專利名稱：基于無線傳感器網絡的果園種植監測系統及其監測方法
技術領域：
本發明屬于農業環境監測系統領域，尤其是涉及一種基于無線傳感器網 絡的果園種植監測系統及其監測方法。
背景技術：
在全球信息化和數字化背景下，全球農業也由傳統農業向現代農業方 向轉變，而實現農業信息與數字化則是現代農業的重要標志與核心技術。
農業監測技術按照農田信息獲取手段不同，可以分為基于3S技術和基于 傳感器的監測體系。無線傳感器網絡是一種新型的信息獲取技術，由眾多 具有感知、處理和無線通信能力的微型化傳感器節點相互通信、相互協作 形成一個自組織網絡，完成特定的應用任務。但是，傳統田間所釆用的傳 感器大多為通過有線方式連接的實時傳感器，不僅價格高、安裝布設不便, 并且實際使用過程中，還存在使用操作不便、數據處理及傳輸能力差、可 用性差、使用成本高等多種缺陷和不足，因而大大限制了傳感器感知節點 在農業監測領域的應用前景。
同時，果園種植培育過程中，農戶需對主要病蟲害的發生、肥水的吸 收及利用、品質形成因子等方面進行準確、及時把握，因而需要同步進行 大量的環境監測工作，這就需要一套完善、精確的無線傳感器網絡對園區 的溫度、濕度、降雨、光照、霜凍等氣象參數和土壤、水分、品種、密度 等果園立地條件參數變化進行有效監測，并根據監測結果相應對病蟲害發 生動態、肥水豐缺程度、果園通風透光狀況等方面進行可靠預測，以提出 各種條件下的相應技術措施，科學地指導果園管理，最終達到提高優勢農 業產業的綜合效益，促進農民增收的目的。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種設計合理、成本低、布網方便且使用操作簡單、智能化程度的基于無線傳感器網絡的果園種植監測系統。
為解決上述技術問題，本發明釆用的技術方案是 一種基于無線傳感器網絡的果園種植監測系統，其特征在于包括由布設在被監測果園內的多個無線傳感器節點組成的多個無線傳感器網絡、將所述多個無線傳感器節點所監測數據打包后進行上傳的網關節點、與網關節點相接的通信服務器和與通信服務器相接的上位監控機，所述網關節點的數量為一個或多個；
所述多個無線傳感器節點包括分別布設在被監測果園內各株果樹樹冠上的多個對空氣溫度、空氣濕度和光照強度進行監測的普通傳感器節點和分
別布設在所述各株果樹樹根處的土壤水分傳感器節點；所述普通傳感器節點與網關節點之間以及土壤水分傳感器節點與網關節點之間均通過短距
離無線通信模塊進行雙向通信，所述網關節點與通信服務器間通過GPRS網絡進行雙向通信且網關節點上設置有GPRS無線通信模塊。
所述短距離無線通信模塊為基于ZigBee協議的短距離無線通信模塊。還包括布設在所述被監測果園內的C02濃度傳感器節點，所述C02濃度傳感器節點與網關節點之間通過短距離無線通信模塊進行雙向通信。
所述普通傳感器節點包括三個傳感器模塊、分別與所述三個傳感器模塊相接的處理器模塊一、與處理器模塊一相接的無線通訊模塊一以及分別為三個傳感器模塊、處理器模塊一和無線通訊模塊一供電的電源模塊一，所述電源模塊一分別與所述三個傳感器模塊、處理器模塊一和無線通訊模塊一相接，所述三個傳感器模塊分別為空氣溫度傳感器模塊、空氣濕度傳
感器模塊、光照強度傳感器模塊且三者均接處理器模塊一；所述無線通訊
模塊一為基于ZigBee協議的短距離無線通信模塊。
所述土壤水分傳感器節點包括土壤水分傳感器模塊、與土壤水分傳感器模塊相接的處理器模塊二、與處理器模塊二相接的無線通訊模塊二以及
6分別為土壤水分傳感器模塊、處理器模塊二和無線通訊模塊二供電的電源 模塊二，所述電源模塊二分別與土壤水分傳感器模塊、處理器模塊二和無
線通訊模塊二相接；所述無線通訊模塊二為基于ZigBee協議的短距離無
