專(zhuān)利名稱(chēng)：低功耗多指標(biāo)野外土壤墑情遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種土壤墑情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，尤其是一種低功耗多指標(biāo)野外土壤墑情遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
土壤墑情是指農(nóng)作物主要根系活動(dòng)層內(nèi)的土壤水分狀況。它是農(nóng)業(yè)抗旱、水資源合理配置的重要依據(jù)。土壤墑情與旱情監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)公益性、基礎(chǔ)性工作，可為政府宏觀決策提供科學(xué)依據(jù)，為指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)；是土肥系統(tǒng)所從事公益性服務(wù)的一個(gè)重要方面，還可為項(xiàng)目申報(bào)、項(xiàng)目建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。目前，對(duì)土壤墑情的監(jiān)測(cè)主要采取人工實(shí)地監(jiān)測(cè)的方式，不但耗費(fèi)人力、物力，而且信息傳遞慢，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳送，影響了監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。近年來(lái)，也出現(xiàn)了一些土壤墑情的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但大多限于大篷內(nèi)的土壤墑情監(jiān)測(cè)，使用大篷內(nèi)電源供電，不適宜野外使用；或者是實(shí)驗(yàn)基地的土壤墑情監(jiān)測(cè)，采用存儲(chǔ)采樣數(shù)據(jù)，通過(guò)RS-232進(jìn)行定時(shí)聯(lián)機(jī)取數(shù)，監(jiān)測(cè)指標(biāo)少，不具備遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種性能可靠、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸及時(shí)且功耗低、適應(yīng)于太陽(yáng)能供電、系統(tǒng)運(yùn)行成本較經(jīng)濟(jì)的多指標(biāo)野外土壤墑情遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的它由中心站(1)和至少一個(gè)監(jiān)測(cè)站(2)組成，中心站(1)通過(guò)GSM短消息交換中心連接各監(jiān)測(cè)站(2)，或通過(guò)GSM/GPRS/CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)與具有移動(dòng)網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)處理中心(3)相連，數(shù)據(jù)處理中心(3)通過(guò)GSM/GPRS/CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)連接各監(jiān)測(cè)站(2)。
中心站(1)由信息接收及發(fā)送模塊(4)、監(jiān)控計(jì)算機(jī)(5)、服務(wù)器(6)、大屏幕顯示屏(7)構(gòu)成，信息接收及發(fā)送模塊(4)連接監(jiān)控計(jì)算機(jī)(5)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)(5)連接服務(wù)器(6)和大屏幕顯示屏(7)，在監(jiān)控計(jì)算機(jī)(5)中裝有基于地理信息系統(tǒng)(GIS)的信息處理軟件和監(jiān)控軟件。
中心站(1)由信息接收及發(fā)送模塊(4)、監(jiān)控計(jì)算機(jī)(5)、服務(wù)器(6)、大屏幕顯示屏(7)構(gòu)成，信息接收及發(fā)送模塊(4)連接監(jiān)控計(jì)算機(jī)(5)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)(5)連接服務(wù)器(6)和大屏幕顯示屏(7)，在監(jiān)控計(jì)算機(jī)(5)中裝有基于地理信息系統(tǒng)(GIS)的信息處理軟件和監(jiān)控軟件。
所述的中心站(1)的信息接收及發(fā)送模塊(4)由24AH蓄電池組(8)、充放電控制器(9)、無(wú)線(xiàn)通信模塊(10)、控制器及數(shù)據(jù)處理模塊(11)構(gòu)成，充放電控制器(9)的電流輸入端連接AC/DC適配器(12)，AC/DC適配器(12)連接220V/50HZ交流電源，充放電控制器(9)的電流輸出端連接24AH蓄電池組(8)、無(wú)線(xiàn)通信模塊(10)和控制器及數(shù)據(jù)處理模塊(11)，無(wú)線(xiàn)通信模塊(10)連接控制器及數(shù)據(jù)處理模塊(11)，控制器及數(shù)據(jù)處理模塊(11)連接監(jiān)控計(jì)算機(jī)(5)。
