CN205405241U - 基于能量自收集wsn节点的温室大棚环境监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开基于能量自收集WSN节点的温室大棚环境监控系统。现有装置需要人工采集和有线采集，数据量大且实效性难以保障。本实用新型包括壳体和内嵌于壳体内的硬件电路，所述的硬件电路包括硬件电路包括微能量收集电路、GSM无线信息处理单元、终端节点电路、协调器电路，其中终端节点电路包括温湿度和光照强度传感器电路。本实用新型解决了终端节点供电难、人工采集数据繁琐、投入大、安装维护工作量大、抗干扰能力差的缺陷；同时有效的弥补了功耗大、不利于长期使用、功能单一的不足。

Description

基于能量自收集WSN节点的温室大棚环境监控系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于能量自收集WSN节点的温室大棚环境监控系统。

背景技术

温室是目前农业领域重要的组成部分，也是我国农业发展的重点之一。温室是通过人为搭建的环境提供给作物一个适合生长的气候条件，使农作物在反季节生长，突破对客观自然条件的限制。温室中的温湿度和光照度在整个温室系统中占有重要部分，温湿度和光照直接影响温室中农作物的生长。目前，温室的数据采集大多通过人工和有线模式进行采集，这种采集方式的缺点也是显而易见的。人工采集的工作量相当大，采集的实效性不高，无法做到定时定点的采集。同时有线采集技术相对成熟稳定，但在投入资本以及维护方便需要耗费很大的精力物力，并且系统的可扩展性低，不利于各方面的优化。随着无线传感器网络(WSN)技术的日益成熟，现代农业中开始采用无线传感器网络技术构建温室大棚环境监测系统。与此同时，传感器终端节点是WSN系统的重要组成单元，它的工作寿命影响着整个网络的工作寿命。在大多数情况下，WSN节点为随机安放，且一般采用的是一次性电池供电，安放后电池的更换问题十分明显，往往无法更换导致节点瘫痪。同时目前的基于WSN无线传感器技术的方案还有诸多缺陷，如：频率的利用率低导致系统的不稳定，传输数据少且不稳定，信号传输的距离短等问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型采用环境能量收集技术从周围环境中源源不断地采集可用能量，让传感器终端节点具有能量自供给的能力。同时解决了信号不稳定导致的传输数据误差大以及传输数据近等缺点。传输的数据可以显示在手机移动端，方便用户进行科学的管理以及预警。

本实用新型包括壳体和内嵌于壳体内的硬件电路，所述的硬件电路包括微能量收集电路、GSM无线信息处理单元、终端节点电路、协调器电路，其中终端节点电路包括温湿度和光照强度传感器电路。微能量收集电路的输出端与终端节点电路的输入端电连接，终端节点电路的输出端与协调器电路的输入端信号连接，GSM无线信息处理单元的输入端通过串口收发端口与协调器电路的输出端信号连接。

所述的微能量收集电路为终端节点电路提供能源，包括电源管理芯片U1、太阳能电池板U2～U5、4.7V稳压管D1、额定电压3.6V的可充电池BT1、接插件J1～J3、插座P2～P6，贴片电阻R1～R14、R17～R20、陶瓷电容C1～C10、C13、超级存储电容C11、功率电感L1～L2；电源管理芯片U1的1脚与9脚、17脚、15脚、21脚、第十三陶瓷电容C13的一端连接后接地；U1的2脚与功率电感L1的一端、第五陶瓷电容C5的一端、第四陶瓷电容C4的一端、稳压管D1的一端、第四电阻R4的一端、第一电阻R1的一端连接，U1的4脚与第六陶瓷电容C6的一端连接，U1的6脚与19脚、第一陶瓷电容C1的一端、第二陶瓷电容C2的一端、第三陶瓷电容C3的一端、第二电阻R2的一端连接，U1的7脚与第五电阻R5的一端、第八电阻R8的一端连接，U1的8脚与第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的一端、第十电阻R10的一端连接，U1的10脚与第六电阻R6的另一端、第九电阻R9的一端连接，U1的11脚与第九电阻R9的另一端、第十一电阻R11的一端，U1的12脚与第十电阻R10的一端、第十二电阻R12的一端连接，U1的13脚与第七电阻R7的一端连接，U1的14脚与第二功率电感L2的一端、第七陶瓷电容C7的一端、第八陶瓷电容C8的一端、第九陶瓷电容C9的一端、第十陶瓷电容C10的一端、第二插座P2的2脚连接后作为微能量收集电路的3.3V输出端，U1的16脚与第二功率电感L2的另一端连接，U1的18脚与第十三陶瓷电容C13的另一端、可充电池BT1的一端、第十一超级电容C11的正极连接后接第三插座P3的1脚，U1的5脚接地，3脚架空；第七电阻R7的另一端与第五插座P5的1脚连接，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的另一端、第三电阻R3的一端连接，第四电阻R4的另一端与第六插座P6的2脚、第十九电阻R19的一端、第四太阳能电池板U4的一端、第一接插件J1的2脚连接，稳压管D1的另一端、第一陶瓷电容C1的另一端、第二陶瓷电容C2的另一端、第三陶瓷电容C3的另一端、第四陶瓷电容C4的另一端、第五陶瓷电容C5的另一端、第六陶瓷电容C6的另一端、第七陶瓷电容C7的另一端、第八陶瓷电容C8的另一端、第九陶瓷电容C9的另一端、第十陶瓷电容C10的另一端、第十一陶瓷电容C11的负极、稳压管D1的另一端、第三电阻R3的另一端、第八电阻R8的另一端、第十一电阻R11的另一端、第十二电阻R12的另一端、充电池BT1的另一端、第二插座P2的1脚、第三插座的2脚、第五插座P5的2脚、第六插座P6的1脚均接地；第二太阳能电池板U2的一端与第十七电阻R17的一端、第一接插件J1的1脚、第二接插件J2的2脚连接，第二太阳能电池板U2的另一端与第十七电阻R17的另一端、第三太阳能电池板U3的一端、第十八电阻R18的一端连接，第三太阳能电池板U3的另一端与第十八电阻R18的另一端、第三接插件J3的1脚连接后接地，第四太阳能电池板U4的另一端与第十九电阻R19的另一端、第二十电阻R20的一端、第五太阳能电池板U5的一端连接，第五太阳能电池板U5的另一端与第二十电阻R20的另一端、第三接插件J3的2脚、第二接插件J2的1脚连接。所述的电源管理芯片U1的型号为Bq25570。

