[實用新型]一種溫室大棚自主式無線監控節點

有效

• 申請號: 201420204462.0
• 申請日: 2014-04-25
• 公開（公告）號: CN204116905U
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 楊義;萬雪芬;鄭濤;周紅偉;楊彥中;蔣學芹;韓芳;朱明達
• 申請（專利權）人: 東華大學;華北科技學院;燕山大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩

技術領域

本實用新型涉及一種可以通過ZigBee無線技術進行遠程監測與控制的農業溫室大棚無線監控節點。該節點上電后采集并發送溫室大棚內溫濕度、土壤溫度、土壤水分、氧氣含量及光照數據，并可根據種植參數自主通過繼電器與脈寬調制輸出為溫室大棚提供灌溉、通風以及大棚卷簾機等機電設備的控制信號。

背景技術

隨著我國農業的發展，溫室大棚種植技術已經得到了廣泛的推廣應用。溫室大棚種植的優點在于其可以人為地控制棚內溫度、濕度等種植參數，并可抵御外界不良氣候環境對作物造成的影響。但是我國溫室大棚種植領域普遍存在的問題是種植模式粗曠、勞動力密集、多采用人工管理方式。這造成了在溫室大棚種植過程中單位產出人工成本占比高、種植效果難以優化。傳統溫室大棚種植模式已不能適應未來精細化農業的需求。如果能通過遠程監控方式對溫室大棚種植過程管理模式進行升級，則可以在較大程度上彌補我國傳統粗曠型溫室大棚種植方式的缺陷，尤其是在恒溫溫室大棚、育苗溫室大棚等對環境參數要求較高的應用中，其將發揮更為重要的作用。

近年來隨著無線傳輸與數據采集技術的發展，無線傳感器網絡得到了廣泛的應用。無線傳感器網絡設置靈活、功耗低、節點結構簡單，十分適合在農業監測這一具有分布式、低成本監測需求的領域推廣應用。ZigBee技術是一種適用于無線傳感器網絡的通信協議，具有近距離、低復雜度、低功耗、低速率和低成本的特點。農業監測領域所關注的種植數據多為緩變數據，另外田間地頭通常難以提供有線連接，基于ZigBee技術的無線傳感器網絡十分適合在以上場合使用。隨著嵌入式技術的發展，新一代單片機低功耗、高性能與高可靠性的特點十分突出，非常適合在戶外無線傳感器網絡中使用。使用ZigBee技術與新一代單片機技術可實現低成本、多功能、低功耗及高可靠性的無線傳感器網絡節點設計。利用其進行組網可望實現對農業種植的分布式監控。

但是傳統的無線監控節點較依賴上位機，而ZigBee無線信道在惡劣氣象條件下易出現傳輸問題。尤其是惡劣氣象環境下ZigBee信道中一些重要控制信息(如灌溉、通風)的丟失更會對大棚內部種植環境造成難以估量的破壞。所以如果能在節點功能劃分上將數據傳輸功能與設備控制功能剝離開來，分解為兩個獨立的部分將會提高系統工作的穩定性。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種適用于農業溫室大棚種植的無線監控節點。

為了達到上述目的，本實用新型的技術方案是提供了一種農業溫室大棚無線監控節點，包括低功耗單片機、溫濕度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤水分傳感器、氧氣檢測部分、日光輻照傳感器、繼電器、ZigBee射頻透明傳輸模塊、用于提供工作電源的供電部分及定向天線，其特征在于：低功耗單片機分別連接溫濕度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤水分傳感器、氧氣檢測部分、日光輻照傳感器、繼電器及ZigBee射頻透明傳輸模塊，繼電器及低功耗單片機連接位于農業大棚內的機電設備，ZigBee射頻透明傳輸模塊與定向天線相連，定向天線對準上位機的天線，溫濕度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤水分傳感器及氧氣檢測部分布置在農業溫室大棚內，日光輻照傳感器布設在作物枝葉上方垂線0.5-1米位置處，其中：

氧氣檢測部分包括相連的氧氣傳感器與放大器，放大器連接低功耗單片機；

供電部分采用鉛酸電池結合DC-DC模塊的方式，將鉛酸電池的輸出通過DC-DC變換，為系統電路部分提供穩定的供電，該鉛酸電池使用太陽能進行充電；

低功耗單片機、繼電器、放大器、ZigBee射頻透明傳輸模塊及供電部分封裝在防水箱內。

優選地，所述溫濕度傳感器選用有一定防水能力、超低能耗、傳輸距離遠、已經預校準的數字式溫濕度傳感器；所述土壤溫度傳感器選用不銹鋼封裝的接觸式溫度傳感器；所述土壤水分傳感器選用FDR插針式土壤水分傳感器；所述日光輻照傳感器選用出廠預校準、適用于戶外環境的輻照傳感器；所述ZigBee射頻透明傳輸模塊選用工業級高增益透明傳輸模塊，所述ZigBee射頻透明傳輸模塊與所述低功耗單片機之間的接口為RS-232接口；所述定向天線選用八木天線或平板天線。

優選地，所述低功耗單片機選用微芯公司推出的PIC16F690單片機，在PIC16F690單片機的輸入引腳上使用一個1206封裝的0.1μF去耦陶瓷電容。

優選地，所述溫濕度傳感器選擇AM2306型數字溫濕度傳感器，AM2306型數字溫濕度傳感器的單總線端與PIC16F690單片機的16號引腳連接，并使用阻值為5.1K的0805封裝貼片電阻上拉，AM2306型數字溫濕度傳感器的供電端使用0.1μF陶瓷電容去耦。