CN203911975U - 一种基于无线传感器网络的果园生态环境远程监控和管理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于无线传感器网络的果园生态环境远程监控和管理装置，包括传感器、果园信息采集器、果园数据服务器、用户。传感器用于获取当前的果园环境信息数据，并将数据发送给果园信息采集器；用户既可以通过果园数据服务器获取经处理后的果园环境信息，又可直接访问果园信息采集器获取经处理后的果园环境信息。本实用新型实现了数据的准确测量并可靠传输，大大的减小了传统数据采集过程中受时间和空间等因素的限制。

Description

一种基于无线传感器网络的果园生态环境远程监控和管理装置

技术领域

本实用新型涉及无线传感器监测技术领域，尤其涉及一种基于无线传感器网络的果园生态环境远程监控和管理装置。

背景技术

在果树生长过程中，微气象信息对对果树生长发育、生产管理决策以及病虫害发生发展与预防等具有重要的影响。传统的信息获取主要依靠人工来完成，这样不仅费时费力而且效率很低。

随着各种新技术的出现，通过无线传感技术，实现果园环境远程数据采集传输已经成为可能。无线传感中的GPRS技术具有传输范围广、传输速率高、分组交换、永远在线等多方面的优势，这使得其非常适宜数据传输频繁，数据量较小，实时性高等要求果园环境。以上问题，申请人通过申请专利已经解决，其申请号为2013104276270，同时为了更好的管理果园，发明人不仅仅局限于果园的监控，还致力于果园的管理，使得该方案更加完善。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种基于无线传感器网络的果园生态环境远程监控和管理装置，本实用新型实现了数据的准确测量并可靠传输，大大的减小了传统数据采集过程中受时间和空间等因素的限制，同时，该装置中配备了洒水器、喇叭和摄像头，有效的告知果园的工作人员果园内的情况，并且可以起到防盗的效果。

为解决上述技术问题，其包括：传感器、果园信息采集器、果园数据服务器、用户、洒水管道、喇叭和摄像头，其特征在于传感器、果园信息采集器、果园数据服务器和用户依次连接，果园信息采集器连接用户，所述果园内均匀分布有洒水管道，洒水管道的开关阀连接果园信息采集器，果园信息采集器还连接喇叭和摄像头，喇叭和摄像头均匀分布在果园的四周，所述摄像头带有夜视功能，所述洒水管道的开关阀分别连接进水管和营养液管进行切换喷洒。                

传感器用于获取当前的果园环境信息数据，并将数据发送给果园信息采集器；

果园信息采集器与传感器相连，果园信息采集器采集果园环境的数据并与果园数据服务器进行通信，完成果园环境数据的传输；

果园数据服务器与果园信息采集器相连，完成数据的存储。用户既可以通过果园数据服务器获取经处理后的果园环境信息，又可直接访问果园信息采集器获取经处理后的果园环境信息。

所述传感器包括空气温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、风速传感器、风向传感器、雨量传感器、二氧化碳传感器、光照传感器。

所述果园信息采集器包括处理器、存储模块、复位电路、实时时钟、键盘、GPRS模块、电源模块、USB模块、液晶屏、RS232通信模块、传感器接口模块，处理器分别连接存储模块、复位电路、实时时钟、键盘、GPRS模块、电源模块、USB模块、液晶屏、RS232通信模块和传感器接口模块，所述GPRS模块连接电源模块。

