CN106962152A - 一种自动检测故障节点的农田灌溉系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动检测故障节点的农田灌溉系统及方法，系统包括传感器终端节点、路由节点、电机及控制阀门、远程监控及控制端和协调节点；农田分为N个六边形，六边形的六个顶点处均设置有传感器终端节点，六边形的中心位置处均设置有路由节点；每个六边形内的路由节点接收六个顶点处的传感器终端节点发送过来的信息，然后发送给协调节点，协调节点收到数据后发送给远程监控及控制端；监控及控制端根据接收的数据做出灌溉指示，路由节点控制电机及控制阀门打开阀门，对农田进行灌溉。本发明有效地解决了当前农田灌溉时效率低下，产量受限，传感器节点分布不均衡以及故障节点不能及时发现和定位出从而导致的资源浪费等问题。

Description

一种自动检测故障节点的农田灌溉系统及方法
技术领域
本发明涉及无线传感器领域，尤其涉及一种自动检测故障节点的农田灌溉系统。
背景技术
随着全球范围内水资源的日益匮乏，农业节水化已经成为人们关注的焦点问题之一。我国是农业大国，农业灌溉用水利用率低下，与发达国家有较大的差距。土壤墒情信息作为土壤灌溉的重要参数，有利于加强人们对土壤灌溉用水的准确把控，但是目前很多土壤墒情监测系统仍然采用有线组网方式，通过工业总线来实现数据传输，存在布线困难，使用复杂，难以维护等诸多不便。
由于成本要求，无线传感器分布稀疏，每个传感器负责不同的区域，其中传感器路由节点只负责把终端节点传输过来的数据传输到协调器中，在此期间终端节点由于电量不足或者其他原因导致不能传回土壤湿度的数据，传感器路由节点也就不能准确的控制阀门开关进行灌溉，很容易导致水资源的浪费或者农田产量的下降。
发明内容
为了解决当前农田灌溉时效率低下，产量受限，传感器节点分布不均衡以及故障节点不能及时发现和定位出从而导致的资源浪费等问题，本发明提供了一种自动检测故障节点的农田灌溉系统及方法。
本发明的系统所采用的技术方案是：一种自动检测故障节点的农田灌溉系统，其特征在于：包括传感器终端节点、传感器路由节点、电机及控制阀门、输水管道、远程监控及控制端和协调节点；
所述农田内设置有若干传感器终端节点、传感器路由节点和电机及控制阀门；所述输水管道布设在所述农田内，出水口均设置有电机及控制阀门；
所述农田分为N个正M边形，正M边形的M个顶点处均设置有所述传感器终端节点，正M边形的中心位置处均设置有所述传感器路由节点；每个正M边形内的传感器路由节点接收该正M边形M个顶点处的传感器终端节点发送过来的信息，然后发送给所述协调节点，所述协调节点收到数据后发送给所述远程监控及控制端，其中M＝3、4、6；
所述监控及控制端根据接收的数据做出灌溉指示，通过所述协调节点发送给各个传感器路由节点，所述传感器路由节点控制电机及控制阀门打开阀门，对农田进行灌溉。
本发明的方法所采用的技术方案是：一种自动检测故障节点的农田灌溉方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：传感器终端节点、传感器路由节点上电初始化之后，传感器终端节点断续检测土壤湿度，并把数据传给传感器路由节点；
步骤2：传感器路由节点一直接收传感器终端节点的数据，一旦数据在一段时间内都异常，则对阀门进行相应控制。
本发明的有益效果在于：将农田划分为等面积的蜂窝状结构，用尽可能少的节点覆盖最大的面积，规则分布有利于实现具体节点的寻找；每个传感器路由节点都连有阀门，控制管道在相应蜂窝农田块里面的灌溉，可以实现较为精确的灌溉，节约水资源；每个终端节点向周围的三个传感器路由节点发送数据，若此节点发生故障，就可以由周围三个传感器路由节点准确定位，减少人力物力的损耗。
附图说明
图1是本发明实施例的系统结构图。
图2是本发明实施例的传感器终端节点结构图。
图3是本发明实施例的方法流程图。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
请见图1和图2，本发明提供的一种自动检测故障节点的农田灌溉系统，包括传感器终端节点1、传感器路由节点2、电机及控制阀门3、输水管道4、远程监控及控制端5和协调节点6；农田内设置有若干传感器终端节点1、传感器路由节点2和电机及控制阀门3；输水管道4布设在农田内，出水口均设置有电机及控制阀门3。
本实施例采用蜂窝式节点分布方法，将农田大致分为N个相同大小的正六边形，在每个正六边形的六个顶点放置传感器终端节点1，在正六边形中心放置传感器路由节点2，接收传感器终端节点1发送过来的信息，并且把数据一起发送给协调节点6，协调节点6收到数据后上传，管理者可以在远程监控及控制端5接收相应的信号并且做出相应指示，由协调节点6发送给各个传感器路由节点2，传感器路由节点2控制电机及控制阀门3从而实现精确灌溉。每个电机及控制阀门3单独控制，互不影响，每个传感器路由节点2只控制一个电机及控制阀门3。
图1中每块正六边形区域均有自己的土壤墒情范围，过高或者过低都会使协调节点6对远程监控及控制端5发出预警信号。
如图2所示，本实施例的传感器终端节点1和传感器路由节点2均由CC2591射频放大电路11，CC2530模块12，土壤湿度传感器13，灌溉阀门14和供电电路15组成。
