專利名稱：基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水面蒸發(fā)場自動觀測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種水面蒸發(fā)數(shù)據(jù)觀測系統(tǒng)，尤其涉及一種基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水面蒸發(fā)場自動觀測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
水面蒸發(fā)是地下水、土壤水、地表水、作物水、以及大氣水等五水循環(huán)轉(zhuǎn)化過程中的重要一環(huán)，也是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)水平衡研究中的重要分量。水面蒸發(fā)的長期準(zhǔn)確測定對農(nóng)田蒸發(fā)、作物耗水規(guī)律與農(nóng)田節(jié)水理論基礎(chǔ)研究以及農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水量轉(zhuǎn)換機理等方面的研究提供了重要依據(jù)。水面蒸發(fā)的研究對于區(qū)域氣候、旱澇變化趨勢、水資源形成及變化規(guī)律、水資源評價等方面的研究有著重要作用。大型水面蒸發(fā)場設(shè)有不同類型、不同面積、不同深度、不同環(huán)境處置的各種水面蒸發(fā)器。包括國內(nèi)外常規(guī)測量水面蒸發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)儀器和水面蒸發(fā)專用儀器在內(nèi)，目前一直沿用傳統(tǒng)的人工方式觀測水面蒸發(fā)數(shù)據(jù)，人工讀數(shù)測定方式存在如下諸多問題首先，觀測人員的操作習(xí)慣和觀測經(jīng)驗對蒸發(fā)量的準(zhǔn)確測定具有很大影響，在人員調(diào)動頻繁或天氣條件惡劣等情況下，數(shù)據(jù)質(zhì)量和穩(wěn)定性沒有保證。其次，在其它基本監(jiān)測要素(如氣象、土壤、遙感等)逐步實現(xiàn)了動態(tài)監(jiān)測的背景下，水面蒸發(fā)的人工觀測方式無法實現(xiàn)實時動態(tài)監(jiān)測和遠程操控，逐漸成為研究實驗平臺數(shù)字化和自動化的瓶頸。另外，人工觀測數(shù)據(jù)的后期手工錄入存檔及電子化等也耗時費力。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水面蒸發(fā)場自動觀測系統(tǒng)，以解決目前人工觀測水面蒸發(fā)數(shù)據(jù)存在的諸多問題。為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實用新型提供的基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水面蒸發(fā)場自動觀測系統(tǒng)包括多個水面蒸發(fā)測量裝置，用于檢測水面蒸發(fā)數(shù)據(jù)；多個蒸發(fā)器zigbee數(shù)據(jù)采集終端，分別設(shè)于所述多個水面蒸發(fā)測量裝置，用于采集所述多個水面蒸發(fā)測量裝置檢測的水面蒸發(fā)數(shù)據(jù)；zigbee匯聚節(jié)點，用于協(xié)調(diào)、配置、管理由所述多個蒸發(fā)器zigbee數(shù)據(jù)采集終端組網(wǎng)的zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并通過所述zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集各所述蒸發(fā)器zigbee數(shù)據(jù)采集終端的數(shù)據(jù)；工控機，與所述zigbee匯聚節(jié)點通信連接，用于實現(xiàn)水面蒸發(fā)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存貯、統(tǒng)計及處理。在上述水面蒸發(fā)場自動觀測系統(tǒng)的一種優(yōu)選實施方式中，所述水面蒸發(fā)測量裝置包括蒸發(fā)器；連接管；靜水桶，通過所述連接管和所述蒸發(fā)器連通，用于克服水面波動對水面蒸發(fā)數(shù)據(jù)的影響；筒架，設(shè)于所述靜水桶上方；超聲波傳感器，設(shè)于所述筒架上，用于測量所述靜水桶水面的變化，并與一所述蒸發(fā)器zigbee數(shù)據(jù)采集終端連接以上傳水面蒸發(fā)數(shù)據(jù)。在上述水面蒸發(fā)場自動觀測系統(tǒng)的一種優(yōu)選實施方式中，所述水面蒸發(fā)測量裝置
