專利名稱：基于wsn的蔬菜大棚自動灌溉系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動灌溉系統(tǒng)，具體為一種蔬菜大棚灌溉系統(tǒng)，特別是一種基于 WSN的蔬菜大棚自動灌溉系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
WSN是wireless sensor network的簡稱，即無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò) WSN是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。傳感器、感知對象和觀察者構(gòu)成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個要
ο我國是一個水資源貧乏的國家，人均占有量2200立方米，僅為世界平均水平的 1/5，是全球13個人均水資源最貧乏的國家之一。通過調(diào)研，農(nóng)業(yè)用水量占我國總用水量的 2/3左右，但水的有效利用率只有45%，在大部分農(nóng)村，依然采用漫灌的傳統(tǒng)方法，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，因此我國的節(jié)水潛力巨大。由于歷史、觀念和技術(shù)等方面的原因，我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械與發(fā)達(dá)國家相比有很大差距，已經(jīng)遠(yuǎn)不能適應(yīng)農(nóng)業(yè)的科技進(jìn)步要求。目前農(nóng)業(yè)大棚灌溉都是以手工、主觀灌溉為主，以經(jīng)驗(yàn)和估計(jì)來判斷是否灌溉，缺乏科學(xué)依據(jù)，對水資源造成浪費(fèi)。更為重要的是，農(nóng)業(yè)灌溉所需要的勞動力多，效率低下，造成了勞動力的巨大浪費(fèi)，制約了社會的發(fā)展。目前農(nóng)業(yè)大棚常用的灌溉方式有漫灌、澆灌、噴灌、滴灌、微灌、滲灌、負(fù)壓灌溉等方式，他們都具有需要人工管理、浪費(fèi)水資源嚴(yán)重、運(yùn)用范圍受限制等缺點(diǎn)。我國農(nóng)業(yè)自動化水平較低，灌溉過程中水資源的濫用仍然廣泛存在，因此運(yùn)用現(xiàn)代化技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中越來越迫切。而且，同一大棚中的不同蔬菜需要不同的水分，同一種蔬菜在不同生長時期需要的水分也是不同的。目前靠人工完成的蔬菜大棚內(nèi)蔬菜的灌溉的方式，既浪費(fèi)人力資源與水資源，而且不能根據(jù)蔬菜生長的需要及時準(zhǔn)確的進(jìn)行灌溉。同一大棚內(nèi)種植不同蔬菜品種，單靠人工無法根據(jù)不同品種的需要進(jìn)行均勻合理灌溉。而在已經(jīng)公開的中國專利申請?zhí)?00620046918. 0的實(shí)用新型專利公布了一種自動灌溉裝置，該裝置包括控制中心和灌溉區(qū)域，控制中心的控制主機(jī)可從用戶的經(jīng)驗(yàn)灌溉操作中實(shí)地學(xué)習(xí)灌溉和停止灌溉參考值，然后保存，可反復(fù)學(xué)習(xí)，進(jìn)行灌溉參考值的修改。但其灌溉控制的準(zhǔn)確性和用戶的經(jīng)驗(yàn)相關(guān)，而且學(xué)習(xí)時間往往周期較長。所以提供一種能夠?qū)崟r根據(jù)蔬菜大棚內(nèi)不同蔬菜灌溉需求或同一蔬菜不同時期的灌溉需求來進(jìn)行自動灌溉的系統(tǒng)是本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于WSN的蔬菜大棚自動灌溉系統(tǒng)，其能夠根據(jù)蔬菜大棚內(nèi)不同蔬菜灌溉需求或同一蔬菜不同時期的灌溉需求進(jìn)行自動灌溉，從而減少了對水資源的浪費(fèi)，也節(jié)約了人工成本。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于WSN的蔬菜大棚自動灌溉系統(tǒng)，包括無線傳感網(wǎng)單元、數(shù)據(jù)處理單元和遠(yuǎn)程控制單元，其中，所述無線傳感網(wǎng)單元檢測到的信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，再傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制單元，所述遠(yuǎn)程控制單元根據(jù)接收到的信號對蔬菜大棚進(jìn)行自動灌溉；所述無線傳感網(wǎng)單元基于物聯(lián)網(wǎng)模式把蔬菜大棚按需要劃分成若干區(qū)域進(jìn)行模塊化管理；所述無線傳感網(wǎng)單元包括終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和基站節(jié)點(diǎn)三類不同的傳感節(jié)點(diǎn)， 每個節(jié)點(diǎn)分配有獨(dú)特唯一的結(jié)點(diǎn)ID，其中所述終端節(jié)點(diǎn)用于蔬菜大棚內(nèi)土壤濕度的采集與噴頭開關(guān)的控制，所述路由節(jié)點(diǎn)用于信號數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，所述基站節(jié)點(diǎn)用于把信號數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元，以通過數(shù)據(jù)處理單元的GPRS 進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。