基于ZigBee的土壤湿度数据采集装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了基于ZigBee的土壤湿度数据采集装置，使用ZigBee控制和组建通信网络，拥有一个ZigBee协调器和若干ZigBee终端。在ZigBee终端电路中，检测模块、信号放大模块、数据处理模块、ZigBee终端ZigBee模块依次相连，干电池供电模块与检测模块、信号放大模块、数据处理模块、ZigBee终端ZigBee控制模块相连；在ZigBee协调器电路中，USB供电模块与ZigBee协调器ZigBee模块相连。本实用新型的每一个ZigBee终端都采用探测插头测出土壤间的电阻，通过电压比较器得出土壤湿度，将土壤湿度数据传送到ZigBee协调器，最终实现高效、简洁、实时的数据采集功能。本数据采集装置具有组网方便、高效节能、实时监控效果好、管理智能化等特点。
【专利说明】
基于Z i gBee的土壤湿度数据采集装置
技术领域
[0001]本实用新型公开了基于ZigBee的土壤湿度数据采集装置，属于通信技术和物联网领域。
【背景技术】
[0002]我国自古以来就是一个农业大国。但是与农业密切相关的自动化灌溉控制技术尤其是土壤湿度测量技术在我国起步比较晚并且在国际上一直处于十分落后的状态，大部分的农业灌溉根据人的直观感觉或者经验直接进行漫灌，而人的感觉具有不可靠性与随意性，这样导致了土壤不能始终保持疏松和最佳含水状态，农作物的生长受人为、自然的随机影响较大，致使农作物的产量不高。所以设计一套基于ZigBee的土壤湿度数据采集装置，收集土壤中的数据，并根据农作物的需要，进行合理的灌溉，对提高农作物的产量和节约水资源具有重要的意义。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型着重于解决如下问题:针对现有土壤湿度测量仪器的数据采集技术智能化程度低、实时性差、效率低、可靠性差等问题，设计一种基于ZigBee的土壤湿度数据采集装置，使用ZigBee控制和组建通信网络，拥有一个ZigBee协调器和若干ZigBee终端，其中每一个ZigBee终端都采用探测插头测出土壤间的电阻，通过电压比较器得出土壤湿度，将土壤湿度数据传送到ZigBee协调器，最终实现高效、简洁、实时的数据采集功能，其测量系统具有组网方便、高效节能、实时监控效果好、管理智能化等特点。
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案:基于ZigBee的土壤湿度数据采集装置，包括一个ZigBee协调器、以及若干个ZigBee终端；
[0005 ] Z i gBe e协调器包括USB供电模块和Z i gBe e协调器Z i gBe e模块，Z i gBe e协调器电路中，所述USB供电模块与ZigBee协调器ZigBee模块相连；
[0006]ZigBee终端包括检测模块、信号放大模块、数据处理模块、ZigBee终端ZigBee模块、干电池供电模块；ZigBee终端电路中，所述检测模块、信号放大模块、数据处理模块、ZigBee终端ZigBee模块依次相连，所述干电池供电模块与检测模块、信号放大模块、数据处理模块、ZigBee终端ZigBee模块相连；
[0007]所述检测模块包括探测插头和电压比较器；
[0008]所述ZigBee协调器与ZigBee终端ZigBee模块均采用CC2530芯片，并外接天线；
[0009]ZigBee协调器与ZigBee终端之间通过各自的ZigBee模块实现双向通信。
[0010]所述ZigBee协调器ZigBee模块或ZigBee终端ZigBee模块包括第一电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容、第i^一电容、第十二电容、第十三电容、第一电感、第二电感、第三电感、第一晶振、第二晶振；
[0011]所述第一电感的一端与所述USB或干电池供电模块相连，所述第一电感的另一端与CC2530芯片的第十引脚、第三十九引脚、第三^^一引脚、第二 ^^一引脚、第二十九引脚、第二十四引脚、第二十七引脚、第二十八引脚、第一电容的一端、第三电容的一端相连，所述第二电感的一端与第十电容的一端、第九电容的一端相连，所述第二电感的另一端与第十二电容的一端、第十三电容的一端相连，所述第三电感的一端与第^ 电容的一端、第十二电容的另一端相连；
