CN204559629U - 基于6LoWPAN无线传感器网络的农田环境监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于6LoWPAN无线传感器网络的农田环境监测系统，包括用于数据处理和数据传送控制的处理器模块，用于信息采集的农田环境传感器模块，用于接收传感器模块数据的无线通信模块，以及用于提供工作电源的电源模块；所述处理器模块分别与无线通信模块和传感器模块连接；所述电源模块分别与处理器模块、无线通信模块和农田环境传感器模块连接。本实用新型基于6LoWPAN无线传感器网络的农田环境监测系统具有体积小、工作稳定、低功耗、传输距离远以及可靠性强等优点。

Description

基于6LoWPAN无线传感器网络的农田环境监测系统

技术领域

本实用新型涉及基于IPv6的无线传感器网络技术领域，特别涉及一种基于6LoWPAN无线传感器网络的农田环境监测系统。

背景技术

随着耕地面积的不断减少、人口的不断增加，对农产品产量和质量的要求不断提高，农田环境难以实时监测与控制，农产品的质量安全问题日益突出，已经成为制约我国农业健康发展的瓶颈。因此，在国家大力推进农业信息化及现代化之际，以及时掌握农田信息为目的，构建一个基于6LoWPAN无线传感网的农田环境监测系统显得尤为重要，这将为精准农业作业提供重要支撑。基于6LoWPAN的无线传感器网络技术是国内外公认的最具发展前景的高新技术领域之一，为满足农田环境信息采集中各种需求，研究人员结合不同的监测需求，设计了多种专用的无线传感器网络监测系统与传感器节点。但目前对于农田环境监测，大部分系统采用ZigBee固化通信协议，由于受限于该协议，难以针对特定环境的节点分布进行有效组网并实现稳定传输，更有部分系统受通信模块限制，节点间稳定通信距离仅为50m左右。其次，在应用无线传感网获取农田环境信息时，无线电信号传输过程中受农田分布、山体障碍物等众多因素的共同影响。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于6LoWPAN无线传感器网络的农田环境监测系统。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

基于6LoWPAN无线传感器网络的农田环境监测系统，包括用于数据处理和数据传送控制的处理器模块，用于信息采集的农田环境传感器模块，用于接收传感器模块数据的无线通信模块，以及用于提供工作电源的电源模块；所述处理器模块分别与无线通信模块和传感器模块连接；所述电源模块分别与处理器模块、无线通信模块和农田环境传感器模块连接。

优选的，所述处理器模块核心控制芯片采用STM32F103RCT6微处理器。

优选的，所述农田环境传感器模块包括土壤湿度传感器、土壤含水量传感器、太阳辐射传感器以及环境温度湿度传感器；土壤湿度传感器、土壤含水量传感器、太阳辐射传感器、环境温度湿度传感器均与处理器模块连接。

优选的，所述土壤湿度传感器为ES1100土壤湿度传感器，所述土壤含水量传感器为ES1110土壤含水量传感器，所述太阳辐射传感器为ES1401太阳辐射传感器，所述环境温度湿度传感器为ES1201环境温度湿度传感器。

优选的，所述电源模块包括供电电源和直流稳压芯片，所述直流稳压芯片为AS1117芯片。

优选的，所述无线通信模块采用nRF2401无线通信芯片。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本实用新型基于6LoWPAN无线传感器网络的农田环境监测系统在空旷地带最大有效通信距离达到300m，在休眠状态下的电流消耗仅为30μA，且网络丢包率为2.34％。

2、本实用新型基于6LoWPAN无线传感器网络的农田环境监测系统具有体积小、工作稳定、低功耗、传输距离远以及可靠性强等优点。

附图说明

图1是本实用新型农田环境监测系统的数据传送图；

图2是本实用新型农田环境监测系统的结构示意图；

图3是本实用新型农田环境监测系统的无线通信模块的电路原理图；

图4是本实用新型农田环境监测系统的电源模块直流稳压芯片的电路原理图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，一种基于6LoWPAN无线传感器网络的农田环境监测系统，将IPv6协议引入无线传感网络，通过引入适配层，利用适配层的数据报头压缩/解压缩及数据分片/重组等技术将上层的IPv6网络层和下层的IEEE802.15.4MAC层进行一个无缝连接，实现IPv6数据包在IEEE 802.15.4上的传输并实现，提供了一个低功耗、高安全性的无线通信网，降低网关复杂度。

