專利名稱：一種用于農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。 技術(shù)背景在農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測中，對節(jié)點傳感功能和環(huán)境適應(yīng)性的要求非常特殊，為了全面準(zhǔn)確地反映農(nóng)作物的生長環(huán)境，單個節(jié)點必須能夠同時監(jiān)測作物生長的土壤的內(nèi)部溫度和含水情況以及作物周圍的光照條件和溫濕度狀況。同時，要求節(jié)點能夠很強的野外生存能力和靈活部署能力?，F(xiàn)有農(nóng)業(yè)傳感器設(shè)備多以有線為主，缺乏靈活的部署能力和長時間野外生存的能力。同時，缺少多傳感器協(xié)同感知統(tǒng)一處理的能力，造成了農(nóng)業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)研發(fā)成本高、系統(tǒng)工作不穩(wěn)定等問題。而且，目前大部分用于農(nóng)業(yè)監(jiān)控的傳感器節(jié)點，都以能源多以有線供應(yīng)或蓄電池供應(yīng)為主，在通信方面以有線傳輸或低帶寬單跳無線傳輸為基礎(chǔ)技術(shù)進行研發(fā)，在傳感器方面多以單傳感器專用接入電路為主要技術(shù)，因此都存在以下幾點不足1、在室外、山野的節(jié)點布設(shè)受限于地形，取電成本高，電池運輸維護成本高，無法保證長時間有效運行。2、通信距離短，無法形成數(shù)據(jù)的接力轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)，單節(jié)點無路由功能。因此，整個系統(tǒng)的可擴展性和覆蓋性受限。3、單一傳感器配置，無法滿足多數(shù)農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的需求，但節(jié)點缺乏進行多傳感器同時接入的能力，同時，節(jié)點缺乏進行多傳感器數(shù)據(jù)處理和融合的能力，也缺乏多種數(shù)據(jù)整合傳輸?shù)哪芰Α?、傳統(tǒng)單節(jié)點農(nóng)業(yè)傳感節(jié)點的傳感器擴展成本很高，需要進行硬件重設(shè)計和投產(chǎn)。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的存在的不足，提供節(jié)點部署范圍廣，沒有取電限制，電池維護成本低，且耗電量小的一種用于農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)
點ο本實用新型是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種用于農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，包括處理器、外部存儲器和無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，所述外部存儲器和無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊與所述處理器連接，所述處理器設(shè)有擴展接口與傳感器連接。所述傳感器包括空氣溫濕度傳感器、光照度傳感器、土壤溫度傳感器以及土壤水分傳感器。所述處理器設(shè)有1 接口與具有數(shù)字通信接口的傳感器連接。所述擴展接口通過設(shè)置于傳感器節(jié)點上的模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置與所述傳感器連接。傳感器輸出的模擬信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，之后通過擴展接口接入處理器，處
3理器進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，則可以獲得環(huán)境參數(shù)。所述處理器根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的不同需要，可采用單片機、ARM等不同性能具有指令執(zhí)行、數(shù)據(jù)處理功能的處理芯片。優(yōu)選MSP430F1611所述外部存儲器可采用Flash、EEPROM等具有數(shù)據(jù)存儲功能的芯片。所述無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊可以采用ISM頻段的433MHz、915MHz以及2. 4GHz的射頻收發(fā)芯片構(gòu)成，無線通信頻率為2. 4GHz。所述空氣溫濕度傳感器為SHT11，光照度傳感器為TSL2561，土壤溫度傳感器為 ST10，土壤水分傳感器為FDS100。本專利針對這一技術(shù)現(xiàn)狀，在節(jié)點設(shè)計上通過標(biāo)準(zhǔn)接口接入相應(yīng)農(nóng)業(yè)傳感器，同時也可方便用戶根據(jù)不同應(yīng)用來靈活配置和擴展傳感能力。由于測量土壤參數(shù)的傳感器件直接輸出的是模擬信號，需要節(jié)點具有模擬信號與數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換能力。節(jié)點布撒于室外農(nóng)田環(huán)境，為了能夠適應(yīng)各種天氣和人為影響，本實用新型對節(jié)點進行封裝設(shè)計，達到抵抗外界環(huán)境干擾的目的。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點具有滿足無線通信和網(wǎng)絡(luò)自組的能力，可以在節(jié)點部署完成后， 通過網(wǎng)絡(luò)的自組織，構(gòu)成一個具有數(shù)據(jù)通信能力的無線通信網(wǎng)絡(luò)。在實際應(yīng)用中，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在具有良好無線通信性能和網(wǎng)絡(luò)自組的能力的基礎(chǔ)上，還要能夠提供各種傳感功能，實現(xiàn)實時的數(shù)據(jù)采集和信號處理，完成特定應(yīng)用下的不同功能。本實用新型從超低功耗技術(shù)、高速傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議、通用傳感器接入接口和強野外生存能力等方面出發(fā)，進行以下幾方面的節(jié)點能力改進1、高帶寬無線通信，單節(jié)點具有不低于2561ApS的傳輸速度，并具有數(shù)據(jù)路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，能夠與其他節(jié)點形成數(shù)據(jù)中繼網(wǎng)絡(luò)。2、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)接口的多傳感器接入模塊，能夠使多種傳感器通過可插拔的方式接入傳感節(jié)點，并通過驅(qū)動加載的模式進行多傳感器數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理，同時具有多種傳感器數(shù)據(jù)處理、融合和傳輸能力。3、具有多傳感器數(shù)據(jù)協(xié)同比對和處理能力，能夠通過多種傳感器數(shù)據(jù)精確判斷農(nóng)作物種植環(huán)境的綜合情況，對土壤溫濕度、空氣溫濕度等參量進行綜合比對和協(xié)同分析，直接得出農(nóng)作物生長環(huán)境變化情況，給出明確的預(yù)警或環(huán)境質(zhì)量分析結(jié)論。5、具有防風(fēng)、防雨、防沙和抗雷擊的電路板和外殼設(shè)計，能夠長時間野外生存。同時具有太陽能取電設(shè)計能力，可方便加載太陽能板進行環(huán)境取電?？偟膩碚f，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于節(jié)點部署范圍廣，沒有取電限制，電池維護成本低，耗電量低；支持標(biāo)準(zhǔn)接口傳感器接入；能夠長時間在野外生存；能夠統(tǒng)一處理多種傳感器數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)、分析、融合和傳輸。

