本實用新型屬于農業(yè)物聯(lián)網的技術領域，具體涉及基于太陽能供電的農田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術：

在本實用新型發(fā)明之前，目前市場上的無線傳感器節(jié)點的供電方式主要有兩種，一種是使用干電池為傳感器節(jié)點節(jié)點供電，此種方法需要不斷更換電量耗盡的干電池，不但成本較高，而且長期地檢查和維護會浪費大量的人力資源。另一種方法是依靠太陽能為充電電池充電，并由電池為節(jié)點實時供電，此種方法雖然省去了大量電池的成本，也降低了維護和更換電池的頻率，但是在陰雨天氣時，傳感器會因為電壓不足而無法穩(wěn)定工作。

在現(xiàn)代化的智慧農業(yè)中，如何保證在天氣惡劣時，無線傳感器節(jié)點能夠正常工作成為亟待解決的問題，因為天氣惡劣時的農田中的各參數值更加的重要。

技術實現(xiàn)要素：

在本實用新型的目的就是克服上述缺陷，提供一種基于太陽能供電的農田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。

本實用新型的技術方案是：

基于太陽能供電的農田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其主要技術特征在于太陽能電池模塊經充電電路連接充電電池模塊，太陽能電池模塊、充電電池模塊分別連接到傳感器節(jié)點模塊，傳感器節(jié)點模塊連接PC機；所述太陽能電池模塊中的太陽能電池板連接開關S1，開關S1連接充電電路，直流變換電路連接傳感器節(jié)點模塊中的CC2530輸入點，CC2530輸出點連接開關S1；所述充電電池模塊中鋰電池連接開關S2，開關S2輸出連接穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓電路連接傳感器節(jié)點模塊；所述傳感器節(jié)點模塊中傳感器連接至信號放大電路，信號放大電路連接至處理器模塊的CC2530，CC2530分別輸出連接至比較電路、無線收發(fā)模塊，CC2530連接比較電路，無線收發(fā)模塊連接至功率放大電路。

所述直流變換電路連接開關S1。

所述鋰電池有二塊，分別連接開關S2、傳感器節(jié)點模塊的處理器模塊中的比較電路。

所述開關S2輸出連接的穩(wěn)壓電路有二個，分別為3.3V穩(wěn)壓電路、5V穩(wěn)壓電路，3.3V穩(wěn)壓電路、5V穩(wěn)壓電路分別連接傳感器節(jié)點模塊的處理器模塊。

所述開關S1和開關S2為單刀雙擲模擬開關。

所述比較電路的閾值電壓設為3.45V。

所述傳感器節(jié)點模塊包括光照傳感器、環(huán)境溫濕度傳感器、土壤溫濕度傳感器、可燃氣體傳感器、二氧化碳傳感器、水中溶氧傳感器、土壤水分傳感器。

所述信號放大電路包括極性反轉電路和電信號放大電路。

本實用新型的有益效果表現(xiàn)為：

1、本實用新型的農田環(huán)境監(jiān)測節(jié)點，它主要適用于智慧農業(yè)中的環(huán)境參數采集，也適用于智能交通等領域的前端采集工作，應用范圍廣；

2、本實用新型的農田環(huán)境監(jiān)測節(jié)點可以在光照不足等惡劣天氣下穩(wěn)定工作，環(huán)境適應性強，保證了傳感器的功能不受天氣的影響；

3、本實用新型的農田環(huán)境監(jiān)測節(jié)點數據通信能力強，數據準確；

4、本實用新型的農田環(huán)境監(jiān)測節(jié)點可以采集多種類型的傳感器的信號、數據采集覆蓋范圍廣，避免采集功能的單一化；

5、本實用新型的農田環(huán)境監(jiān)測節(jié)點與上位機系統(tǒng)保持無線方式的連接，實時性好。

本發(fā)明的其他具體效果將在下面繼續(xù)說明。

附圖說明

圖1——本實用新型的結構原理方框示意圖。

圖2——本實用新型的電源供給模塊的主程序流程示意圖。

圖3——本實用新型的發(fā)送節(jié)點的主程序流程示意圖。

圖4——本實用新型的接收節(jié)點的主程序流程示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。

如圖1所示：

太陽能電池模塊經充電電路連接充電電池模塊，太陽能電池模塊、充電電池模塊均連接到傳感器節(jié)點模塊，傳感器節(jié)點模塊連接PC機。

具體而言：

太陽能電池模塊中的太陽能電池板分別連接開關S1、直流變換電路，開關S1連接充電電路，直流變換電路連接傳感器節(jié)點模塊中的CC2530輸入點，CC2530輸出點連接開關S1。

