基于能量自收集WSN节点的温室大棚环境监控系统   0    0

本实用新型公开基于能量自收集WSN节点的温室大棚环境监控系统。现有装置需要人工采集和有线采集，数据量大且实效性难以保障。本实用新型包括壳体和内嵌于壳体内的硬件电路，所述的硬件电路包括硬件电路包括微能量收集电路、GSM无线信息处理单元、终端节点电路、协调器电路，其中终端节点电路包括温湿度和光照强度传感器电路。本实用新型解决了终端节点供电难、人工采集数据繁琐、投入大、安装维护工作量大、抗干扰能力差的缺陷；同时有效的弥补了功耗大、不利于长期使用、功能单一的不足。

1.基于能量自收集WSN节点的温室大棚环境监控系统，包括壳体和内嵌于壳体内的硬件电路，其特征在于所述的硬件电路包括微能量收集电路、GSM无线信息处理单元、终端节点电路、协调器电路，其中终端节点电路包括温湿度和光照强度传感器电路；微能量收集电路的输出端与终端节点电路的输入端电连接，终端节点电路的输出端与协调器电路的输入端信号连接，GSM无线信息处理单元的输入端通过串口收发端口与协调器电路的输出端信号连接；
所述的微能量收集电路是首先将光能转换为电能，然后将不稳定的电源高效低耗的转为稳定的电源，能量存储在可充电电池中，用于为终端节点电路中传感器节点供电；
所述的终端节点电路中传感器节点通过能量自收集电路提供的能源供电，将环境传感器收集的环境信息通过AD转换进行处理，将处理完毕后的数据通过zigbee协议进行无线转发给协调器中；
所述的协调器电路为控制器通过无线收发天线将网内的传感器节点发来的数据收集，收集后进行数据处理，将处理完成的数据通过串口转发至GSM无线信息处理单元进行处理发送，通过GPRS数据传输方式传输至远端服务器。

2.如权利要求1所述的基于能量自收集WSN节点的温室大棚环境监控系统，其特征在于所述的微能量收集电路为终端节点电路提供能源，包括电源管理芯片U1、太阳能电池板U2～U5、4.7V稳压管D1、额定电压3.6V的可充电池BT1、接插件J1～J3、插座P2～P6，贴片电阻R1～R14、R17～R20、陶瓷电容C1～C10、C13、超级存储电容C11、功率电感L1～L2；电源管理芯片U1的1脚与9脚、17脚、15脚、21脚、第十三陶瓷电容C13的一端连接后接地；U1的2脚与功率电感L1的一端、第五陶瓷电容C5的一端、第四陶瓷电容C4的一端、稳压管D1的一端、第四电阻R4的一端、第一电阻R1的一端连接，U1的4脚与第六陶瓷电容C6的一端连接，U1的6脚与
19脚、第一陶瓷电容C1的一端、第二陶瓷电容C2的一端、第三陶瓷电容C3的一端、第二电阻R2的一端连接，U1的7脚与第五电阻R5的一端、第八电阻R8的一端连接，U1的8脚与第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的一端、第十电阻R10的一端连 接，U1的10脚与第六电阻R6的另一端、第九电阻R9的一端连接，U1的11脚与第九电阻R9的另一端、第十一电阻R11的一端，U1的
12脚与第十电阻R10的一端、第十二电阻R12的一端连接，U1的13脚与第七电阻R7的一端连接，U1的14脚与第二功率电感L2的一端、第七陶瓷电容C7的一端、第八陶瓷电容C8的一端、第九陶瓷电容C9的一端、第十陶瓷电容C10的一端、第二插座P2的2脚连接后作为微能量收集电路的3.3V输出端，U1的16脚与第二功率电感L2的另一端连接，U1的18脚与第十三陶瓷电容C13的另一端、可充电池BT1的一端、第十一超级电容C11的正极连接后接第三插座P3的
1脚，U1的5脚接地，3脚架空；第七电阻R7的另一端与第五插座P5的1脚连接，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的另一端、第三电阻R3的一端连接，第四电阻R4的另一端与第六插座P6的2脚、第十九电阻R19的一端、第四太阳能电池板U4的一端、第一接插件J1的2脚连接，稳压管D1的另一端、第一陶瓷电容C1的另一端、第二陶瓷电容C2的另一端、第三陶瓷电容C3的另一端、第四陶瓷电容C4的另一端、第五陶瓷电容C5的另一端、第六陶瓷电容C6的另一端、第七陶瓷电容C7的另一端、第八陶瓷电容C8的另一端、第九陶瓷电容C9的另一端、第十陶瓷电容C10的另一端、第十一陶瓷电容C11的负极、稳压管D1的另一端、第三电阻R3的另一端、第八电阻R8的另一端、第十一电阻R11的另一端、第十二电阻R12的另一端、充电池BT1的另一端、第二插座P2的1脚、第三插座的2脚、第五插座P5的2脚、第六插座P6的1脚均接地；第二太阳能电池板U2的一端与第十七电阻R17的一端、第一接插件J1的1脚、第二接插件J2的2脚连接，第二太阳能电池板U2的另一端与第十七电阻R17的另一端、第三太阳能电池板U3的一端、第十八电阻R18的一端连接，第三太阳能电池板U3的另一端与第十八电阻R18的另一端、第三接插件J3的1脚连接后接地，第四太阳能电池板U4的另一端与第十九电阻R19的另一端、第二十电阻R20的一端、第五太阳能电池板U5的一端连接，第五太阳能电池板U5的另一端与第二十电阻R20的另一端、第三接插件J3的2脚、第二接插件J2的1脚连接；所述的电源管理芯片U1的型号为Bq25570。