圖1是本實用新型一種用于農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的是節(jié)點的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型一種用于農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點作進一步描述。一種用于農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，如圖1所示，包括處理器、外部存儲器和無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，所述外部存儲器通過通用異步接收/發(fā)送裝置(UART)與所述處理器連接；所述無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊可以通過SPI接口與所述所述處理器連接；所述處理器設(shè)有擴展接口與傳感器連接。所述傳感器包括空氣溫濕度傳感器、光照度傳感器、土壤溫度傳感器以及土壤水分傳感器。處理器通過傳感器獲得環(huán)境參數(shù)后，通過無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊向上一級接收裝置發(fā)送數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸至上一級接收裝置。同時，處理器可以通過無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊接收上一級的指令信息，根據(jù)不同的指令信息做出相應(yīng)的操作。對于具有數(shù)字通信接口的傳感器，如空氣溫濕度傳感器、光照度傳感器，采用處理器的1 接口或SPI接口使用電路的直接與傳感器相連接，處理器向傳感器發(fā)送采集指令， 傳感器接收到指令后返回相應(yīng)的采集數(shù)據(jù)值，經(jīng)過處理器進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，則可以獲得環(huán)境參數(shù)。所述擴展接口通過設(shè)置于傳感器節(jié)點上的模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置與所述傳感器連接。傳感器輸出的模擬信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，之后通過擴展接口接入處理器，處理器進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，則可以獲得環(huán)境參數(shù)。所述處理器根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的不同需要，可采用單片機、ARM等不同性能具有指令執(zhí)行、數(shù)據(jù)處理功能的處理芯片。優(yōu)選MSP430F1611。所述外部存儲器可采用Flash、EEPROM 等具有數(shù)據(jù)存儲功能的芯片。所述無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊可以采用ISM頻段的433MHz、915MHz以及2. 4GHz的射頻收發(fā)芯片構(gòu)成，無線通信頻率為2. 4GHz。所述無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊設(shè)置有射頻天線。所述空氣溫濕度傳感器為SHT11，光照度傳感器為TSL2561，土壤溫度傳感器為ST10，土壤水分傳感器為FDS100。以上所述者，僅為本實用的較佳實施例而已，當(dāng)不能以此限定本實用實施的范圍， 即大凡依本實用申請專利范圍及實用說明內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本實用專利涵蓋的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種用于農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，其特征在于包括處理器、外部存儲器和無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，所述外部存儲器和無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊與所述處理器連接，所述處理器設(shè)有擴展接口與傳感器連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，其特征在于 所述傳感器包括空氣溫濕度傳感器、光照度傳感器、土壤溫度傳感器以及土壤水分傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，其特征在于 所述處理器設(shè)有1 接口與具有數(shù)字通信接口的傳感器連接。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，其特征在于 所述擴展接口通過設(shè)置于傳感器節(jié)點上的模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置與所述傳感器連接。
5.如權(quán)利要求1所述的一種用于農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，其特征在于 所述處理器為MSP430F1611。
6.如權(quán)利要求1所述的一種用于農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，其特征在于 所述外部存儲器采用Flash或EEPROM具有數(shù)據(jù)存儲功能的芯片。
7.如權(quán)利要求1所述的一種用于農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，其特征在于 所述無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊采用ISM頻段的433MHz、915MHz或者2. 4GHz的射頻收發(fā)芯片構(gòu)成。
專利摘要本實用新型公開一種用于農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，其包括處理器、外部存儲器和無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，所述外部存儲器和無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊與所述處理器連接，所述處理器設(shè)有擴展接口與傳感器連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于節(jié)點部署范圍廣，沒有取電限制，電池維護成本低，耗電量低；支持標(biāo)準(zhǔn)接口傳感器接入；能夠長時間在野外生存；能夠統(tǒng)一處理多種傳感器數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)、分析、融合和傳輸。
文檔編號H04W88/02GK202261822SQ201120429948
公開日2012年5月30日 申請日期2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月3日
發(fā)明者催莉, 劉毅勇, 朱健文, 李棟, 蘇光, 葛仁北, 趙澤 申請人:中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所, 肇慶軟件國際化中心有限公司