專利名稱：果園生態(tài)環(huán)境無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種果園生態(tài)環(huán)境無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
果樹生長信息的快速獲取是實現(xiàn)果園管理信息化、變量作業(yè)的前提條件。 目前我國采用的果園信息人工測量方式，己經(jīng)不適應(yīng)農(nóng)業(yè)電氣化和自動化的發(fā) 展要求，迫切需要能自動獲取果樹生態(tài)環(huán)境的先進(jìn)技術(shù)和自動化裝備。本發(fā)明 將環(huán)境、土壤等生態(tài)信息傳感測量、無線傳輸、網(wǎng)絡(luò)路由通訊等技術(shù)集成一體， 有效地解決了果園生態(tài)環(huán)境信息的自動采集和傳輸問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種果園生態(tài)環(huán)境無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)采 用低功耗微處理器，將生態(tài)環(huán)境信息傳感和無線傳輸有機(jī)結(jié)合，采用太陽能蓄 電供電方式可實現(xiàn)野外長期監(jiān)測任務(wù)。系統(tǒng)采用雙冗余循環(huán)路由傳輸通信協(xié)議， 可靠保障通絡(luò)通訊和數(shù)據(jù)安全。 本發(fā)明所采用的方案如下
包括八個生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點、三個移動節(jié)點和匯聚節(jié)點；匯聚節(jié)點 與第一移動節(jié)點無線連接，第一移動節(jié)點分別與第一生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點 和第二生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點無線連接；第一生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點分別 與第三生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點和第四生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點無線連接；第 二生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點分別與第三生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點和第四生態(tài)環(huán) 境信息傳感器節(jié)點無線連接；第三生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點分別與第二移動節(jié) 點和第三移動節(jié)點無線連接；第四生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點分別與第二移動節(jié) 點和第三移動節(jié)點無線連接；第二移動節(jié)點分別與第五生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié) 點和第六生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點無線連接；第三移動節(jié)點分別與第五生態(tài)環(huán) 境信息傳感器節(jié)點和第六生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點無線連接；第五生態(tài)環(huán)境信 息傳感器節(jié)點分別與第七生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點和第八生態(tài)環(huán)境信息傳感器 節(jié)點無線連接；第六生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點分別與第七生態(tài)環(huán)境信息傳感器 節(jié)點和第八生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點無線連接，以上每個節(jié)點均配置2.4GHz無 線傳輸模塊PTR6000PA，均由太陽能蓄電供電。
本系統(tǒng)工作原理如下生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點均勻分布在果園待測區(qū)域
內(nèi)，分別監(jiān)測所在位置的大氣參數(shù)和土壤參數(shù)，并通過各自的無線通訊模塊聯(lián) 接成信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，在無線信號盲點處增設(shè)移動節(jié)點，維持?jǐn)?shù)據(jù)路由的連通性 和可靠性，并最終將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚節(jié)點。選用的生態(tài)環(huán)境信息傳感器包括大
氣溫濕度傳感器、光照傳感器；土壤參數(shù)傳感器包括土壤溫度傳感器、土壤水 分傳感器。生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點和移動節(jié)點均內(nèi)置GPS全球定位信號接入 模塊，可輸出節(jié)點所在位置的經(jīng)緯度和海拔高度。 本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有的有益效果是
(1) 實現(xiàn)了果園生態(tài)環(huán)境信息獲取的自動化。
(2) 生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點和移動路由節(jié)點內(nèi)置GPS定位模塊，實現(xiàn)了果 園數(shù)據(jù)的地理標(biāo)記。
(3) 采用雙冗余路由傳輸通信協(xié)議，有效提高網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。


圖1是本發(fā)明的果園生態(tài)環(huán)境無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)組成示意圖。
圖2是本發(fā)明的節(jié)點結(jié)構(gòu)框圖。
圖3是本發(fā)明的節(jié)點電路圖。
圖中1-8、生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點，S、匯聚節(jié)點，M0-M2、移動節(jié)點， 9、嵌入式處理器，10、大氣溫濕度傳感器，11、光照傳感器，12、 土壤溫度傳 感器，13、 土壤水分傳感器，14、無線模塊，15、 GPS模塊，16、太陽能儲能 電池。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