在所述的基于WSN的蔬菜大棚自動灌溉系統(tǒng)中，較好的是，所述傳感節(jié)點(diǎn)采用干電池或蓄電池供電。在所述的基于WSN的蔬菜大棚自動灌溉系統(tǒng)中，較好的是，所述傳感節(jié)點(diǎn)硬件采用MSP430F1611單片機(jī)與無線芯片CC2420設(shè)計(jì)。在所述的基于WSN的蔬菜大棚自動灌溉系統(tǒng)中，較好的是，所述數(shù)據(jù)處理單元硬件采用插入式計(jì)算機(jī)88F6281與GPRS模塊H7210設(shè)計(jì)。在所述的基于WSN的蔬菜大棚自動灌溉系統(tǒng)中，較好的是，所述遠(yuǎn)程控制單元采用B/S模式。在所述的基于WSN的蔬菜大棚自動灌溉系統(tǒng)中，較好的是，所述遠(yuǎn)程控制單元包括蔬菜大棚內(nèi)區(qū)域劃分?jǐn)?shù)目控制程序和每次灌溉時長控制程序。本發(fā)明所述的基于WSN的蔬菜大棚自動灌溉系統(tǒng)，包括無線傳感網(wǎng)單元、數(shù)據(jù)處理單元和遠(yuǎn)程控制單元，其中，所述無線傳感網(wǎng)單元檢測到的信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，再傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制單元，所述遠(yuǎn)程控制單元根據(jù)接收到的信號對蔬菜大棚進(jìn)行自動灌溉；所述無線傳感網(wǎng)單元基于物聯(lián)網(wǎng)模式把蔬菜大棚按需要劃分成若干區(qū)域進(jìn)行模塊化管理；所述無線傳感網(wǎng)單元包括終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和基站節(jié)點(diǎn)三類不同的傳感節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)分配有獨(dú)特唯一的結(jié)點(diǎn)ID，其中所述終端節(jié)點(diǎn)用于蔬菜大棚內(nèi)土壤濕度的采集與噴頭開關(guān)的控制，所述路由節(jié)點(diǎn)用于信號數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，所述基站節(jié)點(diǎn)用于把信號數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元，以通過數(shù)據(jù)處理單元的GPRS進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。所述無線傳感網(wǎng)單元可以由若干傳感節(jié)點(diǎn)組成，傳感節(jié)點(diǎn)包括終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和基站節(jié)點(diǎn)三類不同類別， 終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集所屬區(qū)域的土壤濕度和對噴頭開關(guān)的控制，并將采集的土壤濕度信號數(shù)據(jù)通過基站節(jié)點(diǎn)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元通過GPRS方式將數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程控制單元并接收遠(yuǎn)程制單元發(fā)來的命令以決定是否對該區(qū)域進(jìn)行灌溉。在遠(yuǎn)程控制單元，管理員可隨時了解大棚內(nèi)不同區(qū)域的土壤濕度，可通過本系統(tǒng)軟件操作界面對大棚內(nèi)的不同區(qū)域進(jìn)行不同程度的灌溉，同時也可按照蔬菜不同生長期進(jìn)行定時灌溉，灌溉時長可自行控制。


圖1為本發(fā)明所述蔬菜大棚自動灌溉系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；圖2為圖1所示蔬菜大棚自動灌溉系統(tǒng)中終端結(jié)點(diǎn)的原理圖；圖3為圖1所示蔬菜大棚自動灌溉系統(tǒng)中路由結(jié)點(diǎn)的原理圖；圖4為圖1所示蔬菜大棚自動灌溉系統(tǒng)中基站結(jié)點(diǎn)的原理圖。
具體實(shí)施例方式以下，用實(shí)施例結(jié)合附圖對本發(fā)明作更詳細(xì)的描述。本實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明最佳實(shí)施方式的描述，并不對本發(fā)明的范圍有任何限制。實(shí)施例如圖1所示，所述基于WSN的蔬菜大棚自動灌溉系統(tǒng)，包括無線傳感網(wǎng)單元、數(shù)據(jù)處理單元20和遠(yuǎn)程控制單元30，其中，所述無線傳感網(wǎng)單元檢測到的信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元20進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，再傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制單元30，所述遠(yuǎn)程控制單元30根據(jù)接收到的信號對蔬菜大棚進(jìn)行自動灌溉。