專利名稱：一種節(jié)能型無線多跳農(nóng)業(yè)遠程智能監(jiān)控與預警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其是一種節(jié)能型無線多跳農(nóng)業(yè)遠程智能監(jiān)控與預警系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
節(jié)能型無線多跳農(nóng)業(yè)遠程智能監(jiān)控與預警系統(tǒng)由五個環(huán)節(jié)組成現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)采集一監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸一監(jiān)測數(shù)據(jù)處理一決策預警分析一預測預報信息發(fā)布。針對這五個環(huán)節(jié)，現(xiàn)有的智能監(jiān)控與預警系統(tǒng)存在以下缺陷
第一，無法遠距離監(jiān)控大田環(huán)境數(shù)據(jù)，只適于單用戶、單作物、單專家系統(tǒng)，對專家知識的依賴性強，無法處理多種作物大田的多種病蟲害情況，對各地的病蟲害歷史數(shù)據(jù)的利用率低，可擴展性較低；
第二，無法對大田進行規(guī)?；瘧?，在病蟲害診斷防治方面只針對溫室內(nèi)的作物提供
有限的診斷功能，并未建立完整的預警系統(tǒng)，對大田只提供節(jié)水灌溉等功能，并未提到病蟲
害預警，也不具有對多種作物及病蟲害的可擴展性；
第三，未用到溫濕光傳感器，沒有遠程傳輸環(huán)境數(shù)據(jù)及預警信息的設(shè)備，沒有提供農(nóng)技
人員上傳多種作物病蟲害數(shù)據(jù)的能力，所以不適于無人值守多種作物大田的病蟲害自動預 警，
第四，采用的微控制器處理能力弱，現(xiàn)場設(shè)置與顯示功能并未提及，設(shè)備并未采用各種降低節(jié)能措施來降低功耗，而大部分情況下農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測裝置都需要采用太陽能供電，功耗問題顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)σ巴鉄o人值守的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進行全天候現(xiàn)場監(jiān)控和災害智能預警的節(jié)能型無線多跳農(nóng)業(yè)遠程智能監(jiān)控與預警系統(tǒng)。一種節(jié)能型無線多跳農(nóng)業(yè)遠程智能監(jiān)控與預警系統(tǒng)，包括多個數(shù)據(jù)采集裝置，數(shù)據(jù)采集裝置的信號輸入端與傳感器相連，數(shù)據(jù)采集裝置與數(shù)據(jù)匯集裝置無線通訊，數(shù)據(jù)匯集裝置與后臺計算機無線通訊。由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明使用傳感器采集溫度、光照、土壤酸堿度等環(huán)境參數(shù)，并將這些參數(shù)傳送至數(shù)據(jù)采集裝置，多個數(shù)據(jù)采集裝置采用無線傳輸模塊將環(huán)境參數(shù)傳輸至數(shù)據(jù)匯集裝置，數(shù)據(jù)匯集裝置對所有數(shù)據(jù)采集裝置所采集的參數(shù)進行匯集、編碼，并通過無線傳輸模塊將編碼后的參數(shù)信息發(fā)送至后臺計算機，后臺計算機對農(nóng)業(yè)野外生長環(huán)境信息進行實時監(jiān)測與預警。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2是本發(fā)明中數(shù)據(jù)采集裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式一種節(jié)能型無線多跳農(nóng)業(yè)遠程智能監(jiān)控與預警系統(tǒng)，包括多個數(shù)據(jù)采集裝置1，數(shù)據(jù)采集裝置1的信號輸入端與多個傳感器相連，多個數(shù)據(jù)采集裝置1對應一個數(shù)據(jù)匯集裝置2，共同構(gòu)成一個Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)采集裝置1與數(shù)據(jù)匯集裝置2無線通訊， 數(shù)據(jù)匯集裝置2與后臺計算機3無線通訊，如圖1所示。