線通信模塊。
所述C02濃度傳感器節點包括C02濃度傳感器模塊、與土壤水分傳感器
模塊相接的處理器模塊三、與處理器模塊三相接的無線通訊模塊三以及分 別為C02濃度傳感器模塊、處理器模塊三和無線通訊模塊三供電的電源模 塊三，所述電源模塊三分別與C02濃度傳感器模塊、處理器模塊三和無線 通訊模塊三相接；所述無線通訊模塊三為基于ZigBee協議的短距離無線 通信模塊。
所述網關節點包括處理器模塊四、分別與處理器模塊四相接的GPRS 無線通信模塊和短距離無線通信模塊以及分別與GPRS無線通信模塊、短 距離無線通信模塊和處理器模塊四相接的電源模塊四。
同時，本發明還提供了一種設計合理、監測步驟簡單且監測效果好高 的利用基于無線傳感器網絡的果園種植監測系統進行監測的方法，其特征 在于該方法包括以下步驟
步驟一、通過多個無線傳感器節點分別實時對被監測果園內的相應監 測參數進行實時監測且所述多個無線傳感器節點以自組網方式組織成多 個無線傳感器網絡，同時所述多個無線傳感器節點將各自所監測數據定時 釆集后傳送至相應的網關節點，網關節點再相應將所有無線傳感器節點所 監測數據打包后發送至通信服務器；
步驟二、通信服務器將接收到的監測數據傳送至上位監控機；
步驟三、上位監控機對接收到的監測數據進行進一步分析處理，其分
析處理過程如下
301、 上位監控機對接收到的監測數據進行預處理并去除相應偽數據；
302、 上位監控機調用專家系統對經預處理后的監測數據進行內部分 析處理判斷并作出相應指導方案，且通過通信服務器向農戶或相關技術人
7員所使用的移動通信設備上發送生產指導信息和/或預警信息。 本發明與現有技術相比具有以下優點
1、 設計合理、成本低、布網方便且使用操作簡單、智能化程度高。
2、 釆用模塊化設計且釆用低功耗芯片，因而傳感器節點的生存期較 長。并且，傳感器節點釆用太陽能充電電池進行供電，則能進一步保障傳 感器節點的生存期。
3、 自組網能力強，可實時同步對被監測果園內各株果樹的相關環境 參數進行監測。
4、 無線傳感器節點和網關節點之間采用基于ZigBee協議的短距離無 線通信模塊進行數據傳輸，因而多個傳感器節點相互之間以及傳感器節點 與網關節點間監測信息的交互性強，同時可自定制釆樣周期，并且制作成 本低，數據傳輸速度快。
5、 可擴展性強，布網位置信息顯示直觀。
6、 監測效果好、智能化程度高，能為農戶提供大量的有用監測數據 且附帶有預警作用，在為農戶提供有效指導方案的同時，也能對農戶進行 適時預警。比如說，專家系統根據主要病蟲害發生規律的數學模型，對監 測溫度、濕度數據進行時空分析，預測病蟲害發生概率和發生區域，通過 預警機制，以手機短信方式通知農戶和相關技術人員及時給指定區域進行 噴灑農藥、通風灌水等。
下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
圖l為本發明的電路框圖。
圖2為本發明網關節點的電路框圖。
圖3為本發明普通傳感器節點的電路框圖。
圖4為本發明土壤水分傳感器節點的電路框圖。
圖5為本發明C02濃度傳感器節點的電路框圖。附圖標記說明
l一無線傳感器網絡；
2- 2 —短距離無線通信模
塊；
3- 通信服務器；
4- 2 —空氣濕度傳感器模 塊；
4- 5—無線通訊模塊一；
5— 土壤水分傳感器節 點；
5- 3—無線通訊模塊二；
6— C02濃度傳感器節點；
6-3—無線通訊模塊三； 7 —上位監控機；
2 —網關節點；
2-3 —處理器模塊
四；
4一普通傳感器節 點；
4-3 —光照強度傳感 器模塊；
4- 6 —電源模塊一；
5- l — 土壤水分傳感
器模塊；
5- 4 —電源模塊二；
6- l一C(h濃度傳感 器模塊；
