專利名稱：基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，具體涉及一種用于農(nóng)業(yè)大棚溫濕度監(jiān)測的監(jiān)測系統(tǒng)及 監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的日益提高，大棚蔬菜市場日益擴(kuò)大。 在利用蔬菜大棚生產(chǎn)中，溫度、濕度等因素直接關(guān)系到大棚作物的生長。因此，對(duì)大棚溫濕 度進(jìn)行及時(shí)、精準(zhǔn)的監(jiān)測是實(shí)現(xiàn)大棚蔬菜生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、高效益的重要環(huán)節(jié)。目前對(duì)農(nóng)業(yè)大棚進(jìn)行監(jiān)測主要采用三種方式第一是人工直接監(jiān)測方式，這種方 式效率較低；第二是儀器直接監(jiān)測方式，這種方式自動(dòng)化程度不高；第三是分布式監(jiān)測方 式，這種方式已經(jīng)成為當(dāng)前大棚監(jiān)測方式的發(fā)展方向。然而現(xiàn)有的分布式監(jiān)測系統(tǒng)大多采 用工業(yè)總線和工控設(shè)備，使用這種系統(tǒng)存在著成本較高、布線困難和缺少靈活性等缺點(diǎn)。而 目前少數(shù)幾個(gè)基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)大棚監(jiān)測系統(tǒng)存在著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不合理，節(jié)點(diǎn)之間 需要?jiǎng)討B(tài)構(gòu)建路由表，節(jié)點(diǎn)能量消耗過快的問題。鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，較為理想的是建立一種合理的用于農(nóng)業(yè)大棚溫濕度監(jiān)測的 無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)大棚 溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)。作為無線傳感網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)之一的Zigbee，由于具有適中的傳輸距離和簡單的協(xié)議內(nèi) 容，越來越得到廣泛應(yīng)用。基于Zigbee標(biāo)準(zhǔn)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)由協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點(diǎn) 構(gòu)成，可以采用樹型、星型等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而最常采用的是樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)一方面有 利于通過信標(biāo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)父子節(jié)點(diǎn)之間的同步，減少節(jié)點(diǎn)的功率消耗，對(duì)延長網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí) 間起到了積極作用；另一方面有利于消除節(jié)點(diǎn)因構(gòu)建路由表帶來的各種資源消耗，有利于 降低傳感器節(jié)點(diǎn)的成本。本發(fā)明的思路是利用Zigbee網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)來達(dá)到本發(fā)明的目的，具體的說，本發(fā)明 的技術(shù)方案如下一種基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括測量節(jié)點(diǎn)、 路由器、協(xié)調(diào)器及監(jiān)控終端；測量節(jié)點(diǎn)、路由器、協(xié)調(diào)器構(gòu)成樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的Zigbee無線網(wǎng) 絡(luò)，并按照Zigbee樹型路由協(xié)議進(jìn)行無線通信；協(xié)調(diào)器與監(jiān)控終端之間通過有線形式連接 并進(jìn)行通信。所述測量節(jié)點(diǎn)包括用于測量溫度和濕度信息的溫濕度傳感器，用于和路由器進(jìn) 行無線通信的無線收發(fā)電路，控制測量節(jié)點(diǎn)工作的微控制器，用于暫時(shí)存放測量所得的溫 濕度信息的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，以及提供各部分所需電能的電源；微控制器分別與溫濕度傳感 器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、無線收發(fā)電路連接；
所述路由器包括用于和測量節(jié)點(diǎn)、其它路由器、協(xié)調(diào)器進(jìn)行無線通信的無線收發(fā) 電路，控制路由器工作的微控制器，用于暫時(shí)存放接收到的來自于測量節(jié)點(diǎn)或其它路由器 的溫濕度信息的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，以及提供各部分所需電能的電源；微控制器分別與無線收 發(fā)電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊連接；所述協(xié)調(diào)器包括用于和路由器進(jìn)行無線通信的無線收發(fā)電路，控制協(xié)調(diào)器工作 的微控制器，用于暫時(shí)存放接收到的來自于路由器的溫濕度信息的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，用于和 監(jiān)控終端進(jìn)行有線通信的主機(jī)接口電路，以及提供各部分所需電能的電源；微控制器分別 與主機(jī)接口電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、無線收發(fā)電路連接。所述監(jiān)控終端是具有顯示功能的計(jì)算機(jī)，以便工作人員能夠直觀的了解監(jiān)測信 息，可以根據(jù)實(shí)際情況采用PC機(jī)或工控計(jì)算機(jī)。