CN203136287U - 基于wsn的设施农业调光*** - Google Patents
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Abstract
一种基于WSN的设施农业调光***，包括：主控节点，以第一处理器为核心，处理器接收数据采集模块采集的环境信息，通过连接的第一无线收发模块进行无线发送；驱动节点，以第二处理器为核心，第二处理器通过连接的第二天线无线收发模块接收主控节点传输的调光数据，第二处理器连接第一继电器和第二继电器；LED执行器，包括红光LED灯组和蓝光LED灯组，第一继电器通过红光驱动模块接红光LED灯组，第二继电器通过蓝光驱动模块接蓝光LED灯组；所述驱动节点连接多个LED执行器，由主控节点建立无线传感网，本实用新型满足设施农业实际生产需求，可靠性高，可实现多种控制方式，进一步提高温室作物经济效益，提升农业生产管理水平。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于WSN的设施农业调光***。
背景技术
光合作用是植物能量合成的最重要生理过程，温室由于受人为因素影响光照环境很难达到植物生长要求。我国设施农业在光照调控方面普遍存在调光方式不科学、设备简单低效等问题，具体表现为利用人为经验控制及有线方式进行数据传输造成了调节误差大，控制方式单一、部署及维护困难等不足；采用高压钠灯、金卤灯等作为光源，造成了光谱不匹配，能耗大，光能率用率低等，严重影响了温室作物经济效益。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种基于WSN的设施农业调光***，满足设施农业实际生产需求，可靠性高，可实现多种控制方式，进一步提高温室作物经济效益，提升农业生产管理水平，降低管理成本。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种基于WSN的设施农业调光***，包括：
主控节点，以第一处理器为核心，处理器接收数据采集模块采集的环境信息，通过连接的第一无线收发模块进行无线发送；
驱动节点，以第二处理器为核心，第二处理器通过连接的第二天线无线收发模块接收主控节点传输的调光数据，第二处理器连接第一继电器和第二继电器；
LED执行器，包括红光LED灯组和蓝光LED灯组，所述第一继电器通过红光驱动模块接红光LED灯组，所述第二继电器通过蓝光驱动模块接蓝光LED灯组；
所述驱动节点连接多个LED执行器，由主控节点建立无线传感网。
从而为用户提供手动控制、阈值控制、定时控制、定量控制等四种调光控制方式。
所述第一处理器和第二处理器均为CC2530。
所述数据采集模块包括温湿度传感器和光照传感器。
所述红光驱动模块和蓝光驱动模块均为PT4115驱动芯片。
所述主控节点接有人机交互模块，所述人机交互模块用液晶显示屏显示，用复位按键作为设备按键，所述液晶显示屏与第一处理器采用串行SPI方式进行通信，设备按键电路利用或门和LM358运放实现。
与现有技术相比，本实用新型采用CC2530作为核心处理器，利用WSN技术组建网络，以PT4115为LED调光驱动芯片，为用户提供手动控制、阈值控制、定时控制、定量控制等四种调光控制方式，其中阈值控制方式可根据温室温度、红蓝光实时检测数据及作物生长目标值计算作物实际调光量，实现按需精确调节；手动控制方式为用户提供LED全开或全闭两种工作状态,即强制调光模式；定时控制根据用户所设时间参数进行控制；定量控制根据用户所设LED灯组亮度参数进行调节。
附图说明
图1是本实用新型原理框图。
图2是本实用新型主控节点电路原理框图。
图3是本实用新型驱动节点与LED执行器电原理框图。
图4是本实用新型主控节点软件流程图。
图5是本实用新型驱动节点软件流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本实用新型的实施方式。
