CN201532700U - 基于无线传感器网络的草坪环境监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于无线传感器网络的草坪环境监测系统，包括由布设在被监测草坪内的多个无线传感器节点组成的多个无线传感器网络、将所述多个无线传感器节点所监测数据打包后进行上传的网关节点、与网关节点相接的通信服务器和与通信服务器相接的上位监控机，网关节点的数量为一个或多个；所述多个无线传感器节点包括分区域布设在被监测草坪内的多个对空气温度和空气湿度进行监测的空气温湿度传感器节点和多个土壤水分传感器节点。本实用新型设计合理、成本低、操作简便且监测效果好，数据采集速度快、准确且全面，不会出现数据丢失、遗漏部分区域未监测的问题，能达到对整个草坪进行完整、有效监测的目的。

Description

基于无线传感器网络的草坪环境监测系统

技术领域

本实用新型属于无线传感器网络技术领域，尤其是涉及一种基于无线传感器网络的草坪环境监测系统。

背景技术

在全球信息化和数字化背景下，全球农业也由传统农业向现代农业方向转变，而实现农业信息与数字化则是现代农业的重要标志与核心技术。农业监测技术按照农田信息获取手段不同，可以分为基于3S技术和基于传感器的监测体系。无线传感器网络是一种新型的信息获取技术，由众多具有感知、处理和无线通信能力的微型化传感器节点相互通信、相互协作形成一个自组织网络，完成特定的应用任务。但是，传统田间所采用的传感器大多为通过有线方式连接的实时传感器，不仅价格高、安装布设不便，并且实际使用过程中，还存在使用操作不便、数据处理及传输能力差、可用性差、使用成本高等多种缺陷和不足，因而大大限制了传感器感知节点在农业监测领域的应用前景。

同时，草坪培育过程中，技术人员需对主要病虫害的发生、肥水的吸收及利用、品质形成因子等方面进行准确、及时把握，因而需要同步进行大量的环境监测工作，这就需要一套完善、精确的无线传感器网络对草坪的温度、湿度、降雨、光照、霜冻等气象参数和土壤、水分、品种、密度等草坪立地条件参数变化进行有效监测，并根据监测结果相应对病虫害发生动态、肥水丰缺程度、通风透光状况等方面进行可靠预测，以提出各种条件下的相应技术措施，科学地指导草坪培植管理工作。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于无线传感器网络的草坪环境监测系统，其设计合理、成本低、操作简便且监测效果好，数据采集速度快、准确且全面，不会出现数据丢失、遗漏部分区域未监测的问题，能达到对整个草坪进行完整、有效监测的目的。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于无线传感器网络的草坪环境监测系统，其特征在于：包括由布设在被监测草坪内的多个无线传感器节点组成的多个无线传感器网络、将所述多个无线传感器节点所监测数据打包后进行上传的网关节点、与网关节点相接的通信服务器和与通信服务器相接的上位监控机，所述网关节点的数量为一个或多个；所述多个无线传感器节点包括分区域布设在被监测草坪内的多个对空气温度和空气湿度进行监测的空气温湿度传感器节点和多个土壤水分传感器节点；所述空气温湿度传感器节点与网关节点之间以及土壤水分传感器节点与网关节点之间均通过短距离无线通信模块进行双向通信，所述网关节点与通信服务器间以无线通信方式进行双向通信。

所述空气温湿度传感器节点包括两个传感器模块、分别与所述两个传感器模块相接的处理器模块一、与处理器模块一相接的无线通讯模块一以及分别为两个传感器模块、处理器模块一和无线通讯模块一供电的电源模块一，所述电源模块一分别与所述两个传感器模块、处理器模块一和无线通讯模块一相接，所述两个传感器模块分别为空气温度传感器模块和空气湿度传感器模块且二者均接处理器模块一。

所述土壤水分传感器节点包括土壤水分传感器模块、与土壤水分传感器模块相接的处理器模块二、与处理器模块二相接的无线通讯模块二以及分别为土壤水分传感器模块、处理器模块二和无线通讯模块二供电的电源模块二，所述电源模块二分别与土壤水分传感器模块、处理器模块二和无线通讯模块二相接。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、设计合理、成本低、布网方便且使用操作简单、智能化程度高。

