基于ZigBee的农业设施环境监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了基于ZigBee的农业设施环境监测系统，涉及农业设施环境监测领域。本系统包括主控电路、环境参数采集模块、RF无线收发匹配电路和电源模块，主控电路的第一控制输出端连接环境参数采集模块的控制输入端；环境参数采集模块的采集数据输出端连接主控电路的采集数据输入端；主控电路的数据发送端将数据经RF无线收发匹配电路进行发射；主控电路的电源输入端连接电源模块的电源输出端；所述的环境参数采集模块包括多个采集模块和多个备用采集模块插座。本实用新型专利技术实现了多种参数的实时采集，同时利用光伏电池板供电，低功耗不需要更换电池。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及农业设施环境监测领域，尤其是涉及一种基于ZigBee的农业设施环境监测系统。
技术介绍
目前使用较广泛的近距无线通信技术有蓝牙(Bluetooth),无线局域网802.11(Wi-Fi)和红外线数据传输(IrDA)。此外，还有一些具有发展潜力的近距无线技术标准，分别是ZigBee，超宽频，短距通信，WiMedia，GPS，DECT，无线1394和专用无线系统等。ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术，支持移动多跳自组网，为无线传感网络测控提供了技术支持。该通信协议非常适合数据量小，速度要求不高，节点同构，数量众多的无线传感网络大规模测控系统。该技术已广泛应用到了智能家居、楼宇自动化、医疗等多个领域。对于大规模测控系统，由于采集的参数多，采集节点数量大，电池定期更换频繁，工作量非常大。除了观光、科研用的农业设施，国内还没有一款简单、实用，老百姓生产用得上的农业设施测控系统。生产过程仍沿用传统人工管理，管理手段落后，劳动强度大。
技术实现思路
为了解决农业设施采集参数众多，节点数量大，通用性不强，定期更换电池的缺点，本技术提供了基于ZigBee的农业设施环境监测系统。本技术可接入传感器多，能够采集参数的种类多、数量大，低功耗，无需更换电池；同时满足农业生产测控系统改造升级，系统的安装位置灵活，移动方便，不需要重新布线。为解决上述技术问题，本技术通过以下技术方案来实现：基于ZigBee的农业设施环境监测系统，包括主控电路、环境参数采集模块、RF无线收发匹配电路和电源模块，主控电路的第一控制输出端连接环境参数采集模块的控制输入端；环境参数采集模块的采集数据输出端连接主控电路的采集数据输入端；主控电路的数据发送端将数据经RF无线收发匹配电路进行发射；主控电路的电源输入端连接电源模块的电源输出端；所述的环境参数采集模块包括多个采集模块和多个备用采集模块插座。其中，还包括通信指示模块，通信指示模块的控制输入端连接主控电路的第二控制输出端。其中，所述的主控电路由单片机U1、电容C6和电阻R1、晶振Y1-Y2、电容C2-C5、按键S1和电阻R2、电感L1和电容C1组成；所述的单片机U1为CC2530芯片。其中，所述的环境参数采集模块由温湿度采集模块、光照强度采集模块、CO2浓度采集模块、土壤含水量采集模块、第一至第四备用采集模块插座和驱动芯片组成；各采集模块和各备用采集模块插座的电源输入端与驱动芯片的电源输出端相连接；各采集模块和各备用采集模块插座的采集数据输出端与主控电路的采集数据输入端相连接；驱动芯片的控制输入端与主控电路的第一控制输出端相连接。其中，所述的温湿度采集模块为DHT11，光照强度采集模块为由光敏电阻和电阻串联组成的光照采集模块电路，CO2浓度采集模块为MG811，土壤含水量采集模块为FDS100，驱动芯片为ULN2003芯片；DHT11的2脚接CC2530芯片的19脚，3脚接ULN2003芯片的18脚；光照采集模块电路的2脚接CC2530芯片的18脚，3脚接ULN2003芯片的17脚；MG811的2脚接CC2530芯片的17脚，3脚接ULN2003芯片的16脚；FDS100的2脚接CC2530芯片的16脚，3脚接ULN2003芯片的15脚；第一至第四备用采集模块插座的2脚一一对应接CC2530芯片的15脚-13脚和35脚，3脚一一对应接ULN2003芯片的14脚-11脚；DHT11、光照采集模块电路、MG811、FDS100和第一至第四备用采集模块插座的1脚均接VCC电源；ULN2003芯片的1脚-8脚分别与CC2530芯片的11脚、9脚、8脚、7脚、6脚、5脚、38脚和34脚一一对应相连接。其中，所述的电源模块由光伏电池板P1、二极管D1、超级电容C12-C13、降压稳压电路U2和电阻R3-R5组成，所述的降压稳压电路U2为XC6211；光伏电池板P1的正电极端分别连接+5V电源和二极管D1的阳极；二极管D1的阴极分别连接超级电容C12的一端和XC6211的VIN端；ULN2003的OUT端连接电阻R3，其CE端连接CC2530芯片的37脚；电阻R3的另一端分别连接电阻R4的一端、超级电容C13的一端和VCC电源；R4的另一端分别连接电阻R5的一端和CC2530芯片的12脚；光伏电池板P1的负电极端、超级电容C12的另一端、XC6211的GND端、电阻R5的另一端和超级电容C13的另一端均接地。其中，所述的通信指示模块由发光二极管D2和电阻R6组成，发光二极管D2的阴极连接CC2530芯片的36脚，其阳极经电阻R6连接VCC电源。本技术相比
