CN204479103U - 一种用于检测茶叶种植土壤环境参数的传感器节点 - Google Patents
一种用于检测茶叶种植土壤环境参数的传感器节点 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种用于检测茶叶种植土壤环境参数的传感器节点，该节点由控制模块、设置模块、土壤酸碱度检测模块、土壤温湿度检测模块、GPRS模块、灯光指示模块、显示模块、供电模块组成；该节点既能独立完成茶叶种植土壤酸碱度及温湿度的自动检测与显示、异常状态指示及GPRS数据传输等功能，还可实现2.4G ZigBee无线传感器网络组网监测功能，具有数据采集模式、节点工作模式、GPRS功能等的手动选择设置功能；采用太阳能与蓄电池相结合的供电模式，利用太阳能为蓄电池充电，蓄电池输出经多路DC-DC变换后为各用电单元提供所需工作电源；节点功能全面、操作使用方便，可实现茶叶种植土壤环境参数的自动精准检测，对于促进茶叶种植环境监测的自动化、精细化具有重要意义。
Description
技术领域
本实用新型属于农业环境检测装置领域，具体涉及一种用于检测茶叶种植土壤环境参数的传感器节点。
背景技术
茶叶种植过程中，土壤的温度、湿度及酸碱度等对茶树生长和茶叶品质有重要影响，及时准确地获取土壤环境参数变化，并有针对性的采取调节措施,是有效维护茶树健康生长、保证茶叶高产、提高茶叶品质的重要保障。传统的茶叶种植过程中，茶农主要依靠长期积累的种植经验，通过观察茶树生长状态来分析判定土壤环境是否符合茶树的生长要求，这种方式工作效率低，人力成本投入高，分析过程受人为因素影响大，难以获得精确的分析结果。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于检测茶叶种植土壤环境参数的传感器节点，该节点既能以单节点方式独立完成茶叶种植土壤酸碱度及温湿度的自动检测、数据显示、异常状态告警指示、GPRS数据传输等功能，还可实现基于2.4G ZigBee技术的无线传感器网络组网监测功能，具有定时/实时数据采集模式、协调器/终端节点模式、启动/停止GPRS功能等的手动选择设置功能；采用太阳能与蓄电池相结合的供电模式，利用太阳能为蓄电池充电，蓄电池输出经多路DC-DC变换后为各用电单元提供所需工作电源；节点功能全面、操作使用方便，可实现茶叶种植土壤环境参数的自动精准检测，对于促进茶叶种植环境监测的自动化、精细化具有重要意义。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种用于检测茶叶种植土壤环境参数的传感器节点，其特征在于：包括控制模块、设置模块、土壤酸碱度检测模块、土壤温湿度检测模块、GPRS模块、灯光指示模块、显示模块、供电模块，所述控制模块由CC2530模块、射频功率放大及天线组成，所述供电模块由太阳能电池板，充电控制模块、蓄电池、多路输出电压转换模块组成； 所述设置模块与控制模块中CC2530模块的信号输入端相连，所述土壤酸碱度检测模块与控制模块中CC2530模块的一个ADC信号输入端相连，所述土壤温湿度检测模块与控制模块中CC2530模块的信号输入端相连，所述GPRS模块与控制模块中CC2530模块的I/O端口相连，所述灯光指示模块与控制模块中CC2530模块的信号输出端口相连，所述显示模块与控制模块中CC2530模块的信号输出端口相连；所述控制模块中的CC2530模块的射频收发端口连接有射频功率放大，射频功率放大的信号收发端口与天线相连；所述供电模块中太阳能电池板的电源输出端与充电控制模块的输入端相连，充电控制模块输出端与蓄电池的电源端相连，蓄电池的电源输出端与多路输出电压转换模块相连。
上述一种用于检测茶叶种植土壤环境参数的传感器节点，其特征在于：所述控制模块中的CC2530模块以ZigBee射频芯片CC2530-F256为核心，片上集成高性能低功耗8051内核，具有8路输入和可配置分辨率的12位ADC，2个支持多种串行通信协议的USART，21个通用I/O端口；所述射频功率放大为2.4GHz射频前端CC2591，其最高输出功率可达22dBm；所述天线为2.4Ghz全向天线。
