一种活立木电能及其环境参数测量的装置制造方法及图纸

一种活立木电能及其环境参数测量的装置，包括远程数据采集器、电势差采集电路、土壤温湿度传感器，可测量活立木与大地之间的电势差、空气温湿度、土壤温湿度及光照强度，并通过GPRS网络将数据发送至远程服务器。所述远程数据采集器硬件包含单片机模块、传感器及其接口模块、无线通信模块和电源模块。单片机模块作为所述远程数据采集器的控制单元，控制其它模块正常运行；传感器及其接口模块提供电势差测量电路、空气温度测量电路、空气相对湿度测量电路、土壤温湿度测量电路、环境光照强度测量电路，用于采集数据并将数据传输至单片机模块；无线通信模块可在单片机控制下将数据通过GPRS网络发送至远程服务器；电源模块为其它模块供电。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种活立木电能及其环境参数测量的装置，包括远程数据采集器、电势差采集电路、土壤温湿度传感器，可测量活立木与大地之间的电势差、空气温湿度、土壤温湿度及光照强度，并通过GPRS网络将数据发送至远程服务器。所述远程数据采集器硬件包含单片机模块、传感器及其接口模块、无线通信模块和电源模块。单片机模块作为所述远程数据采集器的控制单元，控制其它模块正常运行；传感器及其接口模块提供电势差测量电路、空气温度测量电路、空气相对湿度测量电路、土壤温湿度测量电路、环境光照强度测量电路，用于采集数据并将数据传输至单片机模块；无线通信模块可在单片机控制下将数据通过GPRS网络发送至远程服务器；电源模块为其它模块供电。【专利说明】一种活立木电能及其环境参数测量的装置
本专利技术涉及一种活立木电能及其环境参数测量的装置，该装置可远程测量活立木与大地之间的电势差、活立木附近的空气温湿度、土壤温湿度及光照强度，为活立木生物电的研究提供实时、可靠的数据。
技术介绍
无线传感器网络是近几年发展起来的一种用于环境信息采集与监测的信息技术，并且在农林业环境监测中开始研究与应用。但是，因为无线传感器网络节点一般不用市电供电，其供电问题一直是一个没有很好解决的关键问题。由于目前主要采用电池供电，定期更换电池是一个非常麻烦的工作。目前研究中涉及的太阳能、光能、风能、振动能、压电能、电磁波能、热能等环境能在森林环境中都不太适用。但是，最近的研究发现活立木内部和其生长的土壤之间存在持续、稳定的电势差，如果这种电势差能够被利用，将为无线传感器网络的供电问题提供全新的解决思路。但是，这种活立木生物电能的特性和产生机理尚不明确，需进一步研究，才能更为有效地利用。目前的研究主要以人工测量方式获取数据，效率低，误差大，实时性差，需要设计一种能够自动采集相关数据的装置。
技术实现思路
本专利技术提供了一种活立木电能及其环境参数测量的装置，包括远程数据采集器、电势差采集电路、土壤温湿度传感器，可自动测量活立木与大地之间的电势差、活立木附近的空气温湿度、土壤温湿度及光照强度，并通过GPRS网络将数据发送至远程服务器。所述远程数据采集器硬件包含单片机模块、传感器及其接口模块、无线通信模块和电源模块。单片机模块作为所述远程数据采集器的控制单元，控制其它模块正常运行；传感器及其接口模块提供电势差测量电路、空气温度测量电路、空气相对湿度测量电路、土壤温湿度测量电路、环境光照强度测量电路，用于采集数据；无线通信模块可在单片机控制下将数据通过GPRS网络发送至远程服务器；电源模块为其它模块供电。所述电势差采集电路包括测量电极及连接导线。测量电极分别打入活立木被测点和活立木附近土壤，测量电极底端焊接有连接导线，导线连接至所述远程数据采集器的电势差测量接口。所述土壤温湿度传感器用于测量活立木附近土壤的温湿度，使用时连接至所述远程数据采集器的土壤温湿度测量接口。本专利技术有如下特点:具有多种信号采集功能，可同时采集活立木与大地之间的电势差、活立木附近的空气温湿度、土壤温湿度及光照强度；电势差的测量量程可调节；采用分区供电方式，部分电路可在不需要工作时停止供电；可通过GPRS网络向远程服务器发送数据，可靠便捷；提供多种传感器接口和数字通信接口，功能扩展性强。【专利附图】【附图说明】附图1:一种活立木电能及其环境参数测量的装置结构框图附图2:远程数据采集器结构框图附图3:单片机模块结构框图附图4:单片机模块原理图附图5:传感器及接口模块结构框图附图6:传感器及其接口模块原理图附图7:无线通信模块结构框图附图8:无线通信模块原理图附图9:电源模块结构框图附图10:电源模块原理图附图11:驱动程序流程图附图12:远程数据采集器硬件布局图【具体实施方式】无线传感器网络技术已经在农林环境监测中研究与应用，但其供电问题一直是一个没有很好解决的关键问题。