如图1所示，一种基于WSN的设施农业调光***，包括主控节点、驱动节点以及LED执行器，驱动节点可连接多个LED执行器，由主控节点建立无线传感网，整体成星型拓扑结构，具有容量大、低成本、低功耗等特点，且相邻两个驱动节点传输距离可达10～150m，完全满足温室内无线调光***设计需求。
如图2所示，主控节点主要负责构建及启动网络、网络参数选择、当前环境信息监测、控制方式选择、计算调光值、调光命令下发人机交互等功能。其以第一处理器为核心，处理器连接数据采集模块、第一无线收发模块、电源模块、人机交互模块以及时钟模块。数据采集模块包括温湿度传感器和光照传感器，为***采集环境数据。其中第一处理器选用CC2530，内含高性能低功耗8051微控制器，工作电压3.3V，外设21个I/O口，其中P1.0接入***正常工作信号LED指示灯；P0.1接入手动按钮；人机交互模块电路为液晶分别与P0.0、P1.2、P1.5、P1.6连接，按键与P0.6、P2.0口连接；P0.2、P0.4、P0.5与时钟芯片DS1302相连；P1.4口与温度传感器连接，P1.1、P1.3口与光照传感器相连，具体电路根据CC2530芯片手册设计开发，降低了开发难度。第一无线收发模块是通过执行电路将天线连接在CC2530上实现，电源模块采用5V适配器为主控节点供电，电源输入后，经过降压芯片ASM-1117的典型电路为***提供3.3V直流电压，时钟模块根据DS1302芯片手册中典型电路设计，可实现***时间设制以及定时控制功能。人机交互模块用液晶显示屏DB12864-16C显示，用复位按键作为设备按键，在满足***工作要求的条件下，为节省I/O口使用，所述液晶显示屏与第一处理器采用串行SPI方式进行通信，设备按键电路利用或门和LM358运放实现。同时，为满足***后期扩展需求，将剩余I/O口作为备用扩展口使用，以提高***实际应用及二次开发能力。
如图3所示，驱动节点和LED执行器共同构成了调光执行部分，驱动节点以第二处理器为核心，第二处理器接第二天线无线收发模块、第一继电器和第二继电器；LED执行器包括红光LED灯组和蓝光LED灯组，第一继电器通过红光驱动模块接红光LED灯组，第二继电器通过蓝光驱动模块接蓝光LED灯组。
驱动节点属于精简功能设备，只完成调光控制命令接收与信号输出功能，可减少***电路设计,降低智能调光***的成本。具体电路中，第二处理器为CC2530，P1.0连接红光驱动模块，P1.1连接蓝光驱动模块，P1.5连接第一继电器，P1.6连接第二继电器。
LED执行器由24V电源供电，红光驱动模块和蓝光驱动模块选择PT4115驱动芯片，其是一款连续电感电流导通模式的降压恒流源，可用于驱动一颗或多颗LED串联。LED灯组根据植物生长所需光环境由若干红、蓝光LED按比例组成。
基于以上结构，本***软件主要包括节点间数据传输和节点功能软件两个部分。
节点数据传输过程首先通过主控节点进行信道扫描，选择合适的信道组建网络。在IEEEE802.15.4协议中，将2.4G频段划分16个信道，编号为11-26，本***选择默认值11信道，构建成功后，驱动节点以直接方式加入网络，即驱动节点作为主控节点的子节点，由主控节点向驱动节点发送作为其子设备命令。主控节点在网络中起协调器作用，负责网络构建。为确保***安全可靠工作，***采用分布式分配机制为每一个节点分配自己的地址，主控节点在组网以后使用0x0000作为自己的短地址，在驱动执行节点加入***网络后，由主控设备随机分配一个不重复的16位短地址作为自己唯一的地址来进行通讯。
主控节点控制软件包括两类传感器解析函数、计算决策程序、参数设定程序、液晶显示程序、时钟程序等子程序；驱动节点作为终端节点，在完成调光控制命令接收后，将控制信号输出给继电器和驱动电路，LED执行器根据调光控制命令实时调节红蓝光LED灯组状态，实现温室光环境的多种方式以及无线控制。
如图4所示，主控节点软件流程如下：
开机后***进行初始化，检查是否保存已有网络，若***保存已有网络则还原网络，若未保存已有网络则检测是否已存在网络，若已存在网络则进行网络ID+1，完成组网，若没有已存在网络则进行特定信道特定网络的扫描并完成组网，组网时主控节点允许其他节点加入，组网完成后选择调光控制方式，确定控制方式并进行控制决策计算处理，最后完成调光控制命令无线发送。