2、采用模块化设计且采用低功耗芯片，因而传感器节点的生存期较长。并且，传感器节点采用太阳能充电电池进行供电，则能进一步保障传感器节点的生存期。

3、自组网能力强，可实时同步对被监测草坪内各区域的相关环境参数进行监测。

4、无线传感器节点和网关节点之间采用短距离无线通信模块进行数据传输，因而多个传感器节点相互之间以及传感器节点与网关节点间监测信息的交互性强，同时可自定制采样周期，并且制作成本低，数据传输速度快。

5、可扩展性强，布网位置信息显示直观。

6、监测效果好、智能化程度高，能为管理人员农户提供大量有用监测数据的同时，并附带有预警作用，且且结合专家系统为管理人员提供相对应的有效指导方案。比如说，专家系统根据主要病虫害发生规律的数学模型，对监测温度、湿度数据进行时空分析，预测病虫害发生概率和发生区域，通过预警机制，以手机短信方式通知相关管理人员及时给指定区域进行喷洒农药、通风灌水等。

7、数据采集速度快、准确且全面，不会出现数据丢失、遗漏部分区域未监测的问题，因而能达到对整个草坪各区域进行完整、有效监测的目的。

综上所述，本实用新型设计合理、成本低、操作简便且监测效果好，数据采集速度快、准确且全面，不会出现数据丢失、遗漏部分区域未监测的问题，能达到对整个草坪进行完整、有效监测的目的。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的电路框图。

图2为本实用新型空气温湿度传感器节点的电路框图。

图3为本实用新型土壤水分传感器节点的电路框图。

图4为利用本实用新型进行草坪环境监测的方法流程图。

附图标记说明：

1-无线传感器网络；  2-网关节点；        3-通信服务器；

4-空气温湿度传感器  4-1-处理器模块一；  4-2-无线通讯模块

一；

4-3-电源模块一；    4-4-空气温度传感器  4-5-空气湿度传感器

模块；

4-6-数据存储模块一；5-土壤水分传感器节点  5-1-土壤水分传感器

模块；

5-2-处理器模块二；  5-3-无线通讯模块二；5-4-电源模块二；

5-5-数据存储模块二；7-上位监控机；      8-移动通信设备。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括由布设在被监测草坪内的多个无线传感器节点组成的多个无线传感器网络1、将所述多个无线传感器节点所监测数据打包后进行上传的网关节点2、与网关节点2相接的通信服务器3和与通信服务器3相接的上位监控机7，所述网关节点2的数量为一个或多个；所述多个无线传感器节点包括分区域布设在被监测草坪内的多个对空气温度和空气湿度进行监测的空气温湿度传感器节点4和多个土壤水分传感器节点5。所述空气温湿度传感器节点4与网关节点2之间以及土壤水分传感器节点5与网关节点2之间均通过短距离无线通信模块进行双向通信，所述网关节点2与通信服务器3间以无线通信方式进行双向通信。

结合图2，所述空气温湿度传感器节点4包括两个传感器模块、分别与所述两个传感器模块相接的处理器模块一4-1、与处理器模块一4-1相接的无线通讯模块一4-2以及分别为两个传感器模块、处理器模块一4-1和无线通讯模块一4-2供电的电源模块一4-3，所述电源模块一4-3分别与所述两个传感器模块、处理器模块一4-1和无线通讯模块一4-2相接。所述两个传感器模块分别为空气温度传感器模块4-4和空气湿度传感器模块4-5且二者均接处理器模块一4-4。同时，空气温湿度传感器节点4还包括与处理器模块一4-1相接的数据存储模块一4-6。

结合图3，所述土壤水分传感器节点5包括土壤水分传感器模块5-1、与土壤水分传感器模块相接的处理器模块二5-2、与处理器模块二5-2相接的无线通讯模块二5-3以及分别为土壤水分传感器模块5-1、处理器模块二5-2和无线通讯模块二5-3供电的电源模块二5-4，所述电源模块二5-4分别与土壤水分传感器模块5-1、处理器模块二5-2和无线通讯模块二5-3相接。同时，所述土壤水分传感器模块还包括与处理器模块二5-2相接的数据存储模块二5-5。

