CN203352805U - 一种多层土壤墒情监控wsn节点 - Google Patents

一种多层土壤墒情监控wsn节点 Download PDF

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吴婷婷
张海辉
张�杰
陈克涛
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Abstract

一种多层土壤墒情监控WSN节点,包括传感器模块、处理器模块、阀门控制模块和供电模块,其中传感器模块由土壤水分传感器模块组成,埋设于土壤的耕作层、犁底层和心土层,处理器模块以CC2530无线芯片为核心,其数据端接传感器模块的输出,控制端接阀门控制模块,CC2530无线芯片通过其自带的RF收发器与远程控制中心通信;阀门控制模块由继电器组成,设置于灌溉装置电磁阀上,接收来自处理器模块的控制信号;供电模块包括太阳能电池板和可充电蓄电池,太阳能电池板接可充电蓄电池为其充电,太阳能电池板和/或可充电蓄电池为其余各模块供电,本实用新型可以同时监测多层土壤墒情和实施精量灌溉控制,具有设计合理、部署及维护方便的优点。

Description

一种多层土壤墒情监控WSN节点
技术领域
本实用新型属于土壤墒情监控领域,特别涉及一种多层土壤墒情监控WSN节点。
背景技术
土壤水分是精细灌溉中计算作物需水信息的重要指标,其中耕作层、犁底层和心土层都会影响到作物水分与能量交换,通过定时收集各监测点的这三层土壤深度上的水分数据,形成监测区域内土壤水分数据库,可以为实施节水灌溉、作物蒸腾动态监测、旱情预测活动等即时有效的服务。
对单点或小范围土壤水分测量可以采用时域反射法、中子仪法等,对大片区域土壤水分监测可以通过遥感技术等,以上方法虽然均能够比较准确地测量土壤水分,但在实际应用中需要工作人员携带仪器设备或者将设备安装在农业机械上,受到使用强度的限制,无法对作物根部的土壤水分进行多层、实时、大范围的立体监测,从而不能为实施精细灌溉提供准确的决策依据。
因此,需要一种能够密集部署、多层实时监测,并无线采集、存储和传输土壤墒情、实施灌溉控制的载体。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点,本实用新型的目的在于提供一种多层土壤墒情监控WSN节点,可以同时监测多层土壤墒情和实施精量灌溉控制,具有设计合理、部署及维护方便的优点。
为了实现上述目的,本实用新型采用的技术方案是:
一种多层土壤墒情监控WSN节点,包括传感器模块、处理器模块、阀门控制模块和供电模块,其中:
所述传感器模块由土壤水分传感器模块组成,埋设于土壤之中;
所述处理器模块以CC2530无线芯片为核心,CC2530无线芯片的数据端接所述传感器模块的输出,CC2530无线芯片的控制端接阀门控制模块,CC2530无线芯片通过其自带的RF收发器与远程控制中心通信;
所述阀门控制模块由继电器组成,设置于灌溉装置电磁阀上,接收来自处理器模块的控制信号;
所述供电模块包括太阳能电池板和可充电蓄电池,太阳能电池板接可充电蓄电池为其充电,太阳能电池板和/或可充电蓄电池为其余各模块供电。
所述传感器模块由三路土壤水分传感器模块组成,分别埋设于土壤中的耕作层、犁底层和心土层。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果是:
1、可以实现耕作层、犁底层和心土层等多层土壤墒情的实时、大范围的立体监测,为实施精量灌溉提供可靠、全面的决策依据。
2、基于ZigBee无线传感器网络技术实现精细灌溉的自动化、智能化和远程控制。
3、采用太阳能供电技术,可以在野外无人值守的情况下长期工作。
4、设计合理、部署与维护方便、操作简便、实用性强。
附图说明
图1是本实用新型功能模块图。
图2是本实用新型阀门控制模块电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本实用新型的实施方式。
如图1所示,一种多层土壤墒情监控WSN节点,包括传感器模块、处理器模块、阀门控制模块和供电模块,其中:
处理器模块以CC2530无线芯片为核心,包括CC2530处理器芯片及其外围电路、JTAG接口单元、复位单元和无线传感器网络工作状态指示单元,负责数据信息的处理及无线信号的收发。CC2530芯片集成了业界标准的增强型8051CPU和适应2.4-GHz IEEE802.15.4的RF收发器,只需极少的外接元件即可满足网状网络系统的需要。其数据端接所述传感器模块的输出,控制端接阀门控制模块,而的RF收发器与远程控制中心通信。CC2530是专为无线传感器网络节点设计的低功耗系列产品,其供电电压为2~3.6V,本设计采用3.3V供电。正常工作模式下CC2530的最大的电流仅为29mA,此外还有四种可以选择的低功耗休眠模式,功耗最低的休眠模式下休眠电流仅为1uA。此外8通道的12位ADC和5通道的DMA使其具有良好的数据处理能力。JTAG接口单元可通过仿真器连接至PC机实现程序下载和在线调试,复位单元由电容、电阻和轻触按钮RESET1组成,保证节点模块稳定工作。LED1-LED3通过电阻连接到CC2530的P1.0、P1.1、P1.4口用于指示无线传感器网络的工作状态。
传感器模块由三个土壤水分传感器模块组成,第一个土壤水分传感器部署于地表下15~20cm的耕作层,第二个土壤水分传感器部署于地表下20~30cm的犁底层,第三个土壤水分传感器部署于地表下30~50cm的心土层。实现耕作层、犁底层和心土层等多层土壤墒情的实时、大范围的立体监测。土壤水分传感器采用美国DECAGON公司的EC-5土壤水分传感器。该传感器由耐用材料制成通过测量土壤介电常数确定容积水分含水量,可长期埋设在土壤中,其耗电少,精度高(±3%)。EC-5土壤水分传感器对电源有特殊的要求,需要周期性的2.5V/10mA电源,不用时处于休眠模式。本实例采用XC6204电源管理芯片为其提供所需电源,CC2530芯片的P0.3、P1.5、P1.7引脚与三个XC6204电源管理芯片的CE引脚分别相连,通过控制引脚的高低电平为传感器提供2.5V/10mA电源。三路EC-5土壤水分传感器的模拟输出分别于CC2530芯片的具有A/D转换功能的P0.0、P0.1、P0.7口相连,经CC2530内部12位的A/D转换器进行模拟信号和数字信号的转换,实现土壤水分信息的检测。
所述阀门控制模块由继电器组成,设置于灌溉装置电磁阀上,接收来自处理器模块的控制信号。如图2所示,本实用新型阀门控制模块由SRD-5VDC-SL-C继电器构成用于控制灌溉执行。CC2530芯片的P1.6口与TLP521光耦继电器的输入端相连。当P1.6口输出低电平时,光耦继电器输入端导通进而输出端输出5V电平,驱动由电阻R34、R36和三极管Q2组成的继电器驱动电路,继电器常开触点导通打开灌溉电磁阀进行灌溉同时指示灯亮。当P1.6口输出高电平时,光耦继电器不能导通进而继电器驱动电路不工作,灌溉电磁阀关闭停止灌溉同时指示灯灭。
本实用新型供电模块由太阳能电池板、可充电蓄电池和电源管理器组成。电源管理器与太阳能电池板和可充电蓄电池相连,控制太阳能电池板给蓄电池充电及为传感器模块、处理器模块和阀门控制模块提供稳定的电源。
基于以上结构,本实用新型的工作过程是:
传感器模块实时采集耕作层、犁底层和心土层的土壤水分数据,然后将数据实时传输至处理器模块,处理器模块通过无线网与远程控制中心通信,向远程控制中心报送数据,远程控制中心根据该数据的值,判断是否需要灌溉或者停止灌溉,并发出相应控制信号,处理器模块接收到该控制信号后,控制阀门控制模块工作,通过继电器使得灌溉电磁阀打开或者关闭。