如图5所示，驱动节点软件流程如下：
驱动节点开机后，首先进行初始化，完成后检查是否保存已有网络，若保存已有网络则还原网络，若没有保存已有网络则扫描已存在的网络同时发送入网请求，加入网络成功后，驱动节点开始接收主控节点发送的调光控制命令并根据调光命令输出LED灯组控制信号，输出控制信号后开始休眠，若休眠时间到则重新接收主控节点发送的调光命令，若休眠时间未到则继续输出原有的控制信号。
本***可根据实际生产需要实现手动控制、定时控制、阈值控制以及定量控制等四种控制方式，其中阈值控制是根据用户设置的环境阈值进行调光，若检测温室环境温度、红蓝光光强均在阈值范围内则根据所设红蓝光光强阈值与温室环境实际红蓝光光强差值精确调节LED灯组输出亮度；手动控制是根据用户需求将LED灯组强制全开或全关；定时控制是根据需要对LED灯组开关时间进行控制；定量控制是按照用户需求设置LED灯组的实际输出亮度。
针对本***的试验证明，本***可根据用户实际需要实现手动控制、定时控制、阈值控制以及定量控制等多种控制方式调光，且所有控制命令均可采用无线传输方式进行准确传输。其中在阈值控制方式下，主控节点可完成温室实时温度、红蓝光光强等环境因子检测，并基于光合作用机理精确决策温室作物实际需光量；驱动节点可稳定接收实际调光数据，并准确输出给驱动电路和继电器，LED执行器可根据控制命令准确调节LED灯组输出状态。
综上，本实用新型可通过用户实际需求选择多种控制方式对温室作物光环境进行无线调控。其中阈值控制方式综合考虑作物光合作用影响因素，根据温室温度、红蓝光光强等环境因子精确计算作物实际需光量，实现了温室光环境的实时按需调节。同时***结合温室实际生产条件，采用无线传感器网络技术传输调光命令，有效降低了***部署难度与维护成本；采用新一代LED光源，减少了生产成本，节约了能源。经过实际部署和运行证明，***具有稳定性好、准确性高、部署简单、能耗少等优点。
Claims (5)
1.一种基于WSN的设施农业调光***，其特征在于，包括：
主控节点，以第一处理器为核心，处理器接收数据采集模块采集的环境信息，通过连接的第一无线收发模块进行无线发送；
驱动节点，以第二处理器为核心，第二处理器通过连接的第二天线无线收发模块接收主控节点传输的调光数据，第二处理器连接第一继电器和第二继电器；
LED执行器，包括红光LED灯组和蓝光LED灯组，所述第一继电器通过红光驱动模块接红光LED灯组，所述第二继电器通过蓝光驱动模块接蓝光LED灯组；
所述驱动节点连接多个LED执行器，由主控节点建立无线传感网。
2.根据权利要求1所述的基于WSN的设施农业调光***，其特征在于，所述第一处理器和第二处理器均为CC2530。
3.根据权利要求1所述的基于WSN的设施农业调光***，其特征在于，所述数据采集模块包括温湿度传感器和光照传感器。
4.根据权利要求1所述的基于WSN的设施农业调光***，其特征在于，所述红光驱动模块和蓝光驱动模块均为PT4115驱动芯片。
5.根据权利要求1所述的基于WSN的设施农业调光***，其特征在于，所述主控节点接有人机交互模块，所述人机交互模块用液晶显示屏显示，用复位按键作为设备按键，所述液晶显示屏与第一处理器采用串行SPI方式进行通信，设备按键电路利用或门和LM358运放实现。
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|---|---|---|---|---|
| CN104582151A (zh) * | 2014-12-19 | 2015-04-29 | 苏州佳亿达电器有限公司 | 一种led植物生长灯智能控制*** |
| CN107592710A (zh) * | 2016-07-08 | 2018-01-16 | 松下知识产权经营株式会社 | 照明控制***及方法、照明装置、计算机可读取的介质 |
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