CN203415085U - 山区茶园远程环境监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种山区茶园远程环境监测系统，由路由监测节点、路由中继节点、协调器和上位机组成，所述路由监测节点、路由中继节点和协调器均包含核心板和底板两部分，底板和核心板连接，路由监测节点采集的数据经过路由中继节点传送至安装在监控中心内的协调器，协调器再经串口将所有监测数据发送到上位机进行显示和处理。本实用新型针对山区茶园环境监测的实际需求，利用ZigBee技术实现具有自组织功能、路由中继功能，远程中继传输达数十公里的监测装置。实现对茶园环境的实时监测，满足山区茶农的实际生产要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及农业信息化技术领域，具体地说是一种山区茶园远程环境监测系统。
背景技术
我国的茶园大都位于山区，尤其是有机茶园。为了提高山区茶园的茶叶品质，需要对其环境参数进行有效感知，以便及时采取有效措施来实现高效的生产管理。但山区茶园距离远，环境参数的获取依靠传统的人工方式显然不能满足要求，尤其是数据采集实时性和有效性难以满足。现代信息技术融入传统农业领域，形成了农业信息化浪潮，给农业生产管理方式带来了新变革。
申请号为201020581129.3的专利中公开了一种自动化茶园精细化生长发育测量及病虫害检测装置，实现了自动化茶园精细化生长发育测量及病虫害检测装置，但该装置在导轨上运行，难以在山区实现远程环境信息监测；申请号为201210107818.4的专利中公开了一种基于GPS、GIS和传感网技术的茶园精确管理系统，借助全球定位系统GPS和地理信息系统GIS采集茶园地块轮廓信息，根据土壤养分信息和茶叶长势需求进行变量施肥作业，根据茶园病虫害情况进行变量喷药作业；应用温度传感器、无线传输模块实现温度监测网络实时采集，实时控制风扇工作。该专利系统复杂，设备众多，没有充分考虑到山区茶园的实用性和适用性。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种山区茶园远程环境监测系统，依据茶农的生产经验，监测最主要影响茶叶生产的参数。这样可以大幅度降低成本和操作复杂度，满足茶农实际情况。解决现有技术中采用GPRS或者3G网络来远程传输数据时所产生的无线信号弱、费用高的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
山区茶园远程环境监测系统，由路由监测节点、路由中继节点、协调器和上位机组成，所述路由监测节点、路由中继节点和协调器均包含核心板和底板两部分，底板和核心板连接，核心板包括ZigBee模块，底板包括串行接口和电源模块，其中路由监测节点的底板中设置有传感器模块，且其底板连接至传感器，路由中继节点和协调器的核心板中设置有射频功放模块。
所述传感器包括空气温湿度传感器、土壤湿度传感器、土壤温度传感器和光照度传感器。
路由监测节点采集的数据经过路由中继节点传送至安装在监控中心内的协调器，协调器再经串口将所有监测数据发送到上位机进行显示和处理。
对于茶叶种植区域按蜂窝划分，每个路由监测节点位于一个蜂窝的中心，均采集空气及土壤温、湿度和光照度参数，系统依靠节点的自组织特性自动组建成ZigBee无线网络。路由中继节点不实现采集任务，但增加了射频功率放大模块，使无线信号传输距离超过1公里，通过多次中继后采集数据可以传送到距茶园较远，且安装在监控中心内的协调器，协调器再经串口将所有检测数据发送到上位计算机进行显示和处理。
系统结构的核心是ZigBee节点，ZigBee标准中定义的节点具有通用性，每个节点都具备参数采集、路由和协调器功能，具体成为何种节点只需软件配置，一旦节点配置为终端节点，该节点就丧失了路由功能。当配置为路由节点或协调器节点时仍可实现参数采集功能，这是由用户编写的软件代码决定。由于每个ZigBee子网只能有一个协调器节点，因此本项目除配置一个协调器节点外，其它全部为路由节点，没有使用终端节点，这样即使发生多个节点故障也不会造成采集系统失效，可显著提高监测网络的可靠性。但路由节点需对其它节点发来的信息存储、融合和转发，会使其数据吞吐量增加，不过茶园监测数据量小，监测间隔时间较长，这样实现完全可行。
路由监测节点采集土壤温度、湿度，空气温度、湿度和光照共5个参数；采集间隔时间为20分钟。由于山区茶叶种植区距离监控中心较远约有数公里，路由中继节点不具备参数采集功能，实现电路上增加功率放大模块，实现茶园采集数据接力传输至远端仂、调器。
本实用新型的有益效果在于：
本实用新型针对山区茶园环境监测的实际需求，利用ZigBee技术实现具有自组织功能、路由中继功能，远程中继传输达数十公里的监测装置。实现对茶园环境的实时监测，满足山区茶农的实际生产要求。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
图1为本实用新型的系统结构框图。
图2为节点硬件结构图。
图中：1、路由监测节点；2、路由中继节点；3、协调器；4、上位机；5、射频功放模块；6、ZigBee模块；7、串行接口；8、传感器模块；9、电源模块。
具体实施方式
如图1和2所示，山区茶园远程环境监测系统，由路由监测节点1、路由中继节点2、协调器3和上位机4组成，所述路由监测节点1、路由中继节点2和协调器3均包含核心板和底板两部分，底板和核心板连接，核心板包括ZigBee模块6，底板包括串行接口7和电源模块9，其中路由监测节点1的底板中设置有传感器模块8，且其底板连接至传感器，路由中继节点2和协调器3的核心板中设置有射频功放模块5。