处理器，用于对所述当前果园信息数据进行处理、用户身份验证和果园信息采集器各组成部分相应功能的控制及协调；

存储模块，用于存储经处理后的当前果园信息数据、用户身份信息和果园产品信息；

复位电路，用于完成果园信息采集器上电复位以及工作时按照用户指令复位；

实时时钟，用于生成系统时间，为所述果园信息采集器提供工作时序和时钟基准；

GPRS模块，用于实现所述果园信息采集器与所述果园数据服务器之间的通信，对经处理后的果园数据信息进行远程发布； 

所述果园信息采集器还包括键盘和液晶屏，分别与所述处理器连接；

所述果园信息采集器还包括电源模块与所述处理器连接，用于对处理器和GPRS模块供电；

所述电源模块包括开关电源、太阳能电池板和蓄电池、市电。太阳能电池板、蓄电池和市电分别与开关电源连接；

所述果园信息采集器还设有RS232通信接口，与所述处理器连接，处理器的串行接口与所述RS232通信接口之间接有串行口通信电平转换电路。

所述的处理器为MSP430F149，有60KB程序存储器，2KB数据存储器，2个USART接口；8MHz外接晶体振荡器。

所述传感器接口模块所述处理器及所述传感器分别连接，用于接收当前果园环境信息数据；

所述用户（4）包括WEB浏览，WAP浏览，短信浏览。

果园数据服务器采用普通计算机，主要包括PC机软件、果园数据服务器应用界面及果园信息数据库等部分。PC机软件采用JSP语言进行开发，使用开放源代码的MySQL数据库，具体功能包括：用户名、密码和验证码验证，通过权限验证后可以来实时查询终端采集的信息,并查看果园信息参数的变化曲线，也可对以前的数据进行查询，导出。果园数据管理系统采用Visual C++ 6.0开发。

有益效果：

本实用新型实现了数据的准确测量并可靠传输，大大的减小了传统数据采集过程中受时间和空间等因素的限制。

本实用新型满足了果园生态环境远程监控的要求，系统可以实时地提供详细、准确的环境信息，为科学的管理果园生态环境提供依据，具有显著的社会效益和较大的经济效益。

本实用新型采用多种供电选择方式，适用常见果园生态环境的远程监控，保证了信息实时性和可靠性。

附图说明

图1是本实用新型一种基于无线传感器网络的果园生态环境远程监控系统的结构框图;

图2是本实用新型果园信息采集器的结构框图；

图3是本实用新型果园生态环境系统功能流程图；

图4是本实用新型果园信息采集器的工作流程图；

图5是本实用新型果园信息采集器中的串行口通信电平转换电路图。

图6为本实用开关阀连接图。

其中，1：传感器；2：果园信息采集器；3：果园数据服务器；4：用户；2-1：处理器；2-2：存储模块；2-3：复位电路；2-4：实时时钟；2-5：键盘；2-6：GPRS模块；2-7：电源模块；2-71：开关电源；2-72：太阳能电池板；2-73：蓄电池；2-74：市电；2-8：USB模块；2-9：液晶屏；2-10：RS232通信模块；2-11：传感器接口模块5、洒水管道  6、开关阀  7、喇叭   8、摄像头  9、进水管 10、营养液管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

图1是本实用新型一种基于无线传感器网络的果园生态环境远程监控系统的结构框图，包括

传感器1用于获取当前的果园环境信息数据，并将数据发送给果园信息采集器2；果园信息采集器2与传感器1相连，果园信息采集器2采集果园环境的数据并与果园数据服务器3进行通信，完成果园环境数据的传输；果园数据服务器3与果园信息采集器2相连，完成数据的存储。用户4既可以通过果园数据服务器3获取经处理后的果园环境信息，又可直接访问果园信息采集器2获取经处理后的果园环境信息。所述果园内均匀分布有洒水管道5，洒水管道5的开关阀6连接果园信息采集器，果园信息采集器还连接喇叭7和摄像头8，喇叭7和摄像头8均匀分布在果园的四周，所述摄像头8带有夜视功能，如图6所示，所述洒水管道5的开关阀6分别连接进水管9和营养液管10进行切换喷洒。为了尽可能的减少工人用量，通过开关阀控制使得洒水管道喷洒水或者营养液，通过喇叭的使用，可以方便的告知工作人员果园内那些更需要帮助，同时摄像头可以起到防盗的作用，并且可以实时看到果园的内景，便于完善管理。   

所述传感器1包括空气温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、风速传感器、风向传感器、雨量传感器、二氧化碳传感器、光照传感器。