[0012]所述第一电容的另一端与第二电容的一端、第三电容的另一端相连，所述第二电容的另一端与地相连，所述第四电容的一端与CC2530芯片的第四十引脚相连，所述第四电容的另一端与地相连，所述第五电容的一端与第一晶振的一端、CC2530芯片的第二十三引脚相连，所述第五电容的另一端与地相连，所述第六电容的一端与第一晶振的另一端、CC2530芯片的第二十二引脚相连，所述第六电容的另一端与地相连，所述第七电容的一端与第二晶振的一端、CC2530芯片的第三十三引脚相连，所述第七电容的另一端与地相连，所述第八电容的一端与第二晶振的另一端、CC2530芯片的第三十二引脚相连，所述第八电容的另一端与地相连，所述第九电容的另一端与CC2530芯片的第二十六引脚相连，所述第十电容的另一端与地相连，所述第十一电容的另一端与CC2530芯片的第二十五引脚相连，所述第十三电容的另一端与地相连；
[0013]所述第一电阻的一端与CC2530芯片的第三十引脚相连，所述第一电阻的另一端与地相连；
[0014]所述CC2530芯片的第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚、第四十一引脚与地相连，所述CC2530芯片的第三十六引脚与数据处理模块相连。
[0015]所述探测插头采用的型号为FC-28。
[0016]所述电压比较器芯片采用的型号为LM393。
[0017]所述干电池供电模块采用一节3.7V的7号干电池。
[0018]ZigBee自组网基于IEEE 802.15.4和ZigBee联盟制定的协议栈，其中，IEEE802.15.4定义的是物理层和介质访问层，ZigBee联盟定义的是网络层、应用层和应用程序子层;采用的拓扑结构是星型网络，每一个终端都可以检测土壤湿度。
[0019]与现有技术相比，本实用新型拥有以下有益效果:
[0020]第一，使用ZigBee控制和组建通信网络，拥有一个ZigBee协调器和若干ZigBee终端，其中每一个ZigBee终端都采用探测插头测出土壤间的电阻，通过电压比较器得出土壤湿度，将土壤湿度数据传送到ZigBee协调器，最终实现数据采集功能。
[0021]第二，本实用新型拥有组网方便、高效节能、实时监控效果好、管理智能化等特点。
【附图说明】
[0022]图1是本实用新型的ZigBee终端的连接示意图。
[0023]图2是本实用新型的ZigBee协调器的不意图。
[0024]图3是本实用新型的ZigBee网络拓扑结构的示意图。
[0025]图4是本实用新型的ZigBee模块的电路图。
【具体实施方式】
[0026]以下所述实用新型实施方法的范例在附图中已经给出。其中，从头至尾相同或者近似的编号表明相同或者近似的元件或者相同或者具有近似功能的元件。需要指明的是，参考附图中所描述的实施方法仅仅只是示例性的，且仅仅用来说明本实用新型，不能认为是对本实用新型的某些约束。
[0027]本技术领域技术人员可以理解的是，本实用新型中涉及到的相关模块及其实现的功能是在改进后的硬件及其构成的装置、器件或系统上搭载现有技术中常规的计算机软件程序或有关协议就可实现，并非是对现有技术中的计算机相关程序或有关协议进行改进。例如，改进后的计算机硬件系统依然可以通过装载现有的软件操作系统来实现该硬件系统的特定功能。因此，可以理解的是，本实用新型的创新之处在于对现有技术中硬件模块的改进及其连接组合关系，而非仅仅是对硬件模块中为实现有关功能而搭载的软件或协议的改进。
[0028]本技术领域技术人员可以理解的是，本实用新型中提到的相关模块是用于执行本申请中所述操作、方法、流程中的步骤、措施、方案中的一项或多项的硬件设备。所述硬件设备可以为某种所需的目的而进行专门设计、制造，也可以采用微型计算机中已知的设备或者已知的其他硬件设备。所述微型计算机可以选择性地激活或者重构其存储在内的程序。
[0029]接下来将结合附图对本实用新型做进一步解释:
[0030]本实用新型的结构模型示意图如图1、图2、图3所示，基于ZigBee的土壤湿度数据采集装置，包括一个ZigBee协调器、以及若干个ZigBee终端；
[0031]Z i gBe e协调器包括USB供电模块和Z i gBe e协调器Z i gBe e模块，Z i gBe e协调器电路中，所述USB供电模块与ZigBee协调器ZigBee模块相连；
[0032]ZigBee终端包括检测模块、信号放大模块、数据处理模块、ZigBee终端ZigBee模块、干电池供电模块；ZigBee终端电路中，所述检测模块、信号放大模块、数据处理模块、ZigBee终端ZigBee模块依次相连，所述干电池供电模块与检测模块、信号放大模块、数据处理模块、ZigBee终端ZigBee模块相连；
[0033]所述检测模块包括探测插头和电压比较器；
[0034]所述ZigBee协调器与ZigBee终端ZigBee模块采用CC2530芯片，并外接天线。
[0035]ZigBee协调器与ZigBee终端之间通过各自的ZigBee模块实现双向通信。如图4所示，ZigBee协调器ZigBee模块或ZigBee终端ZigBee模块包括第一电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容、第i^一电容、第十二电容、第十三电容、第一电感、第二电感、第三电感、第一晶振、第二晶振；