3.如权利要求1所述的基于能量自收集WSN节点的温室大棚环境监控系统，其特征在于所述的温湿度和光照强度传感器电路包括片上控制芯片U7、贴 片电感L4～L6、晶振Y1～Y2、陶瓷电容C12、C16～C34、电阻R14、R21～R25、收发天线P101；收发器U7的1、2、3、4脚接第
12电容C12的一端后接地，U7的5脚与第七插座P7的6脚相连，U7的6脚与P7的5脚相连，U7的第10、21、24、27、28、29、31、39脚接第16-21电容C16-21的一端、第12电容C12的另一端以及第4电感L4的一端相连；U7的第11脚与第21电阻R21的一端相连后接入P10的6脚；U7的第12脚与第24电阻R24的一端相连后接入P9的2脚；U7的20脚与P7的7脚相连；U7的第30脚与第14电阻R14的一端连接；U7的第34脚与第25电阻R25的一端连接后接入P7的3脚；U7的第35脚与P7的4脚相连；U7的37脚与P7的10脚相连；U7的38脚与P7的8脚相连；U7的40脚与第22电容C22的一端连接；U7的41脚与第22电容C22的另一端连接后接地；U7的22脚与第30电容C30的一端、晶振Y2的一端连接；U7的23脚与第31电容C31的一端、晶振Y2的另一端连接；U7的25脚与第28电容C28的一端连接；U7的26脚与第25电容C25的一端连接；U7的32脚与第24电容C24的一端、晶振Y1的一端连接；U7的33脚与第23电容C23的一端、晶振Y1的另一端连接；第25电容C25的另一端与第26电容C26的一端、第5电感L5的一端连接；第28电容C28的另一端与第
29电容C29的一端、第6电感L6的一端连接；第6电感L6的另一端与第26电容C26的另一端以及第27电容C27的一端连接；电容C27的另一端与天线P101的一端连接；P10的1脚与第33电容C33的一端、第32电容C32的一端连接；P10的5脚与第34电容C34的一端、第22电阻R22的一端连接；天线P101的另一端、第5电感L5的另一端、第29电容C29的另一端、第30电容C30的另一端、第31电容C31的另一端、第23电容C23的另一端、第24电容C24的另一端、第16-21电容C16-21的另一端、第34电容C34的另一端、第33电容C33的另一端、第32电容C32的另一端、第
14电阻R14的另一端、P10的2、3脚、P7的1脚、P9的4脚、P8的1脚均接地；第32电容C32的一端、第33电容C33的一端、第4电感L4的一端、P7的2脚、P9的1脚、第24电阻R24的一端、P8的2脚、第21电阻R21的一端、第22电阻R22的一端、第23电阻R23的一端均作为终端节点电路的3.3V接入端，与微能量收集电路的3.3V输出端连接；U7的7、8、9、13、14、15、18、19、36脚，P7的9脚，P9的3脚都悬空；所述的控制器兼收发器U7的型号为CC2530，所述的P10为Bh1750光照传感器，所述的P9为Dht11温湿度传感器。

