.3V鋰電池供電，輸出供電電壓1.8~3.6V給CC2520芯片和MSP430單片機(jī)、輸出供電電壓3.3V給溫濕度傳感器SHTll芯片和C20芯片、輸出供電電壓3.3V~3.5V給土壤傳感器；所述電源模塊采用外部12V線性電源供電給中心節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)；本發(fā)明采用電源模塊化管理以便實(shí)現(xiàn)真正的低功耗設(shè)計(jì)。
[0021]針對(duì)低功耗硬件選擇，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的電源模塊；超低功耗MSP430單片機(jī)采用1.8?
3.6V供電電壓；在IMHz的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片電流約200?400 μ Α,而時(shí)鐘關(guān)斷模式下最低功耗僅有0.1 μ A ;其獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可在指令的控制下打開和關(guān)閉時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗的控制；在等待方式下，耗電為0.7μ A ;在節(jié)電方式下，最低可達(dá)0.1 μ Ao終端傳感節(jié)點(diǎn)在停止采集時(shí)與微控制器均處于休眠模式，關(guān)閉顯示背光，以最大限度地降低系統(tǒng)功耗，故可使用3.3V鋰電池供電；中心節(jié)點(diǎn)需維護(hù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)聽節(jié)點(diǎn)加入或退出及數(shù)據(jù)傳輸；路由節(jié)點(diǎn)用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，增大通信范圍，采用外部12V線性電源供電；采用及時(shí)切換至休眠模式的電源管理程序，可以降低其功耗。
[0022]如圖2所示，為本發(fā)明一種基于ZigBee的低功耗無線溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的終端傳感節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)框圖，所述終端傳感器節(jié)點(diǎn)部分采用超低功耗MSP430單片機(jī)采集多環(huán)境參數(shù)與CC2520芯片數(shù)據(jù)始發(fā)的分工處理并相互通信；所述終端傳感器節(jié)點(diǎn)包括MSP430單片機(jī)、信號(hào)調(diào)理電路，所述MSP430單片機(jī)外部接有報(bào)警裝置、IXD顯示模塊和ZigBee無線通信模塊CC2520 ;所述信號(hào)調(diào)理電路外部連接有光照強(qiáng)度傳感器TSL2561、溫濕度傳感器SHTll芯片、紅外氣體傳感器C20、土壤濕度傳感器。
[0023]所述MSP430擁有方便高效的開發(fā)環(huán)境，其處理能力強(qiáng)、運(yùn)算速度快和超低功耗的特點(diǎn)滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，特別是超低功耗的特點(diǎn)增強(qiáng)了整個(gè)系統(tǒng)節(jié)能性；有效地解決了單芯片工作易發(fā)熱、高能耗、數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的問題。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)終端傳感節(jié)點(diǎn)還在現(xiàn)場(chǎng)布置了實(shí)時(shí)顯示器和報(bào)警裝置，以便于現(xiàn)場(chǎng)工作人員作業(yè)效率?；谒璨杉沫h(huán)境信息選擇合適的傳感器。為了降低傳感器的功耗并減小節(jié)點(diǎn)體積，在滿足數(shù)據(jù)精度的前提下，盡量選用低功耗的傳感器:利用LM399比較器自制土壤濕度檢測(cè)模塊，可通過電位器調(diào)節(jié)檢測(cè)范圍，工作電壓3.3?5V，數(shù)字量輸出O和I判別是否超出濕度閥值；光照強(qiáng)度傳感器選擇TSL2561T芯片，是一種高速、低功耗可編程內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器的芯片，抗干擾能力比同類芯片強(qiáng)；溫濕度傳感器選擇SHTll數(shù)字芯片，具有精度高、成本低、體積小等特點(diǎn)；CO2濃度傳感器選擇紅外氣體傳感器C20,其性能穩(wěn)定、壽命長、功耗低。
[0024]如圖3所示，為本發(fā)明一種基于ZigBee的低功耗無線溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)圖。所述終端傳感節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、中心節(jié)點(diǎn)組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)；所述無線傳感網(wǎng)絡(luò)采用自由ZigBee技術(shù)，結(jié)構(gòu)包括ZigBe無線通信模塊CC2520、按需分配路由節(jié)點(diǎn)、ZigBee無線通信模塊中心節(jié)點(diǎn)，通過USB連接的上位PC機(jī)。
