农田冠层温湿度信息自动采集系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种农田冠层温湿度信息自动采集系统，包括多个传感器采集节点、数据汇总节点和数据接收端；每个传感器采集节点安装在植株冠层下；传感器采集节点与数据汇总节点连接通信；每个数据汇总节点与数据接收端无线通信。数据汇总节点包括单片机、时钟模块、GSM无线通信模块和太阳能电池板，太阳能电池板为数据汇总节点供电，时钟模块和GSM无线通信模块分别连接单片机；数据接收端由PC机以及与PC机相连接的GSM无线通信模块组成；数据汇总节点的GSM无线通信模块与数据接收端的GSM无线通信模块通过移动蜂窝网络进行无线通信。本实用新型的系统能够有效解决现有采集设备存在的测量不准确、成本较高以及人工测量费时费力的问题。
【专利说明】农田冠层温湿度信息自动采集系统
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种农田冠层温湿度信息自动采集系统。
【背景技术】
[0002]众所周知，作物病害的传播与田间的气候有密切的关系，有些病菌的存活和侵染又严重依赖田间的温湿度，如马铃薯晚疫病，葡萄叶腐烂病等。在强调精细化农业的今天，准确获知田间作物丛中的温湿度，不仅有利于作物病害的防治，而且对研究病菌在田间的传播与侵染有着重要意义。然而，就目前现有的农田数据采集系统而言，主要以田间小型气象站为主，此种设备局限于测量农田上空的气象数据，对于真实田间尤其是作物封行后冠层下的微环境不具有准确测量能力，同时其成本相对过高。另有一些田间温湿度采集记录仪，可以布置在田间，但需要人工定期导出，费时费力，其布置点的数量也有严重的局限性。
【发明内容】
[0003]针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本实用新型的目的在于，提供一种农田冠层温湿度信息自动采集系统，该系统能够有效解决现有采集设备存在的测量不准确、成本相对较高以及人工测量费时费力的问题。
[0004]为了完成上述任务，本实用新型采用如下技术方案予以解决:
[0005]一种农田温湿度信息自动采集系统，包括多个传感器采集节点、数据汇总节点和数据接收端；其中，每个所述传感器采集节点通过支架安装在植株的冠层下，传感器采集节点在农田中的布置密度不小于0.1个/m2，传感器采集节点与数据汇总节点连接通信；数据汇总节点与数据接收端无线通信。
[0006]进一步的，所述数据汇总节点包括单片机、时钟模块、GSM无线通信模块和太阳能电池板，其中，所述太阳能电池板为数据汇总节点供电，所述时钟模块和GSM无线通信模块分别连接单片机；所述数据接收端由PC机以及与PC机相连接的GSM无线通信模块组成；所述数据汇总节点的GSM无线通信模块与数据接收端的GSM无线通信模块通过移动蜂窝网络进行无线通信。
[0007]进一步的，所述传感器采集节点和数据汇总节点之间采用有线连接，每个所述传感器采集节点包括一个温湿度传感器，该温湿度传感器连接数据汇总节点的单片机。
[0008]进一步的，所述温湿度传感器采用AM2306型数字温湿度传感器；数据汇总节点由80C51单片机、DS1302时钟模块、GSM无线通信模块以及为数据汇总节点供电的太阳能电池板组成；其中，AM2306型数字温湿度传感器、DS1302时钟模块和GSM无线通信模块分别连接80C51单片机。
[0009]进一步的，所述传感器采集节点和数据汇总节点之间采用无线连接，每个所述传感器采集节点由温湿度传感器、单片机、无线发送模块和太阳能电池板组成，其中，太阳能电池板为传感器采集节点供电，温湿度传感器和无线发送模块分别连接单片机；所述数据汇总节点还包括有无线接收模块，无线接收模块连接数据汇总节点的单片机；传感器采集节点的无线发送模块与数据汇总节点的无线接收模块通过无线网路通信。
[0010]进一步的，每个传感器采集节点由80C51单片机、AM2301型数字温湿度传感器、NRF24L01无线射频收发模块及太阳能电池板组成，AM2301型数字温湿度传感器和NRF24L01无线射频收发模块分别连接80C51单片机；在太阳能电池板与NRF24L01无线射频收发模块之间连接有LM1117-3.3电平转换模块；数据汇总节点由80C51单片机、NRF24L01无线射频收发模块、DS1302时钟模块、GSM无线通信模块以及太阳能电池板组成；NRF24L01无线射频收发模块、DS1302时钟模块和80C51GSM无线通信模块分别连接单片机。
[0011]本实用新型的有益效果是，实现农田间尤其是作物冠层以下的温湿度信息的准确测量，并实现了温湿度信息的自动化采集，弥补了气象站与手持设备测量的不足。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型的农田冠层温湿度信息自动采集系统结构示意图。