上述一种用于检测茶叶种植土壤环境参数的传感器节点，其特征在于：所述设置模块为4*4矩阵键盘。
上述一种用于检测茶叶种植土壤环境参数的传感器节点，其特征在于：所述土壤酸碱度检测模块由土壤pH值检测电极及信号调理电路组成；所述土壤温湿度检测模块是以数字式温湿度检测传感器SHT10为核心的土壤温湿度检测探头。
上述一种用于检测茶叶种植土壤环境参数的传感器节点，其特征在于：所述GPRS模块为双频GSM/GPRS模块SIM900。
上述一种用于检测茶叶种植土壤环境参数的传感器节点，其特征在于：所述显示模块为液晶显示模块LCD12864。
上述一种用于检测茶叶种植土壤环境参数的传感器节点，其特征在于：所述灯光指示模块为三个红绿双色LED发光二极管，分别用于指示土壤酸碱度、温度、湿度检测状态，绿色指示正常状态，红色指示异常状态。
上述一种用于检测茶叶种植土壤环境参数的传感器节点，其特征在于：所述太阳能电池板为18V/10W多晶硅太阳能光伏电池板，所述充电控制模块为12V蓄电池专用太阳能充电控制器；所 述蓄电池为12V/2.6AH铅酸蓄电池；所述多路输出电压转换模块由三路DC-DC变换电路组成，将12V蓄电池输出分别转换为5V、3.3V和一路电压范围在0-15V可调的电源。
本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型既能独立完成茶园土壤酸碱度及温湿度等参数的自动检测分析、数据显示、异常状态灯光告警及基于GPRS的远程数据传输功能，同时还具有基于2.4Ghz射频通信的ZigBee无线传感器网络组网功能,能够以无线传感器网络方式完成茶叶种植土壤环境参数的检测与分析功能，功能全面、适用性强。
2、本实用新型中的节点模式、数据采集模式、阈值设定、GPRS功能等均由用户根据实际需要手动选择设置，操作使用方便。
3、本实用新型的供电系统采用太阳能电池板和蓄电池相结合的模式，利用太阳能电池为蓄电池充电，利用多路DC-DC变换将蓄电池输出转换为5V、3.3V和0-15V可调电源，供电过程无需人工干预，可为系统提供长期稳定的工作电源供给。
综上所述，本实用新型功能全面、操作使用方便，自动化程度高，可对茶叶种植土壤环境中的酸碱度、温湿度等参数实现持续精准检测，适于在一般的茶叶种植园区中推广使用。
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原理框图。
图2为本实用新型中控制模块原理框图。
图3为本实用新型中供电模块原理框图。
附图标记说明:
1—控制模块；2—设置模块；3—土壤酸碱度检测模块；4—土壤温湿度检测模块；5—GPRS模块；6—灯光指示模块；7—显示模块；8—供电模块；
1-1—CC2530模块；1-2—射频功率放大；1-3—天线；
8-1—太阳能电池板；8-2—充电控制模块；8-3—蓄电池；8-4—多路输出电压转换模块。
具体实施方式
如图所示的一种用于检测茶叶种植土壤环境参数的传感器节 点，由控制模块(1)、设置模块(2)、土壤酸碱度检测模块(3)、土壤温湿度检测模块(4)、GPRS模块(5)、灯光指示模块(6)、显示模块(7)、供电模块(8)组成；所述控制模块(1)由CC2530模块(1-1)、射频功率放大(1-2)、天线(1-3)组成；所述供电模块(8)由太阳能电池板(8-1)、充电控制模块(8-2)、蓄电池(8-3)、多路输出电压转换模块(8-4)组成；所述设置模块(2)与控制模块(1)中CC2530模块(1-1)的信号输入端相连，所述土壤酸碱度检测模块(3)与控制模块(1)中CC2530模块(1-1)的一个ADC信号输入端相连，所述土壤温湿度检测模块(4)与控制模块(1)中CC2530模块(1-1)的信号输入端相连，所述GPRS模块(5)与控制模块(1)中CC2530模块(1-1)的I/O端口相连，所述灯光指示模块(6)与控制模块(1)中CC2530模块(1-1)的信号输出端口相连，所述显示模块(7)与控制模块(1)中CC2530模块(1-1)的信号输出端口相连；所述控制模块(1)中的CC2530模块(1-1)射频收发端口连接有射频功率放大(1-2)，射频功率放大(1-2)的信号收发端口与天线(1-3)相连；所述供电模块(8)中太阳能电池板(8-1)的电源输出端与充电控制模块(8-2)的输入端相连，充电控制模块(8-2)输出端与蓄电池(8-3)的电源端相连，蓄电池(8-3)的电源输出端与多路输出电压转换模块(8-4)相连，利用多路输出电压转换模块(8-4)将蓄电池12V输出转换为5V、3.3V和一路0-15V可调输出电源，为节点各用电单元所需要的工作电源。
