CN201281612Y - 一种果园生态环境无线传感器网络监测系统 - Google Patents

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CN201281612Y CNU2008201658916U CN200820165891U CN201281612Y CN 201281612 Y CN201281612 Y CN 201281612Y CN U2008201658916 U CNU2008201658916 U CN U2008201658916U CN 200820165891 U CN200820165891 U CN 200820165891U CN 201281612 Y CN201281612 Y CN 201281612Y
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杨海清
何勇
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Abstract

本实用新型公开了一种果园生态环境无线传感器网络监测系统。由八个生态环境信息传感器节点、三个移动节点和汇聚节点组成。在果园将八个生态环境信息传感器节点分别固定于一定间隔的果树上，并将空气温湿度、光照传感器固定在相同的果树上，将土壤温度、水分传感器埋到土壤中。本实用新型将环境参数传感测量、无线传输、网络通讯等技术集成一体，有效地解决了果园生态环境信息的自动采集和传输问题。大气和土壤信息传感器节点均匀分布在果园待测区域内，分别监测所在位置的大气和土壤参数，并通过各自的无线通讯模块联成信息传输网络，在无线路由信号盲点处增设移动节点，维持通信路由的连通性和可靠性，并最终将数据传输到汇聚节点。

Description

一种果园生态环境无线传感器网络监测系统
技术领域
本实用新型涉及一种果园生态环境无线传感器网络监测系统。
技术背景
果树生长信息的快速获取是实现果园管理信息化、变量作业的前提条件。目前我国采用的果园信息人工测量方式，已经不适应农业电气化和自动化的发展要求，迫切需要能自动获取果树生态环境的先进技术和自动化装备。本实用新型将环境、土壤等生态信息传感测量、无线传输、网络路由通讯等技术集成一体，有效地解决了果园生态环境信息的自动采集和传输问题。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种果园生态环境无线传感器网络监测系统，系统采用低功耗微处理器，将生态环境信息传感和无线传输有机结合，采用太阳能蓄电供电方式可实现野外长期监测任务。系统采用双冗余循环路由传输通信协议，可靠保障通络通讯和数据安全。
本实用新型所采用的方案如下：
包括八个生态环境信息传感器节点、三个移动节点和汇聚节点；汇聚节点与第一移动节点无线连接，第一移动节点分别与第一生态环境信息传感器节点和第二生态环境信息传感器节点无线连接；第一生态环境信息传感器节点分别与第三生态环境信息传感器节点和第四生态环境信息传感器节点无线连接；第二生态环境信息传感器节点分别与第三生态环境信息传感器节点和第四生态环境信息传感器节点无线连接；第三生态环境信息传感器节点分别与第二移动节点和第三移动节点无线连接；第四生态环境信息传感器节点分别与第二移动节点和第三移动节点无线连接；第二移动节点分别与第五生态环境信息传感器节点和第六生态环境信息传感器节点无线连接；第三移动节点分别与第五生态环境信息传感器节点和第六生态环境信息传感器节点无线连接；第五生态环境信息传感器节点分别与第七生态环境信息传感器节点和第八生态环境信息传感器节点无线连接；第六生态环境信息传感器节点分别与第七生态环境信息传感器节点和第八生态环境信息传感器节点无线连接，以上每个节点均配置2.4GHz无线传输模块PTR6000PA，均由太阳能蓄电供电。
本系统工作原理如下：生态环境信息传感器节点均匀分布在果园待测区域内，分别监测所在位置的大气参数和土壤参数，并通过各自的无线通讯模块联接成信息传输网络，在无线信号盲点处增设移动节点，维持数据路由的连通性和可靠性，并最终将数据传输到汇聚节点。选用的生态环境信息传感器包括大气温湿度传感器、光照传感器；土壤参数传感器包括土壤温度传感器、土壤水分传感器。生态环境信息传感器节点和移动节点均内置GPS全球定位信号接入模块，可输出节点所在位置的经纬度和海拔高度。
本实用新型与背景技术相比，具有的有益效果是：
(1)实现了果园生态环境信息获取的自动化。
(2)生态环境信息传感器节点和移动路由节点内置GPS定位模块，实现了果园数据的地理标记。
(3)采用双冗余路由传输通信协议，有效提高网络通信的可靠性。
附图说明
图1是本实用新型的果园生态环境无线传感器网络监测系统组成示意图。
图2是本实用新型的节点结构框图。
图3是本实用新型的节点电路图。
