專利名稱：基于Zigbee技術(shù)的大棚無線實時監(jiān)測管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及傳感器技木，Zigbee技術(shù)，組網(wǎng)技術(shù)以及軟件開發(fā)技術(shù)等，是ー種通過Zigbee技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時傳輸顯示的系統(tǒng)，具有低能耗，實用性強(qiáng)的特點。
背景技術(shù)：
目前多數(shù)大棚的數(shù)據(jù)采集多采用人工和有線布網(wǎng)方式，人工方式消耗大量人力，且采集的信息缺乏一定的實時性；有線采集方式雖然比較成熟，但線路布置易受環(huán)境影響，安裝程序復(fù)雜，維修、更新的費用和難度都較大，也給廣大農(nóng)戶帶來一定的不便。針對這種狀況，我們提出了一種基于無線傳輸實時數(shù)據(jù)信息的檢測系統(tǒng)，極大的方便了農(nóng)戶。
目前無線傳感網(wǎng)絡(luò)(WSN)作為ー種全新的信息獲取平臺，能夠?qū)崟r監(jiān)測和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種檢測對象的信息，并將信息發(fā)送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點，具有快速展開、抗毀性強(qiáng)等特點。Zigbee技術(shù)作為ー種無線傳輸方式具有低能耗，低成本，網(wǎng)絡(luò)容量大，靈活性強(qiáng)等特點。Zigbee技術(shù)支持自動動態(tài)組網(wǎng)、自主路由。WSN網(wǎng)絡(luò)是動態(tài)變化的，無論是節(jié)點的能量耗盡，或者節(jié)點被故人俘獲，都能使節(jié)點退出網(wǎng)絡(luò)，這就希望WSN能具有動態(tài)組網(wǎng)、自主路由的功能，而ZigBee技術(shù)就正好能解決了 WSN的這ー需要。目前無線傳感網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方式多采用星型組網(wǎng)方式，很少采用樹形組網(wǎng)方式。樹形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是ー種分級管理的集中式網(wǎng)絡(luò)，容易連接，管理和維護(hù)方便。作為“三農(nóng)”重要支柱一農(nóng)業(yè)發(fā)展是ー個重要課題，而農(nóng)田環(huán)境的數(shù)據(jù)采集與挖掘是當(dāng)前以及以后相當(dāng)長的時間內(nèi)研究的重要方向?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展必須依托于對農(nóng)業(yè)信息的全面掌握，只有采集到足夠并且詳細(xì)的信息，管理者才能夠更全面地認(rèn)識農(nóng)業(yè)發(fā)展的狀況，才能做出合理高效地決策以提高農(nóng)業(yè)發(fā)展的質(zhì)量與速度。隨著農(nóng)業(yè)管理技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)田信息采集技術(shù)也處于不斷發(fā)展中，打破了傳統(tǒng)信息采集技術(shù)的新式信息采集技術(shù)不斷涌現(xiàn)，并在實際應(yīng)用中發(fā)揮了很大的作用。但是由于經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的限制，在很多地區(qū)新的農(nóng)業(yè)技術(shù)仍未得到廣泛的應(yīng)用。隨著農(nóng)田管理技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，如何研制一種適合我國國情的自動化信息采集系統(tǒng)成為了研究熱點。自動化信息采集系統(tǒng)相對于一般的信息采集系統(tǒng)具有一些特點①農(nóng)業(yè)信息采集涉及面積大，區(qū)域的地形錯綜復(fù)雜田間控制點和測量點既多又分散；③線路敷設(shè)會影響田間機(jī)械化作業(yè)天氣多變，設(shè)備工作環(huán)境惡劣。根據(jù)上述分析，研究并開發(fā)不受空間距離、天氣等條件限制的自動化信息采集系統(tǒng)勢在必行。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對以上不足之處提供了一種基于Zigbee技術(shù)的大棚無線實時監(jiān)測管理系統(tǒng)，與現(xiàn)有系統(tǒng)相比，我們側(cè)重于監(jiān)控，監(jiān)測與控制結(jié)合真正實現(xiàn)了自動化，具有節(jié)能、低耗、方便易管理等特點。本實用新型解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是將系統(tǒng)可以分為兩個部分上層網(wǎng)絡(luò)控制中心和下層無線傳感網(wǎng)絡(luò)，其中下層眾多的無線傳感節(jié)點一起組成樹形無線傳感網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點主要包括數(shù)控采集単元和無線通信単元。