CN203910006U - 基于ZigBee传输的灌区信息采集传输设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于ZigBee传输的灌区信息采集传输设备，包括数据信息采集终端、数据采集控制模块、数据存储模块、无线传输模块和太阳能供电单元；数据采集控制模块的信号输入端与数据信息采集终端通信连接；数据采集控制模块的信号输出端分别与数据存储模块、无线传输模块通信连接；无线传输模块通过无线网络将数据信息传输到ZigBee协调器，再由协调器传输到监测中心；数据信息采集终端、数据采集控制模块、数据存储模块和无线传输模块均由太阳能供电单元供电；无线传输模块包括依次连接的ZigBee射频收发器和可控射频功放模块。操作简单、建设成本低、能耗少，能有效解决高杆型农作物对传输路径的影响，传输稳定。

Description

基于ZigBee传输的灌区信息采集传输设备

技术领域

本实用新型涉及农村中小型灌区的信息采集传输技术领域，特别是涉及一种基于ZigBee传输的灌区信息采集传输设备。

背景技术

我国是农业大国，农村中小型灌区数量多，在国民经济和社会发展中起着重要作用。但这些灌区中大多数存在管理落后、信息化水平低等问题：例如1、现有的农村中小型灌区信息系统主要依靠传统的人为观察、人为测量和分布式控制模式，监测点或监测区域与中心控制站间采用有线电缆连接，电缆布置多在施工期进行布设，工作量大且繁琐。施工完成后，电缆容易出现被老鼠咬断的情况，给维修工作带来不易，而且耗资巨大；2、监测系统多以专家和管理人员的个人经验进行决策、调度，主观性较强，效率偏低，准确率也相对较低。

另外，采用有线方式传输水情、雨情、旱情和气象等信息，不仅存在布线复杂、线路易受意外损坏、安装和维护成本高的缺陷；同时，当需要增加测量参数时，往往需要对数据采集器硬件和软件均进行修改，使用很不方便。为了克服以上缺陷，用无线通信取代有线通信，是灌区信息传输和监测等工业应用的一个发展趋势。随着无线传感器网络和各种智能传感器在工业控制领域的广泛运用，使建立无线数字化农村中小型灌区信息传输网络成为可能。

而当前得到广泛研究的ZigBee传输技术则致力于提供一种廉价的固定、便携或者移动设备使用的极低复杂度、成本和功耗的低速率无线通信技术，可满足灌区安全监控系统的要求。但是，农村中小型灌区信息传输网络应符合以下诸多要求：操作简单、价格便宜、数据测量准确、数据传输可靠、网络建设的成本尽可能的低、能耗少、能适应野外的工作环境等。现有技术中的信息监测系统并不能很好实现以上诸多要求。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种新型结构的基于ZigBee传输的灌区信息采集传输设备，特别适用于广大农村的中小型灌区信息传输并监测。

本实用新型所要解决的技术问题是提供操作简单、价格便宜、数据测量准确、数据传输可靠的基于ZigBee传输的灌区信息采集传输设备，不仅建设成本低、能耗少、能很好适应野外工作环境，而且更重要的是具有高效的传输能力，能保证复杂而多变的情况下依然能进行数据的可靠传输，设备通用性和耐用性均强，且具有产业上的利用价值。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种基于ZigBee传输的灌区信息采集传输设备，包括数据信息采集终端、数据采集控制模块、数据存储模块、无线传输模块和太阳能供电单元；所述数据采集控制模块的信号输入端与数据信息采集终端通信连接；所述数据采集控制模块的信号输出端分别与数据存储模块、无线传输模块通信连接；所述无线传输模块通过无线网络将数据信息传输到ZigBee协调器，所述ZigBee协调器再将数据信息通过GPRS网络传输到监测中心；所述数据信息采集终端、数据采集控制模块、数据存储模块和无线传输模块均由太阳能供电单元供电；所述无线传输模块包括依次连接的ZigBee射频收发器和可控射频功放模块。

上述技术方案的基于ZigBee传输的灌区信息采集传输设备，所述数据采集控制模块的信号输入端与数据信息采集终端通信连接，所述数据采集控制模块的信号输出端分别与数据存储模块、无线传输模块通信连接；数据采集终端将数据信息采集来输送给数据采集控制模块，而数据采集控制模块既将数据进行存储入数据存储模块也将数据进行时时无线传输出去，数据存储的目的是为了设备运行异常时候进行数据读取与校验，确保数据有可靠的保存好的原始数据来源。

采用太阳能供电单元为设备的各部件供电，可以长期适应灌区野外工作环境，不受地理空间限制，应用范围广而能耗有保障；采用无线传输技术操作简单、建设成本低、数据传输能避免有线传输可能存在传输线受损而无法正常传输数据的情况。