如图2所示，一种基于6LoWPAN无线传感器网络的农田环境监测系统，包括用于数据处理和数据传送控制的处理器模块，用于信息采集的农田环境传感器模块，用于接收无线传感器网络节点数据的无线通信模块以及用于提供工作电源的电源模块；所述处理器模块分别与无线通信模块和农田环境传感器模块连接；所述电源模块分别与处理器模块、无线通信模块和农田环境传感器模块连接。本实施例主要为部署在农田环境监测区域的若干采集节点，控制节点组成无线传感器网络，再由无线传感器网络进行信息采集后发送数据信息到服务器端进行实时监测。采集节点负责采集监测区域内观察者感兴趣的环境数据，例如空气温度、空气湿度，土壤湿度、土壤水分含量、太阳辐射等；控制节点负责无线接收各采集节点的数据，经过数据处理后传送给服务器端；服务器端显示屏作为数据显示设备负责农田环境监测系统的实时数据发布。

本实施例的农田环境监测系统的处理器模块以STM32F103RCT6微处理器为核心。本处理器模块具有上电自动复位及手动按键复位功能，晶体振荡电路为系统提供工作所需要的时钟信号，所有的任务调度、数据处理、功能协调、通信控制都在此模块的支持下完成。

本实施例中农田环境监测系统的无线通信模块以nRF2401无线通信芯片为核心，如图3所示。nRF2401工作电压范围1.8-3.6V，工作于2.4GHz频道，发射功率可调，自带载波监测协议。由一个完全集成的频率合成器，一个带解调器的接收器，一个功率放大器，一个晶振振荡器和一个调节器组成。发射功率为0dBm时无线传感器网络节点有效通信距离在空旷地带达到300m。

本实施例中农田环境监测系统的农田环境传感器模块由ES1100土壤湿度传感器、ES1110土壤含水量传感器、ES1401太阳辐射传感器、ES1201环境温度湿度传感器及其外围电路组成。传感器电源由继电器控制输出，当需要执行数据采集任务时，继电器导通输出电源，当节点进入休眠状态时断开继电器，关闭电源输出。

本实施例中供电电源采用双电源系统供电，供电电源采用锂电池供电。电源模块包括供电电源和直流稳压芯片，所述直流稳压芯片为AS1117芯片，如图4所示。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于6LoWPAN无线传感器网络的农田环境监测系统，其特征在于，包括用于数据处理和数据传送控制的处理器模块，用于信息采集的农田环境传感器模块，用于接收传感器模块数据的无线通信模块，以及用于提供工作电源的电源模块；所述处理器模块分别与无线通信模块和传感器模块连接；所述电源模块分别与处理器模块、无线通信模块和农田环境传感器模块连接。

2.根据权利要求1所述的基于6LoWPAN无线传感器网络的农田环境监测系统，其特征在于，所述处理器模块核心控制芯片采用STM32F103RCT6微处理器。

3.根据权利要求1所述的基于6LoWPAN无线传感器网络的农田环境监测系统，其特征在于，所述农田环境传感器模块包括土壤湿度传感器、土壤含水量传感器、太阳辐射传感器以及环境温度湿度传感器；土壤湿度传感器、土壤含水量传感器、太阳辐射传感器、环境温度湿度传感器均与处理器模块连接。

4.根据权利要求3所述的基于6LoWPAN无线传感器网络的农田环境监测系统，其特征在于，所述土壤湿度传感器为ES1100土壤湿度传感器，所述土壤含水量传感器为ES1110土壤含水量传感器，所述太阳辐射传感器为ES1401太阳辐射传感器，所述环境温度湿度传感器为ES1201环境温度湿度传感器。

5.根据权利要求1所述的基于6LoWPAN无线传感器网络的农田环境监测系统，其特征在于，所述电源模块包括供电电源和直流稳压芯片，所述直流稳压芯片为AS1117芯片。

6.根据权利要求1所述的基于6LoWPAN无线传感器网络的农田环境监测系统，其特征在于，所述无线通信模块采用nRF2401无线通信芯片。