CN103210818A - 一种基于ZigBee技术的智能土壤墒情监控调节*** - Google Patents

一种基于ZigBee技术的智能土壤墒情监控调节*** Download PDF

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任天令
陶璐琪
杨轶
束逸
王文生
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Abstract

本发明公开了一种基于ZigBee技术的智能土壤墒情监控调节***，属于基于ZigBee技术的无线传感器网络领域，该***包括采用ZigBee射频模块和微控制单元（MCU）的多个基于节点模块、协调器模块和执行模块，服务器主机、供电模块以及ZigBee传感器互联网络；多个节点模块通过自组网的方式分别与ZigBee传感器互联网络相连，协调器模块接入端通过主动搜索方式连接到ZigBee传感器互联网络中，协调器模块输出端通过串口形式与服务器主机的输入端相连，服务器主机输出端连接执行模块，供电模块连接到节点模块、协调器模块和执行模块的电源端；本发明具备供电方便、远程监控、智能调节、网络简单、覆盖范围广泛的特点。

Description

一种基于ZigBee技术的智能土壤墒情监控调节***
技术领域
本发明属于基于ZigBee技术的无线传感器网络领域，尤其涉及一种基于ZigBee技术的智能土壤墒情调节监控***。
背景技术
当今社会，随着信息技术的发展，农业信息化产业崭露头角。各式各样的传感器技术、全球定位***技术、无线通信网络技术以及互联网技术的应用，为土壤墒情远程监控提供了条件。准确、快速、实时的土壤商情信息采集，是保证农业发展的必要条件。而无线组网技术，为土壤墒情信息采集带来了极大的便利性，并且便于专家进行远程指导与建议。
传统的土壤墒情监控通常采用人工的形式进行。通过取样，对土样进行处理，然后利用大型设备进行分析，这为土壤墒情监控的便利性和实时性提出了严峻的挑战；现有的土壤墒情远程监控***通常采用GSM/GPRS/WCDMA等形式进行远程监控，故存在着基站建造与维护成本高、协议复杂、组网困难等特点，较难实现准确、高效地监控与调节土壤墒情；这限制了农业信息化产业向智能化方向发展。
ZigBee技术指的是采用IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议，具有低功耗、低成本、低速率、支持大量节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全的特点，ZigBee模块之间可以通过这种协议进行数据通信，实现数据的无线传输。
发明内容
本发明的目的是为弥补现有产品的不足之处,提出一种基于ZigBee技术的智能土壤墒情监控调节***，其具备供电方便、远程监控、智能调节、网络简单、覆盖范围广泛的特点。
本发明提出的一种基于ZigBee技术的智能土壤墒情监控调节***，其特征在于，该***包括采用ZigBee射频模块和微控制单元（MCU）的多个基于节点模块、协调器模块和执行模块，服务器主机、供电模块以及ZigBee传感器互联网络；多个节点模块通过自组网的方式分别与ZigBee传感器互联网络相连，协调器模块接入端通过主动搜索方式连接到ZigBee传感器互联网络中，协调器模块输出端通过串口形式与服务器主机的输入端相连，服务器主机输出端连接执行模块，供电模块连接到节点模块、协调器模块和执行模块的电源端。上述的一种基于ZigBee技术的智能土壤墒情监控调节***中，ZigBee节点模块由土壤墒情传感器组、MCU、存储器及ZigBee射频模块构成。其中MCU控制存储及处理传感器组采集到的墒情信号，并通过ZigBee射频模块将处理后的数据发送至协调器模块。
上述的一种基于ZigBee技术的智能土壤墒情监控调节***中，ZigBee协调器模块包括ZigBee射频模块、MCU，通过ZigBee射频模块将采集到的数据交由MCU进行处理，MCU将处理后的数据上传到服务器主机。
上述的一种基于ZigBee技术的智能土壤墒情监控调节***中，服务器主机运行一套可以进行监控及调节土壤墒情的上位机软件，同时可以将墒情信息与服务器主机数据库中的预设值数据进行比对，如果当前墒情不满足预设范围，服务器主机将会把对应的执行信息通过协调器模块中的ZigBee射频模块发送到执行器模块中。
上述的一种基于ZigBee技术的智能土壤墒情监控调节***中，执行器模块包括ZigBee射频模块、MCU、继电器单元、水泵及报警器。ZigBee射频模块负责接收服务器主机发来的执行信号，如果当前含水量较低时，反馈信号内容为通过MCU控制水泵进行浇水动作，如果由于水泵工作不正常导致当前含水量严重不足时，反馈信号内容为通过MCU控制报警器发出警报。
上述的一种基于ZigBee技术的智能土壤墒情监控调节***中，蓄电池及太阳能电池组合的双电池供电***中包括两块太阳能电池板，为蓄电池进行充电，便于提高电池的利用率。
本发明通过这种***，可以实现远程墒情传感器采集到的土壤墒情信息，并在服务器端显示出来，通过与服务器端设定的阈值对比，当土壤湿度低于设定阈值时，自动触发执行器模块为土壤进行灌溉。本发明的主要优点如下：
1、采用太阳能电池及蓄电池供电，利用太阳能电池及时为蓄电池充电，从而为网络的长时间稳定工作提供了保证；
2、采用ZigBee模块进行远程数据传输，具有结构简单、功耗极低、成本极低、管理容易的特点，省去了人工检测中的样品采集、处理、检测等繁琐步骤，大大降低了人力成本；
3、可以实时监控土壤中的墒情状况，在湿度不达标时，自动触发执行模块进行浇水动作，具有智能调节的特点；
4、采用ZigBee技术，使得节点添加难度降低，可以在后期逐步增加网络规模，提高土壤墒情监控调节的覆盖范围。
附图说明
图1是本发明提出的一种基于ZigBee技术的智能土壤墒情监控调节***的结构框图。
图2是本发明的节点模块实施例组成示意图。
图3是本发明协调器模块及服务器主机组成示意图。
图4是本发明的执行器模块实施例组成示意图。
具体实施方式
本发明提出的一种基于ZigBee技术的智能土壤墒情监控调节***，其结构如图1所示，包括采用ZigBee射频模块和微控制单元MCU的多个节点模块1、协调器模块2、执行模块5，服务器主机3、供电模块4以及ZigBee传感器互联网络6。多个节点模块1通过自组网的方式分别与ZigBee传感器互联网络6相连，协调器模块2接入端通过主动搜索方式连接到ZigBee传感器互联网络6中，协调器模块2输出端通过串口形式与服务器主机3的输入端相连，供电模块4连接到节点模块1、协调器模块2和执行模块5的电源端。
上述***的工作过程：多个节点模块1负责采集各测点土壤中的墒情信息，并将信息情况以数字信号的形式通过传感器互联网络6发送至协调器模块2，协调器模块2将收到的信息传输给服务器主机3，服务器主机3通过比对当前墒情与预设墒情阈值，通过协调器模块2和传感器互联网络6，向执行模块5发出相应的控制信号，执行模块5收到控制信号后执行相应的行为，而供电模块4为除服务器主机3以外的其他模块进行供电。
上述***的各部件的具体实施方式分别说明如下：
本实施例中节点模块1如图2所示，包括土壤墒情传感器组、微控制单元（MCU）及ZigBee射频模块。其中，土壤墒情传感器组的输出端与微控制单元（MCU）输入端相连,微控制单元（MCU）与ZigBee射频模块连接，土壤传感器组主要包括土壤温湿度传感器，可以采用SHT10型号微型温湿度传感器，MCU可以采用AVR单片机Mega16，MCU将采集到的墒情信息进行A/D转换等处理，然后通过ZigBee射频模块将数据发送至协调器。
本实施例中协调器模块2如图3所示，包括微控制单元MCU（MCU可以采用AVR单片机Mega16）及ZigBee射频模块。其中，微控制单元（MCU）与ZigBee射频模块连接，MCU将ZigBee模块接收到的信号，通过RS232接口与服务器主机3相连，将采集到的数据在服务器主机端显示出来。
本实施例的执行器模块的组成如图4所示，包括包括微控制单元MCU（MCU可以采用AVR单片机Mega16）、ZigBee射频模块、继电器、水泵和报警器；其中ZigBee射频模块的输出端与微控制单元MCU的输入端相连、微控制单元MCU的输出端入继电器的输入端相连，继电器的两个输出端分别与水泵和报警器相连。本实施例的继电器、水泵和报警器均可采用常规产品。本实施例中服务器主机上运行的上位机软件***（属于已知技术）可以自动分析当前墒情信息，通过将实时信息与数据库中存储的土壤湿度阈值进行比对，本实施例设置的的土壤湿度阈值指的是，满足作物生长的土壤湿度的最低值的一倍，当土壤湿度略微低于或严重低于设定的土壤湿度阈值时，服务器主机3将控制信号数据通过MCU发送至协调器2中的ZigBee射频模块，通过ZigBee传感器互联网络6将控制信号发送至执行模块5中的ZigBee射频模块，从而MCU根据ZigBee模块接收到的命令信号，执行相应行为。本实施例中，如果当前湿度略微低于预设阈值时，MCU控制继电器的接通，水泵开始进行浇灌动作；如果由于继电器或者水泵发声问题，导致补水行为不及时而造成土壤湿度严重低于设定的阈值时，可以取阈值的1/2，MCU会控制报警器发出警报信息。
本实施例的服务器主机采用常规的PC机，例如（补充一个型号）
本实施例中的供电***，采用双电池方案，其中蓄电池电量为20AH左右，太阳能电池板输出功率大约为20W左右。

