专利名称：一种温室环境信息智能数据采集分析仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于智能数据采集分析仪领域，特别涉及一种能够同时测量多种植物 生理生态参数并给予生产指导的温室环境信息智能数据采集分析仪。
背景技术：
温室农业不仅仅是对传统农业的一项革命，更是对现代科学技术的运用和推动。 纵观国内外温室种植业的发展，不难发现要发挥温室农业的高效性，除了采用先进的栽 培技术之外，现代化的温室计算机自动控制与管理系统在节能、降低劳动强度、提高产品质 量和品质方面也发挥着举足轻重的作用。尽管目前的温室控制系统可以满足一般的控制 要求，但温室环境调控能力普遍不强，智能化水平低，植物生理生态信息获取与传输手段落 后。在农业方面，已开发的能够用于各种植物信息获取的无线传感器节点非常少，特别是 低功耗的传感器节点。因此，如何集成现有技术在设施农业展开无线传感器网络技术的研 究，开发适合于我国国情的低成本、低功耗的无线智能传感器节点是现代农业的主要任务 之一。智能无线传感器和在此基础上集成的低成本、低功耗的无线网络化植物生理生态监 测系统，在国内尚属空白。植物外部生长环境测试技术相对发展较快，环境温度、湿度、光照 强度等测试传感器已经得到了推广应用。随着工农业生产的自动化和信息化程度的不断提 高，各种新型自动控制系统不断涌现。
发明内容本实用新型的目的是提供一种温室环境信息智能数据采集分析仪，可以监控和管 理作物的生长情况。为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案一种温室环境信息智能数据采集分析仪，其包括有用于提供分析仪工作的供电模块；负责数据分析处理的主机控制终端；一组传感器，该组传感器为温室室温传感器、土壤温度传感器、土壤水分传感器、 叶片温度传感器、光合作用传感器和茎秆生长速率传感器中的至少一个；至少有一个用于采集各传感器数据的ZigBee子节点；用于汇集ZigBee子结点采集的植物生理生态参数的ZigBee主节点；所述ZigBee子节点将采集的各传感器信号经过处理后，利用消息发送给ZigBee 主节点；ZigBee主节点将所有采集到的ZigBee子节点发送的传感器信息发送到控制终端。还配设有一用于显示分析仪的工作状态以及采集到的数据信息的显示模块，与 ZigBee子节点和电源模块连接。亦可同时配设有一用于语音提示指导生产的真人语音发音模块，与所述供电模块 和ZigBee子节点模块的控制端连接本实用新型基于作物生长生理生态参数的温室环境信息智能数据采集分析仪不仅可以按照作物的生长阶段反应作物的生理生态参数即生长情况，而且能够将分布在不同 温室的环境参数通过ZigBee无线网络接入PC机进行集中监控和管理并在需要时为用户提 供便捷的语音信息提示，方便指导用户及时进行调控。本实用新型的优点是可以实现以ZigBee无线模块为核心的温室环境信息智能 数据采集分析，能够在第一时间对温室大棚等设施内的空气温度和湿度、土壤温度、光照强 度等参数进行测量和分析，并根据所种植的作物给出语音提示的指导意见。分析仪操作简 单、功能丰富、便于温室环境的方便使用，可快速高效的获取温室各分支点植物的生理生态 参数以给予及时的生产指导，成为温室优秀的小管家。

图1为本实用新型温室环境信息智能数据采集分析仪构成原理示意图；图2为温室环境信息智能数据采集分析仪一实施例构成原理示意图；图3为本实用新型的供电模块一实施例电路原理图；图4为本实用新型一实施例得语音发音模块电路原理图；图5为本实用新型一实施例的液晶模块电路原理图。
以下结合附图及具体实施例对本实用新型具体说明如下
具体实施方式
如图1所示，本实用新型温室环境信息智能数据采集分析仪包括有负责数据分 析处理的主机控制终端(上位机1)、用于汇集ZigBee子结点采集的植物生理生态参数的 ZigBee主节点2、至少有一个用于采集各传感器数据的ZigBee子节点3和一组传感器(传 感器模块4)；带有用于提供分析仪工作的供电模块5。无线网络结构中ZigBee主节点，将所有采集到的ZigBee子节点发送的传感器信息发送到控制终 端；ZigBee子节点，将采集的各个传感器信号经过处理后，利用消息发送给主节点；传感器模块，若干个传感器(多采用六种)与子节点连接，分别负责采集温室室 温，土壤温度，叶片温度，土壤水分，温室光合作用，茎秆生长速率；—个主机控制终端，负责数据的分析处理。本实用新型温室环境信息智能数据采集分析仪可有效地调节植物生长发育要求 有适宜的温度、湿度、土壤含水量、光照度等，使其在要求的范围内变化。