本实施例中,所述控制模块(1)中的CC2530模块(1-1)以ZigBee射频芯片CC2530-F256为核心，片上集成高性能低功耗8051内核，具有8路输入和可配置分辨率的12位ADC，2个支持多种串行通信协议的USART，21个通用I/O接口；所述射频功率放大(1-2)为2.4GHz射频前端CC2591，最高输出功率可达22dBm；所述天线(1-3)为2.4Ghz全向天线；所述设置模块(2)为4*4矩阵键盘；所述土壤酸碱度检测模块(3)由土壤pH值检测电极及信号调理电路组成；所述土壤温湿度检测模块(4)是以数字式温湿度检测传感器SHT10为核心的土壤温湿度检测探头；所述GPRS模块(5)为双频GSM/GPRS模块SIM900；所述灯光指示模块(6)由三个红绿双色LED发光二极管组成，分别用于指示土壤酸碱度、温度、湿度检测状态，绿色指示正常状态，红色指示异常状态；所述显示模块(7)为液晶显示模块LCD12864；所述供电模块(8)中太阳能电池板(8-1)为18V/10W多晶硅太阳能光伏电池板，所述充电控制模块(8-2)为12V蓄电池专用太阳能充电控制器；所述蓄电池 (8-3)为12V/2.6AH铅酸蓄电池；所述多路输出电压转换模块(8-4)由三路DC-DC变换电路组成，将12V蓄电池输出分别转换为5V、3.3V和一路电压范围在0-15V可调的电源。
使用时，首先由用户按照测量要求，将土壤酸碱度检测模块(3)和土壤温湿度检测模块(4)中的传感器模块埋置于茶园土壤中，系统上电后，利用设置模块(2)设置节点工作模式、数据采集模式、启动/停止GPRS通信功能及阈值等；节点工作模式分为单点模式和组网模式，数据采集模式分为定时采集和实时采集两种，由用户根据实际需要选择设置。若节点工作模式设置为单点模式，则节点按照设定的数据采集模式，利用土壤酸碱度检测模块(3)、土壤温湿度检测模块(4)采集土壤酸碱度及温湿度信息，利用控制模块(1)分析处理采集数据，利用灯光指示模块(6)指示检测数据状态，利用显示模块(7)显示检测数据，若已启动GPRS通信功能，则控制模块(1)还要控制GPRS模块(5)将检测数据发送至设定的远程终端，此状态下，控制模块(1)中的射频收发功能不工作，以减小节点能量消耗；若节点工作模式设置为组网模式，还需要进一步设置节点类型，节点类型分为协调器和终端节点两种，当设置为协调器时，节点不采集数据，控制模块(1)不再读取土壤酸碱度检测模块(3)、土壤温湿度检测模块(4)的检测数据，且灯光指示模块(6)和显示模块(7)处于禁用状态，仅由控制模块(1)利用其射频收发功能完成组网及数据收发功能，此模式下，GPRS通信功能默认启动，控制模块(1)利用控制指令控制GPRS模块(5)建立协调器与远程数据终端之间的通信连接，并将协调器接收数据发送至远程终端；若节点模式设置为终端节点，同时设定数据采集模式后，节点先执行入网操作，待成功加入网络后，按照设定的数据采集模式开始工作，利用土壤酸碱度检测模块(3)和土壤温湿度检测模块(4)采集土壤酸碱度及温湿度信息，由控制模块(1)完成数据分析，利用灯光指示模块(6)指示检测数据状态，利用显示模块(7)显示检测数据，控制模块(1)中的CC2530模块(1-1)在完成数据调制后经射频功率放大(1-2)及天线(1-3)将调制后的数据发送至协调器，此状态下，GPRS通信功能处于禁用状态。
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换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (4)