如附圖1所示，本發(fā)明包括八個生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點1~8、三個移動節(jié) 點M0 M2和匯聚節(jié)點S;匯聚節(jié)點S與第一移動節(jié)點MO無線連接，第一移動 節(jié)點MO分別與第一生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點1和第二生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點 2無線連接；第一生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點1分別與第三生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié) 點3和第四生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點4無線連接；第二生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié) 點1分別與第三生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點3和第四生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點4 無線連接;第三生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點3分別與第二移動節(jié)點Ml和第三移動 節(jié)點M2無線連接；第四生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點4分別與第二移動節(jié)點Ml和 第三移動節(jié)點M2無線連接；第二移動節(jié)點Ml分別與第五生態(tài)環(huán)境信息傳感器 節(jié)點5和第六生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點6無線連接;第三移動節(jié)點M2分別與第 五生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點5和第六生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點6無線連接；第
五生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點5分別與第七生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點7和第八生 態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點8無線連接；第六生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點6分別與第 七生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點7和第八生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點8無線連接，以 上每個節(jié)點均配置2.4GHz無線傳輸模塊PTR6000PA，均由太陽能蓄電供電。
如圖2所示，所述的傳感器節(jié)點包括嵌入式處理器9、空氣溫濕度傳感器 10、光照傳感器11、 土壤溫度傳感器12、 土壤水分傳感器13、無線模塊14、 GPS模塊15和太陽能儲能電池16;嵌入式處理器9分別與空氣溫濕度傳感器 10、光照傳感器ll、 土壤溫度傳感器12、 土壤水分傳感器13、無線模塊14和 GPS模塊15聯(lián)接，太陽能儲能電池16分別與嵌入式處理器9、無線模塊14和 GPS模塊15聯(lián)接。
所述的嵌入式處理器9型號為MSP430F149。其內(nèi)部有60KB的程序存儲器， 2KB數(shù)據(jù)存儲器，2個USART接口； 32KHz外接低頻晶體振蕩器。
所述的空氣溫濕度傳感器IO型號為HW1。所述的光照傳感器11規(guī)格為0.5V 硅光電池。所述的土壤溫度傳感器12型號為LS25。所述的土壤水分傳感器13 型號為DW33。
所述的無線傳輸模塊14型號為PTR6000。
所述的GPS模塊15型號為Garman GPS25LP。
所述的太陽能儲能電池16規(guī)格為9V3W，經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路可輸出5V1W供給 傳感器調(diào)理電路；3.3V1 W供給微處理器9、無線模塊14和GPS模塊15。
本發(fā)明的工作原理如下
如圖1、 2、 3所示，在果園將生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點1~8 (以下簡稱傳感 節(jié)點)分別固定于一定間隔的果樹上，并將空氣溫濕度傳感器10、光照傳感器 11也固定在相同的果樹上，將土壤溫度傳感器12和土壤水分傳感器13埋到土 壤中即可。空氣溫濕度傳感器10、光照傳感器11、 土壤溫度傳感器12和土壤 水分傳感器13經(jīng)模擬量調(diào)理電路U2， U3后輸出標(biāo)準(zhǔn)信號給嵌入式處理器Ul 的A/D轉(zhuǎn)換接口P6。嵌入式處理器U1定時采集數(shù)據(jù)，并存儲在內(nèi)部RAM中， 同時通過X2接口從外接GPS模塊讀取全球經(jīng)緯度定位數(shù)據(jù)，并將GPS數(shù)據(jù)和 傳感器數(shù)據(jù)組裝成一個數(shù)據(jù)幀，通過無線模塊U6發(fā)送給其它具有相同結(jié)構(gòu)的控 制器。嵌入式處理器Ul也從無線模塊6接收其它具有相同結(jié)構(gòu)的控制器發(fā)來 的數(shù)據(jù)?？刂破饕揽刻柲軆δ茈姵亟?jīng)過V2穩(wěn)壓芯片供電。放在主控室中的計 算機(jī)作為匯聚節(jié)點，由嵌入式處理器9、無線傳輸模塊14和太陽能儲能電池16 組成移動節(jié)點M0 M2。移動節(jié)點M0放在匯聚節(jié)點和第一生態(tài)環(huán)境信息傳感器
節(jié)點i和第二生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點2之間，移動節(jié)點Ml放在第三生態(tài)環(huán)境 信息傳感器節(jié)點3和第五生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點5之間，移動節(jié)點M2放在第 四生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點4和第六生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點6之間。 系統(tǒng)有兩條無線通信路由鏈路，分別為圖中實線和虛線組成。 正常情況下，由實線組成兩路。 一路由傳感節(jié)點8將采集得到的生態(tài)環(huán)境 信息數(shù)據(jù)通過無線方式發(fā)送給傳感節(jié)點6，傳感節(jié)點6將傳感節(jié)點8發(fā)來的數(shù)據(jù) 連同本節(jié)點采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給移動節(jié)點M2。移動節(jié)點M2向傳感節(jié)點4轉(zhuǎn)發(fā)接 收到的數(shù)據(jù)，以延長通信距離。傳感節(jié)點4將采集得到的生態(tài)環(huán)境信息數(shù)據(jù)通 過無線方式發(fā)送給傳感節(jié)點2,傳感節(jié)點2將采集得到的生態(tài)環(huán)境信息數(shù)據(jù)通過 無線方式發(fā)送給移動節(jié)點M0。另一路由傳感節(jié)點7將采集得到的生態(tài)環(huán)境信息 數(shù)據(jù)通過無線方式發(fā)送給傳感節(jié)點5,傳感節(jié)點5將傳感節(jié)點7發(fā)來的數(shù)據(jù)連同 本節(jié)點采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給移動節(jié)點M1。移動節(jié)點M1向傳感節(jié)點3轉(zhuǎn)發(fā)接收到 的數(shù)據(jù)，以延長通信距離。傳感節(jié)點3將采集得到的生態(tài)環(huán)境信息數(shù)據(jù)通過無 線方式發(fā)送給傳感節(jié)點1,傳感節(jié)點1將采集得到的生態(tài)環(huán)境信息數(shù)據(jù)通過無線 方式發(fā)送給移動節(jié)點MO。移動節(jié)點MO接收實線兩路數(shù)據(jù)后，再匯聚到匯聚節(jié) 點S。
非正常情況下，在個別節(jié)點因故障失效時，受影響節(jié)點可由虛線鏈路提供 通信傳輸通道。舉例，如果傳感節(jié)點5故障，傳感節(jié)點7將數(shù)據(jù)發(fā)給傳感節(jié)點6, 再由傳感節(jié)點6沿第一路實線匯聚到匯聚節(jié)點S。其它傳感節(jié)點以此類推。
權(quán)利要求