監(jiān)測(cè)站(2)由傳感器探頭組(13)及變送器組(14)、接口及數(shù)據(jù)采集模塊(15)、控制器及數(shù)據(jù)處理模塊(11)、無(wú)線(xiàn)通信模塊(10)和太陽(yáng)能電源系統(tǒng)組成，傳感器探頭組(13)連接變送器組(14)，變送器組(14)連接接口及數(shù)據(jù)采集模塊(15)，接口及數(shù)據(jù)采集模塊(15)通過(guò)40針信號(hào)插座(16)連接控制器及數(shù)據(jù)處理模塊(11)，控制器及數(shù)據(jù)處理模塊(11)連接無(wú)線(xiàn)通信模塊(10)，控制器及數(shù)據(jù)處理模塊(11)、無(wú)線(xiàn)通信模塊(10)連接太陽(yáng)能電源系統(tǒng)。
監(jiān)測(cè)站(2)的傳感器探頭組(13)由雨量傳感器、大氣溫度傳感器、大氣濕度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤水份傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、輻射傳感器、水份蒸發(fā)傳感器等組成，并通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)連接變送器組(14)。
監(jiān)測(cè)站(2)的太陽(yáng)能電源系統(tǒng)由15-30W太陽(yáng)能電池板陣列(17)、充放電控制器(9)和17-30AH畜電池組(18)組成，15-30W太陽(yáng)能電池板陣列(17)連接充放電控制器(9)，充放電控制器(9)連接17-30AH畜電池組(18)。
在監(jiān)測(cè)站(2)的接口和數(shù)據(jù)采集模塊(15)中設(shè)有一個(gè)功耗大于300mW、動(dòng)作電壓為2.4V的2路微繼電器，2路微繼電器的輸入端連接控制器及數(shù)據(jù)處理模塊(11)的D/A輸出信號(hào)端，輸出端分別連接3.3V供電的數(shù)字或模擬信號(hào)接口的供電電源和采用12V供電的變送器組(14)及傳感器探頭組(13)的供電電源。
無(wú)線(xiàn)通信模塊(10)由天線(xiàn)、GSM芯片、SIM卡座、RS-232插座、外圍電路和器件組成，RS-232插座連接控制器及數(shù)據(jù)處理模塊(11)，外圍電路和器件連接充放電控制器(9)的電流輸出端。
控制器及數(shù)據(jù)處理模塊(11)的控制芯片為美國(guó)Cygnal公司的C8051F020單片機(jī)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可對(duì)土壤墑情進(jìn)行遠(yuǎn)程多指標(biāo)監(jiān)測(cè)與控制，無(wú)需人值守，減少了人力、物力的消耗，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳送，大大提高了監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。同時(shí)，本發(fā)明采用低功耗設(shè)計(jì)和間歇式供電，每間隔一段時(shí)間(中心站遠(yuǎn)程命令調(diào)節(jié))采集、處理和發(fā)射一次數(shù)據(jù)，以降低系統(tǒng)功耗，滿(mǎn)足野外多指標(biāo)監(jiān)測(cè)的要求。本發(fā)明監(jiān)測(cè)站的控制器及數(shù)據(jù)處理模塊的控制器核心選用混合信號(hào)集成芯片，該芯片集成了多路A/D和D/A、可擴(kuò)充4路RS-232端口等豐富的接口，節(jié)省了大量外圍接口電路的器件功耗，為系統(tǒng)的低功耗性能奠定了基礎(chǔ)，使得系統(tǒng)能在15-30W太陽(yáng)能板和17-25AH畜電池的供電系統(tǒng)環(huán)境下，監(jiān)測(cè)指標(biāo)10～20組，保證系統(tǒng)靜態(tài)功耗0.2W以下、動(dòng)態(tài)功耗在2W左右，可保證系統(tǒng)在連續(xù)陰雨天60天仍然正常工作，同時(shí)也減化了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本發(fā)明利用現(xiàn)代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)(GSM/GPRS/CDMA)，建立遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)網(wǎng)，使系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、安全、可靠。


