一種自動檢測故障節(jié)點的農(nóng)田灌溉系統(tǒng)及方法與流程

本發(fā)明涉及無線傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種自動檢測故障節(jié)點的農(nóng)田灌溉系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著全球范圍內(nèi)水資源的日益匱乏，農(nóng)業(yè)節(jié)水化已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點問題之一。我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)灌溉用水利用率低下，與發(fā)達(dá)國家有較大的差距。土壤墑情信息作為土壤灌溉的重要參數(shù)，有利于加強(qiáng)人們對土壤灌溉用水的準(zhǔn)確把控，但是目前很多土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)仍然采用有線組網(wǎng)方式，通過工業(yè)總線來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，存在布線困難，使用復(fù)雜，難以維護(hù)等諸多不便。

由于成本要求，無線傳感器分布稀疏，每個傳感器負(fù)責(zé)不同的區(qū)域，其中傳感器路由節(jié)點只負(fù)責(zé)把終端節(jié)點傳輸過來的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器中，在此期間終端節(jié)點由于電量不足或者其他原因?qū)е虏荒軅骰赝寥罎穸鹊臄?shù)據(jù)，傳感器路由節(jié)點也就不能準(zhǔn)確的控制閥門開關(guān)進(jìn)行灌溉，很容易導(dǎo)致水資源的浪費或者農(nóng)田產(chǎn)量的下降。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決當(dāng)前農(nóng)田灌溉時效率低下，產(chǎn)量受限，傳感器節(jié)點分布不均衡以及故障節(jié)點不能及時發(fā)現(xiàn)和定位出從而導(dǎo)致的資源浪費等問題，本發(fā)明提供了一種自動檢測故障節(jié)點的農(nóng)田灌溉系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的系統(tǒng)所采用的技術(shù)方案是：一種自動檢測故障節(jié)點的農(nóng)田灌溉系統(tǒng)，其特征在于：包括傳感器終端節(jié)點、傳感器路由節(jié)點、電機(jī)及控制閥門、輸水管道、遠(yuǎn)程監(jiān)控及控制端和協(xié)調(diào)節(jié)點；

所述農(nóng)田內(nèi)設(shè)置有若干傳感器終端節(jié)點、傳感器路由節(jié)點和電機(jī)及控制閥門；所述輸水管道布設(shè)在所述農(nóng)田內(nèi)，出水口均設(shè)置有電機(jī)及控制閥門；

所述農(nóng)田分為n個正m邊形，正m邊形的m個頂點處均設(shè)置有所述傳感器終端節(jié)點，正m邊形的中心位置處均設(shè)置有所述傳感器路由節(jié)點；每個正m邊形內(nèi)的傳感器路由節(jié)點接收該正m邊形m個頂點處的傳感器終端節(jié)點發(fā)送過來的信息，然后發(fā)送給所述協(xié)調(diào)節(jié)點，所述協(xié)調(diào)節(jié)點收到數(shù)據(jù)后發(fā)送給所述遠(yuǎn)程監(jiān)控及控制端，其中m＝3、4、6；

所述監(jiān)控及控制端根據(jù)接收的數(shù)據(jù)做出灌溉指示，通過所述協(xié)調(diào)節(jié)點發(fā)送給各個傳感器路由節(jié)點，所述傳感器路由節(jié)點控制電機(jī)及控制閥門打開閥門，對農(nóng)田進(jìn)行灌溉。

本發(fā)明的方法所采用的技術(shù)方案是：一種自動檢測故障節(jié)點的農(nóng)田灌溉方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：傳感器終端節(jié)點、傳感器路由節(jié)點上電初始化之后，傳感器終端節(jié)點斷續(xù)檢測土壤濕度，并把數(shù)據(jù)傳給傳感器路由節(jié)點；

步驟2：傳感器路由節(jié)點一直接收傳感器終端節(jié)點的數(shù)據(jù)，一旦數(shù)據(jù)在一段時間內(nèi)都異常，則對閥門進(jìn)行相應(yīng)控制。

本發(fā)明的有益效果在于：將農(nóng)田劃分為等面積的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，用盡可能少的節(jié)點覆蓋最大的面積，規(guī)則分布有利于實現(xiàn)具體節(jié)點的尋找；每個傳感器路由節(jié)點都連有閥門，控制管道在相應(yīng)蜂窩農(nóng)田塊里面的灌溉，可以實現(xiàn)較為精確的灌溉，節(jié)約水資源；每個終端節(jié)點向周圍的三個傳感器路由節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，若此節(jié)點發(fā)生故障，就可以由周圍三個傳感器路由節(jié)點準(zhǔn)確定位，減少人力物力的損耗。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明實施例的傳感器終端節(jié)點結(jié)構(gòu)圖。