數(shù)據(jù)采集裝置1的個數(shù)為1 256 個，一個數(shù)據(jù)匯集裝置2能夠帶動256個數(shù)據(jù)采集裝置1進行農(nóng)業(yè)現(xiàn)場組網(wǎng)，構(gòu)建現(xiàn)場無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)最大覆蓋監(jiān)控范圍為400畝左右。如圖1、2所示，所述的數(shù)據(jù)采集裝置1包括第一微控制器4，第一微控制器4的信號輸入端分別與LCD顯示模塊、人機交互微型鍵盤模塊和多個傳感器相連，第一微控制器 4的信號輸出端與無線收發(fā)模塊相連，電源模塊向第一微控制器4和無線收發(fā)模塊供電。 所述的第一微控制器4采用Msp430F149芯片，所述的傳感器包括環(huán)境溫度傳感器、環(huán)境濕度傳感器、光照傳感器、雨量傳感器、土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器、土壤PH值傳感器和土壤鹽分傳感器，所述的電源模塊為太陽能電源模塊。第一微控制器4負責采集各個傳感器的輸出信號，并將其轉(zhuǎn)換為對應的物理量，然后將數(shù)據(jù)按照事先約定的幀格式送至無線收發(fā)模塊，通過人機交互微型鍵盤模塊設(shè)置各種工作參數(shù)，如數(shù)據(jù)采集密度、多點時間同步、采集報警設(shè)置、數(shù)字濾波、AD采集次數(shù)、傳感器轉(zhuǎn)換公式參數(shù)等，LCD顯示模塊則實時顯示采集數(shù)據(jù)和用戶設(shè)置參數(shù)。傳感器從外部獲取環(huán)境數(shù)據(jù)，向第一微控制器發(fā)4出準備好信號，要求讀取數(shù)據(jù)， 第一微控制器4收到準備好信號，發(fā)送串行時鐘信號，開始以串行方式接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在時鐘下降沿有效。如果串行時鐘信號為高電平，數(shù)據(jù)信號為低電平，而當串行時鐘信號再次為高電平時，數(shù)據(jù)信號由低電平轉(zhuǎn)向高電平，則表示數(shù)據(jù)開始傳送。數(shù)據(jù)包括兩字節(jié)的測量信息和一字節(jié)的循環(huán)冗余校驗，每字節(jié)有一確認位，其中00000101表示濕度測量，00000011 表示溫度測量。數(shù)據(jù)傳送完成后自動進入睡眠狀態(tài)，第一微控制器4將接收到的數(shù)據(jù)以幀形式送至無線收發(fā)模塊，數(shù)據(jù)幀包括幀首和數(shù)據(jù)兩部分，幀首使用雙字節(jié)0x55AA，數(shù)據(jù)部分為1字節(jié)，即每幀占用3B，幀首和數(shù)據(jù)部分均采用十六進制ASCII碼傳送，確保協(xié)議的透明性。如圖1所示，所述的數(shù)據(jù)匯集裝置2包括第二微控制器5，第二微控制器5的信號輸入端與無線收發(fā)模塊相連，第二微控制器5的信號輸出端與人機交互模塊相連，人機交互模塊上設(shè)置IXD顯示屏，人機交互模塊通過RS232接口與無線通訊模塊相連，人機交互模塊通過USB芯片與USB存儲器相連，電源模塊向無線收發(fā)模塊、第二微控制器5和無線通訊模塊供電。所述的第二微控制器5采用Msp430F149芯片，所述的無線通訊模塊為GPRS DTU 模塊8，所述的電源模塊為太陽能電源模塊。無線收發(fā)模塊將接收到的數(shù)據(jù)通過串口傳給第二微控制器5，第二微控制器5將接收到的數(shù)據(jù)編碼后經(jīng)GPRS DTU模塊8遠距離發(fā)送至后臺計算機3，同時通過LCD顯示屏實時顯示來自所有數(shù)據(jù)采集裝置1的采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集裝置1與數(shù)據(jù)匯集裝置2中的無線收發(fā)模塊均采用系統(tǒng)級低功耗優(yōu)化技術(shù)，并進行數(shù)據(jù)校驗和組包發(fā)送。