一種基于近場通信技術(shù)的小面積種植區(qū)域監(jiān)測節(jié)點的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種適用于農(nóng)業(yè)與園林領(lǐng)域的監(jiān)測節(jié)點，該節(jié)點可以對小面積種植區(qū)域內(nèi)的植物基本種植參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并可通過近場通信技術(shù)(NFC，Near FieldCommunicat1n)被移動智能設(shè)備訪問。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著農(nóng)業(yè)與園林技術(shù)的發(fā)展，基于電子信息技術(shù)的精細(xì)種植系統(tǒng)得到了飛速的進(jìn)步。而微區(qū)域種植是近年來精細(xì)化種植的一個主要發(fā)展方向。小面積種植區(qū)域通常覆蓋面積在數(shù)平方米到數(shù)百平方米之間。其可能是從屬于大面積農(nóng)業(yè)種植區(qū)域的小型地塊，也可能是住宅陽臺、街邊園角等城市小面積種植區(qū)域，還可能是園林綠化中的一些場合(如特定的花壇、裝飾性綠地或單獨的古木名樹等)。由于我國耕地面積較少，所以許多農(nóng)業(yè)從業(yè)者所擁有的耕地面積十分有限，需要深入挖掘單位土地面積上的種植效率。而隨著城市化的發(fā)展，園林技術(shù)與陽臺農(nóng)業(yè)也對微區(qū)域栽培技術(shù)提出了新的要求。在很多小面積區(qū)域種植技術(shù)的應(yīng)用場合中，不僅強調(diào)提高單位面積上的種植效率，而且還需要提供與種植過程參與者之間簡單便捷的交互手段。
[0003]簡單便捷的數(shù)據(jù)交互手段將在種植監(jiān)測過程中尤其起到非常重要的作用。而近年來移動智能設(shè)備的普及為實現(xiàn)簡單便捷的數(shù)據(jù)交互提供了堅實的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)基于GPRS或ZigBee技術(shù)的種植監(jiān)測系統(tǒng)多依賴上位機支持，成本較高且不利于進(jìn)行簡單直觀的人機交互。基于GPRS或ZigBee技術(shù)的種植監(jiān)測系統(tǒng)在組網(wǎng)與維護(hù)上也需要投入較多的費用與人工。如果要對小面積種植區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測，單節(jié)點或數(shù)個節(jié)點即可滿足監(jiān)測要求；而小面積種植區(qū)域空間跨度不大，使用者可以通過直接從節(jié)點讀取的方式簡單直觀地獲取數(shù)據(jù)，實現(xiàn)“所見即所測”的數(shù)據(jù)索取模式。
[0004]近年來NFC技術(shù)由于具有成本低廉、穩(wěn)定可靠、通信效率高、協(xié)議簡單、節(jié)點之間干擾小及易于與移動智能設(shè)備集成的優(yōu)點，從而得到了飛速的發(fā)展，NFC是一種短距離(通常在十厘米內(nèi))的高頻無線通信技術(shù)，利用其可進(jìn)行點對點非接觸式的數(shù)據(jù)傳輸。其傳輸速率可滿足無線傳感器采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，且易于進(jìn)行設(shè)備之間的配對。
[0005]小面積種植區(qū)域監(jiān)測的需求對節(jié)點系統(tǒng)的集成化程度、性價比、擴展性及能耗等都有較高的要求?？删幊唐舷到y(tǒng)(PSoC，Programmable System-on-Chip)在單芯片中集成了豐富的功能資源，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的需求靈活調(diào)用?；赑SoC進(jìn)行小面積種植區(qū)域監(jiān)測節(jié)點的設(shè)計，可以較大程度地降低系統(tǒng)的尺寸、節(jié)約外圍器件、提供較高的采樣精度、實現(xiàn)較多通道的數(shù)據(jù)采集。PSoC還具有較好的能耗特性，其靈活的引腳功能定義與內(nèi)資接口也可方便系統(tǒng)的開發(fā)與維護(hù)。
[0006]通過結(jié)合NFC技術(shù)與PSoC技術(shù)，可以較好地滿足對小面積種植區(qū)域監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集與數(shù)據(jù)交互功能，形成簡潔高效的系統(tǒng)設(shè)計方案。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種滿足小面積種植區(qū)域中的監(jiān)測需求的，可獨立自主工作，可簡單直接地被移動智能設(shè)備進(jìn)行訪問，結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、性能可靠、采樣精度高的監(jiān)測節(jié)點。
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案是提供一種基于近場通信技術(shù)的小面積種植區(qū)域監(jiān)測節(jié)點，其特征在于:由核心處理部分、NFC近場通信部分、種植傳感部分、系統(tǒng)供電部分及防水箱組成，核心處理部分連接NFC近場通信部分和種植傳感部分，系統(tǒng)供電部分連接核心處理部分、NFC近場通信部分和種植傳感部分，各部分需要與外部進(jìn)行隔離的單元設(shè)于防水箱內(nèi)。
[0009]優(yōu)選地，所述核心處理部分由互相連接的可編程片上系統(tǒng)PSoC芯片和存儲芯片組成。
[0010]優(yōu)選地，所述NFC近場通信部分由NFC射頻通信芯片及與其配套的天線組成。
[0011]優(yōu)選地，所述天線為基于鐵氧體材料的耦合天線，所述天線貼敷于所述防水箱的內(nèi)表面。
[0012]優(yōu)選地，所述種植傳感部分由土壤溫度傳感器、土壤水分傳感器、土壤電導(dǎo)率傳感器、空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器、日光輻照傳感器和氧氣傳感器組成。
[0013]優(yōu)選地，所述種植傳感部分通過放大器與所述核心處理部分連接。
[0014]優(yōu)選地，所述系統(tǒng)供電部分包括太陽能控制器，太陽能電池板和鉛酸電池均與太陽能控制器連接，太陽能控制器與DC-DC芯片連接，DC-DC芯片連接線性穩(wěn)壓器。