1、一種果園生態(tài)環(huán)境無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于包括八個生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點(1～8)、三個移動節(jié)點(M0～M2)和匯聚節(jié)點(S)；匯聚節(jié)點(S)與第一移動節(jié)點(M0)無線連接，第一移動節(jié)點(M0)分別與第一生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點(1)和第二生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點(2)無線連接；第一生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點(1)分別與第三生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點(3)和第四生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點(4)無線連接；第二生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點(2)分別與第三生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點(3)和第四生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點(4)無線連接；第三生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點(3)分別與第二移動節(jié)點(M1)和第三移動節(jié)點(M2)無線連接；第四生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點(3)分別與第二移動節(jié)點(M1)和第三移動節(jié)點(M2)無線連接；第二移動節(jié)點(M1)分別與第五生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點(5)和第六生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點(6)無線連接；第三移動節(jié)點(M2)分別與第五生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點(5)和第六生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點(6)無線連接；第五生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點(5)分別與第七生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點(7)和第八生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點(8)無線連接；第六生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點(6)分別與第七生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點(7)和第八生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點(8)無線連接，以上每個節(jié)點均配置2.4GHz無線傳輸模塊PTR6000PA，均由太陽能蓄電供電。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種果園生態(tài)環(huán)境無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)，其 特征在于所述的傳感器節(jié)點包括嵌入式處理器(9)、空氣溫濕度傳感器(IO)、光 照傳感器(ll)、 土壤溫度傳感器(12)、 土壤水分傳感器(13)、無線模塊(14)、 GPS 模土央(15)和太陽能儲能電池(16);嵌入式處理器(9)分別與空氣溫濕度傳感器(10)、 光照傳感器(ll)、 土壤溫度傳感器(12)、 土壤水分傳感器(13)、無線模塊(14)和 GPS模塊(15)聯(lián)接，太陽能儲能電池(16)分別與嵌入式處理器(9)、無線模塊(14) 和GPS模塊(15)聯(lián)接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種果園生態(tài)環(huán)境無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)，其 特征在于所述的嵌入式處理器(9)為MSP430F149,有60KB程序存儲器，2KB 數(shù)據(jù)存儲器，2個USART接口； 8MHz外接晶體振蕩器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種果園生態(tài)環(huán)境無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)，其 特征在于所述的空氣溫濕度傳感器(10)型號為HW1，所述的光照傳感器(ll) 規(guī)格為0.5V硅光電池，所述的土壤溫度傳感器(12)型號為LS25,所述的土壤水 分傳感器(13)型號為DW33。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種果園生態(tài)環(huán)境無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)，其 特征在于所述的無線模塊(14)為PTR6000。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種果園生態(tài)環(huán)境無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)，其 特征在于所述的GPS模塊(15)Garman GPS25LP。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種果園生態(tài)環(huán)境無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)，其 特征在于所述的太陽能電板(16)規(guī)格為9V3W，經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路可輸出5V1W供 給傳感器調(diào)理電路；3.3V1W供給微處理器(9)、無線模塊(14)和GPS模塊(15)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種果園生態(tài)環(huán)境無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)。由八個生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點、三個移動節(jié)點和匯聚節(jié)點組成。在果園將八個生態(tài)環(huán)境信息傳感器節(jié)點分別固定于一定間隔的果樹上，并將空氣溫濕度、光照傳感器固定在相同的果樹上，將土壤溫度、水分傳感器埋到土壤中。本發(fā)明將環(huán)境參數(shù)傳感測量、無線傳輸、網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)集成一體，有效地解決了果園生態(tài)環(huán)境信息的自動采集和傳輸問題。大氣和土壤信息傳感器節(jié)點均勻分布在果園待測區(qū)域內(nèi)，分別監(jiān)測所在位置的大氣和土壤參數(shù)，并通過各自的無線通訊模塊聯(lián)成信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，在無線路由信號盲點處增設(shè)移動節(jié)點，維持通信路由的連通性和可靠性，并最終將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚節(jié)點。
文檔編號G01N33/00GK101393189SQ200810121610
公開日2009年3月25日 申請日期2008年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月14日
發(fā)明者勇 何, 楊海清 申請人:浙江大學(xué)