ZigBee子节点的数量设置可以根据现场所配传感器具体需要的数量而配套设置； ZigBee子节点与传感器设置的种类及数量可以根据需要而单独设计，可以不相同配置。本实用新型温室环境信息智能数据采集分析仪还配设有一用于显示分析仪的工 作状态以及采集到的数据信息的显示模块(可以是液晶显示模块)6，与ZigBee模块和电源 模块连接。还可配设有一用于语音提示指导生产的真人语音发音模块7，与所述供电模块和 控制模块连接。参见图2，为本实用新型一具体实施例架构示意图。本实施例中，基于ZigBee的温室环境信息智能数据采集分析仪，将接收到的ZigBee子节点采集的各个传感器信号进行 处理，并通过液晶模块实时显示采集到传感器数据。采集到的各传感器数据经过比较分析 后通过真人语音提示指导用户及时进行调控。所述的ZigBee子节点和ZigBee主节点均可分别或共同采用ZigBee模块来实现 其各功能。所述ZigBee模块采用英国Jennie公司推出的高性能、低功耗的一系列无线 Soc模块JN5139。JN5139是一款兼容于IEEE802. 15. 4的低功耗、低成本无线微型控制器。 JN5139内置ROM存储器中集成了点对点通信与网状网通信的完整协议栈；而其内置的RAM 存储器，可以支持网络路由和控制器功能而不需要外部扩展任何的存储空间。内置的硬件 MAC地址和高度安全的AES加密算法加速器，减小了系统的功耗和处理器的负载。它还支 持晶振休眠和系统节能功能，同时提供了 4路12位的ADC。本实施例中ZigBee子节点的4 路12位ADC可分别与4个传感器连接采集4路传感器数据并利用消息发送给主节点。本实施例中，所述的传感器采用了土壤温度传感器41、土壤水分传感器43、叶片 温度传感器45、光合作用传感器42以及茎秆生长速率传感器44等五种植物生理生态传感 器，传感器采集的各项植物生理生态信息通过无线网络传输到上位机使分析人员、数据采 集人员能够方便、直观的从计算机屏幕或者液晶显示屏上了解植物生理生态状况。其中，土壤温度传感器采用PTWD-3A温度传感器来实现对土壤温度的测量，该传 感器测量精度高、线性度好，测量范围0-50°C，测量精度为士0. 2°C。其中，叶片温度传感器采用JCJ100R温度传感器来实现对叶片温度的测量，该传 感器测量精度高、线性度好，测量范围0-50°C，测量精度为士0. 2°C。其中，土壤水分传感器采用压阻式土壤水势传感器，该传感器由陶土头、塑料连接 管、压阻传感器、真空表头4部分组成，其特点是测量准确度高，该传感器输出为电压值，且 电压值随土壤水份含量的增加而增大。其中，光照传感器。选用硅太阳能电池的感应元件及滤光系统构成光照传感器，该 传感器可将0-150000LX的光照信号转换为电压信号，此信号经过放电路放大为0-5V电压 输出。其中，茎秆生长传感器采用接触式测量的传感器，以高精度软磁合金直线位移计 为敏感器件，调理电路采用进口芯片。高精度软磁合金直线位移计可以保证测量的分辨率 到达lum以上，线性精度0. 05% .其输入电源要求士 12V，电压线性输出范围0-5V，电流 输出范围4-20mA，信号不衰减电缆传输距离5m。适用于测量树木茎杆生长速率，测试范围 0-300mm。可以在干燥或潮湿的环境中长期测量，且输出稳定，并能有效的避免因振动等干 扰引起的线性漂移。本实施例中，鉴于无线传感器网络节点分布特点，多数应用场合供电条件受限，节 点模块采用电池供电。经实验验证，纽扣电池供电能力不足。本设计采用两节7号电池供 电，电源芯片采用SP6201，它是CM0SLD0器件，适用于要求高精度、快速操作和方便使用的 应用。芯片输入电压2. 5-6V，输出电压3. 3V。为保证在电压转换时芯片工作稳定性，从VIN 到GND需要连接一个luF或更大的小电容，使LD0放大器对高频旁路，在V0UT和GND之间 需要连接一个输出电容器以防止产生振荡。低至0.22uF的电容可满足大多数应用的稳定 性要求。luF的电容就可确保器件在整个输入电压、输出电压和温度范围内从空载到满载条 件下的稳定工作。[0041 ] 图3示出了供电模块一实施例电路原理图。本实施例采用的语音发音模块工作原理如下PM60500智能语音芯片由专用的语 音单片机和FLASHRAM存储器集合构成，它既有125秒到4000秒的多段语音播放功能，也有 单片机可编程的智能特性，大规模复杂电路已经缩微到只有C0B28封装(18*36mm)的印板 上，可以方便地作为DIP28封装的标准集成电路来使用。我们选用PM60系列芯片的并行控 制方式，在这种方式下可以分8段语音录放，如图所示K1 K8脚可以分别触发与其对应的 8段语音(低有效)，在烧录芯片的时候，可以设置为下降沿触发或者低电平触发。