數(shù)控采集単元由溫濕度傳感器、ニ氧化碳濃度傳感器、光強(qiáng)傳感器、土壌溫濕度傳感器組成，傳感器內(nèi)部集成了單片機(jī)和ADC模塊，可以實現(xiàn)數(shù)字量的直接輸出；無線通信單元采用CC2430芯片實現(xiàn)數(shù)據(jù)高性能的傳輸。上層網(wǎng)絡(luò)控制中心采用VC開發(fā)軟件提供的MSComm控件來實現(xiàn)PC機(jī)和無線傳感網(wǎng)絡(luò)的通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)及實時顯示。下層無線傳感節(jié)點為ー電路板，上面集成了溫濕度傳感器、ニ氧化碳濃度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器、土壌溫濕度傳感器，無線傳感節(jié)點通過溫濕度傳感器采集大棚內(nèi)的溫度、濕度，通過ニ氧化碳傳感器采集大棚內(nèi)的ニ氧化碳濃度，通過光照傳感器采集大棚內(nèi)的光照強(qiáng)度，通過土壤溫濕度傳感器采集大棚內(nèi)的土壌溫濕度。以上采集的信息通過節(jié)點電路板的預(yù)處理模塊進(jìn)行濾波放大，在經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后通過電路板上的無線發(fā)送模塊CC2430轉(zhuǎn)變?yōu)橛行У財?shù)字信號發(fā)送出去。CC2430無線發(fā)射模塊和供電電池，電路板上的傳感器部分每隔10分鐘進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，當(dāng)沒有采集數(shù)據(jù)時進(jìn)入休眠狀態(tài)節(jié)能直到再次進(jìn)行數(shù)據(jù)采集或者有中斷將其喚醒。上層網(wǎng)絡(luò)控制中心由無線接收模塊和上位機(jī)組成，上位機(jī)上實時顯示數(shù)據(jù)信息，能對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，還能通過短信的方式將某個時刻的數(shù)據(jù)信息發(fā)送到用戶手機(jī)上。上層網(wǎng)絡(luò)控制中心通過無線接收模塊將下層發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收處理，無線接收模塊通過RS232C標(biāo)準(zhǔn)接口和PC級相連，PC機(jī)上為ー個顯示界面，實時顯示無線接收模塊收的數(shù)據(jù)信
ο上層網(wǎng)絡(luò)控制中心連接GSM/GPRS模塊，GSM/GPRS模塊通過GPRS將實時數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器，或遠(yuǎn)程通信終端(手機(jī)等)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控；同時被GSM/GPRS模塊控制的設(shè)備可以在本系統(tǒng)PC端的控制器控制下啟動，也可以由農(nóng)也生產(chǎn)管理人員主動發(fā)送短信等控制命令進(jìn)行控制。本實用下層無線傳感網(wǎng)絡(luò)采用樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每ー個節(jié)點既可以做發(fā)射結(jié)點又能作為協(xié)調(diào)器工作。即存在多個終端節(jié)點和路由節(jié)點，它們按照樹狀結(jié)構(gòu)匯總到根節(jié)點即ZigBee協(xié)調(diào)器。ZigBee協(xié)調(diào)器啟動后，開始在設(shè)定的信道范圍內(nèi)搜索,標(biāo)記信道能量低于設(shè)定能量值的信道為可用信道，并在可用信道中執(zhí)行活動情況掃描，判斷該信道中是否有其他ZigBee設(shè)備。找到ー個最好的信道后(沒有其他任何設(shè)備)，它將隨機(jī)選擇ー個未被占用的PANID作為標(biāo)識，建立自己的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)建立完成后，其它路由節(jié)點和終端節(jié)點將相繼加入該ZigBee網(wǎng)絡(luò)。本實用新型的有效效果是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)大棚數(shù)據(jù)的方便、節(jié)能、有效管理，農(nóng)民足不出戶就可以了解大棚的環(huán)境狀況，同時對大棚的空間環(huán)境得到有效的利用。
以下結(jié)合附圖
和實施對本實用新型做進(jìn)ー步的說明圖I是系統(tǒng)框圖 圖2是大棚節(jié)點示意圖圖3是上層網(wǎng)絡(luò)控制示意圖圖4(1)是Zigbee節(jié)點數(shù)據(jù)發(fā)送示意框圖，圖4(2)是Zigbee節(jié)點數(shù)據(jù)接收示意框圖具體實施方案I.參見圖2，大棚節(jié)點由傳感器I、電源模塊2、無線發(fā)送模塊3，PC機(jī)4組成。2.參見圖3，上層網(wǎng)絡(luò)控制中心由無線接收模塊I、上位機(jī)2、GSM/GPRS模塊3、電源模塊4組成。圖2節(jié)點上的CC2430芯片通過其內(nèi)部MCU控制傳感器模塊的各個傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換，并經(jīng)由ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)圖3ZigBee協(xié)調(diào)器硬件設(shè)計同ZigBee傳感節(jié)點，只是沒有傳感器模塊?？