6-4 —電源模塊三； 8—移動通信設備。
2-l—GPRS無線通信模塊; 2-4 —電源模塊四；
4-1一空氣溫度傳感器模 塊；
4-4一處理器模塊一；
4- 7—數據存儲模塊一；
5- 2_處理器模塊二；
5- 5—數據存儲模塊二；
6- 2 —處理器模塊三；
6-5—數據存儲模塊三；
具體實施例方式
如圖1 、圖2所示，本發明包括由布設在被監測果園內的多個無線傳感 器節點組成的多個無線傳感器網絡1、將所述多個無線傳感器節點所監測 數據打包后進行上傳的網關節點2、與網關節點2相接的通信服務器3和 與通信服務器3相接的上位監控機7，所述網關節點2的數量為一個或多 個。所述多個無線傳感器節點包括分別布設在被監測果園內各株果樹樹冠 上的多個對空氣溫度、空氣濕度和光照強度進行監測的普通傳感器節點4 和分別布設在所述各株果樹樹根處的土壤水分傳感器節點5。所述普通傳 感器節點4與網關節點2之間以及土壤水分傳感器節點5與網關節點2之 間均通過短距離無線通信模塊2-2進行雙向通信，所述網關節點2與通信
9服務器3間通過GPRS網絡進行雙向通信且網關節點2上設置有GPRS無線 通信模塊2-l。實際使用過程中，通信服務器3與農戶或相關技術人員所 使用的移動通信設備8之間通過GPRS網絡進行雙向通信。
所述網關節點2包括處理器模塊四2-3、分別與處理器模塊四2-3相 接的GPRS無線通信模塊2-1和短距離無線通信模塊2-2以及分別與GPRS 無線通信模塊2-1、短距離無線通信模塊2-2和處理器模塊四2-3相接的 電源模塊四2-4。本實施例中，所述短距離無線通信模塊2-2為基于ZigBee 協議的短距離無線通信模塊。同時，本發明還包括布設在所述被監測果園 內的C02濃度傳感器節點6,所述C02濃度傳感器節點6與網關節點2之間 通過短距離無線通信模塊2-2進行雙向通信。
結合圖3,所述普通傳感器節點4包括三個傳感器模塊、分別與所述 三個傳感器模塊相接的處理器模塊一 4-4、與處理器模塊一 4-4相接的無 線通訊模塊一4-5以及分別為三個傳感器模塊、處理器模塊一4-4和無線 通訊模塊一 4-5供電的電源模塊一 4-6,所述電源模塊一 4-6分別與所述 三個傳感器模塊、處理器模塊一4-4和無線通訊模塊一4-5相接，所述三 個傳感器模塊分別為空氣溫度傳感器模塊4-1、空氣濕度傳感器模塊4-2、 光照強度傳感器模塊4-3且三者均接處理器模塊一 4-4。所述無線通訊模 塊一 4-5為基于ZigBee協議的短距離無線通信模塊。同時，所述普通傳 感器節點4還包括與處理器模塊一 4-4相接的數據存儲模塊一 4-7。
結合圖4,所述土壤水分傳感器節點5包括土壤水分傳感器模塊5-l、 與土壤水分傳感器模塊相接的處理器模塊二 5-2、與處理器模塊二 5-2相 接的無線通訊模塊二 5-3以及分別為土壤水分傳感器模塊5-1、處理器模 塊二 5-2和無線通訊模塊二 5-3供電的電源模塊二 5-4,所述電源模塊二 5-4分別與土壤水分傳感器模塊5-1、處理器模塊二 5-2和無線通訊模塊 二 5-3相接。所述無線通訊模塊二 5-3為基于ZigBee協議的短距離無線 通信模塊。同時，所述土壤水分傳感器節點5還包括與處理器模塊二 5-2 相接的數據存儲模塊二 5-5。
10結合圖6，所述C02濃度傳感器節點6包括C02濃度傳感器模塊6-1、 與土壤水分傳感器模塊相接的處理器模塊三6-2、與處理器模塊三6-2相 接的無線通訊模塊三6-3以及分別為C02濃度傳感器模塊6-1、處理器模 塊三6-2和無線通訊模塊三6-3供電的電源模塊三6-4,所述電源模塊三 6-4分別與C(U農度傳感器模塊6-1、處理器模塊三6-2和無線通訊模塊三 6-3相接。所述無線通訊模塊三6-3為基于ZigBee協議的短距離無線通信 模塊。同時，所述C02濃度傳感器節點6還包括與處理器模塊三6-2相接 的數據存儲模塊三6-5。
