[实用新型]一种用于农业环境监测的无线传感器网络节点

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种用于农业环境监测的无线传感器网络节点。

技术背景：

在农业环境监测中，对节点传感功能和环境适应性的要求非常特殊，为了全面准确地反映农作物的生长环境，单个节点必须能够同时监测作物生长的土壤的内部温度和含水情况以及作物周围的光照条件和温湿度状况。同时，要求节点能够很强的野外生存能力和灵活部署能力。

现有农业传感器设备多以有线为主，缺乏灵活的部署能力和长时间野外生存的能力。同时，缺少多传感器协同感知统一处理的能力，造成了农业传感器网络系统研发成本高、系统工作不稳定等问题。

而且，目前大部分用于农业监控的传感器节点，都以能源多以有线供应或蓄电池供应为主，在通信方面以有线传输或低带宽单跳无线传输为基础技术进行研发，在传感器方面多以单传感器专用接入电路为主要技术，因此都存在以下几点不足：

1、在室外、山野的节点布设受限于地形，取电成本高，电池运输维护成本高，无法保证长时间有效运行。

2、通信距离短，无法形成数据的接力转发网络，单节点无路由功能。因此，整个系统的可扩展性和覆盖性受限。

3、单一传感器配置，无法满足多数农业监控系统的需求，但节点缺乏进行多传感器同时接入的能力，同时，节点缺乏进行多传感器数据处理和融合的能力，也缺乏多种数据整合传输的能力。

4、传统单节点农业传感节点的传感器扩展成本很高，需要进行硬件重设计和投产。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服上述现有技术的存在的不足，提供节点部署范围广，没有取电限制，电池维护成本低，且耗电量小的一种用于农业环境监测的无线传感器网络节点。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：一种用于农业环境监测的无线传感器网络节点，包括处理器、外部存储器和无线数据收发模块，所述外部存储器和无线数据收发模块与所述处理器连接，所述处理器设有扩展接口与传感器连接。

所述传感器包括空气温湿度传感器、光照度传感器、土壤温度传感器以及土壤水分传感器。

所述处理器设有I²C接口与具有数字通信接口的传感器连接。

所述扩展接口通过设置于传感器节点上的模数转换装置与所述传感器连接。传感器输出的模拟信号经过模数转换装置转变为数字信号，之后通过扩展接口接入处理器，处理器进行数据转换，则可以获得环境参数。

所述处理器根据应用系统的不同需要，可采用单片机、ARM等不同性能具有指令执行、数据处理功能的处理芯片。优选MSP430F1611

所述外部存储器可采用Flash、EEPROM等具有数据存储功能的芯片。

所述无线数据收发模块可以采用ISM频段的433MHz、915MHz以及2.4GHz的射频收发芯片构成，无线通信频率为2.4GHz。

所述空气温湿度传感器为SHT11，光照度传感器为TSL2561，土壤温度传感器为ST10，土壤水分传感器为FDS100。

本专利针对这一技术现状，在节点设计上通过标准接口接入相应农业传感器，同时也可方便用户根据不同应用来灵活配置和扩展传感能力。由于测量土壤参数的传感器件直接输出的是模拟信号，需要节点具有模拟信号与数字信号的转换能力。节点布撒于室外农田环境，为了能够适应各种天气和人为影响，本实用新型对节点进行封装设计，达到抵抗外界环境干扰的目的。

传感器网络节点具有满足无线通信和网络自组的能力，可以在节点部署完成后，通过网络的自组织，构成一个具有数据通信能力的无线通信网络。在实际应用中，传感器网络节点在具有良好无线通信性能和网络自组的能力的基础上，还要能够提供各种传感功能，实现实时的数据采集和信号处理，完成特定应用下的不同功能。

本实用新型从超低功耗技术、高速传感器网络传输协议、通用传感器接入接口和强野外生存能力等方面出发，进行以下几方面的节点能力改进：

1、高带宽无线通信，单节点具有不低于256kbps的传输速度，并具有数据路由转发功能，能够与其他节点形成数据中继网络。

2、设计标准接口的多传感器接入模块，能够使多种传感器通过可插拔的方式接入传感节点，并通过驱动加载的模式进行多传感器数据统一处理，同时具有多种传感器数据处理、融合和传输能力。

3、具有多传感器数据协同比对和处理能力，能够通过多种传感器数据精确判断农作物种植环境的综合情况，对土壤温湿度、空气温湿度等参量进行综合比对和协同分析，直接得出农作物生长环境变化情况，给出明确的预警或环境质量分析结论。