[0013]图2是本实用新型的实施例1中传感器采集节点电路结构图。
[0014]图3是本实用新型的实施例1中数据汇总节点电路结构图。
[0015]图4是本实用新型的实施例2的电路结构图。
[0016]图中各标号含义:1、传感器采集节点；2、数据汇总节点；3、数据接收端；4、9、15、80C51单片机；5、10、NRF24L01无线射频收发模块；6、AM2301型数字温湿度传感器；7、13、LMl117—3.3电平转换模块；8、14、19、太阳能电池板;11、16、DS1302时钟模块;12、17、GSM无线通信模块；18、AM2306型数字温湿度传感器。
[0017]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进行详细说明。
【具体实施方式】
[0018]如图1所示，本实用新型的设计思路:各传感器采集节点在数据汇总节点的控制下，定时由温湿度传感器对所在节点的温湿度进行采集；数据汇总节点在汇总各点的温湿度数据后由GSM无线通信模块将数据发出，经由移动蜂窝网络传输至数据接收端接收；在数据接收端由GSM无线通信模块实现数据接收并通过串口输入PC机进行显示、存储、分析。
[0019]以下是发明人给出的两个实施例，该两个实施例遵循本实用新型的技术方案进行设计，需要说明的是，本实用新型所要求的保护范围不限于以下实施例。
[0020]实施例1:
[0021]本实施例中，传感器采集节点与数据汇总节点之间采用无线方式进行通信。
[0022]如图2所示，每个传感器采集节点由80C51单片机4、AM2301型数字温湿度传感器
6、NRF24L01无线射频收发模块5以及为传感器采集节点供电的太阳能电池板8组成。其中，每个传感器采集节点的AM2301型数字温湿度传感器6的探头通过支架安装在封行后的植株的冠层下，传感器采集节点的数目根据实际的田块大小而定，每10平方米的区域内保证至少布置有一个传感器采集节点。本实施例中每IOm2布置有一个。AM2301型数字温湿度传感器6和NRF24L01无线射频收发模块5分别连接80C51单片机4 ;由于80C51单片机4需要5V电压供电，而NRF24L01无线射频收发模块5的供电电压在1.9—3.6V，故在太阳能电池板8与NRF24L01无线射频收发模块5之间采用了 LM1117-3.3电平转换模块7。80C51单片机4的Pl.0—Pl.5 口分别与NRF24L01无线模块的CE、CSN、SCK、MO、M1、IRQ引脚连接，80C51单片机4的P2.0 口与AM2301数字温湿度传感器6的SDA引脚相连；LM1117—3.3电平转换模块7由LM1117芯片及其外围电路构成，其用于将太阳能电池板6提供的5V电压转换为3.3V驱动NRF24L01无线模块。太阳能电池板8的输出DC5V。
[0023]在接收到数据汇总节点的采集命令后，该传感器采集节点在80C51单片机4的控制下，由P2.0 口产生AM2301的采集时序完成对所在点的温湿度的采集，之后，在Pl.0—Pl.5 口产生时序操作将数据由NRF24L01无线射频收发模块5发送给数据汇总节点，完成一个点一次的数据采集。
[0024]如图3所示，数据汇总节点由80C51单片机9、NRF24L01无线射频收发模块10、DS1302时钟模块11、GSM无线通信模块12以及为数据汇总节点供电的太阳能电池板14组成。其中，太阳能电池板8与NRF24L01无线射频收发模块5之间连接有LM1117-3.3电平转换模块13 ;其中，NRF24L01无线射频收发模块10、DS1302时钟模块11和GSM无线通信模块12 80C51分别连接单片机9。80C51单片机的P2.0—P2.2 口分别连接DS1302时钟模块的 RES、I/O、SCLK 引脚。
[0025]80C51单片机9通过P2.1 口实时获取DS1302时钟模块11的值，在特定的时间内通过NRF24L01无线射频收发模块10向各传感器采集节点依次发出采集命令，以此实现定时采集。在汇总各传感器采集节点的数据后，51单片机9通过P3.0/RXD、P3.1/TXD 口控制GSM无线通信模块将数据发往数据接收端。
[0026]实施例2:
[0027]本实施例中，传感器采集节点与数据汇总节点之间采用有线方式进行通信。
