基于6LoWPAN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及基于IPv6的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于6LoffPAN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著耕地面積的不斷減少、人口的不斷增加，對農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的要求不斷提高，農(nóng)田環(huán)境難以實(shí)時監(jiān)測與控制，農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全問題日益突出，已經(jīng)成為制約我國農(nóng)業(yè)健康發(fā)展的瓶頸。因此，在國家大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)信息化及現(xiàn)代化之際，以及時掌握農(nóng)田信息為目的，構(gòu)建一個基于6LoWPAN無線傳感網(wǎng)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)顯得尤為重要，這將為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)作業(yè)提供重要支撐?；?LoWPAN的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是國內(nèi)外公認(rèn)的最具發(fā)展前景的高新技術(shù)領(lǐng)域之一，為滿足農(nóng)田環(huán)境信息采集中各種需求，研宄人員結(jié)合不同的監(jiān)測需求，設(shè)計(jì)了多種專用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)與傳感器節(jié)點(diǎn)。但目前對于農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測，大部分系統(tǒng)采用ZigBee固化通信協(xié)議，由于受限于該協(xié)議，難以針對特定環(huán)境的節(jié)點(diǎn)分布進(jìn)行有效組網(wǎng)并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定傳輸，更有部分系統(tǒng)受通信模塊限制，節(jié)點(diǎn)間穩(wěn)定通信距離僅為50m左右。其次，在應(yīng)用無線傳感網(wǎng)獲取農(nóng)田環(huán)境信息時，無線電信號傳輸過程中受農(nóng)田分布、山體障礙物等眾多因素的共同影響。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種基于6LoWPAN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0005]基于6LoWPAN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，包括用于數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳送控制的處理器模塊，用于信息采集的農(nóng)田環(huán)境傳感器模塊，用于接收傳感器模塊數(shù)據(jù)的無線通信模塊，以及用于提供工作電源的電源模塊；所述處理器模塊分別與無線通信模塊和傳感器模塊連接；所述電源模塊分別與處理器模塊、無線通信模塊和農(nóng)田環(huán)境傳感器模塊連接。
[0006]優(yōu)選的，所述處理器模塊核心控制芯片采用STM32F103RCT6微處理器。
[0007]優(yōu)選的，所述農(nóng)田環(huán)境傳感器模塊包括土壤濕度傳感器、土壤含水量傳感器、太陽輻射傳感器以及環(huán)境溫度濕度傳感器；土壤濕度傳感器、土壤含水量傳感器、太陽輻射傳感器、環(huán)境溫度濕度傳感器均與處理器模塊連接。
[0008]優(yōu)選的，所述土壤濕度傳感器為ESllOO 土壤濕度傳感器，所述土壤含水量傳感器為ESl 110 土壤含水量傳感器，所述太陽輻射傳感器為ES1401太陽輻射傳感器，所述環(huán)境溫度濕度傳感器為ES 1201環(huán)境溫度濕度傳感器。
[0009]優(yōu)選的，所述電源模塊包括供電電源和直流穩(wěn)壓芯片，所述直流穩(wěn)壓芯片為AS1117 芯片。
[0010]優(yōu)選的，所述無線通信模塊采用nRF2401無線通信芯片。
[0011]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0012]1、本實(shí)用新型基于6LoWPAN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)在空曠地帶最大有效通信距離達(dá)到300m，在休眠狀態(tài)下的電流消耗僅為30 μ A，且網(wǎng)絡(luò)丟包率為2.34%。
[0013]2、本實(shí)用新型基于6LoWPAN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)具有體積小、工作穩(wěn)定、低功耗、傳輸距離遠(yuǎn)以及可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送圖；
[0015]圖2是本實(shí)用新型農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3是本實(shí)用新型農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的無線通信模塊的電路原理圖；
[0017]圖4是本實(shí)用新型農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的電源模塊直流穩(wěn)壓芯片的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0019]實(shí)施例
[0020]如圖1所示，一種基于6LoWPAN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，將IPv6協(xié)議引入無線傳感網(wǎng)絡(luò)，通過引入適配層，利用適配層的數(shù)據(jù)報(bào)頭壓縮/解壓縮及數(shù)據(jù)分片/重組等技術(shù)將上層的IPv6網(wǎng)絡(luò)層和下層的ΙΕΕΕ802.15.4MAC層進(jìn)行一個無縫連接，實(shí)現(xiàn)IPv6數(shù)據(jù)包在IEEE 802.15.4上的傳輸并實(shí)現(xiàn)，提供了一個低功耗、高安全性的無線通信網(wǎng)，降低網(wǎng)關(guān)復(fù)雜度。
