CN201293658Y

CN201293658Y - 基于无线传感器网络的植物水分状况自动检测系统

Info

Publication number: CN201293658Y
Application number: CNU2008201650721U
Authority: CN
Inventors: 高峰; 卢尚琼; 张文安
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2018-09-26

Abstract

本实用新型涉及一种农业用检测装置。目的是提供的检测装置应具有功耗低、可靠性强、安装及维护便利等特点，并且成本较低。技术方案是：包括随机部署在田间各处的一组无线传感器网络节点，无线传感器网络节点包括温度传感器节点和湿度传感器节点，温度传感器节点或湿度传感器节点含有传感器及配套模块；无线传感器网络节点通过一个或数个网关、基站与远程数据库服务器通信；数据传送的过程是每个无线传感器网络节点所采集的数据通过相邻节点接力传送的方式传送回网关，网关将数据处理后转发给基站，通过基站以卫星信道或者有线网络连接的方式传送给远程数据库服务器；其特征在于所述的每个无线传感器网络节点中的传感器(即探头)均埋入土壤中。

Description

基于无线传感器网络的植物水分状况自动检测系统

技术领域

本实用新型涉及一种农业用检测装置，尤其是检测土壤温湿度变化的自动测量装置。

背景技术

农业水资源利用效率低，短缺与浪费现象并存，是当前中国灌溉农业发展所面临的主要问题。解决这个问题的根本出路是大力发展和推广精量灌溉，它根据作物需水信息适时、适量地进行科学灌溉，达到节水增产的目的。其中，作物水分状况的实时监测与诊断技术是精量灌溉的基础与保障。所以，研究作物水分状况实时监测与诊断技术，具有非常重要的意义。

近年来，国内外许多学者对作物水分状况实时监测与诊断技术进行了大量研究，取得了一些成果。有些研究成果开始在一些商业果园和高档温室的灌溉管理系统中加以应用。

然而，从应用现状来看，现有作物水分状况实时监测系统还存在以下明显不足：(1)通信技术主要采用串行总线技术和现场总线技术等有线通信技术。虽然具有设备互操作性好、抗干扰能力强等优点，但是实际的应用环境具有长期高温、潮湿、土壤及空气具有较高的酸碱性等特点，极容易导致通信电缆的老化，从而降低系统的可靠性。(2)传感器工作在有线方式。在实际的农业生产应用时，需要密布传感器节点，才能实现对监测区域的有效覆盖，这将导致农业设施内部线缆纵横交错，系统安装及维护成本急剧增加。这些因素，极大地限制了研究成果在生产实际中的推广应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种植物水分状况自动检测装置的改进，该装置应具有功耗低、可靠性强、安装及维护便利等特点，并且成本较低。

本实用新型采用的技术方案是：基于无线传感器网络的植物水分状况自动检测系统，包括随机部署在田间各处的一组无线传感器网络节点，这些无线传感器网络节点包括温度传感器节点和湿度传感器节点，每个温度传感器节点或湿度传感器节点含有传感器及配套模块；所述的无线传感器网络节点通过一个或数个网关、基站与远程数据库服务器通信；数据传送的过程是每个无线传感器网络节点所采集的数据通过相邻节点接力传送的方式传送回网关，网关将数据处理后转发给基站，通过基站以卫星信道或者有线网络连接的方式传送给远程数据库服务器；其特征在于所述的每个无线传感器网络节点中的传感器(即探头)均埋入土壤中，这样，每个无线传感器网络节点便可以直接探测土壤温度及土壤湿度的微变化。

所述的每个无线传感器网络节点，其中的传感器(即探头)均可埋入土壤深度的5至20厘米位置(具体位置视测量需要而定)。

所述的配套模块包括数据处理模块、无线通信模块和电源模块。

本实用新型的工作原理是(如图1)：无线传感器网络节点1定时检测土壤中的温度和湿度，测得的数据依次通过网关2及基站3发送(以卫星信道或者有线网络连接的方式)给远程数据库服务器4，中央计算机或研究人员根据获取的数据进行计算，从而得出是否需要灌溉的决策。如需灌溉，则启动具有控制功能的无线传感器网络节点5，控制不同中小功率的直流电磁阀，实施精量灌溉。

本实用新型的有益效果是：1、能够实时感知、采样和存档数据，以提供给研究人员进行在线或离线的数据挖掘和分析。

2、数据的访问与控制便利；研究人员可以在现场通过PDA(掌上电脑)直接查询系统中的每一个传感器、调整运行参数以及其他调试工作。在系统运行期间不需要到现场进行维护和管理，远程控制站点能够通过Internet或Intranet对传感器进行访问和控制。