图2是本实用新型果园信息采集器的结构框图。

所述果园信息采集器2包括：

处理器2-1，用于对所述当前果园信息数据进行处理、用户身份验证和果园信息采集器各组成部分相应功能的控制及协调。

存储模块2-2，用于存储经处理后的当前果园信息数据、用户身份信息和果园产品信息；

复位电路2-3，用于完成果园信息采集器（2）上电复位以及工作时按照用户指令复位；

实时时钟2-4，用于生成系统时间，为所述果园信息采集器（2）提供工作时序和时钟基准；

GPRS模块2-6，用于实现所述果园信息采集器2与所述果园数据服务器3之间的通信，对经处理后的果园数据信息进行远程发布。

所述果园信息采集器2还包括键盘2-5和液晶屏2-9，分别与所述处理器2-1连接。

所述键盘包括“0~9”数字键、“.”、“退格”、“确定”、“取消”、“设置”和“复位”共计16个按键。

所述液晶屏采用了一块TFT屏，分辨率为160Ｘ128,接口与传统16管脚的1602液晶屏完全兼容，内部自带控制器。

所述果园信息采集器2还包括电源模块2-7与所述处理器2-1连接，用于对处理器2-1和GPRS模块2-6供电。

所述电源模块2-7包括开关电源2-71、太阳能电池板2-72和蓄电池2-73、市电2-74。太阳能电池板2-72、蓄电池2-73和市电2-74分别与开关电源2-71连接。

所述果园信息采集器2还设有RS232通信接口2-10，与所述处理器2-1连接，处理器的串行接口与所述RS232通信接口之间接有串行口通信电平转换电路。

所述的处理器2-1为MSP430F149，有60KB程序存储器，2KB数据存储器，2个USART接口；8MHz外接晶体振荡器。

所述传感器接口模块2-11所述处理器2-1及所述传感器1分别连接，用于接收当前果园环境信息数据。

所述用户4包括WEB浏览，WAP浏览，短信浏览。

图3是本实用新型果园生态环境系统功能流程图。GPRS模块主要实现果园信息采集器与果园数据服务器的通信，负责接收上位机发来的采集命令给采集端，以及把汇集到总结点的采集数据传回到服务器数据库中。

图4是本实用新型果园信息采集器的工作流程图。当传感器节点通电之后，先初始化，系统进入低功耗模式，当传感器收到采集数据请求时，节点被唤醒，开始采集数据，确认采集到后，将数据进行简单的处理、储存，并在设定的时间内．尝试把数据发送出去，当成功发送后，则回到低功耗模式。

图5是本实用新型果园信息采集器中的串行口通信电平转换电路图。

所述的电平转换芯片采用的是SP3220，它是一款低功耗的RS232驱动芯片，处于低功耗状态下，仍然可以接收数据。处理器2-1通过片内的串口实现与SP3220芯片进行接口。

处理器2-1通过一个上拉电阻将SHDN管脚拉高，使芯片一直处于工作状态。如果系统需要处于低功耗状态，也可以通过单片机来控制该管脚，工作的时候将该管教设置为低电平，需要处于低功耗的时候将该管脚设置为高电平，这样很容易实现控制。在管脚C1+、C1-、C2+、C2-、V+和V-处分别放置0.1uF的电容实现充电作用，以满足相应的充电的要求。管脚T1OUT、T1IN、R1OUT和R1IN分别是RS232转换的输入输出脚，实现接口电平的转换。为了减小输入端受到的干扰，在芯片的电源输入管脚处加一个0.1uF的电容来实现滤波。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于无线传感器网络的果园生态环境远程监控和管理装置，包括传感器（1）、果园信息采集器（2）、果园数据服务器（3）、用户（4），其特征在于传感器（1）、果园信息采集器（2）、果园数据服务器（3）和用户（4）依次连接，果园信息采集器（2）连接用户（4），传感器（1）用于获取当前的果园环境信息数据，并将数据发送给果园信息采集器（2）；果园信息采集器（2）与传感器（1）相连，果园信息采集器（2）采集果园环境的数据并与果园数据服务器（3）进行通信，完成果园环境数据的传输；果园数据服务器（3）与果园信息采集器（2）相连，完成数据的存储，用户（4）既可以通过果园数据服务器（3）获取经处理后的果园环境信息，又可直接访问果园信息采集器（2）获取经处理后的果园环境信息，所述果园内均匀分布有洒水管道，洒水管道的开关阀连接果园信息采集器，果园信息采集器还连接喇叭和摄像头，喇叭和摄像头均匀分布在果园的四周，所述摄像头带有夜视功能，所述洒水管道的开关阀分别连接进水管和营养液管进行切换喷洒。

