一种温室大棚自主式无线监控节点制造技术

本实用新型专利技术涉及一种农业温室大棚自主式无线监控节点，包括低功耗单片机、温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤水分传感器、氧气检测部分、日光辐照传感器、继电器、ZigBee射频透明传输模块、供电部分及定向天线。本实用新型专利技术提出了一种可用于农业温室大棚无线远程监控的节点。该节点可为农业温室大棚种植提供一种新的管理途径。该节点不仅实现了对温室大棚常见种植参数的自动采集，而且还可以不依赖上位机自主实现对温室大棚种植设备的控制功能。节点采用太阳能供电及定向天线传输增强的方式，使节点布设更加灵活。节点结构简单、成本低廉、工作可靠，利于在我国温室大棚农业种植领域推广。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术涉及一种农业温室大棚自主式无线监控节点，包括低功耗单片机、温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤水分传感器、氧气检测部分、日光辐照传感器、继电器、ZigBee射频透明传输模块、供电部分及定向天线。本技术提出了一种可用于农业温室大棚无线远程监控的节点。该节点可为农业温室大棚种植提供一种新的管理途径。该节点不仅实现了对温室大棚常见种植参数的自动采集，而且还可以不依赖上位机自主实现对温室大棚种植设备的控制功能。节点采用太阳能供电及定向天线传输增强的方式，使节点布设更加灵活。节点结构简单、成本低廉、工作可靠，利于在我国温室大棚农业种植领域推广。【专利说明】一种温室大棚自主式无线监控节点
本技术涉及一种可以通过ZigBee无线技术进行远程监测与控制的农业温室大棚无线监控节点。该节点上电后采集并发送温室大棚内温湿度、土壤温度、土壤水分、氧气含量及光照数据，并可根据种植参数自主通过继电器与脉宽调制输出为温室大棚提供灌溉、通风以及大棚卷帘机等机电设备的控制信号。
技术介绍
随着我国农业的发展，温室大棚种植技术已经得到了广泛的推广应用。温室大棚种植的优点在于其可以人为地控制棚内温度、湿度等种植参数，并可抵御外界不良气候环境对作物造成的影响。但是我国温室大棚种植领域普遍存在的问题是种植模式粗旷、劳动力密集、多采用人工管理方式。这造成了在温室大棚种植过程中单位产出人工成本占比高、种植效果难以优化。传统温室大棚种植模式已不能适应未来精细化农业的需求。如果能通过远程监控方式对温室大棚种植过程管理模式进行升级，则可以在较大程度上弥补我国传统粗旷型温室大棚种植方式的缺陷，尤其是在恒温温室大棚、育苗温室大棚等对环境参数要求较高的应用中，其将发挥更为重要的作用。 近年来随着无线传输与数据采集技术的发展，无线传感器网络得到了广泛的应用。无线传感器网络设置灵活、功耗低、节点结构简单，十分适合在农业监测这一具有分布式、低成本监测需求的领域推广应用。ZigBee技术是一种适用于无线传感器网络的通信协议，具有近距离、低复杂度、低功耗、低速率和低成本的特点。农业监测领域所关注的种植数据多为缓变数据，另外田间地头通常难以提供有线连接，基于ZigBee技术的无线传感器网络十分适合在以上场合使用。随着嵌入式技术的发展，新一代单片机低功耗、高性能与高可靠性的特点十分突出，非常适合在户外无线传感器网络中使用。使用ZigBee技术与新一代单片机技术可实现低成本、多功能、低功耗及高可靠性的无线传感器网络节点设计。利用其进行组网可望实现对农业种植的分布式监控。 但是传统的无线监控节点较依赖上位机，而ZigBee无线信道在恶劣气象条件下易出现传输问题。尤其是恶劣气象环境下ZigBee信道中一些重要控制信息(如灌溉、通风)的丢失更会对大棚内部种植环境造成难以估量的破坏。所以如果能在节点功能划分上将数据传输功能与设备控制功能剥离开来，分解为两个独立的部分将会提高系统工作的稳定性。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种适用于农业温室大棚种植的无线监控节点。 为了达到上述目的，本技术的技术方案是提供了一种农业温室大棚无线监控节点，包括低功耗单片机、温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤水分传感器、氧气检测部分、日光辐照传感器、继电器、ZigBee射频透明传输模块、用于提供工作电源的供电部分及定向天线，其特征在于:低功耗单片机分别连接温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤水分传感器、氧气检测部分、日光辐照传感器、继电器及ZigBee射频透明传输模块，继电器及低功耗单片机连接位于农业大棚内的机电设备，ZigBee射频透明传输模块与定向天线相连，定向天线对准上位机的天线，温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤水分传感器及氧气检测部分布置在农业温室大棚内，日光辐照传感器布设在作物枝叶上方垂线0.5-1米位置处，其中: 氧气检测部分包括相连的氧气传感器与放大器，放大器连接低功耗单片机； 供电部分采用铅酸电池结合DC-DC模块的方式，将铅酸电池的输出通过DC-DC变换，为系统电路部分提供稳定的供电，该铅酸电池使用太阳能进行充电； 低功耗单片机、继电器、放大器、ZigBee射频透明传输模块及供电部分封装在防水箱内。 