[0028]如图4所示，每个传感器采集节点包括一个AM2306型数字温湿度传感器18 ;数据汇总节点由80C51单片机15、DS1302时钟模块16、GSM无线通信模块17以及为数据汇总节点供电的太阳能电池板19组成；其中，每个传感器采集节点的AM2306型数字温湿度传感器18的探头通过支架安装在封行后的植株的冠层下，传感器采集节点的数目根据实际的田块大小而定，每10平方米的区域内保证布置有一个传感器采集节点。AM2306型数字温湿度传感器、DS1302时钟模块16和GSM无线通信模块17分别连接80C51单片机15。汇总节点的80C51 单片机 15 的 P2.0—P2.2 口分别连接 DS1302 的 RES、I/O、SCLK 引脚。P3.0、Ρ3.I 口连接GSM模块，其余I/O 口均可用于与ΑΜ2306温湿度传感器18相连。
[0029]80C51单片机15循环检测与Ρ2.0—Ρ2.2 口相连的DS1302时钟模块16的值，在特定的时间内通过各连接ΑΜ2306温湿度传感器的I/O 口输出采集时序，完成对各传感器采集节点的数据采集。汇总后经由通过与Ρ3.0/RXD与Ρ3.1/TXD端口相连的GSM无线通信模块17发送给数据接收端。
[0030]数据接收端的GSM无线通信模块在收到数据后，通过串口将数据输入PC机，只需在PC机上装一个串口终端即可收到并显示所获取的农田温湿度实时数据，并对其存储或分析。
[0031]在本实用新型的系统中，温湿度传感器ΑΜ2301与ΑΜ2306均可直接采用5V电源供电，其SDA数据端可以直接与单片机的I/O连接，不需要上拉电阻。GSM无线通信模块与NRF24L012无线收发模块均有市售产品。80C51单片机在本系统中仅需其最小系统，LMl117—3.3电压变换模块的电路由LM1117芯片手册记载，此两种电路均是成熟技术，这里不再作过多说明。
【权利要求】
1.一种农田冠层温湿度信息自动采集系统，包括多个传感器采集节点(I)、数据汇总节点(2)和数据接收端(3);其特征在于，其中，每个所述传感器采集节点(I)通过支架安装在植株的冠层下，且传感器采集节点(I)在农田中的布置密度不小于0.1个/m2 ;传感器采集节点(I)与数据汇总节点(2)连接通信；每个数据汇总节点(2)与数据接收端(3)无线通?目。
2.如权利要求1所述的农田冠层温湿度信息自动采集系统，其特征在于，所述数据汇总节点包括单片机、时钟模块、GSM无线通信模块和太阳能电池板，其中，所述太阳能电池板为数据汇总节点供电，所述时钟模块和GSM无线通信模块分别连接单片机；所述数据接收端由PC机以及与PC机相连接的GSM无线通信模块组成；所述数据汇总节点的GSM无线通信模块与数据接收端的GSM无线通信模块通过移动蜂窝网络进行无线通信。
3.如权利要求2所述的农田冠层温湿度信息自动采集系统，其特征在于，所述传感器采集节点和数据汇总节点之间采用有线连接，每个所述传感器采集节点包括一个温湿度传感器，该温湿度传感器连接数据汇总节点的单片机。
4.如权利要求3所述的农田冠层温湿度信息自动采集系统，其特征在于，所述温湿度传感器采用ΑΜ2306型数字温湿度传感器；数据汇总节点由80C51单片机(15)、DS1302时钟模块(16)、GSM无线通信模块(17)以及为数据汇总节点供电的太阳能电池板(19)组成；其中，AM2306型数字温湿度传感 器、DS1302时钟模块(16)和GSM无线通信模块(17)分别连接80C51单片机(15)。
5.如权利要求2所述的农田冠层温湿度信息自动采集系统，其特征在于，所述传感器采集节点和数据汇总节点之间采用无线连接，每个所述传感器采集节点由温湿度传感器、单片机、无线发送模块和太阳能电池板组成，其中，太阳能电池板为传感器采集节点供电，温湿度传感器和无线发送模块分别连接单片机；所述数据汇总节点还包括有无线接收模块，无线接收模块连接数据汇总节点的单片机；传感器采集节点的无线发送模块与数据汇总节点的无线接收模块通过无线网路通信。
6.如权利要求5所述的农田冠层温湿度信息自动采集系统，其特征在于，每个所述传感器采集节点由80C51单片机(4)、AM2301型数字温湿度传感器(6)、NRF24L01无线射频收发模块(5)以及太阳能电池板(8)组成，AM2301型数字温湿度传感器(6)和NRF24L01无线射频收发模块(5)分别连接80C51单片机(4);在太阳能电池板(8)与NRF24L01无线射频收发模块(5)之间连接有LM1117-3.3电平转换模块(7);数据汇总节点由80C51单片机(9)、NRF24L01无线射频收发模块(10)、DS1302时钟模块(11)、GSM无线通信模块(12)及太阳能电池板(14)组成；NRF24L01无线射频收发模块(10)、DS1302时钟模块(11)和GSM无线通信模块1280C51分别连接单片机(9)。
【文档编号】G01D21/02GK203534633SQ201320637490
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年10月16日 优先权日:2013年10月16日
【发明者】来智勇, 刘志鹏, 贾鹏程, 单卫星, 薛广顺 申请人:西北农林科技大学