[0015]本實用新型提供的監(jiān)測節(jié)點使用時，由種植傳感部分對小面積種植區(qū)域種植參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，核心處理部分從種植傳感部分獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將其存儲在存儲芯片中。通過NFC通信部分可實現(xiàn)將節(jié)點與移動智能設(shè)備之間的數(shù)據(jù)聯(lián)通，在有移動智能設(shè)備通過NFC接入到節(jié)點后，讀出存儲的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并根據(jù)NFC通信的規(guī)范將數(shù)據(jù)傳給移動智能設(shè)備。系統(tǒng)供電部分為節(jié)點的工作提供必要的電源供給。防水箱用于容納節(jié)點電路中需要與外部進(jìn)行隔咼的部分。
[0016]本實用新型提供的裝置結(jié)合NFC技術(shù)與PSoC技術(shù)，形成了能對小面積種植區(qū)域種植參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測的數(shù)據(jù)采集節(jié)點，其可以利用移動智能設(shè)備直接訪問，可不依賴組網(wǎng)技術(shù)及上位機獨立工作，結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、性能可靠、采樣精度高，提高了小面積種植區(qū)域內(nèi)的精細(xì)化管理水平，為小微化、智能化的農(nóng)業(yè)園林管理提供了具體的支持。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型提供的基于近場通信技術(shù)的小面積種植區(qū)域監(jiān)測節(jié)點功能原理示意圖；
[0018]圖2為核心處理部分、NFC通信部分和種植傳感部分結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖3為系統(tǒng)供電部分結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0020]為使本實用新型更明顯易懂，茲以一優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。
[0021]本實用新型涉及一種可用于小面積種植區(qū)域參數(shù)監(jiān)測、并可利用NFC技術(shù)進(jìn)行訪問的數(shù)據(jù)監(jiān)測節(jié)點，圖1為本實用新型提供的基于近場通信技術(shù)的小面積種植區(qū)域監(jiān)測節(jié)點功能原理示意圖，所述的基于近場通信技術(shù)的小面積種植區(qū)域監(jiān)測節(jié)點由核心處理部分、NFC通信部分、種植傳感部分、系統(tǒng)供電部分及防水箱組成。其核心處理部分圍繞PSoC芯片構(gòu)建，NFC通信部分由NFC射頻通信芯片及與其配套的天線組成，種植傳感部分由土壤溫度傳感器、土壤水分傳感器、土壤電導(dǎo)率傳感器、空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器、日光輻照傳感器、氧氣傳感器等種植常用參數(shù)監(jiān)測傳感器及其外圍電路組成。
[0022]核心處理部分主要承擔(dān)節(jié)點的管理工作與數(shù)據(jù)存儲工作，其主要由PSoC芯片與外圍電路、存儲芯片及外圍電路組成。核心處理部分從種植傳感部分獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將其存儲在存儲芯片中。在有移動智能設(shè)備通過NFC接入到節(jié)點后，讀出存儲的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并根據(jù)NFC通信的規(guī)范將數(shù)據(jù)傳給移動智能設(shè)備。
[0023]通過NFC通信部分可實現(xiàn)將節(jié)點與移動智能設(shè)備之間的數(shù)據(jù)聯(lián)通，推薦使用具有UART, SPI或I2C等接口的NFC射頻通信芯片。NFC天線可采用基于鐵氧體材料的耦合天線，為方便在節(jié)點防水箱內(nèi)布置，可以采用獨立的線圈鐵氧體NFC天線。
[0024]種植傳感部分由對各類種植參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測的傳感器及其外部電路組成，推薦采用具有數(shù)字輸出或者輸出為電壓信號的傳感器。對一些輸出幅度較為微弱的傳感器，需要使用高精度放大器對其輸出進(jìn)行放大，以便符合PS0C的輸入A/D電平范圍。PSoC在每一個工作周期內(nèi)，通過輪詢的方式依次對各個傳感器進(jìn)行采樣，從而獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)。
[0025]系統(tǒng)供電部分為節(jié)點的工作提供必要的電源供給，本實施例中采用太陽能電池板、太陽能控制器、鉛酸電池與DC-DC結(jié)合線性穩(wěn)壓器的組合，太陽能電池將日光輻照轉(zhuǎn)換成電能，鉛酸電池將轉(zhuǎn)換后的電能存儲，太陽能控制器負(fù)責(zé)管理太陽能充放電系統(tǒng)的工作。鉛酸電池的輸出通過太陽能控制器接入到級聯(lián)DC-DC與線性穩(wěn)壓器，產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓供節(jié)點工作。
[0026]防水箱用于容納節(jié)點電路中需要與外部進(jìn)行隔離的部分，另外NFC天線可貼敷在防水箱的內(nèi)表面。
[0027]系統(tǒng)的主要功能組合如下:
[0028][I]系統(tǒng)上電后，PSoC芯片對各傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并與采集時間一同存儲到存儲芯片中。存儲完畢后PSoC開啟內(nèi)部定時器，定時器的設(shè)定值即為種植參數(shù)采樣周期。
[0029][2]定時器到時后，進(jìn)行新的一輪傳感器輪詢數(shù)據(jù)采集，采集完的數(shù)據(jù)存儲到存儲芯片中。存儲器中的數(shù)據(jù)順序排列，并使用地址指針分別指向最舊與最新的兩個存儲位置。如果存儲芯片中空間不足，則舍棄最舊的一次采樣結(jié)果，并將新采集到的數(shù)據(jù)存儲到該位置。
[0030][3]