CN102186262A

CN102186262A - 基于无线传感器网络的温室草莓园监测系统

Info

Publication number: CN102186262A
Application number: CN2011100643430A
Authority: CN
Inventors: 冯雷; 杨凯盛; 何勇
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2011-09-14

Abstract

一种基于无线传感器网络的温室草莓园监测系统，包括用以实现温室草莓生长环境监控的监控中心和用以安装在温室草莓园的传感器节点，传感器节点包括土壤水分传感器、光照传感器、温湿度传感器、微控制器和第一无线网络通信模块，土壤水分传感器、光照传感器和温湿度传感器均与微控制器连接，微控制器与第一无线网络通信模块连接；监控中心包括：第二无线网络通信模块，用以与第一无线通信模块无线通信；草莓生态环境信息监测模块，用以依照草莓生长过程的各个阶段的所需生态环境信息，显示当前所在的阶段选取所需生态环境信息标准值，监测当前采集的生态环境信息。本发明便于集中管理、实现精细化经营和管理、提高生产效率。

Description

基于无线传感器网络的温室草莓园监测系统

技术领域

本发明涉及一种温室草莓园生态环境信息采集系统。

背景技术

温室草莓园区通常设置在野外，对于草莓园的生态环境信息的采集，首先需要在草莓园安装各种生态环境信息传感器，通过生态环境信息传感器检测各种数据，例如土壤水分、空气温湿度、光照强度等。

现有的温室草莓园，通常仅仅单独进行生态环境信息采集，并没有集中管理，不能有效经营和管理草莓园。

发明内容

为了克服已有温室草莓园不能集中管理、不便于精细化经营和管理、生产效率低的不足，本发明提供一种便于集中管理、实现精细化经营和管理、提高生产效率的基于无线传感器网络的温室草莓园监测系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于无线传感器网络的温室草莓园监测系统，包括用以实现温室草莓生长环境监控的监控中心和用以安装在温室草莓园的传感器节点，所述传感器节点包括土壤水分传感器、光照传感器、温湿度传感器、微控制器和第一无线网络通信模块，所述土壤水分传感器、光照传感器和温湿度传感器均与所述微控制器连接，所述微控制器与所述第一无线网络通信模块连接；所述监控中心包括：

第二无线网络通信模块，用以与所述第一无线通信模块无线通信；

草莓生态环境信息监测模块，用以依照草莓生长过程的各个阶段的所需生态环境信息，显示当前所在的阶段选取所需生态环境信息标准值，监测当前采集的生态环境信息。

进一步，所述传感器节点还包括能量供应模块，所述能量供应模块均与所述土壤水分传感器、光照传感器、温湿度传感器和微控制器连接。

本发明的技术构思为：信息的生成、获取、存储、传输、处理及其应用是现代信息科学的六大组成部分，其中信息的获取是信息技术产业链上重要的环节之一，没有它就没有信息的传输、处理和应用，信息化也就成了无水之源、无本之木。随着微机电系统MEMS(Micro-Electro-Mechanism System)、片上系统SoC(System-on-Chip)、微电子技术、无线通信技术、信号处理技术、计算机网络技术、纳米材料等的进步以及互联网的迅猛发展，传感器的信息获取技术从独立的单一化模式向微型化、集成化，进而向智能化、网络化方向发展，成为信息获取最基本和最重要的技术之一。

无线传感器网络(WSN，Wireless Sensor Network)是由部署在监测区域内的大量微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成一个自组织的网络系统，目的是感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给用户。

通过无线传感器网络可以把分布在远距离不同位置上的通信设备连在一起，实现网络资源共享。此外，无线网络的优点还包括抗干扰能力强、传输带宽高、安全保密性好、功率谱密度低。利用无线网络的上述特点，可以组建针对农业信息采集和管理的本地无线局域网络，实现农业信息的实时传输。同时，可以给用户提供更多技术支持和决策信息，实现整个系统的远程管理。

本发明的有益效果主要表现在：1、便于集中管理、实现精细化经营和管理；2、提高生产效率。

附图说明

图1是基于无线传感器网络的温室草莓园监测系统的原理框图。

图2是传感器节点的原理框图。

图3是温室草莓园监测系统的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图3，一种基于无线传感器网络的温室草莓园监测系统，包括用以实现温室草莓生长环境监控的监控中心1和用以安装在温室草莓园的传感器节点2，所述传感器节点2包括土壤水分传感器、光照传感器、温湿度传感器、微控制器和第一无线网络通信模块，所述土壤水分传感器、光照传感器和温湿度传感器均与所述微控制器连接，所述微控制器与所述第一无线网络通信模块连接；所述监控中心1包括：

本实施例，通过传感器节点采集草莓园生态环境信息，信息通过GPRS网络发送到管理节点，用户可以通过管理节点上的管理软件查看和处理采集到的信息，做出决策。该系统使用户足不出户就能对草莓园进行管理。便于实现农业生产的信息化、精细化经营和管理