圖1為本發(fā)明的一種組網(wǎng)方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的另一種組網(wǎng)方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明的中心站的組成示意圖；圖4為本發(fā)明的監(jiān)測(cè)站的組成示意圖；圖5為本發(fā)明的數(shù)據(jù)及采集模塊的邏輯結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明的太陽(yáng)能電源系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明的接口和數(shù)據(jù)采集模塊中的微繼電器1和微繼電器2的連接原理圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的低功耗多指標(biāo)野外土壤墑情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由中心站1和至少一個(gè)監(jiān)測(cè)站2組成，根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)模大、小和需求，中心站1與監(jiān)測(cè)站2可采用兩種組網(wǎng)方式第一種方式，如圖1所示，中心站1通過(guò)GSM/GPRS/CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)與具有移動(dòng)網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)處理中心3相連，數(shù)據(jù)處理中心3再通過(guò)GSM/GPRS/CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)連接各監(jiān)測(cè)站2，各監(jiān)測(cè)站2利用GSM/GPRS/CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)以短消息的形式，向數(shù)據(jù)處理中心3報(bào)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理中心3再以短消息的形式，通過(guò)GSM/GPRS/CDMA向各中心站1實(shí)時(shí)報(bào)送數(shù)據(jù)；第二種方式，如圖2所示，中心站1通過(guò)GSM短消息交換中心連接各監(jiān)測(cè)站2，各監(jiān)測(cè)站2與各中心站1通過(guò)短消息直接傳輸數(shù)據(jù)。
如圖3所示，中心站1由信息接收及發(fā)送模塊4、監(jiān)控計(jì)算機(jī)5、服務(wù)器6、大屏幕顯示屏7構(gòu)成，信息接收及發(fā)送模塊4連接監(jiān)控計(jì)算機(jī)5，監(jiān)控計(jì)算機(jī)5連接服務(wù)器6和大屏幕顯示屏7，監(jiān)控計(jì)算機(jī)5通過(guò)信息接收及發(fā)送模塊4接收各監(jiān)測(cè)站2傳來(lái)的數(shù)據(jù)，并向各監(jiān)測(cè)站2發(fā)送控制命令；在監(jiān)控計(jì)算機(jī)5中裝有基于地理信息系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)GIS)的信息處理軟件和監(jiān)控軟件，通過(guò)GIS信息處理軟件可以根據(jù)監(jiān)測(cè)站2的地理位置和部分氣象資料，利用數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，預(yù)測(cè)出以該監(jiān)測(cè)站2為中心的區(qū)域土壤信息，并用色塊表示，顯示到大屏幕顯示屏7中，達(dá)到直觀顯示的效果。本發(fā)明的監(jiān)控軟件基于GIS開(kāi)發(fā)。軟件采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，開(kāi)發(fā)平臺(tái)選用Mapinfo公司的Mapinfo mapx軟件，可實(shí)現(xiàn)任意比例尺縮放，漫游全圖，監(jiān)測(cè)站快速定位等功能，在空間地理信息和電子地圖的支持下，提高了系統(tǒng)的應(yīng)用性和可視化程度，實(shí)現(xiàn)了多角度多層面的查詢(xún)，在電子地圖上關(guān)聯(lián)了監(jiān)測(cè)站的實(shí)時(shí)信息和圖像信息，方便了系統(tǒng)對(duì)大規(guī)模監(jiān)測(cè)站群的管理，同時(shí)，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)挖掘預(yù)測(cè)分析，自動(dòng)分析出監(jiān)測(cè)站所在區(qū)域的土壤墑情，并用不同的顏色在電子地圖中表示出來(lái)，為水利監(jiān)管部門(mén)和政府有關(guān)部門(mén)提供決策依據(jù)。后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)選用Microsoft公司的MS SQLServer軟件，采用C/S結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)，具有電子地圖和表格多種站點(diǎn)查詢(xún)方式，具有報(bào)警及提示功能，和直觀的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示方式，如動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)，棒圖，指針，實(shí)時(shí)曲線(xiàn)等，可以清晰的反映各監(jiān)測(cè)指標(biāo)的發(fā)展趨勢(shì)。在對(duì)監(jiān)測(cè)站遠(yuǎn)程監(jiān)管方面，具有監(jiān)測(cè)站遠(yuǎn)程控制面板，可向指定監(jiān)測(cè)站發(fā)送各種監(jiān)管命令，例如開(kāi)/關(guān)指定監(jiān)測(cè)站、通信線(xiàn)路和監(jiān)測(cè)站自檢、請(qǐng)求數(shù)據(jù)、設(shè)置中心站、校準(zhǔn)監(jiān)測(cè)站時(shí)鐘、查詢(xún)監(jiān)測(cè)站各運(yùn)行參數(shù)等；具有監(jiān)測(cè)站報(bào)警門(mén)限設(shè)置、采集及報(bào)送數(shù)據(jù)周期和頻率設(shè)置等功能。