技术介绍
的优点在于：1.本技术使用CC2530芯片作为主控电路的一部分，CC2530芯片本身具有8路10位的AD转换接口，可以直接外接模拟或数字信号输出的传感器，最多可做到8路多种参数的同时采集；并且扩展灵活，对用户需要的其他参数的检测可以直接连接相应的传感器，实现用户指定参数的检测。2.本技术利用光伏电池板供电，实现了无线传感网络系统环境多参数实时采集、自动加入测控网络、无线上传数据、低功耗不需要更换电池。3.本技术与基于ZigBee的农业物联网测控系统兼容，各监测系统自动加入ZigBee局域网络。附图说明图1为本技术的原理框图；图2是本技术的主控电路的电路原理图；图3是本技术的RF无线收发匹配电路的电路原理图；图4是本技术的环境参数采集模块的电路原理图；图5是本技术的电源模块的电路原理图；图6是本技术的通信指示模块的电路原理图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细的说明。如图1所示，基于ZigBee的农业设施环境监测系统，包括主控电路、环境参数采集模块、RF无线收发匹配电路和电源模块。如图2所示，所述的主控电路由含ZigBee模块的单片机U1、电容C6和电阻R1、晶振Y1-Y2、电容C2-C5、按键S1和电阻R2、电感L1和电容C1组成；所述的单片机U1为CC2530芯片，其1-4脚、41脚接地，10脚、21脚、24脚、27-29脚、31脚、39脚经电感L1接VCC源，30脚经电阻R1接地，40脚经电容C6接地；22脚经晶振Y1接23脚，32脚经晶振Y2接33脚，电容C2-C5分别接在CC2530芯片的33脚、32脚、22脚、23脚和地之间，20脚经按键S1接地；所述电容C1接在CC2530芯片的21脚和地之间；电阻R2接在CC2530芯片的20脚和VCC电源之间。主控电路用于对电源模块、环境参数采集模块的电源进行通断控制，使用软件手段控制各个模块不工作时切断电源。主控电路采用具有ZigBee模块的CC2530芯片作为主控器和无线发送器，CC2530芯片通过RF无线收发匹配电路连接2.4G天线，利用Z-Stack网络协议栈构建网状网络拓扑结构。在应用框架中编写系统初始化程序，各个参数采集数据子程序(含各个模块电源接通断开的控制)，电源电压采集子程序，根据采集的电压值控制降压稳压电路是否工作子程序，无线发送数据子程序。CC2530芯片有三种功率模式，本系统采用pm2模式，定时间隔唤醒，循环采集各个参数。如图3所示，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于ZigBee的农业设施环境监测系统，其特征在于：包括主控电路、环境参数采集模块、RF无线收发匹配电路和电源模块，主控电路的第一控制输出端连接环境参数采集模块的控制输入端；环境参数采集模块的采集数据输出端连接主控电路的采集数据输入端；主控电路的数据发送端将数据经RF无线收发匹配电路进行发射；主控电路的电源输入端连接电源模块的电源输出端；所述的环境参数采集模块包括多个采集模块和多个备用采集模块插座。

【技术特征摘要】
1.基于ZigBee的农业设施环境监测系统，其特征在于：包括主控电路、环境参数采集模块、RF无线收发匹配电路和电源模块，主控电路的第一控制输出端连接环境参数采集模块的控制输入端；环境参数采集模块的采集数据输出端连接主控电路的采集数据输入端；主控电路的数据发送端将数据经RF无线收发匹配电路进行发射；主控电路的电源输入端连接电源模块的电源输出端；所述的环境参数采集模块包括多个采集模块和多个备用采集模块插座。2.根据权利要求1所述的基于ZigBee的农业设施环境监测系统，其特征在于：还包括通信指示模块，通信指示模块的控制输入端连接主控电路的第二控制输出端。3.根据权利要求1或2所述的基于ZigBee的农业设施环境监测系统，其特征在于：所述的主控电路由单片机U1、电容C6和电阻R1、晶振Y1-Y2、电容C2-C5、按键S1和电阻R2、电感L1和电容C1组成；所述的单片机U1为CC2530芯片。4.根据权利要求3所述的基于ZigBee的农业设施环境监测系统，其特征在于：所述的环境参数采集模块由温湿度采集模块、光照强度采集模块、CO2浓度采集模块、土壤含水量采集模块、第一至第四备用采集模块插座和驱动芯片组成；各采集模块和各备用采集模块插座的电源输入端与驱动芯片的电源输出端相连接；各采集模块和各备用采集模块插座的采集数据输出端与主控电路的采集数据输入端相连接；驱动芯片的控制输入端与主控电路的第一控制输出端相连接。5.根据权利要求4所述的基于ZigBee的农业设施环境监测系统，其特征在于：所述的温湿度采集模块为DHT11，光照强度采集模块为由光敏电阻和电阻串联组成的光照采集模块电路，CO2浓度采集模块为MG811，土壤含水量采集模块为FDS100，驱动芯片为ULN2003芯片；DHT11的2脚接CC2530芯片的19脚，3...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔺志鹏，马继伟，
申请(专利权)人：河北科技师范学院，
类型：新型
国别省市：河北;13