所述無線傳感網(wǎng)單元基于物聯(lián)網(wǎng)模式把蔬菜大棚按需要劃分成若干區(qū)域進(jìn)行模塊化管理；其包括終端節(jié)點(diǎn)11、路由節(jié)點(diǎn)12和基站節(jié)點(diǎn)13三類不同的傳感節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)分配有獨(dú)特唯一的結(jié)點(diǎn)ID，其中所述終端節(jié)點(diǎn)11用于蔬菜大棚內(nèi)土壤濕度的采集與噴頭開關(guān)的控制，所述路由節(jié)點(diǎn)12用于信號數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，所述基站節(jié)點(diǎn)13 用于把信號數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元20，以通過數(shù)據(jù)處理單元20的GPRS進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。 在圖1中，開關(guān)式土壤水份傳感器01采集土壤濕度信息并轉(zhuǎn)換成電流信號，再經(jīng)A/D電路 02傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理與無線收發(fā)模塊03，經(jīng)過路由節(jié)點(diǎn)12和基站節(jié)點(diǎn)13后，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元20。所述數(shù)據(jù)據(jù)處理單元20采用88F6281芯片與H7210芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)，處理效率高，體積小。數(shù)據(jù)處理單元把數(shù)據(jù)處理完畢后，再通過H7210芯片發(fā)送到遠(yuǎn)程控制單元30。 所述遠(yuǎn)程控制30可及時了解大棚內(nèi)各個區(qū)域的土壤濕度狀況，根據(jù)土壤濕度數(shù)據(jù)及各個區(qū)域內(nèi)的終端結(jié)點(diǎn)ID及時對需要的區(qū)域進(jìn)行灌溉。優(yōu)選的是，所述傳感節(jié)點(diǎn)采用干電池或蓄電池供電。傳感節(jié)點(diǎn)硬件采用 MSP430F1611單片機(jī)與無線芯片CC2420設(shè)計(jì)。所述數(shù)據(jù)處理單元硬件采用插入式計(jì)算機(jī) 88F6281與GPRS模塊H7210設(shè)計(jì)。所述遠(yuǎn)程控制單元包括蔬菜大棚內(nèi)區(qū)域劃分?jǐn)?shù)目控制程序和每次灌溉時長控制程序，并采用B/S模式。如圖2至圖4所示，圖2為蔬菜大棚自動灌溉系統(tǒng)中終端結(jié)點(diǎn)的原理圖，圖3為蔬菜大棚自動灌溉系統(tǒng)中路由結(jié)點(diǎn)的原理圖，圖4為蔬菜大棚自動灌溉系統(tǒng)中基站結(jié)點(diǎn)的原理圖。在圖2中，電源穩(wěn)壓和升壓電路101將輸入的3V干電池電壓進(jìn)行穩(wěn)壓和升壓處理 (當(dāng)干電池電壓小于3V和大于1. 5V時，電路升壓為3V ；當(dāng)電壓大于3V時，電路做穩(wěn)壓處理)提供穩(wěn)定的3V電壓給其他模塊使用。土壤濕度傳感器電路105將大棚土壤信號轉(zhuǎn)換成毫伏電壓信號傳送到16位A/D 電路。A/D轉(zhuǎn)換電路自帶32倍、64倍可編程控制控放大電路。可以根據(jù)輸入信號自動放大 32倍或64倍后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳送給低功耗MCU控制電路。MCU控制電路103發(fā)送信號給CC2420無線收發(fā)電路102。同時CC2420無線收發(fā)電路102接收控制中心發(fā)來的命令，經(jīng)過確認(rèn)后驅(qū)動繼電器106接通，繼電器與大棚內(nèi)進(jìn)行灌溉的噴頭相連，自動對指定區(qū)域進(jìn)行定時灌溉。在圖3與圖4中，MCU控制模塊103由tinyOS操作系統(tǒng)自動進(jìn)行管理，設(shè)置為休眠和工作狀態(tài)交替運(yùn)行，最大限度的減小功耗。在圖4中，USB供電與通信電路采用FT232B設(shè)計(jì)，負(fù)責(zé)基站節(jié)點(diǎn)的供電，與用 88F6281設(shè)計(jì)的插入式計(jì)算機(jī)交換數(shù)據(jù)，以通過GPRS與遠(yuǎn)程控制單元進(jìn)行交互。本發(fā)明所述的基于WSN的蔬菜大棚自動灌溉系統(tǒng)，包括無線傳感網(wǎng)單元、數(shù)據(jù)處理單元和遠(yuǎn)程控制單元，所述無線傳感網(wǎng)單元由若干傳感節(jié)點(diǎn)組成，傳感節(jié)點(diǎn)包括終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和基站節(jié)點(diǎn)三類不同類別，終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集所屬區(qū)域的土壤濕度和對噴頭開關(guān)的控制，并將采集的土壤濕度信號數(shù)據(jù)通過基站節(jié)點(diǎn)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元通過GPRS方式將數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程控制單元并接收遠(yuǎn)程制單元發(fā)來的命令以決定是否對該區(qū)域進(jìn)行灌溉。在遠(yuǎn)程控制單元，管理員可隨時了解大棚內(nèi)不同區(qū)域的土壤濕度，可通過本系統(tǒng)軟件操作界面對大棚內(nèi)的不同區(qū)域進(jìn)行不同程度的灌溉，同時也可按照蔬菜不同生長期進(jìn)行定時灌溉，灌溉時長可自行控制。