Claims (4)

1.一种基于ZigBee技术的智能土壤墒情监控调节***，其特征在于，该***包括采用ZigBee射频模块和微控制单元（MCU）的多个基于节点模块、协调器模块和执行模块，服务器主机、供电模块以及ZigBee传感器互联网络；多个节点模块通过自组网的方式分别与ZigBee传感器互联网络相连，协调器模块接入端通过主动搜索方式连接到ZigBee传感器互联网络中，协调器模块输出端通过串口形式与服务器主机的输入端相连，服务器主机输出端连接执行模块，供电模块连接到节点模块、协调器模块和执行模块的电源端。
2.如权利要求1所述***，其特征在于，所述节点模块包括土壤墒情传感器组、微控制单元（MCU）及ZigBee射频模块；其中，土壤墒情传感器组的输出端与微控制单元（MCU）输入端相连,微控制单元（MCU）与ZigBee射频模块连接，土壤传感器组主要包括土壤温湿度传感器。
3.如权利要求1所述***，其特征在于，所述协调器模块包括微控制单元MCU及ZigBee射频模块。
4.如权利要求1所述***，其特征在于，所述执行器模块包括包括微控制单元（MCU）、ZigBee射频模块、继电器、水泵和报警器；其中ZigBee射频模块的输出端与微控制单元MCU的输入端相连、微控制单元MCU的输出端入继电器的输入端相连，继电器的两个输出端分别与水泵和报警器相连。
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