所述的温湿度和光照强度传感器电路包括片上控制芯片U7、贴片电感L4～L6、晶振Y1～Y2、陶瓷电容C12、C16～C34、电阻R14、R21～R25、收发天线P101；收发器U7的1、2、3、4脚接第12电容C12的一端后接地，U7的5脚与第七插座P7的6脚相连，U7的6脚与P7的5脚相连，U7的第10、21、24、27、28、29、31、39脚接第16-21电容C16-21的一端、第12电容C12的另一端以及第4电感L4的一端相连；U7的第11脚与第21电阻R21的一端相连后接入P10的6脚；U7的第12脚与第24电阻R24的一端相连后接入P9的2脚；U7的20脚与P7的7脚相连；U7的第30脚与第14电阻R14的一端连接；U7的第34脚与第25电阻R25的一端连接后接入P7的3脚；U7的第35脚与P7的4脚相连；U7的37脚与P7的10脚相连；U7的38脚与P7的8脚相连；U7的40脚与第22电容C22的一端连接；U7的41脚与第22电容C22的另一端连接后接地；U7的22脚与第30电容C30的一端、晶振Y2的一端连接；U7的23脚与第31电容C31的一端、晶振Y2的另一端连接；U7的25脚与第28电容C28的一端连接；U7的26脚与第25电容C25的一端连接；U7的32脚与第24电容C24的一端、晶振Y1的一端连接；U7的33脚与第23电容C23的一端、晶振Y1的另一端连接；第25电容C25的另一端与第26电容C26的一端、第5电感L5的一端连接；第28电容C28的另一端与第29电容C29的一端、第6电感L6的一端连接；第6电感L6的另一端与第26电容C26的另一端以及第27电容C27的一端连接；电容C27的另一端与天线P101的一端连接；P10的1脚与第33电容C33的一端、第32电容C32的一端连接；P10的5脚与第34电容C34的一端、第22电阻R22的一端连接；天线P101的另一端、第5电感L5的另一端、第29电容C29的另一端、第30电容C30的另一端、第31电容C31的另一端、第23电容C23的另一端、第24电容C24的另一端、第16-21电容C16-21的另一端、第34电容C34的另一端、第33电容C33的另一端、第32电容C32的另一端、第14电阻R14的另一端、P10的2、3脚、P7的1脚、P9的4脚、P8的1脚均接地；第32电容C32的一端、第33电容C33的一端、第4电感L4的一端、P7的2脚、P9的1脚、第24电阻R24的一端、P8的2脚、第21电阻R21的一端、第22电阻R22的一端、第23电阻R23的一端均作为终端节点电路的3.3V接入端，与微能量收集电路的3.3V输出端连接；U7的7、8、9、13、14、15、18、19、36脚，P7的9脚，P9的3脚都悬空。所述的控制器兼收发器U7的型号为CC2530，所述的P10为Bh1750光照传感器，所述的P9为Dht11温湿度传感器。

所述的协调器电路包括控制器U8、贴片电感L9～L11、晶振Y3～Y4、陶瓷电容C50～C66、电阻R50、R52、收发天线P102；控制器U8的1、2、3、4脚接第50电容C50的一端后接地，U8的5脚与第15插座P15的6脚相连，U8的6脚与P15的5脚相连，U8的第10、21、24、27、28、29、31、39脚接第51-56电容C51-56的一端、第50电容C50的另一端以及第9电感L9的一端相连；U8的第11脚接P10的6脚；U8的第12脚接P9的2脚；U8的20脚与P15的7脚相连；U8的第30脚与第52电阻R52的一端连接；U8的第34脚与第50电阻R50的一端连接后接入P15的3脚；U8的第35脚与P15的4脚相连；U8的37脚与P15的10脚相连；U8的38脚与P15的8脚相连；U8的40脚与第57电容C57的一端连接；U8的41脚与第57电容C57的另一端连接后接地；U8的22脚与第65电容C65的一端、晶振Y4的一端连接；U8的23脚与第66电容C66的一端、晶振Y4的另一端连接；U8的25脚与第63电容C63的一端连接；U8的26脚与第60电容C60的一端连接；U8的32脚与第59电容C59的一端、晶振Y3的一端连接；U8的33脚与第58电容C58的一端、晶振Y3的另一端连接；第60电容C60的另一端与第61电容C61的一端、第10电感L10的一端连接；第63电容C63的另一端与第64电容C64的一端、第11电感L11的一端连接；第11电感L11的另一端与第62电容C62的另一端以及第61电容C61的一端连接；电容C62的另一端与天线P102的一端连接；天线P102的另一端、第10电感L10的另一端、第64电容C64的另一端、第65电容C65的另一端、第66电容C66的另一端、第58电容C58的另一端、第59电容C59的另一端、第51-56电容C16-21的另一端、第52电阻R52的另一端、P16的1脚、P15的1脚均接地；P16的2脚、P2的2脚、第9电感L9的另一端均作为Zigbee协调器电路的3.3V接入端，与微能量收集电路的3.3V输出端连接；U8的16、17脚作为协调器电路的串口通信端口，与GSM无线处理单元的无线通信端口连接；剩余脚都悬空。所述的控制器U8的型号为CC2530。