中心站1的信息接收及發(fā)送模塊4由24AH蓄電池組8、充放電控制器9、無(wú)線(xiàn)通信模塊10、控制器及數(shù)據(jù)處理模塊11構(gòu)成，充放電控制器9的電流輸入端連接AC/DC適配器12，AC/DC適配器12連接220V/50HZ的交流電源，充放電控制器9的電流輸出端連接24AH蓄電池組8、無(wú)線(xiàn)通信模塊10和控制器及數(shù)據(jù)處理模塊11，無(wú)線(xiàn)通信模塊10通過(guò)RS-232數(shù)字接口連接控制器及數(shù)據(jù)處理模塊11，控制器及數(shù)據(jù)處理模塊11通過(guò)RS-232數(shù)字接口連接監(jiān)控計(jì)算機(jī)5。
如圖4所示，監(jiān)測(cè)站2由傳感器探頭組13及變送器組14、接口及數(shù)據(jù)采集模塊15、控制器及數(shù)據(jù)處理模塊11、無(wú)線(xiàn)通信模塊10和太陽(yáng)能電源系統(tǒng)組成，完成定時(shí)數(shù)據(jù)采樣、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)報(bào)送等工作，傳感器探頭組13連接變送器組14，變送器組14通過(guò)RS-232/RS-485數(shù)字接口或模擬信號(hào)接口連接接口及數(shù)據(jù)采集模塊15，接口及數(shù)據(jù)采集模塊15通過(guò)40針信號(hào)插座16連接控制器及數(shù)據(jù)處理模塊11，控制器及數(shù)據(jù)處理模塊11通過(guò)RS-232數(shù)字接口連接無(wú)線(xiàn)通信模塊10，控制器及數(shù)據(jù)處理模塊11、無(wú)線(xiàn)通信模塊10連接太陽(yáng)能電源系統(tǒng)。根據(jù)土壤墑情的基本需求，傳感器探頭組13由雨量傳感器、大氣溫度傳感器、大氣濕度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤水份傳感器(3套分3層土層埋設(shè))、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、輻射傳感器、水份蒸發(fā)傳感器等傳感器組成并通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)連接變送器組14，對(duì)雨量、空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤水份、風(fēng)速、風(fēng)向、輻射、蒸發(fā)等多組傳感器進(jìn)行同時(shí)監(jiān)測(cè)(可根據(jù)需求增加地下水、氣壓、CO2等監(jiān)測(cè)指標(biāo))，傳感器探頭組13采用4-20mA、0-10V標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)輸出，監(jiān)測(cè)站2在正常運(yùn)行中，接口及數(shù)據(jù)采集模塊15對(duì)傳感器探頭組13傳來(lái)的模擬信號(hào)源每0.1秒采集1次數(shù)據(jù)，定時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選，對(duì)數(shù)字信號(hào)采用握手約定或定時(shí)采集，數(shù)據(jù)采集完成后送控制器及數(shù)據(jù)處理模塊11進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后按照中心站1規(guī)定的發(fā)送周期和頻率，加上發(fā)送時(shí)間和日期，匯集成數(shù)據(jù)組，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信模塊10定時(shí)發(fā)送給各中心站1。
為了滿(mǎn)足系統(tǒng)野外無(wú)人值守工作的要求，監(jiān)測(cè)站2的電源系統(tǒng)采用太陽(yáng)能供電系統(tǒng)，如圖6所示，它由15-30W太陽(yáng)能電池板陣列17、充放電控制器9和17-30AH畜電池組18組成，15-30W太陽(yáng)能電池板陣列17連接充放電控制器9，充放電控制器9連接17-30AH畜電池組18。15-30W太陽(yáng)能電池板陣列17的作用是將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換成直流電，供負(fù)載使用或存貯于17-30AH畜電池組18內(nèi)備用；充放電控制器9可為17-30AH畜電池組18提供最佳的充電電流和電壓，快速、平穩(wěn)、高效的為17-30AH畜電池組18充電，并在充電過(guò)程中減少損耗、盡量延長(zhǎng)17-30AH畜電池組18的使用壽命，同時(shí)保護(hù)17-30AH畜電池組18，避免過(guò)充電和過(guò)放電現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)記錄并顯示如充電電流、電壓等各種重要數(shù)據(jù)；17-30AH畜電池組18可將15-30W太陽(yáng)能電池板陣列17發(fā)出的直流電存貯起來(lái)，供負(fù)載使用。