CN105699425A - 一种低功耗水稻土壤水分监测系统 - Google Patents
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Abstract
一种低功耗水稻土壤水分监测系统。本发明实现了分布式监测，具有很高的实际应用价值。本发明采用ZigBee无线传输协议和Modbus协议，包括微处理器模块、上位机、电源模块；还包括协调器节点、路由节点、传感器节点、水分传感器；所述水分传感器连接微处理器模块，再通过传感器节点连接无线发射模块，所述电源模块供电于传感器节点和微处理器模块；所述无线发射模块再连接到微处理器模块和路由节点上，同时电源模块供电于微处理器模块和路由节点，所述微处理器模块和路由节点再连接到无线发射模块上；所述无线发射模块连接微处理器模块和协调器节点，同时电源模块供电于微处理器模块和协调器节点，所述微处理器模块和协调器节点通过RS485/RS232转换模块连接到上位机。
Description
技术领域
本发明属于无线传感器网络领域，特别地涉及一种低功耗水稻土壤水分监测系统。
背景技术
迄今世界上绝大多数水稻田，仍延用几千年以来的淹灌形式。在全球信息化和数字化的背景下，随着耕作栽培技术的进步及对水稻高产优质的需水规律认识的深化，传统农业正转变成数字农业、精细农业。
从当前水稻生产的实际情况看，如何提高灌溉稻的水分利用效率，制定合理的水稻灌溉制度是一项更具现实意义的工作。无线传感网络是一种现代技术集成的知识，集成了传感器、自动化控制、数字网络传输、信息储存及信息处理技术。目前的耕作栽培灌溉技术如果能够实现远程实时监控稻田土壤水分，具有精细农业监测，并且连续自动监测和无人值守等特点是具有十分重要的意义。
发明内容
本发明就是针对上述问题，为实时监测稻田土壤水分，以便根据水稻生长期的需水要求及时改变田间持水量，提高水稻产量，提供一种低功耗水稻土壤水分监测系统；本发明实现了土壤水分的分布式监测，具有很高的实际应用价值和良好应用前景。
为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。
本发明一种低功耗水稻土壤水分监测系统，采用ZigBee无线传输协议和Modbus协议，包括微处理器模块、上位机、电源模块；其结构要点是：还包括协调器节点、路由节点、传感器节点、水分传感器；所述水分传感器连接微处理器模块，再通过传感器节点连接无线发射模块，所述电源模块供电于传感器节点和微处理器模块；所述无线发射模块再连接到微处理器模块和路由节点上，同时电源模块供电于微处理器模块和路由节点，所述微处理器模块和路由节点再连接到无线发射模块上；所述无线发射模块连接微处理器模块和协调器节点，同时电源模块供电于微处理器模块和协调器节点，所述微处理器模块和协调器节点通过RS485/RS232转换模块连接到上位机。
作为本发明的一种优选方案，所述微处理器模块采用JN5139，所述JN5139配置有2.4GHz频段兼容IEEE802.15.4标准的ZigBee无线收发器,内置休眠计时器和节能设备。
作为本发明的另一种优选方案，所述协调器节点包括JN5139最小电路和485串口电平转换电路；所述路由节点包括JN5139最小电路。
作为本发明的另一种优选方案，所述水分传感器采用PHTS湿度传感器。
本发明的有益效果是。
1、本发明为实时监测稻田土壤水分，以便根据水稻生民期的需水要求及时改变田间持水量，提高水稻产量，提供了一种低功耗水稻土壤水分监测系统。该系统提供一种超低功耗的节能设计，从而可以人人延长电池的使用寿命。本发明采用ZigBee协议，通过网状拓扑组网完成实时土壤水分和电池电压的采集，实现了土壤水分的分布式监测。为与其它软件集成，协调器中实现了Modbus通讯协议。该系统有很高的实际应用价值和良好应用前景。
2、本发明通过对传感器节点的各功能模块的功耗的测试和分析，提出通过低功耗延时芯片控制整个电路的方法，节能效果明显。采用JN5139芯片实现了水稻水分的分布式监测，为智能灌溉打下了基础；协调器实现了Modbus协议，便十与其它系统集成。该系统运行正常，未出现任何问题，验证了该系统的合理性，实现了对目标稻田区域土壤水分的无线监测，大大减少了人力投入、降低了成本，具有较好的生产应用价值。
附图说明
图1是本发明一种低功耗水稻土壤水分监测系统的结构框图。
图2是本发明一种低功耗水稻土壤水分监测系统的协调器节点结构示意图。
图3是本发明一种低功耗水稻土壤水分监测系统的传感器节点结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明一种低功耗水稻土壤水分监测系统的结构框图。图中，采用ZigBee无线传输协议和Modbus协议，包括微处理器模块、上位机、电源模块；其结构要点是：还包括协调器节点、路由节点、传感器节点、水分传感器；所述水分传感器连接微处理器模块，再通过传感器节点连接无线发射模块，所述电源模块供电于传感器节点和微处理器模块；所述无线发射模块再连接到微处理器模块和路由节点上，同时电源模块供电于微处理器模块和路由节点，所述微处理器模块和路由节点再连接到无线发射模块上；所述无线发射模块连接微处理器模块和协调器节点，同时电源模块供电于微处理器模块和协调器节点，所述微处理器模块和协调器节点通过RS485/RS232转换模块连接到上位机。
本发明所述传感器节点分布式安装在稻田的不同地点，每隔一段时间完成一次对电池电压和土壤水分的采集和发送。为了增加无线通信的距离，增加一个安装了高功率模块的路由节点，路由节点把接收到的数据转发给协调器。协调器收到各个节点采集的电池电压和土壤水分数据后，通过串口通信将数据传给上位机监控系统。上位机可对收到的数据进行显示和储存。所述传感器节点是整个稻田土壤水分监测系统的核心，负责采集电池电压和土壤水分，并经预处理后将采集数据发送至协调器。由于预处理中的调理电路需要5V电压给TLC2274芯片供电，水分传感器需要24V电压供电，而电池所能提供的只有3.2V电压，需要将电池电压转换成合适的电压。传感器节点的模拟电路部分采用LTC3440和AP3012DC/DC芯片，其中LTC3440负责将3.2V升到5V,AP3012负责将5V升到24V。