權(quán)利要求
1.一種基于WSN的蔬菜大棚自動灌溉系統(tǒng)，包括無線傳感網(wǎng)單元、數(shù)據(jù)處理單元和遠(yuǎn)程控制單元，其他特征于所述無線傳感網(wǎng)單元檢測到的信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，再傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制單元，所述遠(yuǎn)程控制單元根據(jù)接收到的信號對蔬菜大棚進(jìn)行自動灌溉；所述無線傳感網(wǎng)單元基于物聯(lián)網(wǎng)模式把蔬菜大棚按需要劃分成若干區(qū)域進(jìn)行模塊化管理所述無線傳感網(wǎng)單元包括終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和基站節(jié)點(diǎn)三類不同的傳感節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)分配有獨(dú)特唯一的結(jié)點(diǎn)ID，其中所述終端節(jié)點(diǎn)用于蔬菜大棚內(nèi)土壤濕度的采集與噴頭開關(guān)的控制， 所述路由節(jié)點(diǎn)用于信號數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，所述基站節(jié)點(diǎn)用于把信號數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元，以通過數(shù)據(jù)處理單元的GPRS進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WSN的蔬菜大棚自動灌溉系統(tǒng)，其他特征于所述傳感節(jié)點(diǎn)采用干電池或蓄電池供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WSN的蔬菜大棚自動灌溉系統(tǒng)，其他特征于所述傳感節(jié)點(diǎn)硬件采用MSP430F1611單片機(jī)與無線芯片CC2420設(shè)計(jì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WSN的蔬菜大棚自動灌溉系統(tǒng)，其他特征于所述數(shù)據(jù)處理單元硬件采用插入式計(jì)算機(jī)88F6281與GPRS模塊H7210設(shè)計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WSN的蔬菜大棚自動灌溉系統(tǒng)，其他特征于所述遠(yuǎn)程控制單元采用B/S模式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的基于WSN的蔬菜大棚自動灌溉系統(tǒng)，其他特征于所述遠(yuǎn)程控制單元包括蔬菜大棚內(nèi)區(qū)域劃分?jǐn)?shù)目控制程序和每次灌溉時長控制程序。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于WSN的蔬菜大棚自動灌溉系統(tǒng)，包括無線傳感網(wǎng)單元、數(shù)據(jù)處理單元和遠(yuǎn)程控制單元，所述無線傳感網(wǎng)單元檢測到的信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，再傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制單元。所述無線傳感網(wǎng)單元包括終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和基站節(jié)點(diǎn)三類節(jié)點(diǎn)，其中所述終端節(jié)點(diǎn)用于蔬菜大棚內(nèi)土壤濕度的采集與噴頭開關(guān)的控制，所述路由節(jié)點(diǎn)用于信號數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，所述基站節(jié)點(diǎn)用于把信號數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元，以通過數(shù)據(jù)處理單元的GPRS進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。在遠(yuǎn)程控制單元，管理員可隨時了解大棚內(nèi)不同區(qū)域的土壤濕度，對大棚內(nèi)不同區(qū)域進(jìn)行不同程度的灌溉，同時也可按照蔬菜不同生長期進(jìn)行定時灌溉，灌溉時長可自行控制。
文檔編號H04W84/18GK102342235SQ20111036385
公開日2012年2月8日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者李濤, 趙建亭 申請人:無錫祥云谷信息科技有限公司