[0036]所述第一电感的一端与USB或干电池供电模块相连，所述第一电感的另一端与CC2530芯片的第十引脚、第三十九引脚、第三^^一引脚、第二 ^^一引脚、第二十九引脚、第二十四引脚、第二十七引脚、第二十八引脚、第一电容的一端、第三电容的一端相连，所述第二电感的一端与第十电容的一端、第九电容的一端相连，所述第二电感的另一端与第十二电容的一端、第十三电容的一端相连，所述第三电感的一端与第十一电容的一端、第十二电容的另一端相连；
[0037]所述第一电容的另一端与第二电容的一端、第三电容的另一端相连，所述第二电容的另一端与地相连，所述第四电容的一端与CC2530芯片的第四十引脚相连，所述第四电容的另一端与地相连，所述第五电容的一端与第一晶振的一端、CC2530芯片的第二十三引脚相连，所述第五电容的另一端与地相连，所述第六电容的一端与第一晶振的另一端、CC2530芯片的第二十二引脚相连，所述第六电容的另一端与地相连，所述第七电容的一端与第二晶振的一端、CC2530芯片的第三十三引脚相连，所述第七电容的另一端与地相连，所述第八电容的一端与第二晶振的另一端、CC2530芯片的第三十二引脚相连，所述第八电容的另一端与地相连，所述第九电容的另一端与CC2530芯片的第二十六引脚相连，所述第十电容的另一端与地相连，所述第十一电容的另一端与CC2530芯片的第二十五引脚相连，所述第十三电容的另一端与地相连；
[0038]所述第一电阻的一端与CC2530芯片的第三十引脚相连，所述第一电阻的另一端与地相连；
[0039]所述CC2530芯片的第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚、第四十一引脚与地相连，所述CC2530芯片的第三十六引脚与数据处理模块相连。
[0040]作为本实用新型进一步的优化方案，所述探测插头采用的型号为FC-28。
[0041]作为本实用新型进一步的优化方案，所述电压比较器芯片采用的型号为LM393。
[0042]作为本实用新型进一步的优化方案，所述干电池供电模块采用一节3.7V的7号干电池。
[0043]作为本实用新型进一步的优化方案，所述ZigBee自组网基于IEEE802.15.4和ZigBee联盟制定的协议栈，其中，IEEE 802.15.4定义的是物理层和介质访问层，ZigBee联盟定义的是网络层、应用层和应用程序子层。采用的拓扑结构是星型网络，每一个终端都可以检测土壤湿度。
[0044]基于ZigBee的土壤湿度数据采集装置，包括检测模块、信号放大模块、数据处理模块、ZigBee模块、供电模块，在ZigBee终端电路中，检测模块、信号放大模块、数据处理模块、ZigBee模块依次相连，供电模块与检测模块、信号放大模块、数据处理模块、ZigBee模块相连，在ZigBee协调器模块中，供电模块与ZigBee模块相连。
[0045]本实用新型使用ZigBee控制和组建通信网络，拥有一个ZigBee协调器和若干ZigBee终端，其中每一个ZigBee终端都采用探测插头测出土壤间的电阻，通过电压比较器得出土壤湿度，将土壤湿度数据传送到ZigBee协调器，最终实现高效、简洁、实时的数据采集功能，其测量系统具有组网方便、高效节能、实时监控效果好、管理智能化等特点。
[0046]探测插头采用的型号为FC-28，电压比较器芯片采用的型号为LM393，供电模块采用一节3.7V的7号干电池，ZigBee自组网基于IEEE 802.15.4和ZigBee联盟制定的协议栈，其中，IEEE 802.15.4定义的是物理层和介质访问层，ZigBee联盟定义的是网络层、应用层和应用程序子层。采用的拓扑结构是星型网络，每一个终端都可以检测土壤湿度。
[0047]检测模块采用探测插头和电压比较器。探测插头利用两个电极插入土壤后充当电阻，与电路中的电阻分压，电极两端的电压进入电压比较器获得电信号。
[0048]农业灌溉根据人的直观感觉或者经验直接进行漫灌，而人的感觉具有不可靠性与随意性，这样导致了水资源的浪费，从而造成生产效率低下，农作物产量不能达到最大。采用智能的农田灌溉监控系统，可以根据农作物的需要，进行合理的灌溉，对提高农作物的产量和节约水资源具有重要的意义。
[0049]该产品的使用范围广泛，不仅适用于传统意义上水稻小麦种植中土壤的数据采集，也适用于现代的大棚花卉和蔬菜种植中的数据采集，亦可适用于一切对土壤湿度比较敏感的场合。