利用所述基于無線傳感器網絡的果園種植監測系統進行監測的方法， 包括以下步驟
步驟一、通過多個無線傳感器節點分別實時對被監測果園內的相應監 測參數進行實時監測且所述多個無線傳感器節點以自組網方式組織成多 個無線傳感器網絡1，同時所述多個無線傳感器節點將各自所監測數據定 時釆集后傳送至相應的網關節點2,網關節點2再相應將所有無線傳感器 節點2所監測數據打包后發送至通信服務器3;
步驟二、通信服務器3將接收到的監測數據傳送至上位監控機7;
步驟三、上位監控機7對接收到的監測數據進行進一步分析處理，其 分析處理過程如下
301、 上位監控機7對接收到的監測數據進行預處理并去除相應偽數
據；
302、 上位監控機7調用專家系統對經預處理后的監測數據進行內部 分析處理判斷并作出相應指導方案，且通過通信服務器3向農戶或相關技 術人員所使用的移動通信設備8上發送生產指導信息和/或預警信息。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何限制，凡是 根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構 變化，均仍屬于本發明技術方案的保護范圍內。
權利要求
1.一種基于無線傳感器網絡的果園種植監測系統，其特征在于包括由布設在被監測果園內的多個無線傳感器節點組成的多個無線傳感器網絡(1)、將所述多個無線傳感器節點所監測數據打包后進行上傳的網關節點(2)、與網關節點(2)相接的通信服務器(3)和與通信服務器(3)相接的上位監控機(7)，所述網關節點(2)的數量為一個或多個；所述多個無線傳感器節點包括分別布設在被監測果園內各株果樹樹冠上的多個對空氣溫度、空氣濕度和光照強度進行監測的普通傳感器節點(4)和分別布設在所述各株果樹樹根處的土壤水分傳感器節點(5)；所述普通傳感器節點(4)與網關節點(2)之間以及土壤水分傳感器節點(5)與網關節點(2)之間均通過短距離無線通信模塊(2-2)進行雙向通信，所述網關節點(2)與通信服務器(3)間通過GPRS網絡進行雙向通信且網關節點(2)上設置有GPRS無線通信模塊(2-1)。
2. 按照權利要求l所述的基于無線傳感器網絡的果園種植監測系統， 其特征在于所述短距離無線通信模塊(2-2)為基于ZigBee協議的短距 離無線通信模塊。
3. 按照權利要求l或2所述的基于無線傳感器網絡的果園種植監測系 統，其特征在于還包括布設在所述被監測果園內的C02濃度傳感器節點(6)，所述C02濃度傳感器節點(6)與網關節點(2)之間通過短距離無 線通信模塊(2-2)進行雙向通信。
4. 按照權利要求l或2所述的基于無線傳感器網絡的果園種植監測系 統，其特征在于所述普通傳感器節點(4)包括三個傳感器模塊、分別 與所述三個傳感器模塊相接的處理器模塊一(4-4 )、與處理器模塊一(4-4 ) 相接的無線通訊模塊一 (4-5)以及分別為三個傳感器模塊、處理器模塊 一 (4-4)和無線通訊模塊一 (4-5)供電的電源模塊一 (4-6),所述電 源模塊一 (4-6)分別與所述三個傳感器模塊、處理器模塊一 (4-0和無 線通訊模塊一 (4-5)相接，所述三個傳感器模塊分別為空氣溫度傳感器模塊(4-l)、空氣濕度傳感器模塊(4-2)、光照強度傳感器模塊(4-3) 且三者均接處理器模塊一(4-4 );所述無線通訊模塊一(4-5 )為基于ZigBee 協議的短距離無線通信模塊。