图2中CC2530模块是美国德州仪器公司推出的一款用于2.4GHz 802.15.4、Zigbee和RF4CE应用的一个真正的片上系统解决方案，结合了领先的RF收发器的优良性能，能够以非常低的成本建立强大的网络节点。CC2530模块12主要由8051微处理器、Zigbee射频模块和接口电路组成，接口电路和外部设备灌溉阀门14、土壤湿度传感器13和CC2591射频功率放大电路11相连。
图2中节点的CC2591射频功率放大电路11能够在附近节点发生故障时启动，把信号发送给周边的传感器路由节点2，可以达到确认附近节点产生故障的作用。
由于成本控制，太阳能光伏电池供电电路仅提供给传感器路由节点2，使其不断和协调节点进行通讯，传感器终端节点1采用电池供电，供电时间可达8-12个月。
请见图3，本发明提供的一种自动检测故障节点的农田灌溉方法，包括以下步骤：
步骤1：传感器终端节点1、路由节点2上电初始化之后，传感器终端节点1断续检测土壤湿度，并把数据传给路由节点2；
传感器终端节点1断续检测土壤湿度，并判断土壤湿度是否小于阀值；
若是，则电机及控制阀门3打开，进行灌溉，并继续断续检测土壤湿度；
若否，则传感器终端节点1继续断续检测土壤湿度。
步骤2：路由节点2一直接收传感器终端节点1的数据，一旦数据在一段时间内都异常，则对阀门进行相应控制。
路由节点2一直接收传感器终端节点1的数据，并判断每次是否均接收到6个传感器终端节点1的数据；
若是，则继续接收传感器终端节点1的数据；
若否，则针对没有接收到信号的传感器终端节点1，判断是否有另外路由节点2接收到该传感器终端节点1的信号；若否，则向协调节点6发送该传感器终端节点1出错信息，然后继续接收传感器终端节点1的数据。
本发明中若某一传感器终端节点1发生故障，则其周围三个传感器路由节点2均收不到该传感器终端节点1发出的信息，此时协调节点6就可以判定是具体什么区域的哪个节点发生的故障，并及时将信息上传通知管理者做出相应维修处理。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种自动检测故障节点的农田灌溉系统，其特征在于：包括传感器终端节点(1)、传感器路由节点(2)、电机及控制阀门(3)、输水管道(4)、远程监控及控制端(5)和协调节点(6)；
所述农田内设置有若干传感器终端节点(1)、传感器路由节点(2)和电机及控制阀门(3)；所述输水管道(4)布设在所述农田内，出水口均设置有电机及控制阀门(3)；
所述农田分为N个正M边形，正M边形的M个顶点处均设置有所述传感器终端节点(1)，正M边形的中心位置处均设置有所述传感器路由节点(2)；每个正M边形内的传感器路由节点(2)接收该正M边形M个顶点处的传感器终端节点(1)发送过来的信息，然后发送给所述协调节点(6)，所述协调节点(6)收到数据后发送给所述远程监控及控制端(5)，其中M＝3、4、6；
所述监控及控制端(5)根据接收的数据做出灌溉指示，通过所述协调节点(6)发送给各个传感器路由节点(2)，所述传感器路由节点(2)控制电机及控制阀门(3)打开阀门，对农田进行灌溉。
2.根据权利要求1所述的自动检测故障节点的农田灌溉系统，其特征在于：所述传感器终端节点(1)或传感器路由节点(2)均由CC2591射频放大电路(11)、CC2530模块(12)、土壤湿度传感器(13)、灌溉阀门(14)和电池供电电路(15)组成。
3.根据权利要求2所述的自动检测故障节点的农田灌溉系统，其特征在于：所述传感器终端节点(1)采用电池供电。
4.根据权利要求2所述的自动检测故障节点的农田灌溉系统，其特征在于：所述传感器路由节点(2)采用太阳能光伏电池供电。
5.根据权利要求2-4任意一项所述的自动检测故障节点的农田灌溉系统，其特征在于：所述CC2530模块(12)由8051微处理器、Zigbee射频模块和接口电路组成，接口电路分别与灌溉阀门(14)、土壤湿度传感器(13)和CC2591射频放大电路(11)相连。
6.一种自动检测故障节点的农田灌溉方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：传感器终端节点(1)、传感器路由节点(2)上电初始化之后，传感器终端节点(1)断续检测土壤湿度，并把数据传给传感器路由节点(2)；
步骤2：传感器路由节点(2)一直接收传感器终端节点(1)的数据，一旦数据在一段时间内都异常，则对阀门进行相应控制。
7.根据权利要求6所述的自动检测故障节点的农田灌溉方法，其特征在于，步骤1中，传感器终端节点(1)断续检测土壤湿度，并判断土壤湿度是否小于阀值；
若是，则电机及控制阀门(3)打开，进行灌溉，并继续断续检测土壤湿度；
若否，则传感器终端节点(1)继续断续检测土壤湿度。
8.根据权利要求6所述的自动检测故障节点的农田灌溉方法，其特征在于，步骤2中，传感器路由节点(2)一直接收传感器终端节点(1)的数据，并判断每次是否均接收到M个传感器终端节点(1)的数据；
若是，则继续接收传感器终端节点(1)的数据；
若否，则针对没有接收到信号的传感器终端节点(1)，判断是否有另外传感器路由节点(2)接收到该传感器终端节点(1)的信号；若否，则向协调节点(6)发送该传感器终端节点(1)出错信息，然后继续接收传感器终端节点(1)的数据。
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