專利名稱：一種基于ZigBee技術(shù)的智能土壤墑情監(jiān)控調(diào)節(jié)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于基于ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于ZigBee技術(shù)的智能土壤墑情調(diào)節(jié)監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當(dāng)今社會，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)信息化產(chǎn)業(yè)嶄露頭角。各式各樣的傳感器技術(shù)、全球定位系統(tǒng)技術(shù)、無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，為土壤墑情遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了條件。準(zhǔn)確、快速、實時的土壤商情信息采集，是保證農(nóng)業(yè)發(fā)展的必要條件。而無線組網(wǎng)技術(shù)，為土壤墑情信息采集帶來了極大的便利性，并且便于專家進行遠(yuǎn)程指導(dǎo)與建議。傳統(tǒng)的土壤墑情監(jiān)控通常采用人工的形式進行。通過取樣，對土樣進行處理，然后利用大型設(shè)備進行分析，這為土壤墑情監(jiān)控的便利性和實時性提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)；現(xiàn)有的土壤墑情遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通常采用GSM/GPRS/WCDMA等形式進行遠(yuǎn)程監(jiān)控，故存在著基站建造與維護成本高、協(xié)議復(fù)雜、組網(wǎng)困難等特點，較難實現(xiàn)準(zhǔn)確、高效地監(jiān)控與調(diào)節(jié)土壤墑情；這限制了農(nóng)業(yè)信息化產(chǎn)業(yè)向智能化方向發(fā)展。ZigBee技術(shù)指的是采用IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個域網(wǎng)協(xié)議，具有低功耗、低成本、低速率、支持大量節(jié)點、支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、低?fù)雜度、快速、可靠、安全的特點，ZigBee模塊之間可以通過這種協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為彌補現(xiàn)有產(chǎn)品的不足之處，提出一種基于ZigBee技術(shù)的智能土壤墑情監(jiān)控調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其具備供電方便、遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能調(diào)節(jié)、網(wǎng)絡(luò)簡單、覆蓋范圍廣泛的特點。 本發(fā)明提出的一種基于ZigBee技術(shù)的智能土壤墑情監(jiān)控調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括采用ZigBee射頻模塊和微控制單元(MCU)的多個基于節(jié)點模塊、協(xié)調(diào)器模塊和執(zhí)行模塊，服務(wù)器主機、供電模塊以及ZigBee傳感器互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；多個節(jié)點模塊通過自組網(wǎng)的方式分別與ZigBee傳感器互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)相連，協(xié)調(diào)器模塊接入端通過主動搜索方式連接到ZigBee傳感器互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)調(diào)器模塊輸出端通過串口形式與服務(wù)器主機的輸入端相連，服務(wù)器主機輸出端連接執(zhí)行模塊，供電模塊連接到節(jié)點模塊、協(xié)調(diào)器模塊和執(zhí)行模塊的電源端。上述的一種基于ZigBee技術(shù)的智能土壤墑情監(jiān)控調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，ZigBee節(jié)點模塊由土壤墑情傳感器組、MCU、存儲器及ZigBee射頻模塊構(gòu)成。其中MCU控制存儲及處理傳感器組采集到的墑情信號，并通過ZigBee射頻模塊將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至協(xié)調(diào)器模塊。上述的一種基于ZigBee技術(shù)的智能土壤墑情監(jiān)控調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，ZigBee協(xié)調(diào)器模塊包括ZigBee射頻模塊、MCU,通過ZigBee射頻模塊將采集到的數(shù)據(jù)交由MCU進行處理，MCU將處理后的數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器主機。上述的一種基于ZigBee技術(shù)的智能土壤墑情監(jiān)控調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，服務(wù)器主機運行一套可以進行監(jiān)控及調(diào)節(jié)土壤墑情的上位機軟件，同時可以將墑情信息與服務(wù)器主機數(shù)據(jù)庫中的預(yù)設(shè)值數(shù)據(jù)進行比對，如果當(dāng)前墑情不滿足預(yù)設(shè)范圍，服務(wù)器主機將會把對應(yīng)的執(zhí)行信息通過協(xié)調(diào)器模塊中的ZigBee射頻模塊發(fā)送到執(zhí)行器模塊中。