4還包括消浪管，位于所述蒸發(fā)器中，包括管體和具有防浪作用的網(wǎng)狀孔隔板，所述隔板沿所述管體的縱截面設(shè)于所述管體中，所述管體連接于所述連接管的端部。在上述水面蒸發(fā)場自動觀測系統(tǒng)的一種優(yōu)選實施方式中，所述筒架為不銹鋼材質(zhì)的筒架。在上述水面蒸發(fā)場自動觀測系統(tǒng)的一種優(yōu)選實施方式中，所述水面蒸發(fā)測量裝置還包括多個水體溫度傳感器，分層安裝于所述蒸發(fā)器內(nèi)至底部，且均與所述超聲波傳感器連接于同一所述蒸發(fā)器Zigbee數(shù)據(jù)采集終端，以上傳水體溫度數(shù)據(jù)。在上述水面蒸發(fā)場自動觀測系統(tǒng)的一種優(yōu)選實施方式中，所述水面蒸發(fā)測量裝置還包括閥門，設(shè)于所述連接管上，用于控制所述連接管中水流的導(dǎo)通關(guān)斷。在上述水面蒸發(fā)場自動觀測系統(tǒng)的一種優(yōu)選實施方式中，還包括空氣濕度傳感器，用于檢測大氣濕度；空氣溫度傳感器，用于檢測大氣溫度；雨量計，用于檢測降雨量；風(fēng)速儀，用于檢測風(fēng)速；風(fēng)向儀，用于檢測風(fēng)向；氣象場zigbee數(shù)據(jù)采集終端，與所述空氣濕度傳感器、空氣溫度傳感器、雨量計、風(fēng)速儀、風(fēng)向儀連接，與所述多個蒸發(fā)器zigbee數(shù)據(jù)采集終端組網(wǎng)形成所述zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，用于上傳氣象參數(shù)。通過zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集及上傳水面蒸發(fā)數(shù)據(jù)，本實用新型構(gòu)建了水面蒸發(fā)自動觀測系統(tǒng)，可以避免人為因素對水面蒸發(fā)數(shù)據(jù)的不利影響，實現(xiàn)對水面蒸發(fā)要素的動態(tài)監(jiān)測，從而為科學(xué)研究提供實時準(zhǔn)確、方便快捷的數(shù)據(jù)支持。

圖1為本實用新型優(yōu)選實施例的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型優(yōu)選實施例的水面蒸發(fā)測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3、圖4分別為本本實用新型優(yōu)選實施例的蒸發(fā)器zigbee數(shù)據(jù)采集終端、氣象場 zigbee數(shù)據(jù)采集終端與各相應(yīng)傳感器設(shè)備的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型做進一步詳細說明。如圖1所示，本實用新型優(yōu)選實施例支持多點采集，其包括一個室內(nèi)數(shù)據(jù)監(jiān)控中心、一個安裝于氣象場監(jiān)控點的zigbee數(shù)據(jù)采集終端5及多個安裝于水面蒸發(fā)器監(jiān)控點的zigbee數(shù)據(jù)采集終端4，其中室內(nèi)數(shù)據(jù)監(jiān)控中心包含互相連接的嵌入式一體工控機1及 zigbee匯聚節(jié)點2，Zigbee數(shù)據(jù)采集終端4、5組網(wǎng)為zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)3。匯聚節(jié)點 2用于協(xié)調(diào)、配置、管理整個zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)3，并通過zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)3采集各監(jiān)控點的zigbee數(shù)據(jù)采集終端4、5的數(shù)據(jù)；同時匯聚節(jié)點2還將采集的數(shù)據(jù)通過例如串口通信的方式上傳工控機1，由工控機1實現(xiàn)水面蒸發(fā)量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲及統(tǒng)計處理等功能。如圖2和圖3所示，本優(yōu)選實施例的水面蒸發(fā)測量裝置包括蒸發(fā)器46、水體溫度傳感器47、消浪管45、連接管44、設(shè)于連接管44上以控制其導(dǎo)通關(guān)斷的閥門441、靜水桶42、 不銹鋼圓柱形筒架41、超聲波傳感器43。蒸發(fā)器46呈桶狀，其上端開口為開放狀態(tài)以進行水面蒸發(fā)。靜水桶42的中部通過連接管44和蒸發(fā)器46的中部連通，用于克服水面波動對水面蒸發(fā)數(shù)據(jù)的影響。消浪管45設(shè)于連接管44位于蒸發(fā)器46中的一端，其包括管體和具有防浪作用的網(wǎng)狀孔隔板(圖中未示出)，隔板沿管體的縱截面設(shè)于管體中。多個水體溫度傳感器47分層安裝于蒸發(fā)器46內(nèi)至底部。筒架41設(shè)于靜水桶42上方。超聲波傳感器 43設(shè)于筒架41中，用于測量靜水桶42水面的變化，多個水體溫度傳感器47、超聲波傳感器 43均與同一 zigbee數(shù)據(jù)采集終端4連接以上傳水體溫度數(shù)據(jù)和水面蒸發(fā)數(shù)據(jù)。水面蒸發(fā)測量裝置的蒸發(fā)器46放在室外，風(fēng)的擾動會造成蒸發(fā)器46內(nèi)水面的波動，從而形成測量誤差。為了克服水面波動的影響，本優(yōu)選實施例提供了靜水桶42及消浪管45。