Claims (2)

1.一种多层土壤墒情监控WSN节点,包括传感器模块、处理器模块、阀门控制模块和供电模块,其特征在于:
所述传感器模块由土壤水分传感器模块组成,埋设于土壤之中;
所述处理器模块以CC2530无线芯片为核心,CC2530无线芯片的数据端接所述传感器模块的输出,CC2530无线芯片的控制端接阀门控制模块,CC2530无线芯片通过其自带的RF收发器与远程控制中心通信;
所述阀门控制模块由继电器组成,设置于灌溉装置电磁阀上,接收来自处理器模块的控制信号;
所述供电模块包括太阳能电池板和可充电蓄电池,太阳能电池板接可充电蓄电池为其充电,太阳能电池板和/或可充电蓄电池为其余各模块供电。
2.根据权利要求1所述的多层土壤墒情监控WSN节点,其特征在于,所述传感器模块由三路土壤水分传感器模块组成,分别埋设于土壤中的耕作层、犁底层和心土层。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105223938A (zh) * 2015-10-26 2016-01-06 阿拉尔石大国利科技有限公司 灌溉测控装置、灌溉测控系统及灌溉测控方法
CN109884273A (zh) * 2019-03-07 2019-06-14 长春光华学院 一种低功耗的土壤墒情采集功能监测装置

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