所述的數(shù)據(jù)采集裝置1、數(shù)據(jù)匯集裝置2采用太陽能電源和與市電智能切換的供電方式，在出現(xiàn)長時間陰雨天氣而導致太陽能電源耗盡時系統(tǒng)自動切換到市電進行接力。如圖1所示，所述的后臺計算機3與GSM短信貓6相連，GSM短信貓6通過短信平臺與手機終端7通訊，后臺計算機3接入因特網(wǎng)，后臺計算機3由智能決策與推理子系統(tǒng)、 主動推送子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)應用子系統(tǒng)和作物預警子系統(tǒng)組成，后臺計算機3上設(shè)置人機交互模塊。所述的智能決策與推理子系統(tǒng)、作物預警子系統(tǒng)、主動推送子系統(tǒng)分別與GSM短信貓 6相連。后臺計算機3通過因特網(wǎng)實時接收數(shù)據(jù)匯集裝置2傳送的農(nóng)作物環(huán)境數(shù)據(jù)，包括農(nóng)作物栽培知識、周年管理信息、病蟲害防治知識、病蟲害預測及施肥決策等規(guī)則信息，將其解碼后存入農(nóng)作物信息數(shù)據(jù)庫，網(wǎng)絡(luò)應用子系統(tǒng)對采集到的實時數(shù)據(jù)進行處理，并將處理后的數(shù)據(jù)存入作物預警信息數(shù)據(jù)庫。作物預警信息數(shù)據(jù)庫存有作物栽培知識、病蟲害防治知識、病蟲害災害規(guī)則庫、病蟲害災害歷史數(shù)據(jù)、施肥決策規(guī)則信息、野外現(xiàn)場與傳感器事實數(shù)據(jù)。作物預警子系統(tǒng)實時對農(nóng)作物的數(shù)據(jù)信息進行監(jiān)測，在數(shù)據(jù)發(fā)生異常時，由作物預警子系統(tǒng)通過GSM短信貓6發(fā)送預警信息至用戶的手機終端7。多用戶共用同一計算機子系統(tǒng)，對于大量用戶、作物全生育期預警進一步降低了系統(tǒng)成本。智能決策與推理子系統(tǒng)根據(jù)實時數(shù)據(jù)以及處理的數(shù)據(jù)，結(jié)合農(nóng)作物病蟲信息數(shù)據(jù)庫中的病蟲害預測及施肥決策等規(guī)則信息，采用混合推理的模式，先進行正向推理，通過某些已知數(shù)據(jù)或者事實的驅(qū)動去選擇合適的目標，然后再反向推理，對果林進行病蟲害預測與施肥決策，決策結(jié)果一方面提交給短信服務平臺將信息發(fā)送給相關(guān)用戶，另一方面提交給web服務系統(tǒng)，方便用戶遠程登錄查詢。主動推送子系統(tǒng)根據(jù)用戶的短信信息或注冊信息為在服務范圍內(nèi)的用戶提供定制服務，根據(jù)用戶的咨詢問題將專家的解答反饋給相應的用戶，并提供農(nóng)作物栽培技術(shù)、周年管理信息的在線查詢以及在線問題咨詢等服務。
權(quán)利要求
1.一種節(jié)能型無線多跳農(nóng)業(yè)遠程智能監(jiān)控與預警系統(tǒng)，其特征在于包括多個數(shù)據(jù)采集裝置(1)，數(shù)據(jù)采集裝置(1)的信號輸入端與多個傳感器相連，數(shù)據(jù)采集裝置(1)與數(shù)據(jù)匯集裝置(2 )無線通訊，數(shù)據(jù)匯集裝置(2 )與后臺計算機(3 )無線通訊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能型無線多跳農(nóng)業(yè)遠程智能監(jiān)控與預警系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集裝置(1)包括第一微控制器(4)，第一微控制器(4)的信號輸入端分別與LCD顯示模塊、人機交互微型鍵盤模塊和多個傳感器相連，第一微控制器(4)的信號輸出端與無線收發(fā)模塊相連，電源模塊向第一微控制器(4)和無線收發(fā)模塊供電，數(shù)據(jù)采集裝置 (1)的個數(shù)為1 