研究发现活立木内部和其生长的土壤之间存在持续、稳定的电势差，理论上能够为无线传感器网络的供电问题提供有效的解决方案。这种生物电的特性尚不明确，但与活立木的生长环境因子存在一定关系。为了使该电能的利用效率达到最高，需要研究其变化特性和产生机理。所述测量装置能够为此研究提供实时、可靠的数据。所述测量装置包括远程数据采集器、电势差采集电路、土壤温湿度传感器，可自动测量活立木与大地之间的电势差、活立木附近的空气温湿度、土壤温湿度及光照强度，并通过GPRS网络将数据发送至远程服务器。所述远程数据采集器硬件包含单片机模块、传感器及其接口模块、无线通信模块和电源模块。单片机模块作为所述远程数据采集器的控制单元，控制其它模块正常运行；传感器及其接口模块提供电势差测量电路、空气温度测量电路、空气相对湿度测量电路、土壤温湿度测量电路、环境光照强度测量电路，用于采集数据并将数据传输至单片机模块；无线通信模块可在单片机控制下将数据通过GPRS网络发送至远程服务器；电源模块为其它模块供电。所述电势差采集电路包括测量电极及连接导线。两根测量电极分别打入活立木两个被测点，另一根测量电极打入活立木附近土壤，测量电极底端焊接有连接导线，导线连接至所述远程数据采集器的电势差测量接口。所述土壤温湿度传感器用于测量活立木附近土壤的温湿度，使用时连接至所述远程数据采集器的土壤温湿度测量接口。所述测量装置结构如附图1所示。远程数据采集器所述远程数据采集器硬件由四部分组成，包括:单片机模块、传感器及其接口模块、无线通信模块和电源模块。所述单片机模块包括单片机MSP430F147及其外围电路，作为远程数据采集器的控制单元，控制其它模块正常运行；所述传感器及其接口模块包括传感器、传感器接口及相关信号调理电路，可采集相应参数信息，并由所述单片机MSP430F147通过模数转换器(ADC)或总线接口读取；所述无线通信模块包括GSM/GPRS模块GTM900C电路、SM卡电路，可通过UARTO接口与所述单片机模块进行通信，并在所述单片机MSP430F147控制下将数据通过GPRS网络发送至远程服务器；所述电源模块为上述模块供电，如附图2所示。单片机模块所述单片机模块包括单片机MSP430F147最小系统、外设接口、外扩接口和指示灯。所述单片机MSP430F147最小系统包括单片机MSP430F147、复位电路、时钟电路、JTAG接口及其它必要的外围器件；所述外设接口包括所述单片机MSP430F147的部分普通IO引脚、复用作ADC的IO引脚、复用作UARTO的IO引脚以及用作I2C总线的IO引脚，用以控制其它模块的外设器件、与其它模块的外设器件进行通信、读取其它模块的外设器件的数据；所述外扩接口包括IO外扩接口、ADC外扩接口、UARTO外扩接口和I2C外扩接口，作为预留接口，供外扩功能使用；指示灯包括一个绿色发光二极管(LED)，用于指示所述单片机模块的工作状态。所述单片机模块的结构如附图3所示。所述JTAG接口为14引脚双排插针，其中第1、3、5、7、11引脚分别连接至所述单片机MSP430F147的第54?58引脚，第2、4引脚连接单片机电源正极，第9引脚接地，其它引脚悬空。时钟电路包括一个低频时钟电路和一个高频时钟电路。低频时钟电路由一个32768Hz无源晶体振荡器和两个12p本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种活立木电能及其环境参数测量的装置，包括远程数据采集器、电势差采集电路、土壤温湿度传感器，自动测量活立木与大地之间的电势差、活立木附近的空气温湿度、土壤温湿度及光照强度，并通过GPRS网络将数据发送至远程服务器；所述远程数据采集器硬件包含单片机模块、传感器及其接口模块、无线通信模块和电源模块；所述单片机模块作为远程数据采集器的控制单元，控制传感器及其接口模块、无线通信模块和电源模块正常运行；传感器及其接口模块提供电势差测量电路、空气温度测量电路、空气相对湿度测量电路、土壤温湿度测量电路、环境光照强度测量电路，用于数据采集；无线通信模块可在单片机控制下将数据通过GPRS网络发送至远程服务器；电源模块为单片机模块、传感器及其接口模块和无线通信模块供电；所述电势差采集电路包括测量电极及连接导线；测量电极分别打入活立木被测点和活立木附近土壤，测量电极底端焊接有连接导线，导线连接至所述远程数据采集器的电势差测量接口；所述土壤温湿度传感器用于测量活立木附近土壤的温湿度，使用时连接至所述远程数据采集器的土壤温湿度测量接口。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李文彬，郝志斌，阚江明，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：