图中：1-8、生态环境信息传感器节点，S、汇聚节点，M0-M2、移动节点，9、嵌入式处理器，10、大气温湿度传感器，11、光照传感器，12、土壤温度传感器，13、土壤水分传感器，14、无线模块，15、GPS模块，16、太阳能储能电池。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
如附图1所示，本实用新型包括八个生态环境信息传感器节点1～8、三个移动节点M0～M2和汇聚节点S；汇聚节点S与第一移动节点M0无线连接，第一移动节点M0分别与第一生态环境信息传感器节点1和第二生态环境信息传感器节点2无线连接；第一生态环境信息传感器节点1分别与第三生态环境信息传感器节点3和第四生态环境信息传感器节点4无线连接；第二生态环境信息传感器节点1分别与第三生态环境信息传感器节点3和第四生态环境信息传感器节点4无线连接；第三生态环境信息传感器节点3分别与第二移动节点M1和第三移动节点M2无线连接；第四生态环境信息传感器节点4分别与第二移动节点M1和第三移动节点M2无线连接；第二移动节点M1分别与第五生态环境信息传感器节点5和第六生态环境信息传感器节点6无线连接；第三移动节点M2分别与第五生态环境信息传感器节点5和第六生态环境信息传感器节点6无线连接；第五生态环境信息传感器节点5分别与第七生态环境信息传感器节点7和第八生态环境信息传感器节点8无线连接；第六生态环境信息传感器节点6分别与第七生态环境信息传感器节点7和第八生态环境信息传感器节点8无线连接，以上每个节点均配置2.4GHz无线传输模块PTR6000PA，均由太阳能蓄电供电。
如图2所示，所述的传感器节点包括嵌入式处理器9、空气温湿度传感器10、光照传感器11、土壤温度传感器12、土壤水分传感器13、无线模块14、GPS模块15和太阳能储能电池16；嵌入式处理器9分别与空气温湿度传感器10、光照传感器11、土壤温度传感器12、土壤水分传感器13、无线模块14和GPS模块15联接，太阳能储能电池16分别与嵌入式处理器9、无线模块14和GPS模块15联接。
所述的嵌入式处理器9型号为MSP430F149。其内部有60KB的程序存储器，2KB数据存储器，2个USART接口；32KHz外接低频晶体振荡器。
所述的空气温湿度传感器10型号为HW1。所述的光照传感器11规格为0.5V硅光电池。所述的土壤温度传感器12型号为LS25。所述的土壤水分传感器13型号为DW33。
所述的无线传输模块14型号为PTR6000。
所述的GPS模块15型号为Garman GPS25LP。
所述的太阳能储能电池16规格为9V3W，经过转换电路可输出5V1W供给传感器调理电路；3.3V1W供给微处理器9、无线模块14和GPS模块15。
本实用新型的工作原理如下：
如图1、2、3所示，在果园将生态环境信息传感器节点1～8(以下简称传感节点)分别固定于一定间隔的果树上，并将空气温湿度传感器10、光照传感器11也固定在相同的果树上，将土壤温度传感器12和土壤水分传感器13埋到土壤中即可。空气温湿度传感器10、光照传感器11、土壤温度传感器12和土壤水分传感器13经模拟量调理电路U2，U3后输出标准信号给嵌入式处理器U1的A/D转换接口P6。嵌入式处理器U1定时采集数据，并存储在内部RAM中，同时通过X2接口从外接GPS模块读取全球经纬度定位数据，并将GPS数据和传感器数据组装成一个数据帧，通过无线模块U6发送给其它具有相同结构的控制器。嵌入式处理器U1也从无线模块6接收其它具有相同结构的控制器发来的数据。控制器依靠太阳能储能电池经过V2稳压芯片供电。放在主控室中的计算机作为汇聚节点，由嵌入式处理器9、无线传输模块14和太阳能储能电池16组成移动节点M0～M2。移动节点M0放在汇聚节点和第一生态环境信息传感器节点1和第二生态环境信息传感器节点2之间，移动节点M1放在第三生态环境信息传感器节点3和第五生态环境信息传感器节点5之间，移动节点M2放在第四生态环境信息传感器节点4和第六生态环境信息传感器节点6之间。
系统有两条无线通信路由链路，分别为图中实线和虚线组成。
正常情况下，由实线组成两路。一路由传感节点8将采集得到的生态环境信息数据通过无线方式发送给传感节点6，传感节点6将传感节点8发来的数据连同本节点采集的数据转发给移动节点M2。移动节点M2向传感节点4转发接收到的数据，以延长通信距离。传感节点4将采集得到的生态环境信息数据通过无线方式发送给传感节点2，传感节点2将采集得到的生态环境信息数据通过无线方式发送给移动节点M0。另一路由传感节点7将采集得到的生态环境信息数据通过无线方式发送给传感节点5，传感节点5将传感节点7发来的数据连同本节点采集的数据转发给移动节点M1。移动节点M1向传感节点3转发接收到的数据，以延长通信距离。传感节点3将采集得到的生态环境信息数据通过无线方式发送给传感节点1，传感节点1将采集得到的生态环境信息数据通过无线方式发送给移动节点M0。移动节点M0接收实线两路数据后，再汇聚到汇聚节点S。
非正常情况下，在个别节点因故障失效时，受影响节点可由虚线链路提供通信传输通道。举例，如果传感节点5故障，传感节点7将数据发给传感节点6，再由传感节点6沿第一路实线汇聚到汇聚节点S。其它传感节点以此类推。

