CN205283608U - 一种基于ZigBee无线传感器网络的农业环境监测系统 - Google Patents
一种基于ZigBee无线传感器网络的农业环境监测系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种基于ZigBee无线传感器网络的农业环境监测系统，其包括传感器节点、无线通信模块、基站、远程监控中心、报警模块，传感器节点通过无线通信模块相互连接，基站与传感器节点连接，基站通过GPRS与远程监控中心连接，远程监控中心与报警模块连接，传感器节点包括数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块、电源管理模块，基站包括无线通信模块、数据处理模块、USB数据存储器、LCD显示模块、电源管理模块，设备系统结构简单，可靠性强，故障发生率和误报警率低，安装及维护成本低，灵活性和扩展性能好，可实现对土壤、水、光照等信息的实时和精确测量，降低农业管理量，提高农业管理的网络化、智能化水平，有非常好的实用价值。
Description
【技术领域】
本实用新型涉及农业监测系统技术领域，具体的说是一种基于ZigBee无线传感器网络的农业环境监测系统。
【背景技术】
设施农业是指借助温室及其配套装置来调节和控制作物的生长环境，是一种农业摆脱自然制约的有效手段之一，近年来，以色列、荷兰等在设施农业上的研究和生产方面已经达到了很高的水平，在我国，以塑料大棚和温室为主体的设施农业也正在迅速发展，但与国外相比，我国的设施农业普遍存在科技含量低、劳动强度大、生产水平和效益低下等缺点，因此，迫切需要对技术进行改进，以提高我国设施农业的整体水平，而信息技术在农业领域中的应用是提高设施农业科技水平不可或缺的重要环节，将低成本、高效率、智能化的设备应用于农业信息采集，用信息技术来改造传统农业，可推动中国农业向实质意义上的“工厂化、现代化”方向持续快速的发展。
目前，传统的基于有线通信系统的农业环境监测系统存在以下不足之处：一是有线通信技术虽具有设备操作性好、抗干扰能力强等优点，但是实际的应用环境潮湿、高温、土壤及空气具有较高的酸碱性，极易导致通信电缆的老化，从而降低系统的可靠性，故障发生率和误报警率较高；二是农业领域的数据采集大多是在广阔的空间内进行的，在实际的农业生产应用中，需要密布传感器节点，才能实现对监测区域的有效覆盖，导致农业设施内部的线缆纵横交错，灵活性和扩展性能差，系统安装及维护成本高。
因此，为克服上述技术的不足而设计出可以近距离无线连接、设备可靠性强、故障发生率和误报率低、灵活性和扩展性能好，且能提高农业管理的网络化和智能化水平的一种基于ZigBee无线传感器网络的农业环境监测系统，正是发明人所要解决的问题。
【实用新型内容】
针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种基于ZigBee无线传感器网络的农业环境监测系统，其结构简单，设备系统可靠性强，故障发生率和误报警率降低，系统安装及维护成本低，灵活性和扩展性能好，可实现对土壤、水、肥、光照等信息的实时和精确测量，降低农业管理量，提高农业管理的网络化、智能化水平，有非常好的实用价值。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于ZigBee无线传感器网络的农业环境监测系统，其包括ZigBee传感器节点、无线通信模块、基站、GPRS模块、远程监控中心、报警模块，所述ZigBee传感器节点通过无线通信模块相互连接，所述基站与传感器节点连接，所述基站通过GPRS模块与远程监控中心连接，所述远程监控中心与报警模块连接。
进一步，所述ZigBee传感器节点包括数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块、电源管理模块，所述数据采集模块包括空气湿度传感器、土壤湿度传感器、光照强度传感器、CO2浓度传感器、A/D转换器，所述数据处理模块包括存储器、微处理器、嵌入式操作系统，所述无线通信模块包括无线射频模块，所述数据采集模块与数据处理模块连接，所述数据处理模块与无线通信模块连接，所述电源管理模块分别与数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块连接。
