的一组端口连接，处理器模块的另一组端口与能实现节点与节点之间多跳的无线通信的通讯模块连接，各个节点之间形成自组织的无线传感器网络，通过无线网络协议与远程计算机终端进行通讯；
所述传感器电路由高频振荡模块、分频模块与比较器依次串联组成，其中，探针与高频振荡模块连接形成振荡电路，比较器连接到处理器模块；
所述高频振荡模块为MC1648芯片，分频模块为MB510芯片，比较器为LM393比较器；所述处理器模块为ATMEGA芯片，通讯模块为CC1000通讯电路；探针与高频振荡模块形成的振荡电路的振荡频率控制在160MHz到220MHz变化范围之内。
2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的田间水分水位传感器，其特征在于：所述高频振荡模块与分频模块还连接至一供电模块。
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