[0025]本發(fā)明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)建立采用自由ZigBee技術(shù)，具有節(jié)點(diǎn)規(guī)模大、功耗低、成本低、自組網(wǎng)和體積小等特點(diǎn)，主要由終端傳感節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、中心節(jié)點(diǎn)組成。終端傳感節(jié)點(diǎn)可用作整個(gè)系統(tǒng)信息采集終端，還能起到路由作用，路由節(jié)點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)信息中轉(zhuǎn)、擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)通信范圍。中心節(jié)點(diǎn)處于網(wǎng)絡(luò)的核心位置實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)初始化，為各節(jié)點(diǎn)分配網(wǎng)絡(luò)地址，匯集各節(jié)點(diǎn)信息，并將環(huán)境信息反饋給上位機(jī)處理。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于ZigBee的低功耗無線溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中包括電源模塊、終端傳感節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、中心節(jié)點(diǎn)和上位機(jī)；其特征在于:終端傳感器節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)布置到監(jiān)測(cè)溫室現(xiàn)場(chǎng)，然后通過USB連接中心節(jié)點(diǎn)與上位PC機(jī)；本發(fā)明采用上、下位機(jī)結(jié)構(gòu)，所述下位機(jī)部分結(jié)構(gòu)包括電源模塊、終端傳感節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和中心節(jié)點(diǎn)；所述上位機(jī)軟件部分采用基于LabVIEW軟件來編寫上位機(jī)程序，采集到的數(shù)據(jù)通過USB上傳至上位PC機(jī)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ZigBee的低功耗無線溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述電源模塊采用3.3V鋰電池供電，輸出供電電壓1.8~3.6V給CC2520芯片和MSP430單片機(jī)、輸出供電電壓3.3V給溫濕度傳感器SHTll芯片和C20芯片、輸出供電電壓3.3V~3.5V給土壤傳感器；所述電源模塊采用外部12V線性電源供電給中心節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ZigBee的低功耗無線溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述終端傳感器節(jié)點(diǎn)部分采用超低功耗MSP430單片機(jī)與CC2520芯片。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于ZigBee的低功耗無線溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述終端傳感器節(jié)點(diǎn)包括MSP430單片機(jī)、信號(hào)調(diào)理電路，所述MSP430單片機(jī)外部接有報(bào)警裝置、IXD顯示模塊和ZigBee無線通信模塊CC2520 ;所述信號(hào)調(diào)理電路外部連接有光照強(qiáng)度傳感器TSL2561、溫濕度傳感器SHTll芯片、紅外氣體傳感器C20、土壤濕度傳感器。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于ZigBee的低功耗無線溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述光照強(qiáng)度傳感器米用TSL2561T芯片，內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器的芯片。
【專利摘要】一種基于ZigBee的低功耗無線溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本發(fā)明具有低功耗、低成本、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、實(shí)時(shí)性強(qiáng)及界面友好等特點(diǎn)，并可進(jìn)一步用作后期溫室作業(yè)及環(huán)境控制依據(jù)。其中包括電源模塊、終端傳感節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、中心節(jié)點(diǎn)和上位機(jī)；其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)是：終端傳感器節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)布置到監(jiān)測(cè)溫室現(xiàn)場(chǎng)，然后通過USB連接中心節(jié)點(diǎn)與上位PC機(jī)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)間的通信。本發(fā)明采用上、下位機(jī)結(jié)構(gòu)，所述下位機(jī)部分結(jié)構(gòu)包括電源模塊、終端傳感節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和中心節(jié)點(diǎn)；所述上位機(jī)軟件部分采用基于LabVIEW軟件來編寫上位機(jī)程序，采集到的數(shù)據(jù)通過USB上傳至上位PC機(jī)。
【IPC分類】G05B19/418
【公開號(hào)】CN105527933
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410512897
【發(fā)明人】張學(xué)一, 安怡孫
【申請(qǐng)人】張學(xué)一
【公開日】2016年4月27日
【申請(qǐng)日】2014年9月29日