本信息采集传输设备性能可靠，数据测量准确、数据传输可靠，更主要的是具有高效的传输能力。考虑灌区面积较大、农作物的生长周期以及系统低功耗等方面因素，本信息采集传输设备中的无线传输模块设计了ZigBee射频收发器和可控射频功放模块，具体目的是，在农作物生长周期中，不同的农作物生长速度不同，从而构成了灌区不同监测点之间作物高度不一的复杂而多变情况，不同监测点之间的无线传输受农作物阻拦影响均不同，尤其是农作物生长茂盛时，相邻监测点之间的通讯很不稳定或者直接受阻断，所以运用本实用新型的无线传输模块可以使信号强度得以增加，保证数据能及时正确不间断的传输。另外，在射频收发器的基础上添加了射频功率放大可控的功能模块，通过射频功放芯片增大传输功率和距离，能有效解决高杆型农作物对ZigBee数据传输路径的影响，使数据传输更稳定可靠。

本实用新型进一步设置为：所述可控射频功放模块包括可控开关电路、射频功放芯片和功放输出电路；所述可控开关电路与射频功放芯片的输入端连接；所述功放输出电路与射频功放芯片的输出端连接；所述ZigBee射频收发器通过可控开关电路与射频功放芯片连接。

本信息采集传输设备中的可控射频功放模块通过可控开关电路进行控制开或关，需要数据传输时则需要开关处于通路状态，保证数据能时时而不间断的传输出去；需要进行维护或是其他相关不用此模块的状态时则需要开关处于不通状态，能及时断开传输进行有关操作。

本实用新型更进一步设置为：所述射频功放芯片上还设有芯片保护电路。

本实用新型更进一步设置为：所述数据采集控制模块采用无线微控制器；所述无线微控制器上设有与无线微控制器可双向通讯的电源电路、复位电路、JTAG下载和调试电路。

上述数据采集控制模块可采用KW22D512V无线微控制器，通过采用这一型号的无线微控制器作为数据采集控制模块的硬件核心，与ZigBee射频收发器结合使用，可以实现中小型灌区内不同ZigBee版本的使用，硬件上解决了ZigBee数据传输中可能出现的路径堵塞、切断和数据传输不及时的问题，还能大大缩短无线传输时间，提高数据传输的相对稳定性。

本实用新型更进一步设置为：所述数据信息采集终端包括分布在灌区监测节点的传感器，所述传感器为流量计、水位计、雨量计或电压计。

本实用新型更进一步设置为：所述太阳能供电单元包括太阳能板、太阳能控制器和蓄电池，还包括设置在太阳能控制器与蓄电池之间的防过充和防过放电路。

本实用新型更进一步设置为：所述蓄电池采用2000mAh锂电池。

上述技术方案中的太阳能供电单元采用大容量锂电池（2000mAh）供电，通过外接太阳能板对锂电池充电而保证拥有足够的工作电源。在设备运行过程中，电源稳定是十分重要的。所以为了防止电池波动，在太阳能供电单元中增加了防过充和防过放电路，该电路可以使用便宜的TL431作为电源电压参考点，电路简单、性能稳定、能降低总功耗。

综上所述，本实用新型一种基于ZigBee传输的灌区信息采集传输设备能充分利用农村灌区电磁环境相对良好而进行信息监测和无线传输数据，同时解决数据传输中出现的交通不便、维护及时性难以保障等问题；具有可靠性高、安装方式简单、工程施工量小、可维护性好、投资成本低等优点。

上述内容仅是本实用新型技术方案的概述，为了更清楚的了解本实用新型的技术手段，下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

附图说明

图1为本实用新型灌区信息采集传输设备的结构框图；

图2为本实用新型灌区信息采集传输设备的数据采集控制模块的结构框图；

图3为本实用新型灌区信息采集传输设备的太阳能供电单元的结构框图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，一种基于ZigBee传输的灌区信息采集传输设备，包括数据信息采集终端、数据采集控制模块、数据存储模块、无线传输模块和太阳能供电单元。

其中，所述数据采集控制模块的信号输入端与数据信息采集终端通信连接；所述数据采集控制模块的信号输出端分别与数据存储模块、无线传输模块通信连接；所述无线传输模块通过无线网络将数据信息传输到ZigBee协调器，所述ZigBee协调器再将数据信息通过GPRS网络传输到监测中心；所述数据信息采集终端、数据采集控制模块、数据存储模块和无线传输模块均由太阳能供电单元供电。