[0021]如圖2所示，一種基于6LoWPAN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，包括用于數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳送控制的處理器模塊，用于信息采集的農(nóng)田環(huán)境傳感器模塊，用于接收無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的無線通信模塊以及用于提供工作電源的電源模塊；所述處理器模塊分別與無線通信模塊和農(nóng)田環(huán)境傳感器模塊連接；所述電源模塊分別與處理器模塊、無線通信模塊和農(nóng)田環(huán)境傳感器模塊連接。本實(shí)施例主要為部署在農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測區(qū)域的若干采集節(jié)點(diǎn)，控制節(jié)點(diǎn)組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，再由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息采集后發(fā)送數(shù)據(jù)信息到服務(wù)器端進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。采集節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集監(jiān)測區(qū)域內(nèi)觀察者感興趣的環(huán)境數(shù)據(jù)，例如空氣溫度、空氣濕度，土壤濕度、土壤水分含量、太陽輻射等；控制節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)無線接收各采集節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后傳送給服務(wù)器端；服務(wù)器端顯示屏作為數(shù)據(jù)顯示設(shè)備負(fù)責(zé)農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)發(fā)布。
[0022]本實(shí)施例的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的處理器模塊以STM32F103RCT6微處理器為核心。本處理器模塊具有上電自動復(fù)位及手動按鍵復(fù)位功能，晶體振蕩電路為系統(tǒng)提供工作所需要的時鐘信號，所有的任務(wù)調(diào)度、數(shù)據(jù)處理、功能協(xié)調(diào)、通信控制都在此模塊的支持下完成。
[0023]本實(shí)施例中農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的無線通信模塊以nRF2401無線通信芯片為核心，如圖3所示。nRF2401工作電壓范圍1.8_3.6V，工作于2.4GHz頻道，發(fā)射功率可調(diào)，自帶載波監(jiān)測協(xié)議。由一個完全集成的頻率合成器，一個帶解調(diào)器的接收器，一個功率放大器，一個晶振振蕩器和一個調(diào)節(jié)器組成。發(fā)射功率為OdBm時無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)有效通信距離在空曠地帶達(dá)到300m。
[0024]本實(shí)施例中農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的農(nóng)田環(huán)境傳感器模塊由ESllOO 土壤濕度傳感器、ESlllO 土壤含水量傳感器、ES1401太陽輻射傳感器、ES1201環(huán)境溫度濕度傳感器及其外圍電路組成。傳感器電源由繼電器控制輸出，當(dāng)需要執(zhí)行數(shù)據(jù)采集任務(wù)時，繼電器導(dǎo)通輸出電源，當(dāng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)時斷開繼電器，關(guān)閉電源輸出。
[0025]本實(shí)施例中供電電源采用雙電源系統(tǒng)供電，供電電源采用鋰電池供電。電源模塊包括供電電源和直流穩(wěn)壓芯片，所述直流穩(wěn)壓芯片為ASl117芯片，如圖4所示。
[0026]上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于6L0WPAN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括用于數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳送控制的處理器模塊，用于信息采集的農(nóng)田環(huán)境傳感器模塊，用于接收傳感器模塊數(shù)據(jù)的無線通信模塊，以及用于提供工作電源的電源模塊；所述處理器模塊分別與無線通信模塊和傳感器模塊連接；所述電源模塊分別與處理器模塊、無線通信模塊和農(nóng)田環(huán)境傳感器模塊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于6LoWPAN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器模塊核心控制芯片采用STM32F103RCT6微處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于6LoWPAN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述農(nóng)田環(huán)境傳感器模塊包括土壤濕度傳感器、土壤含水量傳感器、太陽輻射傳感器以及環(huán)境溫度濕度傳感器；土壤濕度傳感器、土壤含水量傳感器、太陽輻射傳感器、環(huán)境溫度濕度傳感器均與處理器模塊連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于6LoWPAN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述土壤濕度傳感器為ESllOO 土壤濕度傳感器，所述土壤含水量傳感器為ESlllO 土壤含水量傳感器，所述太陽輻射傳感器為ES1401太陽輻射傳感器，所述環(huán)境溫度濕度傳感器為ES1201環(huán)境溫度濕度傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于6LoWPAN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述電源模塊包括供電電源和直流穩(wěn)壓芯片，所述直流穩(wěn)壓芯片為ASl117芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于6LoWPAN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述無線通信模塊采用nRF2401無線通信芯片。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于6LoWPAN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，包括用于數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳送控制的處理器模塊，用于信息采集的農(nóng)田環(huán)境傳感器模塊，用于接收傳感器模塊數(shù)據(jù)的無線通信模塊，以及用于提供工作電源的電源模塊；所述處理器模塊分別與無線通信模塊和傳感器模塊連接；所述電源模塊分別與處理器模塊、無線通信模塊和農(nóng)田環(huán)境傳感器模塊連接。本實(shí)用新型基于6LoWPAN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)具有體積小、工作穩(wěn)定、低功耗、傳輸距離遠(yuǎn)以及可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G01D21-02, H04L29-08
【公開號】CN204559629
【申請?zhí)枴緾N201520228983
【發(fā)明人】張波, 黃志宏, 羅錫文, 何斌斌, 姜晟, 巫莉莉, 周志艷, 鐘焯榮, 曾鳴, 李濤
【申請人】華南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月15日