4.如权利要求1所述的基于能量自收集WSN节点的温室大棚环境监控系统，其特征在于所述的协调器电路包括控制器U8、贴片电感L9～L11、晶振Y3～Y4、陶瓷电容C50～C66、电阻R50、R52、收发天线P102；控制器U8的1、2、3、4脚接第50电容C50的一端后接地，U8的5脚与第
15插座P15的6脚相连，U8的6脚与P15的5脚相连，U8的第10、21、24、27、28、29、31、39脚接第
51-56电容C51-56的一端、第50电容C50的另一端以及第9电感L9的一端相连；U8的第11脚接P10的6脚；U8的第12脚接P9的2脚；U8的20脚与P15的7脚相连；U8的第30脚与第52电阻R52的一端连接；U8的第34脚与第50电阻R50的一端连接后接入P15的3脚；U8的第35脚与P15的4脚相连；U8的37脚与P15的10脚相连；U8的38脚与P15的8脚相连；U8的40脚与第57电容C57的一端连接；U8的41脚与第57电容C57的另一端连接后接地；U8的22脚与第65电容C65的一端、晶振Y4的一端连接；U8的23脚与第66电容C66的一端、晶振Y4的另一端连接；U8的25脚与第63电容C63的一端连接；U8的26脚与第60电容C60的一端连接；U8的32脚与第59电容C59的一端、晶振Y3的一端连接；U8的33脚与第58电容C58的一端、晶振Y3的另一端连接；第60电容C60的另一端与第61电容C61的一端、第10电感L10的一端连接；第63电容C63的另一端与第
64电容C64的一端、第11电感L11的一端连接；第11电感L11的另一端与第62电容C62的另一端以及第61电容C61的一端连接；电容C62的另一端与天线P102的一端连接；天线P102的另一端、第10电感L10的另一端、第64电容C64的另一端、第65电容C65的另一端、第66电容C66的另一端、第58电容C58的另一端、第59电容C59的另一端、第51-56电容C16-21的另一端、第
52电阻R52的另一端、P16的1脚、P15的1脚均接地；P16的2脚、P2的2脚、第9电感L9的另一端均作为Zigbee协调器电路的3.3V接入端，与微能量收集电路的3.3V输出端连接；U8的16、17脚作为协调器电路的串口通信端口，与GSM无线处理单元的无线通信端口连接；剩余脚都悬空；所述的控制器U8的型号为CC2530。

5.如权利要求1所述的基于能量自收集WSN节点的温室大棚环境监控系统，其特征在于所述的GSM无线信息处理单元包括GSM无线通信模块U101、Sim卡插槽U103、三极管Q101～Q103、二极管指示灯D101、电阻R103～R113、R122～R125、陶瓷贴片电容C101～108、C204～
207、收发天线P104、插座P102；GSM无线通信模块U101的1脚接三极管Q101的集电极，Q101的基极接第124电阻 R124和第125电阻R125一端，Q101的发射极与第125电阻R125的另一端接地，第124电阻R124的另一端接插座P102的9脚；U101的4脚接P102的7脚；U101的9脚接P102的6脚；U101的10脚接P102的5脚；9、10两脚作为GSM无线信息处理单元的串口收发单元,与协调器电路的串口通信端口相连；U101的16脚接三极管Q102的集电极，Q102的基极接第103电阻R103的一端和第123电阻R123的一端，Q102的发射极与第123电阻R123的另一端接地，第103电阻R103的另一端接插座P102的4脚；U101的15脚接第101电容C101的一端，C101另一端接地；U101的26脚接第102电容C102的一端，C102的另一端与U101的29脚连接后接地；
U101的66脚与P102的10脚、第122电阻R122的一端相连，第122电阻R122的另一端接地；U101的60脚接收发天线P101的一端，P101的另一端接地；U101的55、56、57脚同时与电压转换电路的4V输出端和二极管D101的正极连接，D101的负极接第107电阻R107的一端，R107的另一端接三极管Q103的集电极，Q103的基极接第105电阻R105、第106电阻R106的一端，Q103的发射极与第106电阻R106的另一端连接后接地，第105电阻R105的另一端接U101的52脚；U101的33脚接第111电阻R111的一端，R111的另一端接Sim卡槽U103的2脚，32脚接第112电阻R112的一端，31脚接第113电阻R113的一端、第108电容C108的一端，U101的30脚接第107电容C107的一端、U103的1脚，R113的另一端接U103的4脚，第107电容C107的另一端、第108电容C108的另一端均接地；U101的17、18、45、46、39、53、54、58、59、61、62、63、64、65脚均接地；
U101的其他剩余脚悬空；P102的1脚接地，2脚接5V输入电源，3脚接电压转化电路输出端
3V3，8脚架空；第108电容C108的另一端接地；U103的5脚架空，6脚接地；P101的另一端接地；
U102的1脚和2脚连接后与第103电容C103的一端、第104电容C104的一端连接接入5V输入电源，U102的4脚与第109电阻R109的一端、第110电阻R110的一端、第105电容C105的一端、第
106电容C106的一端连接后作为电源输出端4V；U102的5脚与第108电阻R108的一端、第109电阻R109的一端连接；U102的3脚接地；第103电容C103的另一端、第104电容C104的另一端、第105电容C105的另一端、第106电容C106的另一端、第108电阻R108的另一端、第109电阻R109的另一端、第110电阻R110的另一端均接地；U202的1脚与第204电容C204的一端、第205电容C205的一端连接后接5V输入电源；U202的3脚与第206电容C206的一 端、第207电容C207的一端连接后作为电源输出端3V3；第204电容C204的另一端、第205电容C205的另一端、第206电容C206的另一端、第207电容C207的另一端与U202的3脚均接地；所述的GSM无线通信模块U101型号为Sim900a，所述的U202电源管理为LM117，所述的U102电源管理为mic29302。