所述的GSM无线信息处理单元包括GSM无线通信模块U101、Sim卡插槽U103、三极管Q101～Q103、二极管指示灯D101、电阻R103～R113、R122～R125、陶瓷贴片电容C101～108、C204～207、收发天线P104、插座P102；GSM无线通信模块U101的1脚接三极管Q101的集电极，Q101的基极接第124电阻R124和第125电阻R125一端，Q101的发射极与第125电阻R125的另一端接地，第124电阻R124的另一端接插座P102的9脚；U101的4脚接P102的7脚；U101的9脚接P102的6脚；U101的10脚接P102的5脚；9、10两脚作为GSM无线信息处理单元的串口收发单元,与协调器电路的串口通信端口相连；U101的16脚接三极管Q102的集电极，Q102的基极接第103电阻R103的一端和第123电阻R123的一端，Q102的发射极与第123电阻R123的另一端接地，第103电阻R103的另一端接插座P102的4脚；U101的15脚接第101电容C101的一端，C101另一端接地；U101的26脚接第102电容C102的一端，C102的另一端与U101的29脚连接后接地；U101的66脚与P102的10脚、第122电阻R122的一端相连，第122电阻R122的另一端接地；U101的60脚接收发天线P101的一端，P101的另一端接地；U101的55、56、57脚同时与电压转换电路的4V输出端和二极管D101的正极连接，D101的负极接第107电阻R107的一端，R107的另一端接三极管Q103的集电极，Q103的基极接第105电阻R105、第106电阻R106的一端，Q103的发射极与第106电阻R106的另一端连接后接地，第105电阻R105的另一端接U101的52脚；U101的33脚接第111电阻R111的一端，R111的另一端接Sim卡槽U103的2脚，32脚接第112电阻R112的一端，31脚接第113电阻R113的一端、第108电容C108的一端，U101的30脚接第107电容C107的一端、U103的1脚，R113的另一端接U103的4脚，第107电容C107的另一端、第108电容C108的另一端均接地；U101的17、18、45、46、39、53、54、58、59、61、62、63、64、65脚均接地；U101的其他剩余脚悬空。P102的1脚接地，2脚接5V输入电源，3脚接电压转化电路输出端3V3，8脚架空。第108电容C108的另一端接地。U103的5脚架空，6脚接地。P101的另一端接地。U102的1脚和2脚连接后与第103电容C103的一端、第104电容C104的一端连接接入5V输入电源，U102的4脚与第109电阻R109的一端、第110电阻R110的一端、第105电容C105的一端、第106电容C106的一端连接后作为电源输出端4V；U102的5脚与第108电阻R108的一端、第109电阻R109的一端连接；U102的3脚接地；第103电容C103的另一端、第104电容C104的另一端、第105电容C105的另一端、第106电容C106的另一端、第108电阻R108的另一端、第109电阻R109的另一端、第110电阻R110的另一端均接地；U202的1脚与第204电容C204的一端、第205电容C205的一端连接后接5V输入电源；U202的3脚与第206电容C206的一端、第207电容C207的一端连接后作为电源输出端3V3；第204电容C204的另一端、第205电容C205的另一端、第206电容C206的另一端、第207电容C207的另一端与U202的3脚均接地。所述的GSM无线通信模块U101型号为Sim900a，所述的U202电源管理为LM117，所述的U102电源管理为mic29302。

本实用新型的有益效果：针对农田大棚环境监测系统的实际需求，实现了一种利用周围环境太阳能供电的无线传感器网络节点能量自供给系统，可极低电压启动，结合能量管理和储存技术提高了能量收集效率，从而有效地延长了节点的生存周期，满足了农田大棚微型无线传感器网络节点长时间使用的需求。将节点采集的环境因素数据通过zigbee无线通讯汇总后通过GSM发送至云端服务器，客户通过客户端进行及时有效的获取数据。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为能量提供电路的原理框图；

图3为图2中的能量收集电路示意图；

图4为图1中的传感器节点硬件电路原理框图；

图5为图4中的传感器节点电路示意图；

图6为图5中的光照传感器电路示意图；

图7为图1中的协调器节点硬件电路原理框图；

图8为图7中的GSM无线处理单元电路示意图；

图9为图7中电源模块电路示意图；

图10为图7中电源模块电路示意图；

图11为图2中的太阳能电池板示意图；

图12为图7中的协调器节点硬件电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图对该实用新型做进一步的详细说明：

