本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種中藥材生長環(huán)境信息采集裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用多數(shù)是以設(shè)施農(nóng)業(yè)為環(huán)境進行應(yīng)用，缺少針對大田、露天環(huán)境中藥材的研究和應(yīng)用?，F(xiàn)有無線環(huán)境采集網(wǎng)絡(luò)大多基于集群通信系統(tǒng)、GSM短消息以及CDMA/GPRS等技術(shù)，存在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本高、公共網(wǎng)絡(luò)接入速率低、操作復(fù)雜、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍小、信息難以共享等缺點，一定程度上影響到田間環(huán)境信息采集的效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種中藥材生長環(huán)境信息采集裝置，通過無線傳感器對相應(yīng)數(shù)據(jù)進行采集，采用關(guān)聯(lián)分析、聚類方法等數(shù)據(jù)挖掘方法對采集數(shù)據(jù)進行分析，利用嵌入式技術(shù)、Android平臺技術(shù)和.NET技術(shù)等，構(gòu)建上位機和下位機系統(tǒng)，為中藥材生長環(huán)境信息采集與數(shù)據(jù)挖掘提供理論與技術(shù)依據(jù)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下的技術(shù)方案：一種中藥材生長環(huán)境信息采集裝置，其特征在于：所述中藥材生長環(huán)境信息采集裝置包括通過物聯(lián)網(wǎng)連接的上位機系統(tǒng)和下位機系統(tǒng)，上位機系統(tǒng)為系統(tǒng)遠程監(jiān)控管理平臺，實施對中藥材生長環(huán)境信息參數(shù)的采集、數(shù)據(jù)存儲、分析；下位機系統(tǒng)包括傳感器模塊，傳感器模塊通過無線網(wǎng)與數(shù)據(jù)控制模塊連接，數(shù)據(jù)控制模塊通過網(wǎng)關(guān)與下位機連接；中藥材生長環(huán)境數(shù)據(jù)ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用星形拓撲結(jié)構(gòu)，ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了對中藥材生長環(huán)境進行數(shù)據(jù)采集，采用嵌入式ARM微控制器及Linux下的嵌入式GUI開發(fā)系統(tǒng)，將匯總的數(shù)據(jù)進行處理打包、AD轉(zhuǎn)換后通過4G路由器發(fā)送到服務(wù)器，針對中藥材生長環(huán)境因子多維、動態(tài)、不確定等特性，擬采用Apriori 算法和kmeans算法等數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，對因子數(shù)據(jù)進行智能分析，以支持環(huán)境調(diào)控與綜合管理決策，基于Web中藥材生長數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)，實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的存儲、查詢、分析及個性化推薦。

優(yōu)選的，所述傳感器模塊包括環(huán)境的溫度傳感器、環(huán)境的濕度傳感器、土壤水分傳感器、風速風向傳感器，傳感器模塊的模擬信號通過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，濕度傳感器是數(shù)字傳感器，可直接傳輸給單片機，主控芯片對數(shù)據(jù)進行波過濾處理后打包送至網(wǎng)絡(luò)中的子節(jié)點。

采用以上技術(shù)方案的有益效果是：該中藥材生長環(huán)境信息采集裝置運用不同傳感器作為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點，采集中藥材生長環(huán)境的溫度、濕度、光照強度、二氧化碳濃度、水分、以及其他養(yǎng)分等主要信息。通過Zigbee無線通信技術(shù)把采集的數(shù)據(jù)匯聚到下位機的網(wǎng)關(guān)上，下位機再根據(jù)需要利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、4G技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸給位于上位機的中藥材生長環(huán)境挖掘系統(tǒng)中。通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、Android平臺技術(shù)及.NET等技術(shù)構(gòu)建中藥材生長環(huán)境挖掘系統(tǒng)，實現(xiàn)信息的存儲、查詢、分析及個性化推薦等功能。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細的描述。

圖1是下位機系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊框架圖；

圖2是數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)框圖；

圖3是CC2530外圍電路圖；

圖4是傳感器節(jié)點程序流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明一種中藥材生長環(huán)境信息采集裝置的優(yōu)選實施方式。

結(jié)合圖1、圖2、圖3和圖4出示本發(fā)明一種中藥材生長環(huán)境信息采集裝置的具體實施方式：該中藥材生長環(huán)境信息采集裝置包括通過物聯(lián)網(wǎng)連接的上位機系統(tǒng)和下位機系統(tǒng)，上位機系統(tǒng)為系統(tǒng)遠程監(jiān)控管理平臺，實施對中藥材生長環(huán)境信息參數(shù)的采集、數(shù)據(jù)存儲、分析；下位機系統(tǒng)包括傳感器模塊，傳感器模塊通過無線網(wǎng)與數(shù)據(jù)控制模塊連接，數(shù)據(jù)控制模塊通過網(wǎng)關(guān)與下位機連接；中藥材生長環(huán)境數(shù)據(jù)ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用星形拓撲結(jié)構(gòu)，ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了對中藥材生長環(huán)境進行數(shù)據(jù)采集，采用嵌入式ARM微控制器及Linux下的嵌入式GUI開發(fā)系統(tǒng)，將匯總的數(shù)據(jù)進行處理打包、AD轉(zhuǎn)換后通過4G路由器發(fā)送到服務(wù)器，針對中藥材生長環(huán)境因子多維、動態(tài)、不確定等特性，擬采用Apriori算法和kmeans算法等數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，對因子數(shù)據(jù)進行智能分析，以支持環(huán)境調(diào)控與綜合管理決策，基于Web中藥材生長數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)，實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的存儲、查詢、分析及個性化推薦。

