[实用新型]一种用于温室大棚的无线环境监测装置

说明书

技术领域

本实用新型专利是一种应用ZigBee无线数据传输技术对温室大棚进行环境监测的装置。其主要技术包括多传感器接口实现、多种供电方式兼容、低功耗系统构建、ZigBee无线传输、按键和指示灯设计及监测装置结构的整体设计。 

背景技术

目前，在我国广大农村的温室大棚中，种植户主要依赖传统的温度计、湿度计等装置，依靠人工实地读取的方式获得环境信息，监测的环境参数少，获得的信息量小，且测量装置的落后和人工读取的误差使得获取的信息准确度差。这成为制约温室作物质量和产量的重要因素。除此之外，在果树花卉的专业种植、农业示范园及科研院所的作物培育过程中，对于多种必要环境信息的精确化采集更是有着强烈而迫切的需求。 

当前在农业的信息化领域，对于温室大棚环境监测的理论研究可谓不少，但是真正实现产品化并进入市场的却寥寥无几且并不完备。据调研，市场上的温室大棚环境监测方案主要有三种。第一种：温室内安置一套终端设备，该终端可实时采集数据，农户定期过来复制数据。该产品无法实现数据的远程收集，复制数据麻烦且实时性差，只适合在科研单位进行实验使用。第二种：温湿度采集设备通过有线方案和附近的电脑相连，通过线缆传输数据，并实现远程控制。该产品的缺点在于布线成本高，且设备安置后无法移动，而且很多大棚地处偏僻，在紧挨大棚的地方建设监控中心投入巨大。第三种：借助GPRS/3G网络实现数据的远程传输。这是一种较为理想的远程传输方案，但是对于小范围密集式分布的监测需求，这种方案显然成本太高。因此，市场上急需一种能够全面考虑温室大棚环境监测需求，能够适应温室的特殊环境，功能完备，实用性强的环境监测产品。 

发明内容

为了推进农业的信息化进程，针对温室大棚的环境监测，本实用新型提供了一种基于ZigBee无线传输技术的温室大棚环境监测装置，该装置可以采集温室 大棚的空气温湿度、土壤温度、土壤湿度、CO₂浓度、光照强度等信息，并将采集到的数据通过无线传输到基站。 

为了全面采集温室大棚内的环境信息，鉴于传感器有模拟信号和数字信号两种，我们在硬件上设计了4路模拟传感器输入(5V供电)和5路数字传感器输入(3V供电)。其中模拟信号采用电阻分压的方式降压后进入单片机，数字信号通过IIC总线或1-wire总线协议与单片机连接。各信号输入端都有相应的保护电路。该实用新型目前挂接了5路传感器，分别是空气温湿度、土壤温度、土壤湿度、CO₂和光照强度传感器。还有4路输入通道未占用，方便以后扩展其他传感器。 

无线数据传输采用国际上广泛应用的ZigBee技术，其数据包确认机制和重发机制能够保证数据传输的可靠性，其低功耗和低成本的特点能够降低系统功耗和成本。该种无线传感器网络可以通过在网路中添加中转路由实现无限扩展，从而达到近程和远程监测的目的。 

考虑到不同类型的温室大棚中电源分布不同，我们为本实用新型设计了三种供电方式，分别为：外接直流电源、内部一次性干电池、内部可充电电池(外接太阳能电池板)。为了节省用电量以及延长在没有外部电源情况下的工作时间，我们对系统进行了低功耗设计，包括CPU周期性休眠，CPU降频，设计电源控制电路三种方法，使得该装置在外接直流电源和内部可充电电池模式下可以连续工作且耗电极少，在内部一次性干电池供电模式下可工作3年以上。 

为了指示该装置的工作状态并对装置进行一定的测试和配置操作，我们给本实用新型设计了指示灯和功能按键。通过指示灯可以清楚地知道当前无线网络和整个系统是否正常工作以及工作在何种模式。功能按键的设置可以方便技术人员对系统进行软复位并对装置进行功能测试，同时按键组合可以实现无线修改节点自身ID编号和节点类型的功能，使得装置应用的灵活度增加。 

温室大棚的环境湿度特别大，我们在本装置结构设计中考虑了防水、防锈设计。传感器的输入端通过防水航空插头进入装置，外壳的紧固螺杆选用不锈钢优质螺杆，防止生锈。另外，考虑到温室的硬件环境，在大棚温室内，只有顶棚可悬挂设备，而有些玻璃温室的层高很高，不便于土壤环境的测试，所以我们加装了固定设备的三角架以支撑设备。 

本实用新型的有益效果是，为温室大棚中作物的精细化培育提供全面、准确 的环境信息，从而有益于帮助科研人员或普通种植户做出决策以提高作物的质量和产量。低功耗系统的构建，指示灯和按键的设计以及专门针对温室大棚环境的供电模式和外形结构设计使得本装置有很强的针对性和实用性。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。