圖3是本發(fā)明實施例的方法流程圖。

具體實施方式

為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請見圖1和圖2，本發(fā)明提供的一種自動檢測故障節(jié)點的農(nóng)田灌溉系統(tǒng)，包括傳感器終端節(jié)點1、傳感器路由節(jié)點2、電機(jī)及控制閥門3、輸水管道4、遠(yuǎn)程監(jiān)控及控制端5和協(xié)調(diào)節(jié)點6；農(nóng)田內(nèi)設(shè)置有若干傳感器終端節(jié)點1、傳感器路由節(jié)點2和電機(jī)及控制閥門3；輸水管道4布設(shè)在農(nóng)田內(nèi)，出水口均設(shè)置有電機(jī)及控制閥門3。

本實施例采用蜂窩式節(jié)點分布方法，將農(nóng)田大致分為n個相同大小的正六邊形，在每個正六邊形的六個頂點放置傳感器終端節(jié)點1，在正六邊形中心放置傳感器路由節(jié)點2，接收傳感器終端節(jié)點1發(fā)送過來的信息，并且把數(shù)據(jù)一起發(fā)送給協(xié)調(diào)節(jié)點6，協(xié)調(diào)節(jié)點6收到數(shù)據(jù)后上傳，管理者可以在遠(yuǎn)程監(jiān)控及控制端5接收相應(yīng)的信號并且做出相應(yīng)指示，由協(xié)調(diào)節(jié)點6發(fā)送給各個傳感器路由節(jié)點2，傳感器路由節(jié)點2控制電機(jī)及控制閥門3從而實現(xiàn)精確灌溉。每個電機(jī)及控制閥門3單獨控制，互不影響，每個傳感器路由節(jié)點2只控制一個電機(jī)及控制閥門3。

圖1中每塊正六邊形區(qū)域均有自己的土壤墑情范圍，過高或者過低都會使協(xié)調(diào)節(jié)點6對遠(yuǎn)程監(jiān)控及控制端5發(fā)出預(yù)警信號。

如圖2所示，本實施例的傳感器終端節(jié)點1和傳感器路由節(jié)點2均由cc2591射頻放大電路11，cc2530模塊12，土壤濕度傳感器13，灌溉閥門14和供電電路15組成。

圖2中cc2530模塊是美國德州儀器公司推出的一款用于2.4ghz802.15.4、zigbee和rf4ce應(yīng)用的一個真正的片上系統(tǒng)解決方案，結(jié)合了領(lǐng)先的rf收發(fā)器的優(yōu)良性能，能夠以非常低的成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。cc2530模塊12主要由8051微處理器、zigbee射頻模塊和接口電路組成，接口電路和外部設(shè)備灌溉閥門14、土壤濕度傳感器13和cc2591射頻功率放大電路11相連。

圖2中節(jié)點的cc2591射頻功率放大電路11能夠在附近節(jié)點發(fā)生故障時啟動，把信號發(fā)送給周邊的傳感器路由節(jié)點2，可以達(dá)到確認(rèn)附近節(jié)點產(chǎn)生故障的作用。

由于成本控制，太陽能光伏電池供電電路僅提供給傳感器路由節(jié)點2，使其不斷和協(xié)調(diào)節(jié)點進(jìn)行通訊，傳感器終端節(jié)點1采用電池供電，供電時間可達(dá)8-12個月。

請見圖3，本發(fā)明提供的一種自動檢測故障節(jié)點的農(nóng)田灌溉方法，包括以下步驟：

步驟1：傳感器終端節(jié)點1、路由節(jié)點2上電初始化之后，傳感器終端節(jié)點1斷續(xù)檢測土壤濕度，并把數(shù)據(jù)傳給路由節(jié)點2；

傳感器終端節(jié)點1斷續(xù)檢測土壤濕度，并判斷土壤濕度是否小于閥值；

若是，則電機(jī)及控制閥門3打開，進(jìn)行灌溉，并繼續(xù)斷續(xù)檢測土壤濕度；

若否，則傳感器終端節(jié)點1繼續(xù)斷續(xù)檢測土壤濕度。

步驟2：路由節(jié)點2一直接收傳感器終端節(jié)點1的數(shù)據(jù)，一旦數(shù)據(jù)在一段時間內(nèi)都異常，則對閥門進(jìn)行相應(yīng)控制。

路由節(jié)點2一直接收傳感器終端節(jié)點1的數(shù)據(jù)，并判斷每次是否均接收到6個傳感器終端節(jié)點1的數(shù)據(jù)；

若是，則繼續(xù)接收傳感器終端節(jié)點1的數(shù)據(jù)；

若否，則針對沒有接收到信號的傳感器終端節(jié)點1，判斷是否有另外路由節(jié)點2接收到該傳感器終端節(jié)點1的信號；若否，則向協(xié)調(diào)節(jié)點6發(fā)送該傳感器終端節(jié)點1出錯信息，然后繼續(xù)接收傳感器終端節(jié)點1的數(shù)據(jù)。

本發(fā)明中若某一傳感器終端節(jié)點1發(fā)生故障，則其周圍三個傳感器路由節(jié)點2均收不到該傳感器終端節(jié)點1發(fā)出的信息，此時協(xié)調(diào)節(jié)點6就可以判定是具體什么區(qū)域的哪個節(jié)點發(fā)生的故障，并及時將信息上傳通知管理者做出相應(yīng)維修處理。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。

應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請求保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。