本實(shí)用新型屬于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于太陽能供電的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在本實(shí)用新型發(fā)明之前，目前市場上的無線傳感器節(jié)點(diǎn)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(diǎn)節(jié)點(diǎn)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(hù)會(huì)浪費(fèi)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(diǎn)實(shí)時(shí)供電，此種方法雖然省去了大量電池的成本，也降低了維護(hù)和更換電池的頻率，但是在陰雨天氣時(shí)，傳感器會(huì)因?yàn)殡妷翰蛔愣鵁o法穩(wěn)定工作。

在現(xiàn)代化的智慧農(nóng)業(yè)中，如何保證在天氣惡劣時(shí)，無線傳感器節(jié)點(diǎn)能夠正常工作成為亟待解決的問題，因?yàn)樘鞖鈵毫訒r(shí)的農(nóng)田中的各參數(shù)值更加的重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在本實(shí)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(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：

基于太陽能供電的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其主要技術(shù)特征在于太陽能電池模塊經(jīng)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(diǎn)模塊，傳感器節(jié)點(diǎn)模塊連接PC機(jī)；所述太陽能電池模塊中的太陽能電池板連接開關(guān)S1，開關(guān)S1連接充電電路，直流變換電路連接傳感器節(jié)點(diǎn)模塊中的CC2530輸入點(diǎn)，CC2530輸出點(diǎn)連接開關(guān)S1；所述充電電池模塊中鋰電池連接開關(guān)S2，開關(guān)S2輸出連接穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓電路連接傳感器節(jié)點(diǎn)模塊；所述傳感器節(jié)點(diǎn)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(guān)S1。

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

所述開關(guān)S2輸出連接的穩(wěn)壓電路有二個(gè)，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(diǎn)模塊的處理器模塊。

所述開關(guān)S1和開關(guān)S2為單刀雙擲模擬開關(guān)。

所述比較電路的閾值電壓設(shè)為3.45V。

所述傳感器節(jié)點(diǎn)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?xì)怏w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(zhuǎn)電路和電信號放大電路。

本實(shí)用新型的有益效果表現(xiàn)為：

1、本實(shí)用新型的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測節(jié)點(diǎn)，它主要適用于智慧農(nóng)業(yè)中的環(huán)境參數(shù)采集，也適用于智能交通等領(lǐng)域的前端采集工作，應(yīng)用范圍廣；

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

3、本實(shí)用新型的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)通信能力強(qiáng)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確；

4、本實(shí)用新型的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測節(jié)點(diǎn)可以采集多種類型的傳感器的信號、數(shù)據(jù)采集覆蓋范圍廣，避免采集功能的單一化；

5、本實(shí)用新型的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)系統(tǒng)保持無線方式的連接，實(shí)時(shí)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(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理方框示意圖。

圖2——本實(shí)用新型的電源供給模塊的主程序流程示意圖。

圖3——本實(shí)用新型的發(fā)送節(jié)點(diǎn)的主程序流程示意圖。

圖4——本實(shí)用新型的接收節(jié)點(diǎn)的主程序流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示：

太陽能電池模塊經(jīng)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(diǎn)模塊，傳感器節(jié)點(diǎn)模塊連接PC機(jī)。

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(guān)S1、直流變換電路，開關(guān)S1連接充電電路，直流變換電路連接傳感器節(jié)點(diǎn)模塊中的CC2530輸入點(diǎn)，CC2530輸出點(diǎn)連接開關(guān)S1。

充電電池模塊中有鋰電池，本實(shí)用新型中設(shè)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(guān)S2，開關(guān)S2輸出連接穩(wěn)壓電路，本實(shí)用新型中設(shè)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(diǎn)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(guān)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(guān)S1和開關(guān)S2是單刀雙擲開關(guān)。

傳感器節(jié)點(diǎn)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(jī)處理來自傳感器模塊的各個(gè)信息并發(fā)出指令。

開關(guān)S1和開關(guān)S2是單刀雙擲開關(guān)。

鋰電池型號為鋰聚合物型。

極性反轉(zhuǎn)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(jī)。

本實(shí)用新型的應(yīng)用過程說明，如圖2、3、4所示：

當(dāng)白天或非陰天時(shí)，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(jī)無線連接。

本實(shí)用新型中，只有當(dāng)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(yīng)時(shí)間，為了防止電池的輸出電壓低于3.4V，設(shè)定比較電路的閾值電壓為3.45V。

本實(shí)用新型中，開關(guān)S1實(shí)現(xiàn)對充電鋰電池的選擇，開關(guān)S2實(shí)現(xiàn)對放電鋰電池的選擇，只有達(dá)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(dá)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(diǎn)供電；最終，達(dá)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(shí)用新型中，太陽能電池模塊經(jīng)過AD采集過程與處理器模塊直接連接，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控電池的電壓值；可充電鋰電池經(jīng)過開關(guān)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(gè)模塊都工作在穩(wěn)定的狀態(tài)，進(jìn)而確保最后采集到的數(shù)據(jù)真實(shí)而準(zhǔn)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(diǎn)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(dāng)長的一段時(shí)間，以達(dá)到緩沖的效果，保證了節(jié)點(diǎn)工作的連續(xù)性，相對延長節(jié)點(diǎn)的使用壽命，最終確保穩(wěn)定地采集數(shù)據(jù)。

本實(shí)用新型在傳感器與處理器之間插入了一個(gè)信號放大電路，由于電信號的波動(dòng)較小，利用OP-07運(yùn)算放大器和ICL7660極性反轉(zhuǎn)電源轉(zhuǎn)換器可以達(dá)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(jìn)一步較強(qiáng)，提高了轉(zhuǎn)換精度。所述傳感器模塊輸出的電信號經(jīng)過信號放大電路處理后與處理器的CC2530芯片的A/D轉(zhuǎn)換口P0_4相連。

本實(shí)用新型采用的處理器芯片優(yōu)選為CC2530無線單片機(jī)，處理器模塊涵蓋了A/D轉(zhuǎn)換器、射頻收發(fā)器和存儲(chǔ)器，負(fù)責(zé)控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的操作，存儲(chǔ)和處理本身采集的數(shù)據(jù)以及其他節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)。其中，A/D轉(zhuǎn)換器的主要功能是采集太陽能電池的電信號并轉(zhuǎn)換為電壓值、采集各種傳感器的電信號并轉(zhuǎn)換為參數(shù)值，射頻收發(fā)電路用于實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)與基站間的無線通信。所述處理器使用兩個(gè)晶振，一個(gè)是高頻的32MHz，另一個(gè)是低頻的32.768KHz，高頻晶振在射頻收發(fā)時(shí)工作，低頻晶振是為了減少功耗，在芯片睡眠時(shí)關(guān)閉內(nèi)部某些電路，使它們以極低的頻率工作，達(dá)到低功耗的目的。

本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種相對簡易的裝置實(shí)現(xiàn)太陽能的智能供電，具有輸出電壓值波動(dòng)小和可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，較好地保證了農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測節(jié)點(diǎn)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(nóng)業(yè)中的環(huán)境參數(shù)采集和監(jiān)測工作，也可應(yīng)用于智能交通、智能醫(yī)療等領(lǐng)域，具有較高的應(yīng)用價(jià)值和極廣的應(yīng)用范圍。