K1 K8 端口有内置上拉电阻和防抖动设计，可直接外接按键来触发放音。也可用单片机口线直接 对其操作。。图4示出了语音发音模块电路原理图。本实施例中还包括能够直观、方便地显示采集到的数据(土壤温度、叶片温度，光 照、茎秆生长、土壤水份)显示模块，与ZigBee模块和电源模块连接。该显示模块包括一 128X64象素的图形液晶显示屏，用于显示仪器的工作状态以及采集到的数据信息。图5为 该显示模块电路原理图，图中VDD可为3V或为5V，根据所使用的液晶进行选择，V0，VR两端 外接一电阻，用于亮度调节，D2用于分压，保证液晶进行背光时工作在4. 0V 4. 4V，起到保 护液晶的作用，C0N1为液晶屏接口。在本实施例中对液晶采用的操作方式为串行方式。以下是本实用新型温室环境信息智能数据采集分析仪具体工作的几个环节(1)温度调控。一般温室在15-30°C，如系统检测温度不在正常工作范围内，系统 首先会以语音报警的方式通知用户，之后系统可采用手动或自动方式对温室进行降温或升 温控制。降温采用措施为开启侧窗、水帘、遮阳帘；升温采用措施为暖气加热。升、降温系统 与控制系统连接可实现温度调控。(2)湿度调控。范围一般在60% -80% RH，精度为士5%，同样如果系统检测湿度 不在正常范围内，系统首先会以语音报警的方式通知用户，之后系统可采用手动或自动方 式对温室湿度调控。湿度的调控影响温度，要求按一定的程序进行排湿换气、加热控制。(3)光控。光合作用传感器检测光照的强弱，适时以语音方式提醒用户用于控制遮 阳帘的启闭，使作物得到合理的光照度，提高光合作用，防止超过光饱和点。(4) 土壤水分。控制水泵，使土壤含水量保持在85% -95%田持之间。本实用新型通过一些实施例实现了基于ZigBee无线网络对温室环境因子(土壤 温度、叶片温度，光照、茎秆生长、土壤水份等)的数据采集和有效控制。液晶显示屏和智能 语音模块辅助完善强化了该系统的功能。上述各实施例可在不脱离本实用新型的范围下加以若干变化，故以上的说明所包 含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本实用新型的申请专利范围。
权利要求一种温室环境信息智能数据采集分析仪，其特征在于包括有用于提供分析仪工作的供电模块；负责数据分析处理的主机控制终端；一组传感器，该组传感器为温室室温传感器、土壤温度传感器、土壤水分传感器、叶片温度传感器、光合作用传感器和茎秆生长速率传感器中的至少一个；至少有一个用于采集各传感器数据的ZigBee子节点；用于汇集ZigBee子结点采集的植物生理生态参数的ZigBee主节点；所述ZigBee子节点将采集的各传感器信号经过处理后，利用消息发送给ZigBee主节点；ZigBee主节点将所有采集到的ZigBee子节点发送的传感器信息发送到控制终端。
2.根据权利要求1所述的温室环境信息智能数据采集分析仪，其特征在于还配设有 一用于显示分析仪的工作状态以及采集到的数据信息的显示模块，与ZigBee子节点和电 源模块连接。
3.根据权利要求1所述的温室环境信息智能数据采集分析仪，其特征在于还配设有 一用于语音提示指导生产的真人语音发音模块，与所述供电模块和ZigBee子节点模块的 控制端连接。
4.根据权利要求1所述的温室环境信息智能数据采集分析仪，其特征在于所述的温 度传感器采用PTWD-3温度传感器；所述的叶片温度传感器采用JCJ100R温度传感器。
5.根据权利要求1所述的温室环境信息智能数据采集分析仪，其特征在于所述的土 壤水分传感器采用压阻式土壤水势传感器。
专利摘要一种温室环境信息智能数据采集分析仪，其包括有用于提供分析仪工作的供电模块、负责数据分析处理的主机控制终端、一组传感器、至少一个用于采集各传感器数据的ZigBee子节点和用于汇集ZigBee子结点采集的植物生理生态参数的ZigBee主节点；所述ZigBee子节点将采集的各传感器信号经过处理后，利用消息发送给ZigBee主节点；ZigBee主节点将所有采集到的ZigBee子节点发送的传感器信息发送到控制终端。其可在第一时间对温室大棚等设施内的空气温度和湿度、土壤温度、光照强度等参数进行测量和分析，并根据所种植的作物给出语音提示的指导意见。该温室环境信息智能数据采集分析仪操作简单、功能丰富、便于温室环境的方便使用。
文档编号G01J1/42GK201607248SQ200920350849
公开日2010年10月13日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者卜云龙, 吴建红, 张晓文, 杨玮, 王浚峰, 董明明 申请人:北京京鹏环球科技股份有限公司