农田监测系统设计便携式无线墒情综合监测仪

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1、-农田监测系统与便携式无线墒情综合监测仪摘要：随着农业科技的发展，农业技术变得越来越先进了。便携式无线墒情综合监测仪也是在这种清况下应运而生。本文根据农田环境的实际应用需求，设计了一个农田土壤湿度监测系统，该系统由农田湿度无线监测网络和远程数据中心两部分组成。采用以Ⅲ5139无线微处理器为核心的传感器节点开发策略，构建了基于zigBee协议的无线监测网络，系统的设计开发为高效的农业控制系统提供了一个思路。关键词：农业工程；土壤湿度监测系统；网络；便携式无线墒情综合监测仪1总体设计首先分析农田环境的应用

2、特点，则基于无线传感器网络的农田环境监测系统有以下几个主要的典型特征：应用环境可知性；充足的太阳能资源：作物具有周定的生育周期；应用环境动态变化：农田基础设施少。另外，农田机械的田问作业和各种天气条件也是需要慎重考虑的重要因素。农田监测系统主要由监测网络和远程数据中心两部分组成。无线传感器监测网络由分布在农田中的多个传感器节点组成，传感器能实时地采集土壤湿度的数据，并通过ZigBee无线通信协议组建的网络，把节点数据传送李路由网关，再由网关节点把数据通过GPRS转发到远程数据中心。而远程数据中心主要负

3、责的内容包括数据的收集、存储、处理、分析等工作。2墒情监测网络设计2．1传感器节点(1)硬件设计。传感器节点以无线微处理器模块为核心，扩展了通信接口、总线接口、传感器接口和供电接口设计。J朗nic公司的JN5139是正EE802．15．4和ZigBee低成本低功耗微控制器，它集成了32位Iusc处理器、完全兼容的2．4GHzIEEE802．15．4收发器、192KBRoM、96KB的R八M以及丰富模拟和数字外设，对成本敏感的RoM／IiAM架构支持存储系统软件，包括协议堆栈、路由表格以及应用代码／数据

4、。.---(2)电源管理设计。由太阳能和锂电池构成的电源对系统提供的输入电雎是3．7v，而设备所需电压为3．3v及5v。用RT9193．3V3将锂电池的3．7v的电压稳定在3．3v，并对JN5139芯片、Flash、时钟及RS232串口供电。而墒情传感器的供电电压足5v，所以用cE8301C50M对3．3v进行升压，使得电压满足墒情传感器的供电电压。在升压前加一个芯片RT9193．3v3作为开关，由JN5139的～个I，o口控制开关，I／o输出为高电平时，芯片R19193-3V3输出为3．3v；I／o

5、【J输出为低电平时，芯片RT9193-3、r3输出为ov。这样可以使得在墒情传感器不T作时，升压电路部分减少能耗，达到低功耗管理电源的设计目的。(3)传感器选择。土壤湿度传感器采Hj了基于半导体PN极测量原理的FDSl00，丰要技术参数见表l。.---(4)板载软件设计。无线传感器嘲络应用短距离无线通信技术，zigBee协议是由zigBee联盟制定的用j二短趴离无线通信技术标准之一，该协议丰要用于低功耗、低成本设备的低速互联，符合农Eu监测网络的应J}}j要求。程序流程图如图2所示：2．2网关节点与传

6、感器节点相比，网关节点要求较强的处理能力和速度，冈此选用了具有丰富片上资源的微处理器为核心，根据功能需求对硬件通讯接口进行了扩展，网关节点结构框图如图3所示：.---3人机界面的实现3．1主要功能基站数据管理软件主要实现的功能包括数据的接收、存储和时空分析，根据功能需求主要划分为数据接收模块、数据库存储模块、检测量时fHJ变化分析模块、检测量宅问变异分析.---模块这四个模块。4结语该七壤墒情传感器无线模块主要完成了以下工作任务：(1)节点模块的硬软件设计，无线传感器芯片构建了节点的硬件模块，主要负责

7、土壤温度的采集和简单的处理。(2)网管模块的硬软件设计，同样采用了j咖c公司的芯片构建，主要负责与节点模块进行通讯，进一步对墒情数据进行存储和处理。(3)采用zigbee构建的无线传感器网络是一种自适应式的组网方式，使得该网络更加稳定叮靠，并且成功地加入太阳能电池这一节能元素，使得该无线模块能更好地适应野外的恶劣环境，取得预期的效果。附录便携式无线墒情综合监测仪简介便携式无线墒情综合监测仪（BTZS-GPRS）是浙江托普仪器依据《土壤墒情监测规范SL000-2005中华人民共和国水利行业标准》，根据土

8、壤墒情监测规范要求设计。该仪器不仅可实时监测墒情的最主要参数——土壤水分，还可根据用户需求监测土壤温度等，配套的软件可根据用户需要灵活设定墒情参数的采样周期和存储周期、巡测和召测数据及分析数据等功能。系统进行不间断监测，对土壤墒情的发生、发展及变化进行实时的监视和分析，为开展排涝抗旱工作提供信息依据。.---土壤墒情墒，指土壤适宜植物生长发育的湿度。墒情，指土壤湿度的情况。土壤湿度是土壤的干湿程度，即土壤的实际含水量，可用土壤含水量占烘干土重的百分数表示