256個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能型無線多跳農(nóng)業(yè)遠程智能監(jiān)控與預警系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)據(jù)匯集裝置(2)包括第二微控制器(5)，第二微控制器(5)的信號輸入端與無線收發(fā)模塊相連，第二微控制器(5)的信號輸出端與人機交互模塊相連，人機交互模塊上設(shè)置IXD顯示屏，人機交互模塊通過RS232接口與無線通訊模塊相連，人機交互模塊通過USB 芯片與USB存儲器相連，電源模塊向無線收發(fā)模塊、第二微控制器(5)和無線通訊模塊供 H1^ ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能型無線多跳農(nóng)業(yè)遠程智能監(jiān)控與預警系統(tǒng)，其特征在于所述的后臺計算機(3 )與GSM短信貓(6 )相連，GSM短信貓(6 )與手機終端(7 )通訊，后臺計算機(3)接入因特網(wǎng)，后臺計算機(3)由智能決策與推理子系統(tǒng)、主動推送子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)應用子系統(tǒng)和作物預警子系統(tǒng)組成，后臺計算機(3)上設(shè)置人機交互模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的節(jié)能型無線多跳農(nóng)業(yè)遠程智能監(jiān)控與預警系統(tǒng)，其特征在于所述的第一微控制器(4)采用Msp430F149芯片，所述的傳感器包括環(huán)境溫度傳感器、環(huán)境濕度傳感器、光照傳感器、雨量傳感器、土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器、土壤PH值傳感器和土壤鹽分傳感器，所述的電源模塊為太陽能電源模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的節(jié)能型無線多跳農(nóng)業(yè)遠程智能監(jiān)控與預警系統(tǒng)，其特征在于所述的第二微控制器(5)采用Msp430F149芯片，所述的無線通訊模塊為GPRS DTU模塊 (8 )，所述的電源模塊為太陽能電源模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的節(jié)能型無線多跳農(nóng)業(yè)遠程智能監(jiān)控與預警系統(tǒng)，其特征在于所述的智能決策與推理子系統(tǒng)、作物預警子系統(tǒng)、主動推送子系統(tǒng)分別與GSM短信貓 (6)通訊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種節(jié)能型無線多跳農(nóng)業(yè)遠程智能監(jiān)控與預警系統(tǒng)，包括多個數(shù)據(jù)采集裝置，數(shù)據(jù)采集裝置的信號輸入端與傳感器相連，數(shù)據(jù)采集裝置與數(shù)據(jù)匯集裝置無線通訊，數(shù)據(jù)匯集裝置與后臺計算機無線通訊。本發(fā)明使用傳感器采集溫度、光照、土壤酸堿度等環(huán)境參數(shù)，并將這些參數(shù)傳送至數(shù)據(jù)采集裝置，多個數(shù)據(jù)采集裝置采用無線傳輸模塊將環(huán)境參數(shù)傳輸至數(shù)據(jù)匯集裝置，數(shù)據(jù)匯集裝置對所有數(shù)據(jù)采集裝置所采集的參數(shù)進行匯集、編碼，并通過無線傳輸模塊將編碼后的參數(shù)信息發(fā)送至后臺計算機，后臺計算機對農(nóng)業(yè)野外生長環(huán)境信息進行實時監(jiān)測與預警。
文檔編號G08B25/10GK102289920SQ201110123380
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者任玉剛, 唐靜, 張建, 李淼, 楊巍, 胡澤林, 胡秀珍, 鄭守國 申請人:中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院