蒸發(fā)器46的中部利用連接管44與靜水桶42形成連通結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)兩者水面同步變化，通過靜水桶42水面的變化反映蒸發(fā)器46內(nèi)蒸發(fā)水面的變化情況，消浪管45內(nèi)的網(wǎng)狀孔隔板起到防浪作用。超聲波傳感器43根據(jù)超聲波測距原理對蒸發(fā)器46內(nèi)水面高度變化進行檢測，轉(zhuǎn)換成電信號輸出，提供zigbee數(shù)據(jù)采集終端4。此外，本優(yōu)選實施例的超聲波傳感器43配置有PT-100溫度傳感器校正模塊431以保證在使用溫度范圍內(nèi)的測量精度。在應(yīng)用時，本優(yōu)選實施例的靜水桶42應(yīng)采用和蒸發(fā)器46同樣的半埋式結(jié)構(gòu)，盡量保證靜水桶42和蒸發(fā)器46中水溫一致，使超聲波傳感器43在惡劣的室外條件下能夠可靠地工作。地表氣象環(huán)境、水體水溫對水面蒸發(fā)有較大的影響，在設(shè)置多個水體溫度傳感器 47之外，本優(yōu)選實施例還設(shè)置了一個氣象場zigbee數(shù)據(jù)采集終端5，zigbee數(shù)據(jù)采集終端 5連接有多個用于檢測大氣溫度、濕度、降水量、風(fēng)速、風(fēng)向等氣象參數(shù)的傳感器，如圖4所示，空氣濕度傳感器51用于檢測大氣濕度；空氣溫度傳感器52用于檢測大氣溫度；雨量計 53用于檢測降雨量；風(fēng)速儀55用于檢測風(fēng)速；風(fēng)向儀M用于檢測風(fēng)向。zigbee數(shù)據(jù)采集終端5與上述各氣象參數(shù)檢測設(shè)備連接，并通過zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)3上傳氣象參數(shù)。應(yīng)用本優(yōu)選實施例時，應(yīng)在觀測場四周埋設(shè)避雷接地網(wǎng)，接地網(wǎng)附近回填降阻劑， 接地電阻應(yīng)小于1歐姆。避雷接地網(wǎng)應(yīng)穿過自動觀測設(shè)備附近，以利于自動觀測設(shè)備的屏蔽外殼、外層接地，接地電阻應(yīng)小于1歐姆。本優(yōu)選實施例的現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸?shù)接^測中心后，工控機1將各種數(shù)據(jù)解析后寫入數(shù)據(jù)文件，并將各種數(shù)據(jù)進行整合分析，通過長期數(shù)據(jù)積累，形成各要素的關(guān)系曲線以輸出或顯示。zigbee數(shù)據(jù)采集終端4、5可以每隔一段時間，例如2秒鐘，讀取各個參數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)， 并將它順序保存到各自數(shù)組當(dāng)中，當(dāng)夠30個數(shù)據(jù)時，分別對各個參數(shù)數(shù)據(jù)按照大小進行排序，再把排序后的30個數(shù)據(jù)中舍去最大5個數(shù)據(jù)和最小的5個數(shù)據(jù)，將剩余的共20個數(shù)據(jù)進行算術(shù)平均，得到每分鐘的各個參數(shù)位值，但本實用新型的zigbee數(shù)據(jù)采集終端處理參數(shù)數(shù)據(jù)的方式并不局限于此。zigbee數(shù)據(jù)采集終端4、5上傳的數(shù)據(jù)中還可以包括各種傳感器及自動化設(shè)備的工作狀態(tài)，觀測中心工作人員可以根據(jù)上傳的設(shè)備工作狀態(tài)對設(shè)備進行維護。綜上所述，本實用新型融合了計算機技術(shù)、zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、高精度檢測技術(shù)，不但可以自動完成水面蒸發(fā)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲及統(tǒng)計處理，而且可以監(jiān)測水面蒸發(fā)器水體蒸發(fā)量、溫度、降水量、風(fēng)速、風(fēng)向等氣象參數(shù)，很好的避免了人工觀測水面蒸發(fā)數(shù)據(jù)所存在的諸多問題，對于實現(xiàn)對水面蒸發(fā)要素的動態(tài)監(jiān)測，為科學(xué)研究提供實時準(zhǔn)確、方便快捷的數(shù)據(jù)支持具有重要意義。由技術(shù)常識可知，本實用新型可以通過其它的不脫離其精神實質(zhì)或必要特征的實施方案來實現(xiàn)。因此，上述公開的實施方案，就各方面而言，都只是舉例說明，并不是僅有的。所有在本實用新型范圍內(nèi)或在等同于本實用新型的范圍內(nèi)的改變均被本實用新型包含。