通过部署在草莓园中的传感器节点采集草莓园的生态环境信息，主要包括土壤水分、空气温湿度、光照强度等，采集的信息在传感器节点中经过相关处理后，通过GPRS网络传输到管理节点上，管理节点由网络通信模块和PC机组成，信息进入PC机后，可以通过管理软件查看和处理。

选用的土壤水分传感器为FDS100水分传感器，空气温湿度传感器为AM2301数字温湿度传感器，光照传感器为SC-GZ光照传感器。传感器节点的微控制器选用STC89C52单片机。网络通信模块选用华为技术有限公司的G3100GPRS Modem。传感器节点中的处理程序在Keil C51 uVision2中开发，管理软件是基于PC机的，在Microsoft Visual C++ 6.0集成开发环境中开发。

所述的生态环境信息采集系统，其特征在于：土壤水分传感器和空气温室度传感器输出的模拟信号比较微弱，需要进行放大，放大电路采用运算放大器的同相闭环连接的方式，其中运算放大器为LM324芯片。放大后的信号由ADC0809进行模数转换，然后进入STC89C52单片机。单片机将信号处理后通过GPRS模块以短消息的方式传输到管理节点，GPRS模块由单片机发送的AT指令来操作，包括串口初始化、波特率设置、接收方号码设置、信息发送等过程。

所述的生态环境信息采集系统，其特征在于：管理节点由网络通信模块和PC机组成，网络通信模块用于传感器节点与管理节点通信，PC机用于运行监控系统的管理软件。管理软件在Visual C++ 6.0集成开发环境中开发，主要用于查看系统采集的即时信息和历史信息。

所述的基于无线传感器网络的温室草莓园生态环境信息采集系统的设计、开发过程包括如下步骤：

(1)提出系统总体设计方案。信息采集系统由传感器节点和管理节点组成。

(2)传感器节点由传感器模块、处理器模块、网络通信模块、能量供应模块组成。传感器模块包括土壤水分传感器、空气温湿度传感器、光照传感器等。处理器模块包括信号放大电路、AD转换电路、微控制器等，其中微控制器选用STC89C52单片机。网络通信模块选用华为技术有限公司的G3100 GPRS Modem，用于传感器节点与管理节点之间的通信。能量供应模块由蓄电池和太阳能电池组成，用于传感器节点的能量供给。

(3)管理节点由网络通信模块和PC机组成。网络通信模块选用华为技术有限公司的G3100 GPRS Modem，用于传感器节点与管理节点之间的通信。PC机用于运行信息管理软件。

(4)管理软件是基于PC机开发的，用于管理采集到的生态环境信息。主要功能包括存储信息，显示即时信息和历史信息等。开发环境为Microsoft Visual C++ 6.0。

(5)系统开发完成后，在草莓园中测试，能满足信息采集和管理的需要。

根据温室草莓园的特点，提出了基于无线传感器网络的草莓园生态环境信息采集系统总体方案(如图1所示)，系统由传感器节点和管理节点组成。传感器节点由传感器模块、处理器模块、网络通信模块和能量供应模块组成(如图2所示)，布置在监控区域内，传感器选用土壤水分传感器、空气温湿度传感器、光照传感器采集草莓园的生态环境信息，采集的信息经过放大、模数转换等处理后进入微控制器STC89C52，信息最终通过网络通信模块发送到管理节点，网络通信模块选用华为技术有限公司的G3100 GPRS Modem。管理节点由网络通信模块和PC机组成，其中网络通信模块选用华为技术有限公司的G3100 GPRS Modem，用于传感器节点与管理节点通信，PC机用于运行管理软件。

根据传感器节点的结构与功能绘制电路原理图和PCB，并制成电路板。传感器节点的软件在Keil C51 uVison2中开发，主要功能是信息采集和节点通信。

管理节点的软件在Visual C++ 6.0中开发，主要功能包括节点通信、即时信息显示和历史信息显示。显示的是即时信息，历史信息以曲线方式显示，当鼠标点击在相应点上时，会显示历史信息的数值。

信息采集系统的工作流程包括五个主要步骤：(1)系统初始化；(2)传感器采集生态环境信息；(3)信息在微控制器中处理；(4)信息通过GPRS网络传输到管理节点；(5)用户通过管理节点上的软件查看信息并做出决策。

Claims

1.一种基于无线传感器网络的温室草莓园监测系统，其特征在于：所述监测系统包括用以实现温室草莓生长环境监控的监控中心和用以安装在温室草莓园的传感器节点，所述传感器节点包括土壤水分传感器、光照传感器、温湿度传感器、微控制器和第一无线网络通信模块，所述土壤水分传感器、光照传感器和温湿度传感器均与所述微控制器连接，所述微控制器与所述第一无线网络通信模块连接；所述监控中心包括：

2.如权利要求1所述的基于无线传感器网络的温室草莓园监测系统，其特征在于：所述传感器节点还包括能量供应模块，所述能量供应模块均与所述土壤水分传感器、光照传感器、温湿度传感器和微控制器连接。