3、能耗低；根据作物的生长周期，监测系统能够连续运行至少1个月以上。在此期间，系统能够依靠自身的电池工作，完成正常工作。

4、能够实施控制操作；具有简单控制功能的无线传感器网络节点，采用电池供电，通过相关的电源处理可以控制不同功率的直流电磁阀(电磁阀、减压阀、调压阀、安全阀及流量控制阀等)。使人们可以随时、随地、远程、精确获取作物需水信息，并且实施精量灌溉。

与传统方法相比，系统具有如下显著特点：由于采用无线通信技术，使得系统具有低功耗、成本低廉、可靠性好、扩展灵活、安装与维护方便等优点，并能实现对监测区域的全覆盖监测。系统可以在温室、农田、苗圃等区域，实现农业与生态节水技术的定量化、规范化、模式化、集成化，促进节水农业的快速和健康发展。

附图说明

图1是本实用新型的系统组成原理示意图。

图2是本实用新型中的传感器的安装位置示意图。

具体实施方式

如图1所示，基于无线传感器网络的植物水分状况自动检测系统，包括随机部署在田间各处的一组无线传感器网络节点1，这些无线传感器网络节点包括温度传感器节点和湿度传感器节点，每个温度传感器节点或湿度传感器节点均含有传感器及配套模块；所述的无线传感器网络节点通过一个或数个网关2、基站3与远程数据库服务器4接通；所述的每个无线传感器网络节点中的传感器1-1(温度传感器或湿度传感器)均埋入土壤7中，这样，无线传感器网络节点可以直接探测土壤温度及湿度的微变化。温度传感器和湿度传感器1通过引出的细电缆6与地面上的配套模块连接，以传递测得的信号。

无线传感器网络节点均埋入土壤深度可根据需要确定；推荐值为土壤深度的5至20厘米位置。

基站是监测系统和外界联系的桥梁，系统获取的数据以卫星信道或者有线网络连接的方式传送到远程数据库服务器，研究人员在Internet或Intranet上通过客户端可以获取所需要的数据。中央计算机根据获取的数据做出灌溉决策。该决策传递给控制用传感器节点，该节点控制喷灌装置的直流电磁阀，实现精量灌溉。此外，系统中还包括一些移动设备PDA，它们可以和网络中的任何一个部分进行交互，提供直接的现场操作能力。

无线传感器网络节点的主要功能是：(1)感知、采样土壤中的温湿度微变化信号；(2)将温湿度微变化信号转换成微弱的电信号，并进行A/D转换；(3)执行组网、路由和初步的数据处理任务。

无线传感器网络节点主要包括：传感器模块(包括传感器、信号调节和数模转换)、处理器模块(CPU、存储器、嵌入式操作系统)、无线通信模块及能量供应模块。

检测土壤温度的传感器选用L2610281，主要性能指标是：测量范围-60～85℃；精度±2℃；电源12VDC±20％(在40mA)；预热时间＜1s；输出可选0-5V、4-20mA、0-1mA。

检测土壤湿度的传感器选用L2610281，主要性能指标是：测量范围0-100％；精度＜3％；重复性精度＜1％；输出可选0-5V、4-20mA、0-1mA。

数据处理模块采用微控制器TI MSP430，其主要性能指标为：10KB RAM、48KBFlash、正常工作电流2mA、睡眠模式下的电流1μA。它负责控制传感器数据采集、无线收发、液晶显示(可选)、电池能量监测、各硬件模块功耗以及系统任务调度、MAC/路由协议执行等。

无线通信模块核心为CC2420，它支持ZigBee协议，主要性能指标为：工作频段2400MHz、传输速率250kbit/s、电流19.7mA、灵敏度-94dB、功率-3dBm、调制方式O-QPSK。

能量供应模块由可充电锂电池(容量1200mAh)、智能电池监视器(DS2438)、锂电池保护芯片(R5426)、锂电池充电器(MAX1555)、电源处理电路及外围接口电路组成，为节点提供智能充电和电路短路保护等功能。外部电源由太阳能供电系统提供。

本实用新型中无线传感器网络节点中的所有元器件可全部外购。

Claims

1、基于无线传感器网络的植物水分状况自动检测系统，包括随机部署在田间各处的一组无线传感器网络节点(1)，这些无线传感器网络节点包括温度传感器节点和湿度传感器节点，每个温度传感器节点或湿度传感器节点含有传感器及配套模块；所述的无线传感器网络节点通过一个或数个网关(2)、基站(3)与远程数据库服务器(4)；其特征在于所述的每个无线传感器网络节点中的传感器(1-1)均埋入土壤(7)中，以直接探测土壤温度及土壤湿度的微变化。

2、根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的植物水分状况自动检测系统，其特征在于所述的每个无线传感器网络节点中的传感器均埋入土壤深度的5至20厘米位置。

3、根据权利要求1或2所述的基于无线传感器网络的植物水分状况自动检测系统，其特征在于所述的配套模块包括数据处理模块、无线通信模块和电源模块。