5. 按照權利要求l或2所述的基于無線傳感器網絡的果園種植監測系 統，其特征在于所述土壤水分傳感器節點(5)包括土壤水分傳感器模 塊(5-1)、與土壤水分傳感器模塊相接的處理器模塊二 (5-2)、與處理 器模塊二 (5-2)相接的無線通訊模塊二 (5-3)以及分別為土壤水分傳感 器模塊(5-1)、處理器模塊二 (5-2)和無線通訊模塊二 (5-3)供電的 電源模塊二 (5-4),所述電源模塊二 (5-4)分別與土壤水分傳感器模塊(5-1)、處理器模塊二 (5-2)和無線通訊模塊二 (5-3)相接；所述無 線通訊模塊二 (5-3)為基于ZigBee協議的短距離無線通信模塊。
6. 按照權利要求3所述的基于無線傳感器網絡的果園種植監測系統， 其特征在于所述C02濃度傳感器節點(6 )包括0)2濃度傳感器模塊(6-1 )、 與土壤水分傳感器模塊相接的處理器模塊三(6-2 )、與處理器模塊三(6-2 ) 相接的無線通訊模塊三(6-3)以及分別為C02濃度傳感器模塊(6-1)、 處理器模塊三(6-2)和無線通訊模塊三(6-3)供電的電源模塊三(6-4), 所述電源模塊三(6-4)分別與C02濃度傳感器模塊(6-1)、處理器模塊 三(6-2)和無線通訊模塊三(6-3)相接；所述無線通訊模塊三(6-3) 為基于ZigBee協議的短距離無線通信模塊。
7. 按照權利要求l或2所述的基于無線傳感器網絡的果園種植監測系 統，其特征在于所述網關節點(2)包括處理器模塊四(2-3)、分別與 處理器模塊四(2-3)相接的GPRS無線通信模塊(2-1)和短距離無線通 信模塊(2-2)以及分別與GPRS無線通信模塊(2-1)、短距離無線通信 模塊(2-2)和處理器模塊四(2-3)相接的電源模塊四U-O 。
8. —種利用權利要求l所述的基于無線傳感器網絡的果園種植監測系 統進行監測的方法，其特征在于該方法包括以下步驟-.步驟一、通過多個無線傳感器節點分別實時對被監測果園內的相應監測參數進行實時監測且所述多個無線傳感器節點以自組網方式組織成多 個無線傳感器網絡(l)，同時所述多個無線傳感器節點將各自所監測數 據定時釆集后傳送至相應的網關節點(2),網關節點(2)再相應將所有無線傳感器節點(2)所監測數據打包后發送至通信服務器(3);步驟二、通信服務器(3)將接收到的監測數據傳送至上位監控機(7);步驟三、上位監控機(7)對接收到的監測數據進行進一步分析處理， 其分析處理過程如下 301、 上位監控機(7)對接收到的監測數據進行預處理并去除相應偽數據； 302、 上位監控機(7)調用專家系統對經預處理后的監測數據進行內 部分析處理判斷并作出相應指導方案，且通過通信服務器(3)向農戶或 相關技術人員所使用的移動通信設備(8)上發送生產指導信息和/或預警^古自 i 口 ,a、。
全文摘要
本發明公開了一種基于無線傳感器網絡的果園種植監測系統及其監測方法，其系統包括由多個無線傳感器節點組成的多個無線傳感器網絡、網關節點、與網關節點相接的通信服務器和與通信服務器相接的上位監控機。其方法包括步驟一、多個無線傳感器節點自組織成多個無線傳感器網絡且將監測數據定時采集后傳送至網關節點，網關節點再將監測數據打包后發送至通信服務器；二、通信服務器將監測數據傳送至上位監控機；三、上位監控機對監測數據進行預處理并去除偽數據后，調用專家系統對監測數據進行分析處理并作出相應指導方案。本發明設計合理、成本低、操作簡便且監測效果好、智能化程度高，在為農戶提供有效指導方案的同時，也能對農戶進行適時預警。
文檔編號G08C17/00GK101661664SQ20091002408
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月27日 優先權日2009年9月27日
發明者李士寧, 李志剛, 蒙海軍 申請人:西安迅騰科技有限責任公司