由于在白天太陽(yáng)能電池板陣列給畜電池組充電，同時(shí)還給負(fù)載用電，晚上負(fù)載用電全部由畜電池組供給，因此，要求畜電池組的自放電要小，而且充電效率要高，同時(shí)考慮到價(jià)格和使用是否方便等因素，本發(fā)明的畜電池組選用17-30AH畜電池組。上述電源系統(tǒng)在30-60天陰天的情況下，采用間歇式供電，保證每天1-8小時(shí)(由中心站1遠(yuǎn)程命令調(diào)節(jié))發(fā)送一組信息；監(jiān)測(cè)站2輸入電壓DC12V，靜態(tài)輸出電流30mA，動(dòng)態(tài)輸出電流500mA，系統(tǒng)喚醒后數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)發(fā)送等正常工作時(shí)間2Sec，在日照時(shí)數(shù)6～7h和配備16路具有4-20mA或者0-10V工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)接口、4個(gè)具有RS-232和若干個(gè)RS-485/422標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)接口的與土壤墑情有關(guān)傳感器的條件下，能夠保證遠(yuǎn)程土壤墑情在線(xiàn)監(jiān)測(cè)各項(xiàng)功能正常工作。
為降低功耗，本發(fā)明在監(jiān)測(cè)站2單獨(dú)設(shè)計(jì)了接口和數(shù)據(jù)采集模塊15，如圖5所示，在接口和數(shù)據(jù)采集模塊15中設(shè)有一個(gè)功率大于300mW、動(dòng)作電壓為2.4V的2路微繼電器，2路微繼電器的輸入端連接控制器及數(shù)據(jù)處理模塊11的D/A輸出信號(hào)端，輸出端分別連接3.3V供電的數(shù)字或模擬信號(hào)接口的供電電源和采用12V供電的變送器組14及傳感器探頭組13的供電電源。當(dāng)控制器及數(shù)據(jù)處理模塊11中的控制芯片休眠時(shí)，首先經(jīng)過(guò)其D/A輸出“0”，2路微繼電器斷開(kāi)，從而使接口和數(shù)據(jù)采集模塊15外圍的RS-232/RS-485數(shù)字接口或模擬信號(hào)接口和變送器組14、傳感器探頭組13停止工作；當(dāng)控制器及數(shù)據(jù)處理模塊11中的控制芯片被喚醒時(shí)，經(jīng)過(guò)D/A輸出“256”，使2路微繼電器接通，接口和數(shù)據(jù)采集模塊15外圍的RS-232/RS-485數(shù)字接口或模擬信號(hào)接口和變送器組14、傳感器探頭組13開(kāi)始工作，使監(jiān)測(cè)站2間歇供電，達(dá)到降低功耗的目的。由于監(jiān)測(cè)站2需通過(guò)通信偵聽(tīng)外部命令，以便隨時(shí)喚醒控制器及數(shù)據(jù)處理模塊11中的控制芯片，同時(shí)，傳感器探頭組13中的雨量傳感器也需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)雨量信息，因此，無(wú)線(xiàn)通信模塊10和雨量傳感器不實(shí)行間歇供電，以保證監(jiān)測(cè)站2在多組(10～20組傳感器)傳感器同時(shí)監(jiān)測(cè)的情況下正常運(yùn)行。
中心站1和監(jiān)測(cè)站2的無(wú)線(xiàn)通信模塊10支持目前常用的GSM/GPRS/CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，選擇通用的GSM芯片，突出數(shù)據(jù)通信功能，專(zhuān)用設(shè)計(jì)。它由天線(xiàn)、GSM芯片、SIM卡座、RS-232插座、外圍電路和器件組成，RS-232插座連接控制器及數(shù)據(jù)處理模塊11，外圍電路和器件連接充放電控制器9的電流輸出端。GSM芯片選用法國(guó)WAVECOM公司的GSM/GPRS/CDMA系列芯片，其與GSM phase2/2+兼容、支持雙頻(GSM/900和GSM/1800)、符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)GSM0707和GSM0705，控制器及數(shù)據(jù)處理模塊11通過(guò)串口，用AT指令對(duì)其進(jìn)行控制，AT指令是主要移動(dòng)電話(huà)生產(chǎn)商N(yùn)OKIA、Erics.son、Motorola和HP共同為GSM研制的一整套指令。中心站1和監(jiān)測(cè)站2采用更換GSM芯片和軟件設(shè)置來(lái)調(diào)整通信方式，在支持短消息和GPRS通信時(shí)，可選用Q2403系列或者Q24X6系列芯片，在支持CDMA時(shí)選用Q2338芯片。