[0050]上文结合了连接图对本实用新型的实施方法作了许多详细的解释，但是应当指明的是，本实用新型的适用范围不局限于上述解释，还可以在本领域所涉及到的范围内，在不脱离本实用新型核心的前提下可以做出不改变实质的轻微变化。以上所述，仅仅只是本实用新型相对较好的实施方法而已，并非对本实用新型在形式上作任何实质性的限制，虽然本实用新型已经以相对较好的实施方法揭露如上，但是不能用来限定本实用新型的适用范围，任何熟悉本专业的人，在不脱离本实用新型技术说明方案范畴内，可以利用上述说明的技术内容做出少许更改或者润饰为相同变化的等效实施方法，但是凡是未离开本实用新型技术方案的内容，根据本实用新型的技术核心，在本实用新型的精神和原则之内，对以上实施方法所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属本实用新型技术方案的保护范围之中。
【主权项】
1.基于ZigBee的土壤湿度数据采集装置，其特征是:所述采集装置包括一个ZigBee协调器、以及若干个ZigBee终端； ZigBee协调器包括USB供电模块和ZigBee协调器的ZigBee模块，ZigBee协调器电路中，所述USB供电模块与ZigBee协调器的ZigBee模块相连； ZigBee终端包括检测模块、信号放大模块、数据处理模块、ZigBee终端的ZigBee模块、干电池供电模块；ZigBee终端电路中，所述检测模块、信号放大模块、数据处理模块、ZigBee终端的ZigBee模块依次相连，所述干电池供电模块与检测模块、信号放大模块、数据处理模块、ZigBee终端的ZigBee模块相连； 所述检测模块包括探测插头和电压比较器； 所述ZigBee协调器与ZigBee终端的ZigBee模块均采用CC2530芯片，并外接天线； ZigBee协调器与ZigBee终端之间通过各自的ZigBee模块实现双向通信。2.根据权利要求1所述的基于ZigBee的土壤湿度数据采集装置，其特征是:所述ZigBee协调器与ZigBee终端的ZigBee模块包括第一电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容、第i^一电容、第十二电容、第十三电容、第一电感、第二电感、第三电感、第一晶振、第二晶振； 所述第一电感的一端与所述USB或者干电池供电模块相连，所述第一电感的另一端与CC2530芯片的第十引脚、第三十九引脚、第三^^一引脚、第二 ^^一引脚、第二十九引脚、第二十四引脚、第二十七引脚、第二十八引脚、第一电容的一端、第三电容的一端相连，所述第二电感的一端与第十电容的一端、第九电容的一端相连，所述第二电感的另一端与第十二电容的一端、第十三电容的一端相连，所述第三电感的一端与第十一电容的一端、第十二电容的另一端相连； 所述第一电容的另一端与第二电容的一端、第三电容的另一端相连，所述第二电容的另一端与地相连，所述第四电容的一端与CC2530芯片的第四十引脚相连，所述第四电容的另一端与地相连，所述第五电容的一端与第一晶振的一端、CC2530芯片的第二十三引脚相连，所述第五电容的另一端与地相连，所述第六电容的一端与第一晶振的另一端、CC2530芯片的第二十二引脚相连，所述第六电容的另一端与地相连，所述第七电容的一端与第二晶振的一端、CC2530芯片的第三十三引脚相连，所述第七电容的另一端与地相连，所述第八电容的一端与第二晶振的另一端、CC2530芯片的第三十二引脚相连，所述第八电容的另一端与地相连，所述第九电容的另一端与CC2530芯片的第二十六引脚相连，所述第十电容的另一端与地相连，所述第^ 电容的另一端与CC2530芯片的第二十五引脚相连，所述第十三电容的另一端与地相连； 所述第一电阻的一端与CC2530芯片的第三十引脚相连，所述第一电阻的另一端与地相连； 所述CC2530芯片的第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚、第四十一引脚与地相连，所述CC2530芯片的第三十六引脚与数据处理模块相连。3.根据权利要求1或2所述的基于ZigBee的土壤湿度数据采集装置，其特征是:所述探测插头采用的型号为FC-28。4.根据权利要求3所述的基于ZigBee的土壤湿度数据采集装置，其特征是:所述电压比较器芯片采用的型号为LM393。5.根据权利要求4所述的基于ZigBee的土壤湿度数据采集装置，其特征是:所述干电池供电模块采用一节3.7V的7号干电池。6.根据权利要求5所述的基于ZigBee的土壤湿度数据采集装置，其特征是:ZigBee自组网基于IEEE 802.15.4和ZigBee联盟制定的协议栈，其中，IEEE 802.15.4定义的是物理层和介质访问层，ZigBee联盟定义的是网络层、应用层和应用程序子层;采用的拓扑结构是星型网络，每一个ZigBee终端都可以检测土壤湿度。
【文档编号】G01N27/04GK205607909SQ201620375178
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】杜宇人, 浦宏艺
【申请人】扬州大学