如图1所示，本实用新型无需专门架线给传感器节点供电，通过能量自收集，用户通过智能手机终端可以实时监测各项数据，可在家里或者办公室实现温室大棚多环境因子监测管理、调度和控制。系统整体包括壳体和内嵌于壳体内的硬件电路以及云端服务器、智能手机端app应用，所述的硬件电路包括微能量收集电路、GSM无线信息处理单元、终端节点电路、LCD显示电路、报警装置电路、工作状态指示电路，其中终端节点电路包括温湿度和光照强度传感器电路、Zigbee终端节点电路、Zigbee协调器电路；

如图2所示，太阳能电池板采集光能并将其转换为电能，电源管理IC将不稳定的电源高效低耗的转为稳定的电源，能量存储在可充电电池中，用于为WSN节点供电。

如图3、11所示，微能量收集电路包括电源管理芯片U1、太阳能电池板U2～U5、4.7V稳压管D1、额定电压3.6V的可充电池BT1、接插件J1～J3、插座P2～P6，贴片电阻R1～R14、R17～R20、陶瓷电容C1～C10、C13、超级存储电容C11、功率电感L1～L2；电源管理芯片U1的1脚与9脚、17脚、15脚、21脚、第十三陶瓷电容C13的一端连接后接地；U1的2脚与功率电感L1的一端、第五陶瓷电容C5的一端、第四陶瓷电容C4的一端、稳压管D1的一端、第四电阻R4的一端、第一电阻R1的一端连接，U1的4脚与第六陶瓷电容C6的一端连接，U1的6脚与19脚、第一陶瓷电容C1的一端、第二陶瓷电容C2的一端、第三陶瓷电容C3的一端、第二电阻R2的一端连接，U1的7脚与第五电阻R5的一端、第八电阻R8的一端连接，U1的8脚与第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的一端、第十电阻R10的一端连接，U1的10脚与第六电阻R6的另一端、第九电阻R9的一端连接，U1的11脚与第九电阻R9的另一端、第十一电阻R11的一端，U1的12脚与第十电阻R10的一端、第十二电阻R12的一端连接，U1的13脚与第七电阻R7的一端连接，U1的14脚与第二功率电感L2的一端、第七陶瓷电容C7的一端、第八陶瓷电容C8的一端、第九陶瓷电容C9的一端、第十陶瓷电容C10的一端、第二插座P2的2脚连接后作为微能量收集电路的3.3V输出端，U1的16脚与第二功率电感L2的另一端连接，U1的18脚与第十三陶瓷电容C13的另一端、可充电池BT1的一端、第十一超级电容C11的正极连接后接第三插座P3的1脚，U1的5脚接地，3脚架空；第七电阻R7的另一端与第五插座P5的1脚连接，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的另一端、第三电阻R3的一端连接，第四电阻R4的另一端与第六插座P6的2脚、第十九电阻R19的一端、第四太阳能电池板U4的一端、第一接插件J1的2脚连接，稳压管D1的另一端、第一陶瓷电容C1的另一端、第二陶瓷电容C2的另一端、第三陶瓷电容C3的另一端、第四陶瓷电容C4的另一端、第五陶瓷电容C5的另一端、第六陶瓷电容C6的另一端、第七陶瓷电容C7的另一端、第八陶瓷电容C8的另一端、第九陶瓷电容C9的另一端、第十陶瓷电容C10的另一端、第十一陶瓷电容C11的负极、稳压管D1的另一端、第三电阻R3的另一端、第八电阻R8的另一端、第十一电阻R11的另一端、第十二电阻R12的另一端、充电池BT1的另一端、第二插座P2的1脚、第三插座的2脚、第五插座P5的2脚、第六插座P6的1脚均接地；第二太阳能电池板U2的一端与第十七电阻R17的一端、第一接插件J1的1脚、第二接插件J2的2脚连接，第二太阳能电池板U2的另一端与第十七电阻R17的另一端、第三太阳能电池板U3的一端、第十八电阻R18的一端连接，第三太阳能电池板U3的另一端与第十八电阻R18的另一端、第三接插件J3的1脚连接后接地，第四太阳能电池板U4的另一端与第十九电阻R19的另一端、第二十电阻R20的一端、第五太阳能电池板U5的一端连接，第五太阳能电池板U5的另一端与第二十电阻R20的另一端、第三接插件J3的2脚、第二接插件J2的1脚连接。

如图4所示，终端节点电路中传感器节点通过能量自收集电路提供的能源供电，将环境传感器收集的环境信息通过AD转换进行处理，将处理完毕后的数据通过zigbee协议进行无线转发给协调器中。