權(quán)利要求1.一種基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水面蒸發(fā)場自動觀測系統(tǒng)，其特征在于，包括 多個水面蒸發(fā)測量裝置，用于檢測水面蒸發(fā)數(shù)據(jù)；多個蒸發(fā)器zigbee數(shù)據(jù)采集終端，分別設(shè)于所述多個水面蒸發(fā)測量裝置，用于采集所述多個水面蒸發(fā)測量裝置檢測的水面蒸發(fā)數(shù)據(jù)；Zigbee匯聚節(jié)點，用于協(xié)調(diào)、配置、管理由所述多個蒸發(fā)器zigbee數(shù)據(jù)采集終端組網(wǎng)的zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并通過所述Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集各所述蒸發(fā)器zigbee 數(shù)據(jù)采集終端的數(shù)據(jù)；工控機，與所述zigbee匯聚節(jié)點通信連接，用于實現(xiàn)水面蒸發(fā)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存貯、統(tǒng)計及處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水面蒸發(fā)場自動觀測系統(tǒng)，其特征在于，所述水面蒸發(fā)測量裝置包括蒸發(fā)器； 連接管；靜水桶，通過所述連接管和所述蒸發(fā)器連通，用于克服水面波動對水面蒸發(fā)數(shù)據(jù)的影響；筒架，設(shè)于所述靜水桶上方；超聲波傳感器，設(shè)于所述筒架上，用于測量所述靜水桶水面的變化，并與一所述蒸發(fā)器 zigbee數(shù)據(jù)采集終端連接以上傳水面蒸發(fā)數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水面蒸發(fā)場自動觀測系統(tǒng)，其特征在于，所述水面蒸發(fā)測量裝置還包括消浪管，位于所述蒸發(fā)器中，包括管體和具有防浪作用的網(wǎng)狀孔隔板，所述隔板沿所述管體的縱截面設(shè)于所述管體中，所述管體連接于所述連接管的端部。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水面蒸發(fā)場自動觀測系統(tǒng)，其特征在于，所述筒架為不銹鋼材質(zhì)的筒架。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水面蒸發(fā)場自動觀測系統(tǒng)，其特征在于，所述水面蒸發(fā)測量裝置還包括多個水體溫度傳感器，分層安裝于所述蒸發(fā)器內(nèi)至底部，且均與所述超聲波傳感器連接于同一所述蒸發(fā)器zigbee數(shù)據(jù)采集終端，以上傳水體溫度數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水面蒸發(fā)場自動觀測系統(tǒng)，其特征在于，所述水面蒸發(fā)測量裝置還包括閥門，設(shè)于所述連接管上，用于控制所述連接管中水流的導(dǎo)通關(guān)斷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水面蒸發(fā)場自動觀測系統(tǒng)，其特征在于，還包括 空氣濕度傳感器，用于檢測大氣濕度；空氣溫度傳感器，用于檢測大氣溫度； 雨量計，用于檢測降雨量； 風(fēng)速儀，用于檢測風(fēng)速； 風(fēng)向儀，用于檢測風(fēng)向；氣象場zigbee數(shù)據(jù)采集終端，與所述空氣濕度傳感器、空氣溫度傳感器、雨量計、風(fēng)速儀、風(fēng)向儀連接，與所述多個蒸發(fā)器zigbee數(shù)據(jù)采集終端組網(wǎng)形成所述zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，用于上傳氣象參數(shù)。
專利摘要本實用新型提供了一種基于zigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水面蒸發(fā)場自動觀測系統(tǒng)，其包括多個水面蒸發(fā)測量裝置，用于檢測水面蒸發(fā)數(shù)據(jù)；多個蒸發(fā)器zigbee數(shù)據(jù)采集終端，分別設(shè)于多個水面蒸發(fā)測量裝置，用于采集多個水面蒸發(fā)測量裝置檢測的水面蒸發(fā)數(shù)據(jù)；zigbee匯聚節(jié)點，用于協(xié)調(diào)、配置、管理由多個蒸發(fā)器zigbee數(shù)據(jù)采集終端組網(wǎng)的zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并通過zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集各蒸發(fā)器zigbee數(shù)據(jù)采集終端的數(shù)據(jù)；工控機，與zigbee匯聚節(jié)點通信連接，用于實現(xiàn)水面蒸發(fā)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存貯、統(tǒng)計及處理。本實用新型可以實現(xiàn)水面蒸發(fā)要素的動態(tài)監(jiān)測，為科學(xué)研究提供實時準(zhǔn)確、方便快捷的數(shù)據(jù)支持。
文檔編號G08C17/02GK202256720SQ20112042642
公開日2012年5月30日 申請日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者李漢俠, 李運生, 來劍斌 申請人:中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所