上述的一種基于ZigBee技術(shù)的智能土壤墑情監(jiān)控調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，執(zhí)行器模塊包括ZigBee射頻模塊、MCU、繼電器單元、水泵及報警器。ZigBee射頻模塊負(fù)責(zé)接收服務(wù)器主機發(fā)來的執(zhí)行信號，如果當(dāng)前含水量較低時，反饋信號內(nèi)容為通過MCU控制水泵進行澆水動作，如果由于水泵工作不正常導(dǎo)致當(dāng)前含水量嚴(yán)重不足時，反饋信號內(nèi)容為通過MCU控制報警器發(fā)出警報。上述的一種基于ZigBee技術(shù)的智能土壤墑情監(jiān)控調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，蓄電池及太陽能電池組合的雙電池供電系統(tǒng)中包括兩塊太陽能電池板，為蓄電池進行充電，便于提高電池的利用率。本發(fā)明通過這種系統(tǒng)，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程墑情傳感器采集到的土壤墑情信息，并在服務(wù)器端顯示出來，通過與服務(wù)器端設(shè)定的閾值對比，當(dāng)土壤濕度低于設(shè)定閾值時，自動觸發(fā)執(zhí)行器模塊為土壤進行灌溉。本發(fā)明的主要優(yōu)點如下:1、采用太陽能電池及蓄電池供電，利用太陽能電池及時為蓄電池充電，從而為網(wǎng)絡(luò)的長時間穩(wěn)定工作提供了保證；2、采用ZigBee模塊進行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，具有結(jié)構(gòu)簡單、功耗極低、成本極低、管理容易的特點，省去了人工檢測中的樣品采集、處理、檢測等繁瑣步驟，大大降低了人力成本；3、可以實時監(jiān)控土壤中的墑情狀況，在濕度不達標(biāo)時，自動觸發(fā)執(zhí)行模塊進行澆水動作，具有智能調(diào)節(jié)的特點；

4、采用ZigBee技術(shù)，使得節(jié)點添加難度降低，可以在后期逐步增加網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，提高土壤墑情監(jiān)控調(diào)節(jié)的覆蓋范圍。


圖1是本發(fā)明提出的一種基于ZigBee技術(shù)的智能土壤墑情監(jiān)控調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明的節(jié)點模塊實施例組成示意圖。圖3是本發(fā)明協(xié)調(diào)器模塊及服務(wù)器主機組成示意圖。圖4是本發(fā)明的執(zhí)行器模塊實施例組成示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出的一種基于ZigBee技術(shù)的智能土壤墑情監(jiān)控調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括采用ZigBee射頻模塊和微控制單元MCU的多個節(jié)點模塊1、協(xié)調(diào)器模塊2、執(zhí)行模塊5，服務(wù)器主機3、供電模塊4以及ZigBee傳感器互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)6。多個節(jié)點模塊I通過自組網(wǎng)的方式分別與ZigBee傳感器互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)6相連，協(xié)調(diào)器模塊2接入端通過主動搜索方式連接到ZigBee傳感器互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)6中，協(xié)調(diào)器模塊2輸出端通過串口形式與服務(wù)器主機3的輸入端相連,供電模塊4連接到節(jié)點模塊1、協(xié)調(diào)器模塊2和執(zhí)行模塊5的電源端。上述系統(tǒng)的工作過程:多個節(jié)點模塊I負(fù)責(zé)采集各測點土壤中的墑情信息，并將信息情況以數(shù)字信號的形式通過傳感器互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)6發(fā)送至協(xié)調(diào)器模塊2，協(xié)調(diào)器模塊2將收到的信息傳輸給服務(wù)器主機3，服務(wù)器主機3通過比對當(dāng)前墑情與預(yù)設(shè)墑情閾值，通過協(xié)調(diào)器模塊2和傳感器互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)6，向執(zhí)行模塊5發(fā)出相應(yīng)的控制信號，執(zhí)行模塊5收到控制信號后執(zhí)行相應(yīng)的行為，而供電模塊4為除服務(wù)器主機3以外的其他模塊進行供電。上述系統(tǒng)的各部件的具體實施方式
分別說明如下:本實施例中節(jié)點模塊I如圖2所示,包括土壤墑情傳感器組、微控制單元(MCU)及ZigBee射頻模塊。其中，土壤墑情傳感器組的輸出端與微控制單元(MCU)輸入端相連，微控制單元(MCU)與ZigBee射頻模塊連接，土壤傳感器組主要包括土壤溫濕度傳感器，可以采用SHTlO型號微型溫濕度傳感器，MCU可以采用AVR單片機Megal6，MCU將采集到的墑情信息進行A/D轉(zhuǎn)換等處理，然 后通過ZigBee射頻模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至協(xié)調(diào)器。本實施例中協(xié)調(diào)器模塊2如圖3所示，包括微控制單元MCU (MCU可以采用AVR單片機Megal6)及ZigBee射頻模塊。其中，微控制單元(MCU)與ZigBee射頻模塊連接，MCU將ZigBee模塊接收到的信號，通過RS232接口與服務(wù)器主機3相連，將采集到的數(shù)據(jù)在服務(wù)器主機端顯示出來。