如图5、6所示，温湿度和光照强度传感器电路、终端节点电路包括片上控制芯片U7、贴片电感L4～L6、晶振Y1～Y2、陶瓷电容C12、C16～C34、电阻R14、R21～R25、收发天线P101；收发器U7的1、2、3、4脚接第12电容C12的一端后接地，U7的5脚与第七插座P7的6脚相连，U7的6脚与P7的5脚相连，U7的第10、21、24、27、28、29、31、39脚接第16-21电容C16-21的一端、第12电容C12的另一端以及第4电感L4的一端相连；U7的第11脚与第21电阻R21的一端相连后接入P10的6脚；U7的第12脚与第24电阻R24的一端相连后接入P9的2脚；U7的20脚与P7的7脚相连；U7的第30脚与第14电阻R14的一端连接；U7的第34脚与第25电阻R25的一端连接后接入P7的3脚；U7的第35脚与P7的4脚相连；U7的37脚与P7的10脚相连；U7的38脚与P7的8脚相连；U7的40脚与第22电容C22的一端连接；U7的41脚与第22电容C22的另一端连接后接地；U7的22脚与第30电容C30的一端、晶振Y2的一端连接；U7的23脚与第31电容C31的一端、晶振Y2的另一端连接；U7的25脚与第28电容C28的一端连接；U7的26脚与第25电容C25的一端连接；U7的32脚与第24电容C24的一端、晶振Y1的一端连接；U7的33脚与第23电容C23的一端、晶振Y1的另一端连接；第25电容C25的另一端与第26电容C26的一端、第5电感L5的一端连接；第28电容C28的另一端与第29电容C29的一端、第6电感L6的一端连接；第6电感L6的另一端与第26电容C26的另一端以及第27电容C27的一端连接；电容C27的另一端与天线P101的一端连接；P10的1脚与第33电容C33的一端、第32电容C32的一端连接；P10的5脚与第34电容C34的一端、第22电阻R22的一端连接；天线P101的另一端、第5电感L5的另一端、第29电容C29的另一端、第30电容C30的另一端、第31电容C31的另一端、第23电容C23的另一端、第24电容C24的另一端、第16-21电容C16-21的另一端、第34电容C34的另一端、第33电容C33的另一端、第32电容C32的另一端、第14电阻R14的另一端、P10的2、3脚、P7的1脚、P9的4脚、P8的1脚均接地；第32电容C32的一端、第33电容C33的一端、第4电感L4的一端、P7的2脚、P9的1脚、第24电阻R24的一端、P8的2脚、第21电阻R21的一端、第22电阻R22的一端、第23电阻R23的一端均作为终端节点电路的3.3V接入端，与微能量收集电路的3.3V输出端连接；U7的7、8、9、13、14、15、18、19、36脚，P7的9脚，P9的3脚都悬空。

如图7所示，协调器电路框架为控制器CC2530通过无线收发天线将网内的传感器节点发来的数据收集，收集后进行数据处理，将处理完成的数据通过串口转发至GSM无线信息处理单元进行处理发送，通过GPRS数据传输方式传输至远端服务器。

如图8、9、10所示，所述的GSM无线信息处理单元包括GSM无线通信模块U101、Sim卡插槽U103、三极管Q101～Q103、二极管指示灯D101、电阻R103～R113、R122～R125、陶瓷贴片电容C101～108、C204～207、收发天线P104、插座P102；GSM无线通信模块U101的1脚接三极管Q101的集电极，Q101的基极接第124电阻R124和第125电阻R125一端，Q101的发射极与第125电阻R125的另一端接地，第124电阻R124的另一端接插座P102的9脚；U101的4脚接P102的7脚；U101的9脚接P102的6脚；U101的10脚接P102的5脚；9、10两脚作为GSM无线信息处理单元的串口收发单元与Zigbee协调器电路的串口通信端口相连；U101的16脚接三极管Q102的集电极，Q102的基极接第103电阻R103的一端和第123电阻R123的一端，Q102的发射极与第123电阻R123的另一端接地，第103电阻R103的另一端接插座P102的4脚；U101的15脚接第101电容C101的一端，C101另一端接地；U101的26脚接第102电容C102的一端，C102的另一端与U101的29脚连接后接地；U101的66脚与P102的10脚、第122电阻R122的一端相连，第122电阻R122的另一端接地；U101的60脚接收发天线P101的一端，P101的另一端接地；U101的55、56、57脚同时与电压转换电路的4V输出端和二极管D101的正极连接，D101的负极接第107电阻R107的一端，R107的另一端接三极管Q103的集电极，Q103的基极接第105电阻R105、第106电阻R106的一端，Q103的发射极与第106电阻R106的另一端连接后接地，第105电阻R105的另一端接U101的52脚；U101的33脚接第111电阻R111的一端，R111的另一端接Sim卡槽U103的2脚，32脚接第112电阻R112的一端，31脚接第113电阻R113的一端、第108电容C108的一端，U101的30脚接第107电容C107的一端、U103的1脚，R113的另一端接U103的4脚，第107电容C107的另一端、第108电容C108的另一端均接地；U101的17、18、45、46、39、53、54、58、59、61、62、63、64、65脚均接地；U101的其他剩余脚悬空。P102的1脚接地，2脚接5V输入电源，3脚接电压转化电路输出端3V3，8脚架空。第108电容C108的另一端接地。U103的5脚架空，6脚接地。P101的另一端接地。U102的1脚和2脚连接后与第103电容C103的一端、第104电容C104的一端连接接入5V输入电源，U102的4脚与第109电阻R109的一端、第110电阻R110的一端、第105电容C105的一端、第106电容C106的一端连接后作为电源输出端4V；U102的5脚与第108电阻R108的一端、第109电阻R109的一端连接；U102的3脚接地；第103电容C103的另一端、第104电容C104的另一端、第105电容C105的另一端、第106电容C106的另一端、第108电阻R108的另一端、第109电阻R109的另一端、第110电阻R110的另一端均接地；U202的1脚与第204电容C204的一端、第205电容C205的一端连接后接5V输入电源；U202的3脚与第206电容C206的一端、第207电容C207的一端连接后作为电源输出端3V3；第204电容C204的另一端、第205电容C205的另一端、第206电容C206的另一端、第207电容C207的另一端与U202的3脚均接地。