Claims (7)

1、一种果园生态环境无线传感器网络监测系统，其特征在于：包括八个生态环境信息传感器节点(1～8)、三个移动节点(M0～M2)和汇聚节点(S)；汇聚节点(S)与第一移动节点(M0)无线连接，第一移动节点(M0)分别与第一生态环境信息传感器节点(1)和第二生态环境信息传感器节点(2)无线连接；第一生态环境信息传感器节点(1)分别与第三生态环境信息传感器节点(3)和第四生态环境信息传感器节点(4)无线连接；第二生态环境信息传感器节点(2)分别与第三生态环境信息传感器节点(3)和第四生态环境信息传感器节点(4)无线连接；第三生态环境信息传感器节点(3)分别与第二移动节点(M1)和第三移动节点(M2)无线连接；第四生态环境信息传感器节点(3)分别与第二移动节点(M1)和第三移动节点(M2)无线连接；第二移动节点(M1)分别与第五生态环境信息传感器节点(5)和第六生态环境信息传感器节点(6)无线连接；第三移动节点(M2)分别与第五生态环境信息传感器节点(5)和第六生态环境信息传感器节点(6)无线连接；第五生态环境信息传感器节点(5)分别与第七生态环境信息传感器节点(7)和第八生态环境信息传感器节点(8)无线连接；第六生态环境信息传感器节点(6)分别与第七生态环境信息传感器节点(7)和第八生态环境信息传感器节点(8)无线连接，以上每个节点均配置2.4GHz无线传输模块PTR6000PA，均由太阳能蓄电供电。
2.根据权利要求1所述的一种果园生态环境无线传感器网络监测系统，其特征在于：所述的传感器节点包括嵌入式处理器(9)、空气温湿度传感器(10)、光照传感器(11)、土壤温度传感器(12)、土壤水分传感器(13)、无线模块(14)、GPS模块(15)和太阳能储能电池(16)；嵌入式处理器(9)分别与空气温湿度传感器(10)、光照传感器(11)、土壤温度传感器(12)、土壤水分传感器(13)、无线模块(14)和GPS模块(15)联接，太阳能储能电池(16)分别与嵌入式处理器(9)、无线模块(14)和GPS模块(15)联接。
3.根据权利要求2所述的一种果园生态环境无线传感器网络监测系统，其特征在于：所述的嵌入式处理器(9)为MSP430F149，有60KB程序存储器，2KB数据存储器，2个USART接口；8MHz外接晶体振荡器。
4.根据权利要求2所述的一种果园生态环境无线传感器网络监测系统，其特征在于：所述的空气温湿度传感器(10)型号为HW1，所述的光照传感器(11)规格为0.5V硅光电池，所述的土壤温度传感器(12)型号为LS25，所述的土壤水分传感器(13)型号为DW33。
5.根据权利要求2所述的一种果园生态环境无线传感器网络监测系统，其特征在于：所述的无线模块(14)为PTR6000。
6.根据权利要求2所述的一种果园生态环境无线传感器网络监测系统，其特征在于：所述的GPS模块(15)Garman GPS25LP。
7.根据权利要求2所述的一种果园生态环境无线传感器网络监测系统，其特征在于：所述的太阳能电板(16)规格为9V3W，经过转换电路可输出5V1W供给传感器调理电路；3.3V1W供给微处理器(9)、无线模块(14)和GPS模块(15)。
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