所述传感器包括空气温湿度传感器、土壤湿度传感器、土壤温度传感器和光照度传感器。
路由监测节点1采集的数据经过路由中继节点2传送至安装在监控中心内的协调器3，协调器3再经串口将所有监测数据发送到上位机4进行显示和处理。
所述ZigBee模块6的型号为CC2530。
所述射频功放模块5的型号为RFX2401。
所述空气温湿度传感器型号为SHT71。
所述土壤湿度传感器型号为TD-SWR2。
所述土壤温度传感器的型号为ST-100。
所述光照度传感器为硅光电池。
传感器模块负责采集监测区域的信息；ZigBee模块是整个节点的中枢，主要负责建立，维护通信网络，实现无线信号传输，传感器数据采集，处理和转发和识别控制信息并进行控制等功能；射频功放模块实现无线信号远距离双向传输；串行接口对协调器实现节点与上位机通信，对路由节点则用于硬件测试；电源模块负责节点供电。
CC2530是一款SOC芯片，符合ZigBee标准。CCC2530具有较宽的工作电压(2.0V-3.6V)，功耗低，适合电池供电，它片内集成了射频收发模块，增强型51内核，8路12位ADC，2个多功能串行口，21个I/O。CC2530内置的射频收发模块通信距离有限，在空旷区域可达100米，有障碍区域只有50-60米，使用RFX2401模块可使通信距离增加到600米，若再配合高增益的9dBi天线则通信距离超过1公里。
底板电路连接核心板与传感器，可将核心板控制命令传递給各个传感器，还能将传感器输出的模拟或数字信号送入CC2530芯片进行AD转换或直接读取。底板上含串行通信插座，指示网络连接状态的LED指示灯和测试按键，可用于程序调试和协调器与上位机通信。系统供电由底板输入，采用可充电电池，经1117M3电压转换芯片获得3.3V电压给CC2530和RFX2401模块供电。
茶园种植区内每个路由监测节点需要采集空气温、湿度，土壤温、湿度，光照度，供电电压和核心板温度共7个参数，共采用四种传感器，其中核心板温度和供电电压由CC2530内部直接接入AD转换器无需外部接口；路由中继节点只采集电池供电电压和核心板温度；协调器节点位于控制室内只监测核心板温度。由于各路由节点均为电池供电，传感器选择都遵循低功耗，低供电电压原则。4种传感器的输出信号分为两类：模拟输出和数字输出。
空气温湿度传感器型号为SHT71，该传感器供电电压低，功耗低，适用于电池供电系统，可同时测量空气温度和湿度，输出为数字信号，共4个引脚，分别为SCK(串行时钟线)，DATA(串行数据线)及电源和地。
土壤湿度传感器型号为TD-SWR2，可埋入土壤中对土壤水分进行定点长期监测。相对测量范围0～100％，输出0～2.5V模拟信号，供电电压可低至2.7V。电缆标准长度5米。
土壤温度传感器的型号为ST-100，该传感器耐腐蚀，功耗低，密封性好，0-1030mV模拟信号，测量范围-30～70℃，0℃以上精度为0.1℃。
光照度传感器为硅光电池，由于硅光电池输出为微弱的电流信号，需经后级运放放大，第一个运放用于将光电池输出的微弱电流信号转换为电压信号，第二个运放作用与前面相同就是将输出电压信号转换到0-3.3V参考电压范围内。传感器模块还监测CC250工作电压和芯片温度，这两个模拟量输入端已集成在CC2530的AD输入端内，只需软件设置就可监测工作电压和芯片温度。
以上公开的仅为本专利的具体实施例，但本专利并非局限于此，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，做出的变形应视为属于本实用新型保护范围。
Claims (8)
1.山区茶园远程环境监测系统，其特征在于：由路由监测节点、路由中继节点、协调器和上位机组成，所述路由监测节点、路由中继节点和协调器均包含核心板和底板两部分，底板和核心板连接，核心板包括ZigBee模块，底板包括串行接口和电源模块，其中路由监测节点的底板中设置有传感器模块，且其底板连接至传感器，路由中继节点和协调器的核心板中设置有射频功放模块。
2.根据权利要求1所述的山区茶园远程环境监测系统，其特征在于：所述传感器包括空气温湿度传感器、土壤湿度传感器、土壤温度传感器和光照度传感器。
3.根据权利要求1所述的山区茶园远程环境监测系统，其特征在于：所述ZigBee模块的型号为CC2530。
4.根据权利要求1所述的山区茶园远程环境监测系统，其特征在于：所述射频功放模块的型号为RFX2401。
5.根据权利要求2所述的山区茶园远程环境监测系统，其特征在于：所述空气温湿度传感器型号为SHT71。
6.根据权利要求2所述的山区茶园远程环境监测系统，其特征在于：所述土壤湿度传感器型号为TD-SWR2。
7.根据权利要求2所述的山区茶园远程环境监测系统，其特征在于：所述土壤温度传感器的型号为ST-100。
8.根据权利要求2所述的山区茶园远程环境监测系统，其特征在于：所述光照度传感器为硅光电池。
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| CN201320417967.0U CN203415085U (zh) | 2013-07-15 | 2013-07-15 | 山区茶园远程环境监测系统 |
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Family Applications (1)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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