如图12所示，协调器电路包括控制器U8、贴片电感L9～L11、晶振Y3～Y4、陶瓷电容C50～C66、电阻R50、R52、收发天线P102；控制器U8的1、2、3、4脚接第50电容C50的一端后接地，U8的5脚与第15插座P15的6脚相连，U8的6脚与P15的5脚相连，U8的第10、21、24、27、28、29、31、39脚接第51-56电容C51-56的一端、第50电容C50的另一端以及第9电感L9的一端相连；U8的第11脚接P10的6脚；U8的第12脚接P9的2脚；U8的20脚与P15的7脚相连；U8的第30脚与第52电阻R52的一端连接；U8的第34脚与第50电阻R50的一端连接后接入P15的3脚；U8的第35脚与P15的4脚相连；U8的37脚与P15的10脚相连；U8的38脚与P15的8脚相连；U8的40脚与第57电容C57的一端连接；U8的41脚与第57电容C57的另一端连接后接地；U8的22脚与第65电容C65的一端、晶振Y4的一端连接；U8的23脚与第66电容C66的一端、晶振Y4的另一端连接；U8的25脚与第63电容C63的一端连接；U8的26脚与第60电容C60的一端连接；U8的32脚与第59电容C59的一端、晶振Y3的一端连接；U8的33脚与第58电容C58的一端、晶振Y3的另一端连接；第60电容C60的另一端与第61电容C61的一端、第10电感L10的一端连接；第63电容C63的另一端与第64电容C64的一端、第11电感L11的一端连接；第11电感L11的另一端与第62电容C62的另一端以及第61电容C61的一端连接；电容C62的另一端与天线P102的一端连接；天线P102的另一端、第10电感L10的另一端、第64电容C64的另一端、第65电容C65的另一端、第66电容C66的另一端、第58电容C58的另一端、第59电容C59的另一端、第51-56电容C16-21的另一端、第52电阻R52的另一端、P16的1脚、P15的1脚均接地；P16的2脚、P2的2脚、第9电感L9的另一端均作为Zigbee协调器电路的3.3V接入端，与微能量收集电路的3.3V输出端连接；U8的16、17脚作为Zigbee协调器电路的串口通信端口与GSM无线处理单元的无线通信端口连接；剩余脚都悬空。

以上结合附图对本实用新型的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本实用新型的范围，本实用新型的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本实用新型权利要求基础上的改动都是本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.基于能量自收集WSN节点的温室大棚环境监控系统，包括壳体和内嵌于壳体内的硬件电路，其特征在于所述的硬件电路包括微能量收集电路、GSM无线信息处理单元、终端节点电路、协调器电路，其中终端节点电路包括温湿度和光照强度传感器电路；微能量收集电路的输出端与终端节点电路的输入端电连接，终端节点电路的输出端与协调器电路的输入端信号连接，GSM无线信息处理单元的输入端通过串口收发端口与协调器电路的输出端信号连接；

所述的微能量收集电路是首先将光能转换为电能，然后将不稳定的电源高效低耗的转为稳定的电源，能量存储在可充电电池中，用于为终端节点电路中传感器节点供电；

所述的终端节点电路中传感器节点通过能量自收集电路提供的能源供电，将环境传感器收集的环境信息通过AD转换进行处理，将处理完毕后的数据通过zigbee协议进行无线转发给协调器中；

所述的协调器电路为控制器通过无线收发天线将网内的传感器节点发来的数据收集，收集后进行数据处理，将处理完成的数据通过串口转发至GSM无线信息处理单元进行处理发送，通过GPRS数据传输方式传输至远端服务器。