进一步，所述基站包括无线通信模块、数据处理模块、USB数据存储器、LCD显示模块、电源管理模块，所述数据处理模块包括微处理器、嵌入式操作系统，所述无线通信模块包括GPRS模块、无线射频模块，所述USB数据存储器、LCD显示模块分别与数据处理模块连接，所述数据处理模块与无线通信模块连接。
进一步，所述电源管理模块的电池为2节AA充电电池。
本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型通过采用USB存储方式，具有容量大、可扩展、热插拔的优点。
2、本实用新型ZigBee传感器节点通过采用ZigBee技术，可以近距离无线连接，避免线缆纵横交错，具有低复杂度、低功耗、低成本的特点，随时随地获取农业环境信息，实现对土壤、水、肥、光照等信息的实时和精确测量，提高农业管理的网络化、智能化水平。
3、本实用新型ZigBee传感器节点的电池采用2节AA充电电池供电，相比于采用太阳能电池供电，更有利于保持节点的体积较小，且不受天气、光照的影响，充电电池一般可工作180d左右，在电池进入低电量的状态时还可发出低电量信号，提醒工作人员进行充电，环保且维护方便。
【附图说明】
图1是本实用新型结构示意图。
图2是本实用新型ZigBee传感器节点结构示意图。
图3是本实用新型基站硬件结构示意图。
附图标记说明：1-监测区域；2-传感器节点；3-无线通信模块；4-基站；5-GPRS模块；6-远程监控中心；7-报警模块；8-短信报警模块；9-声光报警模块；10-空气湿度传感器；11-土壤湿度传感器；12-光照强度传感器；13-CO2浓度传感器；14-A/D转换器；15-数据采集模块；16存储器；17-微处理器；18-嵌入式操作系统；19-数据处理模块；20-无线射频模块；21-电源管理模块；22-USB数据存储器；23-LCD显示模块。
【具体实施方式】
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型，应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落在申请所附权利要求书所限定的范围。
参见图1为本实用新型结构示意图，一种基于ZigBee无线传感器网络的农业环境监测系统，其包括ZigBee传感器节点2、无线通信模块3、基站4、GPRS模块5、远程监控中心6、报警模块7，ZigBee传感器节点2通过无线通信模块3相互连接，基站4与传感器节点2连接，基站4通过GPRS模块5与远程监控中心6连接，远程监控中心6与报警模块7连接。
布设在大棚或温室中的ZigBee传感器节点实时采集农作物生长所需的空气温度、湿度，土壤温度、湿度，光照强度，CO2浓度等参数，并通过ZigBee短程无线通信技术实现数据的传输，所有节点数据传输到基站，由基站将处理得到的数据进行TCP/IP封装，通过GPRS无线通信传输方式发送到远程监控中心，监控中心接收数据进行分析及显示，并可进行参数设置，一旦环境参数超出设置值，便可进行声光报警或短信报警，研究人员利用手机或远程计算机就可以实时掌握农作物现场的环境状态信息。
参见图2是本实用新型ZigBee传感器节点结构示意图，ZigBee传感器节点包括数据采集模块15、数据处理模块19、无线通信模块3、电源管理模块21，数据采集模块15包括空气湿度传感器10、土壤湿度传感器11、光照强度传感器12、CO2浓度传感器13、A/D转换器14，数据处理模块15包括存储器16、微处理器17、嵌入式操作系统18，无线通信模块3包括无线射频模块20，数据采集模块15与数据处理模块19连接，数据处理模块19与无线通信模块3连接，电源管理模块21分别与数据采集模块15、数据处理模块19、无线通信模块连接3。