中心站1和監(jiān)測(cè)站2的控制器及數(shù)據(jù)處理模塊11的控制芯片選用美國(guó)Cygnal公司的C8051F020單片機(jī)，C8051F020單片機(jī)是集成在一塊芯片上的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)微處理器芯片，具有高速流水線(xiàn)結(jié)構(gòu)的8051兼容的CIP-51內(nèi)核可達(dá)25MIPS，芯片上具有12位8通道ADC，兩個(gè)12位DAC可編程更新時(shí)序，兩個(gè)UART串行接口，5個(gè)通用的16位定時(shí)器，5個(gè)捕捉/比較模塊的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列，串行接口經(jīng)軟件編程可擴(kuò)充到6個(gè)和增加8位8通道ADC。因此，系統(tǒng)在節(jié)省功耗不增加外圍接口電路的情況下，具有12位8通道A/D和8位8通道A/D，2個(gè)獨(dú)立的RS-232串行接口，2路D/A，2路比較器，可軟件擴(kuò)展4路RS-232串行接口。因此，可同時(shí)對(duì)10～20個(gè)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，基本能滿(mǎn)足本發(fā)明的應(yīng)用要求。在軟件編程時(shí)，針對(duì)終端檢測(cè)站的控制器在系統(tǒng)靜態(tài)工作時(shí)，設(shè)置系統(tǒng)空閑狀態(tài)和MCU中時(shí)鐘振蕩器降低振蕩頻率10倍，留下除定時(shí)器0(Timer0)和通信中斷(UART1)以外的暫不用的中斷和定時(shí)器，保證正常的內(nèi)部時(shí)鐘記數(shù)和偵聽(tīng)雨量記數(shù)，便于系統(tǒng)能夠被定時(shí)喚醒。通信中斷偵聽(tīng)GSM通信模塊，便于接收外部命令喚醒系統(tǒng)。系統(tǒng)喚醒時(shí)，軟件逐一恢復(fù)以上設(shè)置。
權(quán)利要求
1.一種低功耗多指標(biāo)野外土壤墑情遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它由中心站(1)和至少一個(gè)監(jiān)測(cè)站(2)組成，其特征在于中心站(1)通過(guò)GSM短消息交換中心連接各監(jiān)測(cè)站(2)，或通過(guò)GSM/GPRS/CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)與具有移動(dòng)網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)處理中心(3)相連，數(shù)據(jù)處理中心(3)通過(guò)GSM/GPRS/CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)連接各監(jiān)測(cè)站(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗多指標(biāo)野外土壤墑情遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于中心站(1)由信息接收及發(fā)送模塊(4)、監(jiān)控計(jì)算機(jī)(5)、服務(wù)器(6)、大屏幕顯示屏(7)構(gòu)成，信息接收及發(fā)送模塊(4)連接監(jiān)控計(jì)算機(jī)(5)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)(5)連接服務(wù)器(6)和大屏幕顯示屏(7)，在監(jiān)控計(jì)算機(jī)(5)中裝有基于地理信息系統(tǒng)(GIS)的信息處理軟件和監(jiān)控軟件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低功耗多指標(biāo)野外土壤墑情遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的中心站(1)的信息接收及發(fā)送模塊(4)由24AH蓄電池組(8)、充放電控制器(9)、無(wú)線(xiàn)通信模塊(10)、控制器及數(shù)據(jù)處理模塊(11)構(gòu)成，充放電控制器(9)的電流輸入端連接AC/DC適配器(12)，AC/DC適配器(12)連接220V/50HZ交流電源，充放電控制器(9)的電流輸出端連接24AH蓄電池組(8)、無(wú)線(xiàn)通信模塊(10)和控制器及數(shù)據(jù)處理模塊(11)，無(wú)線(xiàn)通信模塊(10)連接控制器及數(shù)據(jù)處理模塊(11)，控制器及數(shù)據(jù)處理模塊(11)連接監(jiān)控計(jì)算機(jī)(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗多指標(biāo)野外土壤墑情遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于監(jiān)測(cè)站(2)由傳感器探頭組(13)及變送器組(14)、接口及數(shù)據(jù)采集模塊(15)、控制器及數(shù)據(jù)處理模塊(11)、無(wú)線(xiàn)通信模塊(10)和太陽(yáng)能電源系統(tǒng)組成，傳感器探頭組(13)連接變送器組(14)，變送器組(14)連接接口及數(shù)據(jù)采集模塊(15)，接口及數(shù)據(jù)采集模塊(15)通過(guò)40針信號(hào)插座(16)連接控制器及數(shù)據(jù)處理模塊(11)，控制器及數(shù)據(jù)處理模塊(11)連接無(wú)線(xiàn)通信模塊(10)，控制器及數(shù)據(jù)處理模塊(11)、無(wú)線(xiàn)通信模塊(10)連接太陽(yáng)能電源系