2.如权利要求1所述的基于能量自收集WSN节点的温室大棚环境监控系统，其特征在于所述的微能量收集电路为终端节点电路提供能源，包括电源管理芯片U1、太阳能电池板U2～U5、4.7V稳压管D1、额定电压3.6V的可充电池BT1、接插件J1～J3、插座P2～P6，贴片电阻R1～R14、R17～R20、陶瓷电容C1～C10、C13、超级存储电容C11、功率电感L1～L2；电源管理芯片U1的1脚与9脚、17脚、15脚、21脚、第十三陶瓷电容C13的一端连接后接地；U1的2脚与功率电感L1的一端、第五陶瓷电容C5的一端、第四陶瓷电容C4的一端、稳压管D1的一端、第四电阻R4的一端、第一电阻R1的一端连接，U1的4脚与第六陶瓷电容C6的一端连接，U1的6脚与19脚、第一陶瓷电容C1的一端、第二陶瓷电容C2的一端、第三陶瓷电容C3的一端、第二电阻R2的一端连接，U1的7脚与第五电阻R5的一端、第八电阻R8的一端连接，U1的8脚与第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的一端、第十电阻R10的一端连接，U1的10脚与第六电阻R6的另一端、第九电阻R9的一端连接，U1的11脚与第九电阻R9的另一端、第十一电阻R11的一端，U1的12脚与第十电阻R10的一端、第十二电阻R12的一端连接，U1的13脚与第七电阻R7的一端连接，U1的14脚与第二功率电感L2的一端、第七陶瓷电容C7的一端、第八陶瓷电容C8的一端、第九陶瓷电容C9的一端、第十陶瓷电容C10的一端、第二插座P2的2脚连接后作为微能量收集电路的3.3V输出端，U1的16脚与第二功率电感L2的另一端连接，U1的18脚与第十三陶瓷电容C13的另一端、可充电池BT1的一端、第十一超级电容C11的正极连接后接第三插座P3的1脚，U1的5脚接地，3脚架空；第七电阻R7的另一端与第五插座P5的1脚连接，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的另一端、第三电阻R3的一端连接，第四电阻R4的另一端与第六插座P6的2脚、第十九电阻R19的一端、第四太阳能电池板U4的一端、第一接插件J1的2脚连接，稳压管D1的另一端、第一陶瓷电容C1的另一端、第二陶瓷电容C2的另一端、第三陶瓷电容C3的另一端、第四陶瓷电容C4的另一端、第五陶瓷电容C5的另一端、第六陶瓷电容C6的另一端、第七陶瓷电容C7的另一端、第八陶瓷电容C8的另一端、第九陶瓷电容C9的另一端、第十陶瓷电容C10的另一端、第十一陶瓷电容C11的负极、稳压管D1的另一端、第三电阻R3的另一端、第八电阻R8的另一端、第十一电阻R11的另一端、第十二电阻R12的另一端、充电池BT1的另一端、第二插座P2的1脚、第三插座的2脚、第五插座P5的2脚、第六插座P6的1脚均接地；第二太阳能电池板U2的一端与第十七电阻R17的一端、第一接插件J1的1脚、第二接插件J2的2脚连接，第二太阳能电池板U2的另一端与第十七电阻R17的另一端、第三太阳能电池板U3的一端、第十八电阻R18的一端连接，第三太阳能电池板U3的另一端与第十八电阻R18的另一端、第三接插件J3的1脚连接后接地，第四太阳能电池板U4的另一端与第十九电阻R19的另一端、第二十电阻R20的一端、第五太阳能电池板U5的一端连接，第五太阳能电池板U5的另一端与第二十电阻R20的另一端、第三接插件J3的2脚、第二接插件J2的1脚连接；所述的电源管理芯片U1的型号为Bq25570。

3.如权利要求1所述的基于能量自收集WSN节点的温室大棚环境监控系统，其特征在于所述的温湿度和光照强度传感器电路包括片上控制芯片U7、贴片电感L4～L6、晶振Y1～Y2、陶瓷电容C12、C16～C34、电阻R14、R21～R25、收发天线P101；收发器U7的1、2、3、4脚接第12电容C12的一端后接地，U7的5脚与第七插座P7的6脚相连，U7的6脚与P7的5脚相连，U7的第10、21、24、27、28、29、31、39脚接第16-21电容C16-21的一端、第12电容C12的另一端以及第4电感L4的一端相连；U7的第11脚与第21电阻R21的一端相连后接入P10的6脚；U7的第12脚与第24电阻R24的一端相连后接入P9的2脚；U7的20脚与P7的7脚相连；U7的第30脚与第14电阻R14的一端连接；U7的第34脚与第25电阻R25的一端连接后接入P7的3脚；U7的第35脚与P7的4脚相连；U7的37脚与P7的10脚相连；U7的38脚与P7的8脚相连；U7的40脚与第22电容C22的一端连接；U7的41脚与第22电容C22的另一端连接后接地；U7的22脚与第30电容C30的一端、晶振Y2的一端连接；U7的23脚与第31电容C31的一端、晶振Y2的另一端连接；U7的25脚与第28电容C28的一端连接；U7的26脚与第25电容C25的一端连接；U7的32脚与第24电容C24的一端、晶振Y1的一端连接；U7的33脚与第23电容C23的一端、晶振Y1的另一端连接；第25电容C25的另一端与第26电容C26的一端、第5电感L5的一端连接；第28电容C28的另一端与第29电容C29的一端、第6电感L6的一端连接；第6电感L6的另一端与第26电容C26的另一端以及第27电容C27的一端连接；电容C27的另一端与天线P101的一端连接；P10的1脚与第33电容C33的一端、第32电容C32的一端连接；P10的5脚与第34电容C34的一端、第22电阻R22的一端连接；天线P101的另一端、第5电感L5的另一端、第29电容C29的另一端、第30电容C30的另一端、第31电容C31的另一端、第23电容C23的另一端、第24电容C24的另一端、第16-21电容C16-21的另一端、第34电容C34的另一端、第33电容C33的另一端、第32电容C32的另一端、第14电阻R14的另一端、P10的2、3脚、P7的1脚、P9的4脚、P8的1脚均接地；第32电容C32的一端、第33电容C33的一端、第4电感L4的一端、P7的2脚、P9的1脚、第24电阻R24的一端、P8的2脚、第21电阻R21的一端、第22电阻R22的一端、第23电阻R23的一端均作为终端节点电路的3.3V接入端，与微能量收集电路的3.3V输出端连接；U7的7、8、9、13、14、15、18、19、36脚，P7的9脚，P9的3脚都悬空；所述的控制器兼收发器U7的型号为CC2530，所述的P10为Bh1750光照传感器，所述的P9为Dht11温湿度传感器。

