[发明专利]一种农业大棚无线监控节点及方法

摘要

本发明涉及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。本发明的另一个技术方案是提供了一种上述的农业大棚无线监控节点的农业大棚数据监控及控制方法。本发明提出了一种可用于农业大棚无线远程监控的节点。该节点可为农业大棚种植提供一种新的管理途径。该节点不仅实现了对大棚常见种植参数的采集，而且还提供了可以远程对大棚种植设备进行控制的手段。节点采用太阳能供电及定向天线传输增强的方式，使节点布设更加灵活。节点结构简单、成本低廉、工作可靠，利于在我国大棚农业种植领域推广。

主权项

一种农业大棚无线监控节点的农业大棚数据监控及控制方法，该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，其中：低功耗单片机，用于接收处理上位机发来的控制指令；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，其特征在于，步骤为：第一步、在农业大棚无线监控节点上电工作之前，将触发告警信号的危险阈值写在农业大棚无线监控节点的存储空间中，将农业大棚无线监控节点的定向天线方向指向上位机天线所在位置；第二步、农业大棚无线监控节点上电后，低功耗单片机读取温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤水分传感器、日光辐照传感器及氧气传感器，如果没有发现有种植参数的监测值超过危险阈值，则进入第三步，如果有，则进入第四步；第三步、低功耗单片机每隔固定的时间间隔A周期性地对温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤水分传感器、日光辐照传感器及氧气传感器进行读取，获得相应的种植参数的监测值，完成每一次新的测量后，就将存储空间中原有的监测值覆盖；若农业大棚无线监控节点在工作中发现某一监测值超过阈值，则进入第四步；若农业大棚无线监控节点接收到上位机的查询指令后，则将最近一次获得的监测值及由该农业大棚无线监控节点控制的农业大棚内的机电设备的工作状态发送到上位机；若农业大棚无线监控节点接收到上位机的设置指令后，则依照指令设置继电器的导通状态及低功耗单片机输出的脉宽调制信号的占空比；第四步、农业大棚无线监控节点触发环境参数异常告警，低功耗单片机开始以时间间隔B周期性地对温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤水分传感器、日光辐照传感器及氧气传感器进行读取，时间间隔B≤时间间隔A，同时设定一个固定长度、用于存储监测值的数组，当数组内的数据第一次填满后进行平均，如果平均值仍旧超过危险阈值，则触发蜂鸣器告警，并将告警信息通过ZigBee射频透明传输模块发送到上位机；第五步、发出告警后，低功耗单片机继续依照时间间隔B周期性地对温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤水分传感器、日光辐照传感器及氧气传感器进行读取，并将监测值继续写入数组，每一次写入操作后对数组内数据进行平均，如果数组平均值超越危险阈值则继续通过蜂鸣器进行报警；如果没有超越危险阈值，则停止蜂鸣器的报警；在进行第四步及第五步的过程中，若农业大棚无线监控节点接收到上位机的查询指令，则对查询指令响应的中断优先级高于告警信息发送的中断优先级，将最近一次获得的监测值及由该农业大棚无线监控节点控制的农业大棚内的机电设备的工作状态发送到上位机；在进行第四步及第五步的过程中，若农业大棚无线监控节点接收到上位机的设置指令后，则对设置指令响应的中断优先级高于告警信息发送的中断优先级，依照指令设置继电器的导通状态及低功耗单片机输出的脉宽调制信号的占空比。