1.一种用于检测茶叶种植土壤环境参数的传感器节点，其特征在于：由控制模块(1)、设置模块(2)、土壤酸碱度检测模块(3)、土壤温湿度检测模块(4)、GPRS模块(5)、灯光指示模块(6)、显示模块(7)、供电模块(8)组成；所述控制模块(1)由CC2530模块(1-1)、射频功率放大(1-2)、天线(1-3)组成；所述供电模块(8)由太阳能电池板(8-1)、充电控制模块(8-2)、蓄电池(8-3)、多路输出电压转换模块(8-4)组成；所述设置模块(2)与控制模块(1)中CC2530模块(1-1)的信号输入端相连，所述土壤酸碱度检测模块(3)与控制模块(1)中CC2530模块(1-1)的一个ADC信号输入端相连，所述土壤温湿度检测模块(4)与控制模块(1)中CC2530模块(1-1)的信号输入端相连，所述GPRS模块(5)与控制模块(1)中CC2530模块(1-1)的I/O端口相连，所述灯光指示模块(6)与控制模块(1)中CC2530模块(1-1)的信号输出端口相连，所述显示模块(7)与控制模块(1)中CC2530模块(1-1)的信号输出端口相连；所述控制模块(1)中CC2530模块(1-1)射频收发端口连接有射频功率放大(1-2)，射频功率放大(1-2)的信号收发端口与天线(1-3)相连；所述供电模块(8)中太阳能电池板(8-1)的电源输出端与充电控制模块(8-2)的输入端相连，充电控制模块(8-2)输出端与蓄电池(8-3)的电源端相连，蓄电池(8-3)的电源输出端与多路输出电压转换模块(8-4)相连。
2.如权利要求1所述一种用于检测茶叶种植土壤环境参数的传感器节点，其特征在于：所述控制模块(1)中的CC2530模块(1-1)以ZigBee射频芯片CC2530-F256为核心，片上集成高性能低功耗8051内核，具有8路输入和可配置分辨率的12位ADC，2个支持多种串行通信协议的USART，21个通用I/O引脚；所述射频功率放大(1-2)为2.4GHz射频前端CC2591，最高输出功率可达22dBm；所述天线(1-3)为2.4Ghz全向天线。
3.如权利要求1所述一种用于检测茶叶种植土壤环境参数的传感器节点，其特征在于：所述设置模块(2)为4*4矩阵键盘；所述土壤酸碱度检测模块(3)由土壤pH值检测电极及信号调理电路组成；所述土壤温湿度检测模块(4)是以数字式温湿度检测传感器SHT10为核心的土壤温湿度检测探头；所述GPRS模块(5)为双频GSM/GPRS模块SIM900；所述灯光指示模块(6)为三个红绿双色LED发光二极管，分别用于指示土壤酸碱度、温度、湿度检测状 态，绿色指示正常状态，红色指示异常状态；所述显示模块(7)为液晶显示模块LCD12864。
4.如权利要求1所述一种用于检测茶叶种植土壤环境参数的传感器节点，其特征在于：所述供电模块(8)中太阳能电池板(8-1)为18V/10W多晶硅太阳能光伏电池板；所述充电控制模块(8-2)为12V蓄电池专用太阳能充电控制器；所述蓄电池(8-3)为12V/2.6AH铅酸蓄电池；所述多路输出电压转换模块(8-4)由三路DC-DC变换电路组成，将12V蓄电池输出分别转换为5V、3.3V和一路电压范围在0-15V可调的电源。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107171427A (zh) * | 2017-06-21 | 2017-09-15 | 江南大学 | 一种用于土壤温湿度传感器的温差发电与蓄电池互补供电装置 |
| CN109673388A (zh) * | 2019-01-24 | 2019-04-26 | 广西民族师范学院 | 一种羊肚菌培养料及其智能检测系统 |
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2015
- 2015-04-07 CN CN201520204002.2U patent/CN204479103U/zh not_active Expired - Fee Related
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| GR01 | Patent grant | ||
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