4.如权利要求1所述的基于能量自收集WSN节点的温室大棚环境监控系统，其特征在于所述的协调器电路包括控制器U8、贴片电感L9～L11、晶振Y3～Y4、陶瓷电容C50～C66、电阻R50、R52、收发天线P102；控制器U8的1、2、3、4脚接第50电容C50的一端后接地，U8的5脚与第15插座P15的6脚相连，U8的6脚与P15的5脚相连，U8的第10、21、24、27、28、29、31、39脚接第51-56电容C51-56的一端、第50电容C50的另一端以及第9电感L9的一端相连；U8的第11脚接P10的6脚；U8的第12脚接P9的2脚；U8的20脚与P15的7脚相连；U8的第30脚与第52电阻R52的一端连接；U8的第34脚与第50电阻R50的一端连接后接入P15的3脚；U8的第35脚与P15的4脚相连；U8的37脚与P15的10脚相连；U8的38脚与P15的8脚相连；U8的40脚与第57电容C57的一端连接；U8的41脚与第57电容C57的另一端连接后接地；U8的22脚与第65电容C65的一端、晶振Y4的一端连接；U8的23脚与第66电容C66的一端、晶振Y4的另一端连接；U8的25脚与第63电容C63的一端连接；U8的26脚与第60电容C60的一端连接；U8的32脚与第59电容C59的一端、晶振Y3的一端连接；U8的33脚与第58电容C58的一端、晶振Y3的另一端连接；第60电容C60的另一端与第61电容C61的一端、第10电感L10的一端连接；第63电容C63的另一端与第64电容C64的一端、第11电感L11的一端连接；第11电感L11的另一端与第62电容C62的另一端以及第61电容C61的一端连接；电容C62的另一端与天线P102的一端连接；天线P102的另一端、第10电感L10的另一端、第64电容C64的另一端、第65电容C65的另一端、第66电容C66的另一端、第58电容C58的另一端、第59电容C59的另一端、第51-56电容C16-21的另一端、第52电阻R52的另一端、P16的1脚、P15的1脚均接地；P16的2脚、P2的2脚、第9电感L9的另一端均作为Zigbee协调器电路的3.3V接入端，与微能量收集电路的3.3V输出端连接；U8的16、17脚作为协调器电路的串口通信端口，与GSM无线处理单元的无线通信端口连接；剩余脚都悬空；所述的控制器U8的型号为CC2530。

5.如权利要求1所述的基于能量自收集WSN节点的温室大棚环境监控系统，其特征在于所述的GSM无线信息处理单元包括GSM无线通信模块U101、Sim卡插槽U103、三极管Q101～Q103、二极管指示灯D101、电阻R103～R113、R122～R125、陶瓷贴片电容C101～108、C204～207、收发天线P104、插座P102；GSM无线通信模块U101的1脚接三极管Q101的集电极，Q101的基极接第124电阻R124和第125电阻R125一端，Q101的发射极与第125电阻R125的另一端接地，第124电阻R124的另一端接插座P102的9脚；U101的4脚接P102的7脚；U101的9脚接P102的6脚；U101的10脚接P102的5脚；9、10两脚作为GSM无线信息处理单元的串口收发单元,与协调器电路的串口通信端口相连；U101的16脚接三极管Q102的集电极，Q102的基极接第103电阻R103的一端和第123电阻R123的一端，Q102的发射极与第123电阻R123的另一端接地，第103电阻R103的另一端接插座P102的4脚；U101的15脚接第101电容C101的一端，C101另一端接地；U101的26脚接第102电容C102的一端，C102的另一端与U101的29脚连接后接地；U101的66脚与P102的10脚、第122电阻R122的一端相连，第122电阻R122的另一端接地；U101的60脚接收发天线P101的一端，P101的另一端接地；U101的55、56、57脚同时与电压转换电路的4V输出端和二极管D101的正极连接，D101的负极接第107电阻R107的一端，R107的另一端接三极管Q103的集电极，Q103的基极接第105电阻R105、第106电阻R106的一端，Q103的发射极与第106电阻R106的另一端连接后接地，第105电阻R105的另一端接U101的52脚；U101的33脚接第111电阻R111的一端，R111的另一端接Sim卡槽U103的2脚，32脚接第112电阻R112的一端，31脚接第113电阻R113的一端、第108电容C108的一端，U101的30脚接第107电容C107的一端、U103的1脚，R113的另一端接U103的4脚，第107电容C107的另一端、第108电容C108的另一端均接地；U101的17、18、45、46、39、53、54、58、59、61、62、63、64、65脚均接地；U101的其他剩余脚悬空；P102的1脚接地，2脚接5V输入电源，3脚接电压转化电路输出端3V3，8脚架空；第108电容C108的另一端接地；U103的5脚架空，6脚接地；P101的另一端接地；U102的1脚和2脚连接后与第103电容C103的一端、第104电容C104的一端连接接入5V输入电源，U102的4脚与第109电阻R109的一端、第110电阻R110的一端、第105电容C105的一端、第106电容C106的一端连接后作为电源输出端4V；U102的5脚与第108电阻R108的一端、第109电阻R109的一端连接；U102的3脚接地；第103电容C103的另一端、第104电容C104的另一端、第105电容C105的另一端、第106电容C106的另一端、第108电阻R108的另一端、第109电阻R109的另一端、第110电阻R110的另一端均接地；U202的1脚与第204电容C204的一端、第205电容C205的一端连接后接5V输入电源；U202的3脚与第206电容C206的一端、第207电容C207的一端连接后作为电源输出端3V3；第204电容C204的另一端、第205电容C205的另一端、第206电容C206的另一端、第207电容C207的另一端与U202的3脚均接地；所述的GSM无线通信模块U101型号为Sim900a，所述的U202电源管理为LM117，所述的U102电源管理为mic29302。