本實施例的執(zhí)行器模塊的組成如圖4所示，包括包括微控制單元MCU (MCU可以采用AVR單片機Megal6)、ZigBee射頻模塊、繼電器、水泵和報警器；其中ZigBee射頻模塊的輸出端與微控制單兀MCU的輸入端相連、微控制單兀MCU的輸出端入繼電器的輸入端相連，繼電器的兩個輸出端分別與水泵和報警器相連。本實施例的繼電器、水泵和報警器均可采用常規(guī)產(chǎn)品。本實施例中服務(wù)器主機上運行的上位機軟件系統(tǒng)(屬于已知技術(shù))可以自動分析當(dāng)前墑情信息，通過將實時信息與數(shù)據(jù)庫中存儲的土壤濕度閾值進行比對，本實施例設(shè)置的的土壤濕度閾值指的是，滿足作物生長的土壤濕度的最低值的一倍，當(dāng)土壤濕度略微低于或嚴(yán)重低于設(shè)定的土壤濕度閾值時，服務(wù)器主機3將控制信號數(shù)據(jù)通過MCU發(fā)送至協(xié)調(diào)器2中的ZigBee射頻模塊，通過ZigBee傳感器互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)6將控制信號發(fā)送至執(zhí)行模塊5中的ZigBee射頻模塊，從而MCU根據(jù)ZigBee模塊接收到的命令信號，執(zhí)行相應(yīng)行為。本實施例中，如果當(dāng)前濕度略微低于預(yù)設(shè)閾值時，MCU控制繼電器的接通，水泵開始進行澆灌動作；如果由于繼電器或者水泵發(fā)聲問題，導(dǎo)致補水行為不及時而造成土壤濕度嚴(yán)重低于設(shè)定的閾值時，可以取閾值的1/2，MCU會控制報警器發(fā)出警報信息。本實施例的服務(wù)器主機米用常規(guī)的PC機,例如(補充一個型號)本實施例中的供電系統(tǒng)，采用雙電池方案，其中蓄電池電量為20AH左右，太陽能電池板輸出功率大約為20W左右。
權(quán)利要求
1.一種基于ZigBee技術(shù)的智能土壤墑情監(jiān)控調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括采用ZigBee射頻模塊和微控制單元(MCU)的多個基于節(jié)點模塊、協(xié)調(diào)器模塊和執(zhí)行模塊，月艮務(wù)器主機、供電模塊以及ZigBee傳感器互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；多個節(jié)點模塊通過自組網(wǎng)的方式分別與ZigBee傳感器互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)相連，協(xié)調(diào)器模塊接入端通過主動搜索方式連接到ZigBee傳感器互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)調(diào)器模塊輸出端通過串口形式與服務(wù)器主機的輸入端相連，服務(wù)器主機輸出端連接執(zhí)行模塊，供電模塊連接到節(jié)點模塊、協(xié)調(diào)器模塊和執(zhí)行模塊的電源端。
2.如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于，所述節(jié)點模塊包括土壤墑情傳感器組、微控制單元(MCU)及ZigBee射頻模塊；其中，土壤墑情傳感器組的輸出端與微控制單元(MCU)輸入端相連，微控制單元(MCU)與ZigBee射頻模塊連接，土壤傳感器組主要包括土壤溫濕度傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于，所述協(xié)調(diào)器模塊包括微控制單元MCU及ZigBee射頻模塊。
4.如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于，所述執(zhí)行器模塊包括包括微控制單元(MCU)、ZigBee射頻模塊、繼電器、水泵和報警器； 其中ZigBee射頻模塊的輸出端與微控制單元MCU的輸入端相連、微控制單兀MCU的輸出端入繼電器的輸入端相連,繼電器的兩個輸出端分別與水泵和報警器相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于ZigBee技術(shù)的智能土壤墑情監(jiān)控調(diào)節(jié)系統(tǒng)，屬于基于ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，該系統(tǒng)包括采用ZigBee射頻模塊和微控制單元(MCU)的多個基于節(jié)點模塊、協(xié)調(diào)器模塊和執(zhí)行模塊，服務(wù)器主機、供電模塊以及ZigBee傳感器互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；多個節(jié)點模塊通過自組網(wǎng)的方式分別與ZigBee傳感器互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)相連，協(xié)調(diào)器模塊接入端通過主動搜索方式連接到ZigBee傳感器互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)調(diào)器模塊輸出端通過串口形式與服務(wù)器主機的輸入端相連，服務(wù)器主機輸出端連接執(zhí)行模塊，供電模塊連接到節(jié)點模塊、協(xié)調(diào)器模塊和執(zhí)行模塊的電源端；本發(fā)明具備供電方便、遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能調(diào)節(jié)、網(wǎng)絡(luò)簡單、覆蓋范圍廣泛的特點。
文檔編號G08C17/02GK103210818SQ201310104588
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月28日
發(fā)明者任天令, 陶璐琪, 楊軼, 束逸, 王文生 申請人:清華大學(xué)