所述数据信息采集终端包括分布在灌区监测节点的传感器，所述传感器为流量计、水位计、雨量计或电压计。

所述无线传输模块包括依次连接的ZigBee射频收发器和可控射频功放模块；所述可控射频功放模块包括可控开关电路、射频功放芯片和功放输出电路；所述可控开关电路与射频功放芯片的输入端连接；所述功放输出电路与射频功放芯片的输出端连接；所述ZigBee射频收发器通过可控开关电路与射频功放芯片连接。所述射频功放芯片上还设有芯片保护电路（图中未示出）。所述ZigBee射频收发器可采用MC13242芯片；所述可控射频功放模块中的射频功放芯片可采用RF6575功放芯片。

如图2所示，前述的基于ZigBee传输的灌区信息采集传输设备中的数据采集控制模块可采用KW22D512V无线微控制器；所述KW22D512V无线微控制器上还设有与KW22D512V无线微控制器可双向通讯的电源电路、复位电路、JTAG下载和调试电路。

如图3所示，所述基于ZigBee传输的灌区信息采集传输设备中的太阳能供电单元包括太阳能板、太阳能控制器和蓄电池，还包括设置在太阳能控制器与蓄电池之间的防过充和防过放电路。所述蓄电池可采用2000mAh的大容量锂电池。

本信息采集传输设备选用功耗低、性能强的KW22D512V无线微控制器作为中小型灌区监测设备的数据采集控制模块的控制处理器，该芯片具有高达512KB的闪存和64KBSRAM，可以提供足够的内存，并且可以在一个微控制器上运行两个网络协议栈；KW22D512V无线微控制器可以以最低的成本，在最短的时间内进行不同版本的网络切换，降低了协议复杂性，并显著降低网络流量和延迟，同时降低总功耗，提高设备的通用性和耐用性。

另外，为实现设备的灵活性，选用单独的MC13242芯片作为ZigBee射频收发器的核心。该无线收发器与KW22D512V无线微控制器均具有相同的高性能特点。同时，为确保通讯距离的可靠性，本实用新型的设备引入外部功放芯片RF6575，该芯片是专用于2.4G频道功放芯片，输出功率可达22dBm，无论室内和室外使用，模块的可靠通讯距离都可以大幅度提高。设备采用大容量锂电池（2000mAh）供电，通过外接太阳能板对锂电池充电能保证设备拥有足够的工作电源。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，操作简单、设备成本低、适应性强；尤其是数据传输性能安全可靠，特别是农作物生长茂盛时，相邻监测点之间的通讯很不稳定或者直接受阻断的情形下，能保证数据及时正确不间断的传输，可有效解决高杆型农作物对ZigBee数据传输路径的影响，使数据传输稳定而可靠。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何的简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种基于ZigBee传输的灌区信息采集传输设备，其特征在于：包括数据信息采集终端、数据采集控制模块、数据存储模块、无线传输模块和太阳能供电单元；所述数据采集控制模块的信号输入端与数据信息采集终端通信连接；所述数据采集控制模块的信号输出端分别与数据存储模块、无线传输模块通信连接；所述无线传输模块通过无线网络将数据信息传输到ZigBee协调器，所述ZigBee协调器再将数据信息通过GPRS网络传输到监测中心；所述数据信息采集终端、数据采集控制模块、数据存储模块和无线传输模块均由太阳能供电单元供电；所述无线传输模块包括依次连接的ZigBee射频收发器和可控射频功放模块。

2.根据权利要求1所述的基于ZigBee传输的灌区信息采集传输设备，其特征在于：所述可控射频功放模块包括可控开关电路、射频功放芯片和功放输出电路；所述可控开关电路与射频功放芯片的输入端连接；所述功放输出电路与射频功放芯片的输出端连接；所述ZigBee射频收发器通过可控开关电路与射频功放芯片连接。

3.根据权利要求2所述的基于ZigBee传输的灌区信息采集传输设备，其特征在于：所述射频功放芯片上还设有芯片保护电路。

4.根据权利要求1或2所述的基于ZigBee传输的灌区信息采集传输设备，其特征在于：所述数据采集控制模块采用无线微控制器；所述无线微控制器上设有与无线微控制器可双向通讯的电源电路、复位电路、JTAG下载和调试电路。

5.根据权利要求1或2所述的基于ZigBee传输的灌区信息采集传输设备，其特征在于：所述数据信息采集终端包括分布在灌区监测节点的传感器，所述传感器为流量计、水位计、雨量计或电压计。

6.根据权利要求1或2所述的基于ZigBee传输的灌区信息采集传输设备，其特征在于：所述太阳能供电单元包括太阳能板、太阳能控制器和蓄电池，还包括设置在太阳能控制器与蓄电池之间的防过充和防过放电路。

7.根据权利要求6所述的基于ZigBee传输的灌区信息采集传输设备，其特征在于：所述蓄电池采用2000mAh锂电池。