如图4所示，利用本实用新型进行草坪环境监测时，包括以下步骤：

步骤一、上位监控机7通过通信服务器3向网关节点2下发数据采集命令。

步骤二、网关节点2向所述多个无线传感器节点同步下发数据采集命令：网关节点2接收到数据采集命令后，对所接收到的数据采集命令进行解析和统计并将所述数据采集命令同步下发至与其相接的多个无线传感器节点。

步骤三、所述多个无线传感器节点按设定采样周期同步不间断进行数据采集和上传且有数据丢失时进行数据重传：所述多个无线传感器节点接收到数据采集命令后，同步启动进行数据采集并将所采集的监测数据上传至网关节点2，网关节点2对所接收的所有监测数据进行统计且将所有监测数据打包后通过通信服务器3上传至上位监控机7，完成本次数据采集及上传过程；本次数据采集结束后，网关节点2根据所设定的采样周期通过计算得出本次数据采集与下次数据采集之间的时间间隔，并向与其相接的多个无线传感器节点发送同步进行下一次数据采集的数据采集命令；如此不断重复，实现按设定采样周期不间断进行数据采集的过程。

本实施例中，步骤三中所述的网关节点2对所接收的所有监测数据进行统计且发现所述多个无线传感器节点中有部分传感器节点所采集的监测数据丢失时，网关节点2以广播通信方式向丢失监测数据的传感器节点发送重传指令，丢失监测数据的传感器节点接到所述重传指令后将本次采集的监测数据重新上传至网关节点2，相应再通过网关节点2将重传的所有监测数据打包后上传至上位监控机7，同时网关节点2向上位监控机7上传一条有部分传感器节点所采集的监测数据丢失的状态信息。

步骤四、上位监控机7对接收到的监测数据进行进一步分析处理，其分析处理过程如下：

301、上位监控机7对接收到的监测数据进行预处理并去除相应伪数据；

302、上位监控机7调用专家系统对经预处理后的监测数据进行内部分析处理判断并作出相应指导方案，且通过通信服务器3向农户或相关技术人员所使用的移动通信设备8上发送生产指导信息和/或预警信息。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于无线传感器网络的草坪环境监测系统，其特征在于：包括由布设在被监测草坪内的多个无线传感器节点组成的多个无线传感器网络(1)、将所述多个无线传感器节点所监测数据打包后进行上传的网关节点(2)、与网关节点(2)相接的通信服务器(3)和与通信服务器(3)相接的上位监控机(7)，所述网关节点(2)的数量为一个或多个；所述多个无线传感器节点包括分区域布设在被监测草坪内的多个对空气温度和空气湿度进行监测的空气温湿度传感器节点(4)和多个土壤水分传感器节点(5)；所述空气温湿度传感器节点(4)与网关节点(2)之间以及土壤水分传感器节点(5)与网关节点(2)之间均通过短距离无线通信模块进行双向通信，所述网关节点(2)与通信服务器(3)间以无线通信方式进行双向通信。

2.按照权利要求1所述的基于无线传感器网络的草坪环境监测系统，其特征在于：所述空气温湿度传感器节点(4)包括两个传感器模块、分别与所述两个传感器模块相接的处理器模块一(4-1)、与处理器模块一(4-1)相接的无线通讯模块一(4-2)以及分别为两个传感器模块、处理器模块一(4-1)和无线通讯模块一(4-2)供电的电源模块一(4-3)，所述电源模块一(4-3)分别与所述两个传感器模块、处理器模块一(4-1)和无线通讯模块一(4-2)相接，所述两个传感器模块分别为空气温度传感器模块(4-4)和空气湿度传感器模块(4-5)且二者均接处理器模块一(4-1)。

3.按照权利要求1或2所述的基于无线传感器网络的草坪环境监测系统，其特征在于：所述土壤水分传感器节点(5)包括土壤水分传感器模块(5-1)、与土壤水分传感器模块相接的处理器模块二(5-2)、与处理器模块二(5-2)相接的无线通讯模块二(5-3)以及分别为土壤水分传感器模块(5-1)、处理器模块二(5-2)和无线通讯模块二(5-3)供电的电源模块二(5-4)，所述电源模块二(5-4)分别与土壤水分传感器模块(5-1)、处理器模块二(5-2)和无线通讯模块二(5-3)相接。

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