通過問卷調(diào)查、走訪、數(shù)據(jù)分析、實地觀察等形式進行。分析調(diào)查數(shù)據(jù)，提煉服務(wù)主體的主要信息化需求。根據(jù)該需求，提出該服務(wù)系統(tǒng)的實現(xiàn)目標與主要內(nèi)容；為系統(tǒng)構(gòu)建提供可靠依據(jù)。

系統(tǒng)擬采用上、下位機控制方案。下位機方案主要是數(shù)據(jù)采集模，它負責對中藥材生長環(huán)境信息的數(shù)據(jù)采集。上位機為系統(tǒng)遠程監(jiān)控管理平臺，實施對中藥材生長環(huán)境信息參數(shù)的采集、數(shù)據(jù)存儲、分析等功能；采用可視化編程語言設(shè)計界面友好的中藥材生長環(huán)境信息采集與挖掘系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)采集控制模塊是下位機系統(tǒng)的核心，可以采集傳感器的輸出的信號，并能輸出控制信號進行智能控制，該模塊的穩(wěn)定程度決定了整個項目的好壞。環(huán)境的數(shù)據(jù)采集是通過單片機來實現(xiàn)的，溫度、土壤水分、大氣壓力、風速風向等傳感器的模擬信號通過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，濕度傳感器是數(shù)字傳感器，可直接傳輸給單片機，主控芯片對數(shù)據(jù)進行波過濾處理后打包送至網(wǎng)絡(luò)中的子節(jié)點。

硬件的設(shè)計以模塊化的設(shè)計思想為核心，將終端節(jié)點主要分成數(shù)據(jù)處理模塊、功放模塊和數(shù)據(jù)采集模塊等，協(xié)調(diào)器節(jié)點包括數(shù)據(jù)處理模塊、射頻部分和電源模塊等；電路圖設(shè)計部分對各模塊進行了相應(yīng)的電路設(shè)計，使得協(xié)調(diào)器節(jié)點、終端節(jié)點及路由器節(jié)點結(jié)構(gòu)緊湊、功能集成、自組網(wǎng)能力強、運行穩(wěn)定可靠，支持多級休眠和喚醒模式，最大限度的降低功耗。

擬采用CC2530處理芯片，它是TI公司在2.4GHz頻段推出的第二代支持IEEE802.15.4/ZigBee協(xié)議的片上系統(tǒng)(System On a Chip，SOC)芯片。CC2530的應(yīng)用比較簡單，只需要外接少數(shù)的電路即可實現(xiàn)。因為CC2530本身帶有射頻的功能，一般對于小功率網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)計不需要外加額外的射頻芯片，CC2530外加一些簡單電路即可實現(xiàn)射頻功能。但是在設(shè)計節(jié)點時，對于發(fā)射功率會有一定的求，一般要求傳輸較遠距離時需要加功放芯片，如CC2591。CC2530的外接電路如圖3所示。

上位機的軟件系統(tǒng)設(shè)計擬實現(xiàn)的功能模塊有戶管理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、數(shù)據(jù)挖掘模塊等。

用戶管理模塊：通過該模塊可設(shè)置不同用戶的使用權(quán)限，不同監(jiān)控點的職權(quán)對用戶權(quán)限進行分級。

數(shù)據(jù)管理模塊：包括創(chuàng)建數(shù)據(jù)表、數(shù)據(jù)的編輯、刪除、添加等實現(xiàn)。

據(jù)挖掘模塊：對待挖掘的數(shù)據(jù)進行分類，分析數(shù)據(jù)挖掘出有價值的信息，為中藥材生長智能決策提供幫助。

下位位機的軟件系統(tǒng)設(shè)計，擬采用嵌入式ARM微控制器及Linux下的嵌入式GUI開發(fā)系統(tǒng)。下位機中傳感器的數(shù)據(jù)采集與控制是整個系統(tǒng)軟件設(shè)計的關(guān)鍵，系統(tǒng)上電后首先初始化硬件及ZigBee協(xié)議棧，建立傳感器網(wǎng)絡(luò)，當有新的終端節(jié)點向協(xié)調(diào)器發(fā)送一個64bit的物理地址入網(wǎng)請求時，協(xié)調(diào)器首先檢查該終端節(jié)點初始化信息是否在傳感網(wǎng)絡(luò)緩存表中，若不在，則在緩存表中記錄該終端節(jié)點信息，并分配一個16bit的網(wǎng)絡(luò)地址，完成終端節(jié)點的加入以及網(wǎng)絡(luò)的建立。當終端節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)經(jīng)ZigBee協(xié)議棧應(yīng)用層加工封裝在網(wǎng)絡(luò)層形成數(shù)據(jù)幀，并發(fā)送給MAC層，MAC層采用帶載波檢測多址與碰撞避免(CSMA/CA)算法接人網(wǎng)絡(luò)通信信道進行數(shù)據(jù)傳播。當協(xié)調(diào)器接收數(shù)據(jù)時，ZigBee協(xié)議棧PHY層的數(shù)據(jù)幀經(jīng)MAC層到達網(wǎng)絡(luò)層進行拆分，經(jīng)過幀控制信息和幀校驗信息的檢查，取出幀有效載荷部分發(fā)送給應(yīng)用層處理。傳感器節(jié)點程序流程圖如圖4所示。

系統(tǒng)設(shè)計完成后將對系統(tǒng)進行各個功能模塊及性能的測試與分析。如發(fā)現(xiàn)不良效果或問題將及時分析檢查修改和完善，經(jīng)過反復(fù)測試，直至系統(tǒng)良好運行。

通過系統(tǒng)的運行，通過中藥材生長信息挖掘系統(tǒng)讓用戶了解到中藥材生長環(huán)境信息的重要性，制定相關(guān)推廣、爭取與企業(yè)合作。

以上的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。