2.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的果园生态环境远程监控和管理装置，其特征在于，所述传感器（1）包括空气温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、风速传感器、风向传感器、雨量传感器、二氧化碳传感器和光照传感器。

3.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的果园生态环境远程监控和管理装置，其特征在于，所述果园信息采集器（2）包括：处理器（2-1）、存储模块（2-2）、复位电路（2-3）、实时时钟（2-4）、键盘（2-5）、GPRS模块（2-6）、电源模块（2-7）、USB模块（2-8）、液晶屏（2-9）、RS232通信模块（2-10）、传感器接口模块（2-11），处理器（2-1）分别连接存储模块（2-2）、复位电路（2-3）、实时时钟（2-4）、键盘（2-5）、GPRS模块（2-6）、电源模块（2-7）、USB模块（2-8）、液晶屏（2-9）、RS232通信模块（2-10）和传感器接口模块（2-11），所述GPRS模块（2-6）连接电源模块（2-7）；

处理器（2-1），用于对所述当前果园信息数据进行处理、用户身份验证和果园信息采集器各组成部分相应功能的控制及协调；

存储模块（2-2），用于存储经处理后的当前果园信息数据、用户身份信息和果园产品信息；

复位电路（2-3），用于完成果园信息采集器（2）上电复位以及工作时按照用户指令复位；

实时时钟（2-4），用于生成系统时间，为所述果园信息采集器（2）提供工作时序和时钟基准；

GPRS模块（2-6），用于实现所述果园信息采集器（2）与所述果园数据服务器（3）之间的通信，对经处理后的果园数据信息进行远程发布。

4.根据权利要求3所述的一种基于无线传感器网络的果园生态环境远程监控和管理装置，其特征在于，所述键盘包括“0~9”数字键、“.”、“退格”、“确定”、“取消”、“设置”和“复位”共计16个按键。

5.根据权利要求3所述的一种基于无线传感器网络的果园生态环境远程监控和管理装置，其特征在于，所述果园信息采集器（2）还设有RS232通信接口（2-10），与所述处理器（2-1）连接，处理器的串行接口与所述RS232通信接口之间接有串行口通信电平转换电路。

6.根据权利要求3所述的一种基于无线传感器网络的果园生态环境远程监控和管理装置，其特征在于，所述的处理器（2-1）为MSP430F149，有60KB程序存储器，2KB数据存储器，2个USART接口；8MHz外接晶体振荡器。

7.根据权利要求3所述的一种基于无线传感器网络的果园生态环境远程监控和管理装置，其特征在于，所述传感器接口模块（2-11）所述处理器（2-1）及所述传感器（1）分别连接，用于接收当前果园环境信息数据。

8.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的果园生态环境远程监控和管理装置，其特征在于：所述用户（4）包括WEB浏览，WAP浏览，短信浏览。

9.根据权利要求3所述的一种基于无线传感器网络的果园生态环境远程监控和管理装置，其特征在于所述电源模块（2-7）包括开关电源（2-71）、太阳能电池板（2-72）、蓄电池（2-73）、市电（2-74），太阳能电池板（2-72）、蓄电池（2-73）、市电（2-74）分别连接开关电源（2-71）。