所述微处理器模块采用JN5139，所述JN5139芯片是一款具有高性能、低成本、低功耗的无线32位的RISC处理器芯片。其具有96kRAM,64kROM，配置有2.4GHz频段兼容IEEE802.15.4标准的ZigBee无线收发器；另外，还集成了丰富的模拟和数字外设，为无线传感器网络提供了多种多样解决方案。JN5139系列使用硬件MAC和安全性极高的AES编码加速器，大大降低了功耗和处理器的费用，同时一提供内置体眠计时一器和节能设备以降低系统功耗。
所述协调器节点包括JN5139最小电路和485串口电平转换电路；如图2所示，为本发明一种低功耗水稻土壤水分监测系统的协调器节点结构示意图。JN5139芯片有外接线最小要求，包括系统供电电源电路、复位电路、LED显示模块、及编程模式等。经过MAX485/232电平转换芯片，实现与PC机串口的连接。所述路由节点包括JN5139最小电路,所述路由节点使用的是高功率模块，将使用交流电源供电。路由节点的主要功能是接收传感器节点发送过来的电池电压和土壤水分数据并发送给协调器节点。
如图3所示，为本发明一种低功耗水稻土壤水分监测系统的传感器节点结构示意图。图中，包括供电模块，与所述供电模块相互连接的有数据采集模块、预处理模块、微处理器模块JN5139；所述数据采集模块输出连接预处理模块，所述预处理模块输出连接微处理器模块JN5139；其中数据采集模块为PHTS湿度传感器，预处理模块为TLC2774调节电路，所述微处理器模块JN5139还包括A/D转换模块。所述传感器节点将采集到的电池电压和土壤水分数据，经过调理电路预处理后，送入JN5139微处理器，微处理器进行A/D转换后，将数据发往路由节点。
所述水分传感器采用PHTS湿度传感器，它是一款高精度、高灵敏度的土壤水分测量仪器，采用电磁脉冲原理测量土壤的表观介电常数，从而得到土壤真实水分含量，具有快速准确、稳定可靠、不受土壤中化肥和金属离子的影响等特点。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种低功耗水稻土壤水分监测系统，采用ZigBee无线传输协议和Modbus协议，包括微处理器模块、上位机、电源模块；其特征在于：还包括协调器节点、路由节点、传感器节点、水分传感器；所述水分传感器连接微处理器模块，再通过传感器节点连接无线发射模块，所述电源模块供电于传感器节点和微处理器模块；所述无线发射模块再连接到微处理器模块和路由节点上，同时电源模块供电于微处理器模块和路由节点，所述微处理器模块和路由节点再连接到无线发射模块上；所述无线发射模块连接微处理器模块和协调器节点，同时电源模块供电于微处理器模块和协调器节点，所述微处理器模块和协调器节点通过RS485/RS232转换模块连接到上位机。
2.根据权利要求1所述的一种低功耗水稻土壤水分监测系统，其特征在于：所述微处理器模块采用JN5139，所述JN5139配置有2.4GHz频段兼容IEEE802.15.4标准的ZigBee无线收发器,内置休眠计时器和节能设备。
3.根据权利要求1所述的一种低功耗水稻土壤水分监测系统，其特征在于：所述协调器节点包括JN5139最小电路和485串口电平转换电路；所述路由节点包括JN5139最小电路。
4.根据权利要求1所述的一种低功耗水稻土壤水分监测系统，其特征在于：所述水分传感器采用PHTS湿度传感器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201410675140.9A CN105699425A (zh) | 2014-11-23 | 2014-11-23 | 一种低功耗水稻土壤水分监测系统 |
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Publications (1)
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Country Status (1)
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| CN (1) | CN105699425A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107809264A (zh) * | 2017-09-15 | 2018-03-16 | 上海大学 | 一种rs485转八路rs232的无线通信转换器 |
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2014
- 2014-11-23 CN CN201410675140.9A patent/CN105699425A/zh active Pending
Cited By (2)
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| CN107809264A (zh) * | 2017-09-15 | 2018-03-16 | 上海大学 | 一种rs485转八路rs232的无线通信转换器 |
| CN107809264B (zh) * | 2017-09-15 | 2021-02-23 | 上海大学 | 一种rs485转八路rs232的无线通信转换器 |
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