紤]到系統(tǒng)MCU控制器要與ZigBee協(xié)調(diào)器、近端PC和SM508模塊通信，任務(wù)量大，需要較的處理能力，所以這里采用新華龍的C8051F340高性能單片機(jī)。SIM508模塊是SMCOM公司推出的無線通信模塊，它集成GSM/GPRS和GPS衛(wèi)星定位功能，能工作在900MHZ、1800MHZ和1900MHZ三個頻段，與MCU控制器的通信仍符合串ロ通信模型。MCU控制器通過串ロ UARTl發(fā)送AT指令來控制SM508的數(shù)據(jù)發(fā)送，同時接收來自SM508的反饋信息和其收到的指令。這些 信息以字符串的形式傳到UART1，MCU控制器通過解析這些字符串來識別SM508的工作情況和相應(yīng)命令。
權(quán)利要求1.一種基于Zigbee技術(shù)的大棚無線實時監(jiān)測管理系統(tǒng)，其特征是該系統(tǒng)由上層的網(wǎng)絡(luò)控制中心和下層無線傳感節(jié)點組成；所述下層無線傳感節(jié)點通過溫濕度傳感器采集大棚內(nèi)的溫度、濕度，通過ニ氧化碳傳感器采集大棚內(nèi)的ニ氧化碳濃度，通過光照傳感器采集大棚內(nèi)的光照強(qiáng)度，通過土壤溫濕度傳感器采集大棚內(nèi)的土壌溫濕度，以上采集的信息通過節(jié)點電路板的預(yù)處理模塊進(jìn)行濾波放大，在經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后通過電路板上的無線發(fā)送模塊CC2430轉(zhuǎn)變?yōu)橛行У財?shù)字信號發(fā)送出去；所述上層網(wǎng)絡(luò)控制中心通過無線接收模塊將下層發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收處理，無線接收模塊通過RS232C標(biāo)準(zhǔn)接口和PC級相連，PC機(jī)上為一個顯示界面，實時顯示無線接收模塊收的數(shù)據(jù)信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的管理系統(tǒng)，其特征是，所述下層無線傳感節(jié)點為ー電路板，上面集成了溫濕度傳感器、ニ氧化碳濃度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器、土壌溫濕度傳感器，CC2430無線發(fā)射模塊和供電電池，電路板上的傳感器部分每隔10分鐘進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，當(dāng)沒有采集數(shù)據(jù)時進(jìn)入休眠狀態(tài)節(jié)能直到再次進(jìn)行數(shù)據(jù)采集或者有中斷將其喚醒。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所屬的管理系統(tǒng)，其特征是，訴述上層網(wǎng)絡(luò)控制中心由無線接收模塊和上位機(jī)組成，上位機(jī)上實時顯示數(shù)據(jù)信息，能對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，還能通過短信的方式將某個時刻的數(shù)據(jù)信息發(fā)送到用戶手機(jī)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所屬的管理系統(tǒng)，其特征是，所述下層無線傳感網(wǎng)絡(luò)采用樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每ー個節(jié)點既可以做發(fā)射結(jié)點又能作為協(xié)調(diào)器工作。
專利摘要基于Zigbee技術(shù)的大棚無線實時監(jiān)測管理系統(tǒng)，它由上層的網(wǎng)絡(luò)控制中心和下層的傳感節(jié)點組成，其中下層眾多的無線傳感節(jié)點一起組成樹形無線傳感網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點主要包括數(shù)控采集單元和無線通信單元。數(shù)控采集單元由溫濕度傳感器、二氧化碳濃度傳感器、光強(qiáng)傳感器、土壤溫濕度傳感器組成，傳感器內(nèi)部集成了單片機(jī)和ADC模塊，可以實現(xiàn)數(shù)字量的直接輸出；無線通信單元采用CC2430芯片實現(xiàn)數(shù)據(jù)高性能的傳輸。上層網(wǎng)絡(luò)控制中心實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)及實時顯示，并利用GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，本實用新型可以幫助農(nóng)戶實時觀測大棚數(shù)據(jù)信息，更加科學(xué)方便的對大棚進(jìn)行管理，具有很好的應(yīng)用前景。
文檔編號G08C17/02GK202663556SQ20122009170
公開日2013年1月9日 申請日期2012年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月13日
發(fā)明者劉海員, 宋杰, 高君, 孟超, 馮睿, 王典 申請人:南開大學(xué)