优选地，所述温湿度传感器选用有一定防水能力、超低能耗、传输距离远、已经预校准的数字式温湿度传感器；所述土壤温度传感器选用不锈钢封装的接触式温度传感器；所述土壤水分传感器选用FDR插针式土壤水分传感器；所述日光辐照传感器选用出厂预校准、适用于户外环境的辐照传感器；所述ZigBee射频透明传输模块选用工业级高增益透明传输模块，所述ZigBee射频透明传输模块与所述低功耗单片机之间的接口为RS-232接口 ；所述定向天线选用八木天线或平板天线。 优选地，所述低功耗单片机选用微芯公司推出的PIC16F690单片机，在PIC16F690单片机的输入引脚上使用一个1206封装的0.1 μ F去耦陶瓷电容。 优选地，所述温湿度传感器选择ΑΜ2306型数字温湿度传感器，ΑΜ2306型数字温湿度传感器的单总线端与PIC16F690单片机的16号引脚连接，并使用阻值为5.1K的0805封装贴片电阻上拉，ΑΜ2306型数字温湿度传感器的供电端使用0.1 μ F陶瓷电容去耦。 优选地，所述土壤温度传感器选用不锈钢结合软管封装的DS18B20数字式温度传感器，DS18B20数字式温度传感器的单总线端与PIC16F690单片机的17号引脚连接，DS18B20数字式温度传感器的数据线上使用阻值为4.7Κ的0805封装贴片电阻上拉，DS18B20数字式温度传感器的供电端使用0.1 μ F陶瓷电容去耦。 优选地，所述土壤水分传感器使用浩讯信息科技出品的MSlO 土壤水分传感器，MSlO 土壤水分传感器的输出端与PIC16F690单片机的15号管脚连接MSlO 土壤水分传感器的供电端使用0.1 μ F陶瓷电容去耦。 优选地，所述氧气传感器选用英国城市技术公司出品的40XV氧气传感器，在40XV氧气传感器的输出端上外接一 100欧姆I %精度的精密电阻作为负载；所述放大器选用AD公司生产的AD8602运算放大器，AD8602运算放大器为S0IC-8封装，放大倍数设定为 I: 101，用于设定放大倍数所采用的电阻都为1%精度、0805封装的精密电阻，AD8602运算放大器的供电输入端接一个0805封装的0.1 μ F的去耦电容，AD8602运算放大器的输出端与PIC16F690单片机的14号管脚连接。 优选地，所述PIC16F690单片机的8号管脚与9号管脚分别控制一路继电器，通过在8号管脚与9号管脚上逻辑电平的变化实现对继电器开/关状态的控制，8号管脚与9号管脚的输出通过光耦HCPL2630与各自的一路继电器进行隔离，8号管脚与9号管脚通过光耦隔离后的信号分别与一个三极管的基极连接，通过控制该三极管，即可控制流经继电器控制端的电流，实现继电器的开合功能。 优选地，所述节点供电部分包括太阳能电池板、太阳能控制器、铅酸蓄电池及DC-DC模块，太阳能电池板选用光合太阳能生产的40W单晶硅太阳能电池板；太阳能控制器选用斯普本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种温室大棚自主式无线监控节点，包括低功耗单片机、温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤水分传感器、氧气检测部分、日光辐照传感器、继电器、ZigBee射频透明传输模块、用于提供工作电源的供电部分及定向天线，其特征在于：低功耗单片机分别连接温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤水分传感器、氧气检测部分、日光辐照传感器、继电器及ZigBee射频透明传输模块，继电器及低功耗单片机连接位于大棚内的机电设备，ZigBee射频透明传输模块与定向天线相连，定向天线对准上位机的天线，温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤水分传感器及氧气检测部分布置在大棚内，日光辐照传感器布设在作物枝叶上方垂线0.5‑1米位置处，其中：氧气检测部分包括相连的氧气传感器与放大器，放大器连接低功耗单片机；供电部分采用铅酸电池结合DC‑DC模块的方式，将铅酸电池的输出通过DC‑DC变换，为系统电路部分提供稳定的供电，该铅酸电池使用太阳能进行充电；低功耗单片机、继电器、放大器、ZigBee射频透明传输模块及供电部分封装在防水箱内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨义，万雪芬，郑涛，周红伟，杨彦中，蒋学芹，韩芳，朱明达，
申请(专利权)人：东华大学，华北科技学院，燕山大学，
类型：新型
国别省市：上海;31