充電電池模塊中有鋰電池，本實用新型中設置有二塊鋰電池，充電電路分別連接該二塊鋰電池，鋰電池連接開關S2，開關S2輸出連接穩(wěn)壓電路，本實用新型中設置3.3伏穩(wěn)壓電路和5伏穩(wěn)壓電路，鋰電池連接至傳感器節(jié)點模塊的處理器模塊中的比較電路，處理器模塊的比較電路連接開關S2，3.3伏穩(wěn)壓電路和5伏穩(wěn)壓電路也連接至處理器模塊。開關S1和開關S2是單刀雙擲開關。

傳感器節(jié)點模塊中傳感器連接至信號放大電路，信號放大電路連接至處理器模塊的CC2530，CC2530分別輸出連接至比較電路、無線收發(fā)模塊，CC2530連接比較電路，無線收發(fā)模塊連接至功率放大電路。PC機處理來自傳感器模塊的各個信息并發(fā)出指令。

開關S1和開關S2是單刀雙擲開關。

鋰電池型號為鋰聚合物型。

極性反轉電路選用型號為ICL7660的芯片，電信號放大電路選用型號為OP-07的芯片。

處理器模塊采用型號為CC2530的無線單片機。

本實用新型的應用過程說明，如圖2、3、4所示：

當白天或非陰天時，傳感器采集到信號后送至信號放大電路放大，信號放大電路與處理器模塊連接；處理器模塊與PC機無線連接。

本實用新型中，只有當電池的電壓在3.4V以上，系統(tǒng)才能穩(wěn)定地工作，由于比較電路工作和切換電池需要一定的反應時間，為了防止電池的輸出電壓低于3.4V，設定比較電路的閾值電壓為3.45V。

本實用新型中，開關S1實現(xiàn)對充電鋰電池的選擇，開關S2實現(xiàn)對放電鋰電池的選擇，只有達到閾值的電池才能為系統(tǒng)供電，否則就接通太陽能電池電路為其充電；如果由于連續(xù)的陰雨天氣等原因使兩塊電池電壓均達不到閾值，系統(tǒng)將比較兩塊電池電壓，由電壓相對較高的電池為節(jié)點供電；最終，達到兩塊鋰電池一充一放的效果，電源供給模塊的主程序流程如圖2所示。

本實用新型中，太陽能電池模塊經過AD采集過程與處理器模塊直接連接，可以實時監(jiān)控電池的電壓值；可充電鋰電池經過開關S2與限流電路(省略，圖中未畫出)和穩(wěn)壓電路連接，這可以為傳感器采集模塊和處理器模塊提供不同的電壓值，保證了在信號采集的過程中，每個模塊都工作在穩(wěn)定的狀態(tài)，進而確保最后采集到的數據真實而準確，此外，兩塊可充電電池的使用，克服了依靠單一的充電電池為節(jié)點供電存在的電壓不足的缺陷，即使太陽能電池的電壓值過低，也可以依靠雙鋰電池保存的電量維持相當長的一段時間，以達到緩沖的效果，保證了節(jié)點工作的連續(xù)性，相對延長節(jié)點的使用壽命，最終確保穩(wěn)定地采集數據。

本實用新型在傳感器與處理器之間插入了一個信號放大電路，由于電信號的波動較小，利用OP-07運算放大器和ICL7660極性反轉電源轉換器可以達到放大電信號的目的，電信號的放大表現(xiàn)為檢測裝置的靈敏性能進一步較強，提高了轉換精度。所述傳感器模塊輸出的電信號經過信號放大電路處理后與處理器的CC2530芯片的A/D轉換口P0_4相連。

本實用新型采用的處理器芯片優(yōu)選為CC2530無線單片機，處理器模塊涵蓋了A/D轉換器、射頻收發(fā)器和存儲器，負責控制整個傳感器節(jié)點的操作，存儲和處理本身采集的數據以及其他節(jié)點發(fā)來的數據。其中，A/D轉換器的主要功能是采集太陽能電池的電信號并轉換為電壓值、采集各種傳感器的電信號并轉換為參數值，射頻收發(fā)電路用于實現(xiàn)節(jié)點與節(jié)點，節(jié)點與基站間的無線通信。所述處理器使用兩個晶振，一個是高頻的32MHz，另一個是低頻的32.768KHz，高頻晶振在射頻收發(fā)時工作，低頻晶振是為了減少功耗，在芯片睡眠時關閉內部某些電路，使它們以極低的頻率工作，達到低功耗的目的。

本實用新型設計了一種相對簡易的裝置實現(xiàn)太陽能的智能供電，具有輸出電壓值波動小和可靠性高的優(yōu)點，較好地保證了農田環(huán)境監(jiān)測節(jié)點在光照不足等惡劣天氣下可以穩(wěn)定工作，主要適用于智慧農業(yè)中的環(huán)境參數采集和監(jiān)測工作，也可應用于智能交通、智能醫(yī)療等領域，具有較高的應用價值和極廣的應用范圍。