[发明专利]一种农业大棚无线监控节点及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可以通过ZigBee无线技术进行远程监测与控制的农业大棚无线监控节点及方法。通过该节点及方法可以实时采集农业大棚内温湿度、土壤温度、土壤水分、氧气含量及光照数据，并可通过继电器与脉宽调制输出为大棚灌溉、通风以及大棚卷帘机等机电设备提供控制信号。

背景技术

随着我国农业的发展，大棚种植技术已经得到了广泛的推广应用。大棚种植的优点在于其可以人为地控制棚内温度、湿度等种植参数，并可抵御外界不良气候环境对作物造成的影响。但是我国大棚种植领域普遍存在的问题是种植模式粗旷、劳动力密集、多采用人工管理方式。这造成了在大棚种植过程中单位产出人工成本占比高、种植效果难以优化。传统大棚种植模式已不能适应未来精细化农业的需求。如果能通过远程监控方式对大棚种植过程管理模式进行升级，则可以在较大程度上弥补我国传统粗旷型大棚种植方式的缺陷，尤其是在恒温温室大棚、育苗温室大棚等对环境参数要求较高的应用中，其将发挥更为重要的作用。

近年来随着无线传输与数据采集技术的发展，无线传感器网络得到了广泛的应用。无线传感器网络设置灵活、功耗低、节点结构简单，十分适合在农业监测这一具有分布式、低成本监测需求的领域推广应用。ZigBee技术是一种适用于无线传感器网络的通信协议，具有近距离、低复杂度、低功耗、低速率和低成本的特点。农业监测领域所关注的种植数据多为缓变数据，另外田间地头或大棚等应用场合通常难以提供有线连接，基于ZigBee技术的无线传感器网络十分适合在以上场合使用。随着嵌入式技术的发展，新一代单片机低功耗、高性能与高可靠性的特点十分突出，非常适合在户外无线传感器网络中使用。使用ZigBee技术与新一代单片机技术可实现低成本、多功能、低功耗及高可靠性的无线传感器网络节点设计。利用其进行组网可望实现对农业种植的分布式监控。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于农业大棚种植的无线监控节点及采用该无线监控节点实现监控的方法。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供了一种农业大棚无线监控节点，包括低功耗单片机、温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤水分传感器、氧气检测部分、日光辐照传感器、继电器、ZigBee射频透明传输模块、供电部分及定向天线，其特征在于：

低功耗单片机，用于接收处理上位机发来的控制指令；对温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤水分传感器、氧气检测部分及日光辐照传感器，实时监测农业大棚内的环境信息，若某一监测参数超过预先设定的危险阈值，则发出告警信号；操作ZigBee射频透明传输模块；向继电器给出控制信号；用于输出脉宽调制信号，通过该脉宽调制信号对农业大棚内设备进行控制；

温湿度传感器，用于采集农业大棚内的环境温湿度，根据具体监测的对象灵活选择温湿度传感器在农业大棚内的布设位置；

土壤温度传感器，用于监测植物根系附近的土壤温度，在布设土壤温度传感器时需要考虑植物根系深度与覆盖范围；

土壤水分传感器，用于检测土壤中水分含量，在使用时，土壤水分传感器置于平坦且与农业大棚内的喷灌装置有一定距离的地面上；

氧气检测部分包括相连的氧气传感器与放大器，氧气传感器基于氧气电池结构，由放大器对氧气传感器与的输出信号进行放大以提高采样精度；

日光辐照传感器，用于检测日光在穿透农业大棚的覆盖物后的强度，日光辐照传感器布设在作物枝叶上方垂线0.5-1米位置处；

通过继电器的通/断及低功耗单片机输出的脉宽调制信号的占空比，分别对农业大棚内相应的机电设备进行控制，低功耗单片机与继电器之间通过光耦电路进行隔离；

ZigBee射频透明传输模块，用于实现无线数据收发功能；

定向天线，用于增加ZigBee射频透明传输模块向外发射及接收无线信号的传输距离，同时也可以部分克服障碍物对无线信号造成的遮挡；

供电部分采用铅酸电池结合DC-DC模块的方式，将铅酸电池的输出通过DC-DC变换，为系统电路部分提供稳定的供电，该铅酸电池使用太阳能进行充电；

低功耗单片机、继电器、放大器、ZigBee射频透明传输模块及供电部分封装在防水箱内。