[實用新型]基于無線傳感器網絡的田間水分水位傳感器

無效

• 申請號: 200920053044.5
• 申請日: 2009-03-20
• 公開（公告）號: CN201392323Y
• 公開（公告）日: 2010-01-27
• 發明（設計）人: 肖德琴;馮健昭;可欣榮;陳劍虹;胡均萬;李就好;羅錫文
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22;G01F23/26
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司
• 代理人: 林麗明

技術領域

本實用新型涉及一種基于無線傳感器網絡的田間水分水位傳感器。

背景技術

目前大部分的水分傳感器是通過有線裝置直接連接到顯示屏上讀取，而且大多是基于測量低頻電壓的水分傳感器。基本方法是將探針插入到土壤中，當土壤水含量不同時測出來的電壓值就不相同，經過標定就可以得出相應的土壤水分含量。CN101281183A公開了一種基于低頻電路檢測充電電壓的峰值信號的水分傳感器，采用兩套不同探頭和兩個獨立電路控制測量水分和水位，但是沒有網絡通信功能，一旦監測距離比較遠時，就無法讀取數據，也無法由用戶遠程監控水分信息。

像此類的傳感器只能通過有線裝置連接，或單跳連接到特定的讀取設備，用戶只能獲取當前位置或單點的土壤水含量信息，不能大范圍遠距離獲取數據，更不能用計算機遠程控制其進行水分信息采集。

實用新型內容

針對現有技術的缺點，本實用新型的目的是提供一種能遠距離操作與控制的、低成本、低功耗的基于無線傳感器網絡的田間水分水位傳感器。

為實現上述目的，本實用新型的技術方案為：一種基于無線傳感器網絡的田間水分水位傳感器，包括一對探針及接收探針探測信號并用于測量農田水分含量和水層高度的傳感器電路，傳感器電路與處理器模塊的一組端口連接，處理器模塊的另一組端口與能實現節點與節點之間多跳的無線通信的通訊模塊連接，各個節點之間形成自組織的無線傳感器網絡，通過無線網絡協議與遠程計算機終端進行通訊。

所述傳感器電路由高頻振蕩模塊、分頻模塊與比較器依次串聯組成，其中，探針與高頻振蕩模塊連接形成振蕩電路，比較器連接到處理器模塊；所述高頻振蕩模塊與分頻模塊還連接至一供電模塊。

所述高頻振蕩模塊MC1648芯片，分頻模塊為MB510芯片，比較器為LM393比較器。

所述處理器模塊為ATMEGA芯片，通訊模塊為CC1000通訊電路。

本實用新型與現有技術相比具有如下優點和有益效果：

(1)通過自組織的無線傳感器網絡遠程獲取大范圍農田的水分信息，實現由遠程計算機用戶對農田無線水分傳感器網絡進行操作與控制，并為計算機數據挖掘提供基礎數據源。

(2)在傳感器電路中采用單片機來控制，利用單片機一定的存儲與處理能力，并通過高頻振蕩電路來獲取農田水分或水層高度信息，由CC1000通訊電路構成自組織無線網絡來傳輸水分含量或水層高度信息，可以在遠距離獲取觀測點的水分含量或水層高度數據的同時，將數據通過無線傳感器網絡直接傳送到計算機進行處理，遠程計算機管理用戶根據各觀測點的水分信息，可以決策指導精準灌溉系統，從而成為精準農業的得力助手。

(3)本農田無線水分傳感器屬于自主開發與設計，成本低廉，單個傳感器元件成本約為當前市面國外傳感器的20％。

(4)精度方面，能滿足田間作物(如水稻)生長期水分監測量的需要，在30％以上水分含量測量中，誤差不超過±3％；在1～7厘米水層高度測量中，誤差不超過0.5厘米。

(5)裝配3.6伏鋰電或鎳氫即可連續監測3-4個月，功耗較低。

附圖說明

圖1為本實用新型基于無線傳感器網絡的田間水分水位傳感器的原理框圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型進行詳細的描述。

如圖1所示，本實用新型提供一種基于無線傳感器網絡的田間水分水位傳感器，包括一對探針及接收探針探測信號并用于測量農田水分含量和水層高度的傳感器電路，傳感器電路與處理器模塊的一組端口連接，處理器模塊的另一組端口與能實現節點與節點之間多跳的無線通信的通訊模塊連接，各個節點之間形成自組織的無線傳感器網絡，通過無線網絡協議與遠程計算機終端進行通訊。所述高頻振蕩模塊與分頻模塊還連接至一供電模塊。

所述傳感器電路由高頻振蕩模塊、分頻模塊與比較器依次串聯組成，且集成于一電路板上，其中，探針與高頻振蕩模塊連接形成振蕩電路，比較器連接到處理器模塊；所述高頻振蕩模塊MC1648芯片，分頻模塊為MB510芯片，比較器為LM393比較器；所述處理器模塊為ATMEGA芯片，通訊模塊為CC1000通訊電路。通常在此振蕩電路中電感值為幾十納亨，并聯電容值為幾十皮法拉，最好振蕩電路的振蕩頻率控制在160MHz到220MHz變化范圍之內。

本實用新型中，在電路板上安裝兩根探針，探針與MC1648高頻振蕩模塊連接形成振蕩電路，MC1648高頻振蕩模塊的輸出連接到MB510分頻模塊的輸入，經過分頻后的信號連接到LM393比較器進行拉升，最后將比較器的信號輸出到ATMEGA芯片進行處理。ATMEGA芯片還與CC1000通訊電路的輸入輸出相連接，通過通訊電路可實現節點與節點之間的單跳或多跳的無線通信，并且自組織形成無線傳感器網絡。傳感器模塊的原理是當土壤中的水分含量或者飽和時水層高度發生變化，引起兩根探針之間的導電電容改變，從而使MC1648高頻振蕩模塊的振蕩頻率發生變化。當信號經MB510分頻和LM393比較器拉升后，就可以輸入到ATMEGA芯片進行處理，同時由相連接的CC1000通訊電路實現多跳的無線網絡通信，構成完整的農田無線水分傳感器網絡。該網絡可以實現水分含量和水層高度數據的無線收發以及遠程傳輸，并且將數據直接傳送到遠程計算機終端進行處理，用戶通過遠程計算機即可實現對遠距離農田水分的檢測。