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低功耗多指標(biāo)野外土壤墑情遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于監(jiān)測(cè)站(2)的傳感器探頭組(13)由雨量傳感器、大氣溫度傳感器、大氣濕度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤水份傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、輻射傳感器、水份蒸發(fā)傳感器等組成，并通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)連接變送器組(14)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低功耗多指標(biāo)野外土壤墑情遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于監(jiān)測(cè)站(2)的太陽(yáng)能電源系統(tǒng)由15-30W太陽(yáng)能電池板陣列(17)、充放電控制器(9)和17-30AH畜電池組(18)組成，15-30W太陽(yáng)能電池板陣列(17)連接充放電控制器(9)，充放電控制器(9)連接17-30AH畜電池組(18)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低功耗多指標(biāo)野外土壤墑情遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于在監(jiān)測(cè)站(2)的接口和數(shù)據(jù)采集模塊(15)中設(shè)有一個(gè)功耗大于300mW、動(dòng)作電壓為2.4V的2路微繼電器，2路微繼電器的輸入端連接控制器及數(shù)據(jù)處理模塊(11)的D/A輸出信號(hào)端，輸出端分別連接3.3V供電的數(shù)字或模擬信號(hào)接口的供電電源和采用12V供電的變送器組(14)及傳感器探頭組(13)的供電電源。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的低功耗多指標(biāo)野外土壤墑情遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于無(wú)線(xiàn)通信模塊(10)由天線(xiàn)、GSM芯片、SIM卡座、RS-232插座、外圍電路和器件組成，RS-232插座連接控制器及數(shù)據(jù)處理模塊(11)，外圍電路和器件連接充放電控制器(9)的電流輸出端。
9.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的低功耗多指標(biāo)野外土壤墑情遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于控制器及數(shù)據(jù)處理模塊(11)的控制芯片為美國(guó)Cygnal公司的C8051F020單片機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種低功耗多指標(biāo)野外土壤墑情遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它由中心站(1)和至少一個(gè)監(jiān)測(cè)站(2)組成，中心站(1)通過(guò)GSM短消息交換中心連接各監(jiān)測(cè)站(2)，或通過(guò)GSM/GPRS/CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)與具有移動(dòng)網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)處理中心(3)相連，數(shù)據(jù)處理中心(3)通過(guò)GSM/GPRS/CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)連接各監(jiān)測(cè)站(2)。本發(fā)明利用現(xiàn)代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)(GSM/GPRS/CDMA)，建立遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)網(wǎng)，對(duì)土壤墑情10～20個(gè)指標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、安全、可靠，大大提高了監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，同時(shí)，本發(fā)明采用低功耗設(shè)計(jì)，降低了系統(tǒng)功耗，滿(mǎn)足了野外多指標(biāo)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的要求。
文檔編號(hào)G01P13/02GK1928939SQ200610051228
公開(kāi)日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2006年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月25日
發(fā)明者張小平 申請(qǐng)人:張小平