ZigBee传感器节点的数据采集模块负责监控区域内信息的采集，并将其转换为数字信号。为了便于研究作物的生长规律与环境因素之间的关系，环境监测系统需要对设施内的空气温、湿度，土壤温、湿度，光照度，CO2浓度等进行远程、实时、自动监测，数据处理模块是传感器节点的核心部件，负责数据的存储与处理、系统任务调度、执行通信协议等工作，无线通信模块负责传感器节点间、节点与基站之间的通信，以及传感器节点之间交互控制信息和收发所采集的数据，在功耗方面，传感器节点的电池采用2节AA充电电池供电，相比于采用太阳能电池供电，有利于保持节点的体积较小，且不受天气、光照的影响，充电电池一般可工作180d左右，在电池进入低电量的状态时还可发出低电量信号，提醒工作人员进行充电，环保且维护方便。
参见图3是本实用新型基站硬件结构示意图，基站包括无线通信模块3、数据处理模块19、USB数据存储器22、LCD显示模块23、电源管理模块21，数据处理模块19包括微处理器17、嵌入式操作系统18，无线通信模块3包括GPRS模块5、无线射频模块20，USB数据存储器22、LCD显示模块23分别与数据处理模块19连接，数据处理模块19与无线通信模块3连接。
ZigBee传感器节点自组成网后，基站与ZigBee传感器节点利用ZigBee协议通信，由基站向传感器节点发送数据、查询请求，在周期性地接收到来自ZigBee网络的现场信息后，除了根据相应的网络控制算法完成数据本地融合、参数比较、控制命令产生和发送以及设备故障分析等相关工作以外，基站还会定时将数据自动存储到USB设备中，并可以根据用户需求在LCD液晶屏幕上显示相关的信息，同时，基站还要将关键数据信息进行TCP/IP封装，通过GPRS通信传输方式发往远程监控中心。
本实用新型不依赖大量的信号传输线和动力线，可实现信息采集节点的自动部署、自组织传输，实现对农业环境信息的实时动态采集、传输、显示和存储，可靠性强，故障发生率和误报警率降低，将其应用于设施农业，能够很好地解决传统温室、大棚监控系统的缺陷，使人们可随时随地获取农业环境信息，实现对农业环境的远程、实时和精准监测，降低农业管理量，提高农业管理的网络化、智能化水平，另外，该系统还具有低功耗、低成本、操作性好、扩展灵活等优点，能实现对监测区域的全覆盖监测。
Claims (4)
1.一种基于ZigBee无线传感器网络的农业环境监测系统，其特征在于：其包括ZigBee传感器节点、无线通信模块、基站、GPRS模块、远程监控中心、报警模块，所述ZigBee传感器节点通过无线通信模块相互连接，所述基站与传感器节点连接，所述基站通过GPRS模块与远程监控中心连接，所述远程监控中心与报警模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee无线传感器网络的农业环境监测系统，其特征在于：所述ZigBee传感器节点包括数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块、电源管理模块，所述数据采集模块包括空气湿度传感器、土壤湿度传感器、光照强度传感器、CO2浓度传感器、A/D转换器，所述数据处理模块包括存储器、微处理器、嵌入式操作系统，所述无线通信模块包括无线射频模块，所述数据采集模块与数据处理模块连接，所述数据处理模块与无线通信模块连接，所述电源管理模块分别与数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee无线传感器网络的农业环境监测系统，其特征在于：所述基站包括无线通信模块、数据处理模块、USB数据存储器、LCD显示模块、电源管理模块，所述数据处理模块包括微处理器、嵌入式操作系统，所述无线通信模块包括GPRS模块、无线射频模块，所述USB数据存储器、LCD显示模块分别与数据处理模块连接，所述数据处理模块与无线通信模块连接。
4.根据权利要求2所述的一种基于ZigBee无线传感器网络的农业环境监测系统，其特征在于：所述电源管理模块的电池为2节AA充电电池。
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|---|---|---|---|
| CN201520997003.7U CN205283608U (zh) | 2015-11-28 | 2015-11-28 | 一种基于ZigBee无线传感器网络的农业环境监测系统 |
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