監(jiān)控終端主要實(shí)現(xiàn)三個(gè)功能第一、定時(shí)或 臨時(shí)根據(jù)操作人員的指令從協(xié)調(diào)器中讀取溫濕度信息，并進(jìn)行顯示；第二、負(fù)責(zé)為整個(gè)無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器、路由器和測量節(jié)點(diǎn)之間建立以協(xié)調(diào)器作為根節(jié)點(diǎn)、以測量節(jié)點(diǎn)為 葉子節(jié)點(diǎn)的樹型關(guān)系，并將該關(guān)系表通過協(xié)調(diào)器采用廣播方式發(fā)送到每個(gè)路由器和測量節(jié) 點(diǎn)上，以便每個(gè)設(shè)備了解自己的父設(shè)備的地址值和子設(shè)備的地址值；第三、負(fù)責(zé)為無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器和路由器分配信標(biāo)時(shí)隙，以便協(xié)調(diào)器和路由器定時(shí)發(fā)送信標(biāo)幀，實(shí)現(xiàn)樹 型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的父子設(shè)備之間的同步。這有利于路由器和測量節(jié)點(diǎn)在大部分時(shí)間內(nèi)處于睡 眠狀態(tài)，以減少電能的消耗?？紤]到系統(tǒng)布置的便利性，本發(fā)明的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)中，測量節(jié)點(diǎn)、路由器中的電 源均為電池，協(xié)調(diào)器中的電源為電網(wǎng)供電。本發(fā)明的監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行溫濕度監(jiān)測時(shí)，按照以下方法進(jìn)行1)測量節(jié)點(diǎn)1. 1測量節(jié)點(diǎn)每隔IiT^時(shí)間從睡眠狀態(tài)進(jìn)入到工作狀態(tài)后，采集一次周圍環(huán)境的 溫濕度信息，并將該信息存放到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中；從本次進(jìn)入工作狀態(tài)開始，經(jīng)歷1!7*時(shí) 間后進(jìn)入睡眠狀態(tài)；1. 2測量節(jié)點(diǎn)每隔Γ/:"/時(shí)間從睡眠狀態(tài)進(jìn)入到工作狀態(tài)，首先接收來自于父設(shè)備 的信標(biāo)幀，該信標(biāo)幀中包含其父設(shè)備本次工作的持續(xù)時(shí)間Td以及該父設(shè)備下次進(jìn)入到工作 狀態(tài)與本次進(jìn)入工作狀態(tài)的時(shí)間差Ts ；然后用信標(biāo)幀中的Td更新？；㈣/，用信標(biāo)幀中的Ts更 新；接著將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的溫濕度信息發(fā)送給父設(shè)備，發(fā)送成功后將該數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)
存儲(chǔ)模塊中刪除；從本次進(jìn)入工作狀態(tài)開始，經(jīng)歷IsTi時(shí)間后進(jìn)入睡眠狀態(tài)；2)路由器2. 1路由器每隔時(shí)間從睡眠狀態(tài)進(jìn)入到工作狀態(tài)，首先向其子設(shè)備發(fā)送信標(biāo) 幀，該信標(biāo)幀中包含路由器本次工作的持續(xù)時(shí)間Td以及該路由器下次進(jìn)入到工作狀態(tài)與本 次進(jìn)入工作狀態(tài)的時(shí)間差Ts，并用Td更新自身的Γ^Γ6，用Ts更新自身的；接著接收來 自其子設(shè)備發(fā)送過來的溫濕度信息，并將該信息存放到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中；從本次進(jìn)入工作 狀態(tài)開始，經(jīng)歷廠:7ve時(shí)間后進(jìn)入睡眠狀態(tài)；2. 2路由器每隔時(shí)間從睡眠狀態(tài)進(jìn)入到工作狀態(tài)，首先接收來自于父設(shè)備的 信標(biāo)幀；然后用信標(biāo)幀中的Td更新7；:"/，用信標(biāo)幀中的Ts更新r/:"/ ；接著將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中
5的溫濕度信息發(fā)送給父設(shè)備，發(fā)送成功后將該數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中刪除；從本次進(jìn)入工 作狀態(tài)開始，經(jīng)歷時(shí)間后進(jìn)入睡眠狀態(tài)。3)協(xié)調(diào)器3. 1協(xié)調(diào)器每隔時(shí)間從睡眠狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)，首先向其子設(shè)備廣播一個(gè)信 標(biāo)幀，該信標(biāo)幀中包含協(xié)調(diào)器本次工作的持續(xù)時(shí)間Td以及協(xié)調(diào)器下次進(jìn)入到工作狀態(tài)與本 次進(jìn)入工作狀態(tài)的時(shí)間差Ts，并用Td更新自身的:^，用Ts更新自身的:；接著協(xié)調(diào)器 接收來自于其子設(shè)備的溫濕度信息數(shù)據(jù)包，并將接收到的數(shù)據(jù)包存放到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中； 從本次進(jìn)入工作狀態(tài)開始，經(jīng)歷時(shí)間后進(jìn)入睡眠狀態(tài)；3. 2協(xié)調(diào)器在任何時(shí)刻都可接收來自于監(jiān)控終端的命令，接收到命令后，協(xié)調(diào)器從 睡眠狀態(tài)進(jìn)入到工作狀態(tài)，并將溫濕度信息發(fā)送給監(jiān)控終端，然后將該數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模 塊中刪除，重新進(jìn)入睡眠狀態(tài)；4)監(jiān)控終端監(jiān)控終端定時(shí)從協(xié)調(diào)器中讀取最新的溫濕度信息并顯示；上述時(shí)間
rpsample rpsample rpsend rpsend rpreceive rpreceive rpsend rpsend rpsend rpsend I^f w 士曰 rrzi [^一 Ie_w 、 Le_dt 、 i^w 、 1e_d 、 ^w 、 1 r_d 、 1 r_w 、 1 r_d 、 Jc_w 、 1 c_d ^J 73 Β
需要預(yù)先設(shè)定的時(shí)間，其中，7^7/ε、Τ:二、Τ~ , TrseId , Γ/=的取值范圍為1-100秒， TesaTe、Τ:二、TrreJve, TrZd, Γ:/的取值范圍為 1-100 毫秒。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于第一、采用樹型結(jié)構(gòu)的Zigbee無線傳感網(wǎng) 絡(luò)，路由器可以直接采用樹型路由協(xié)議，消除了路由器因構(gòu)建路由器表帶來內(nèi)存的開銷，減 少了路由器的成本；第二、測量節(jié)點(diǎn)和路由器采用電池供電，具有部署方便的特點(diǎn)；第三、 采用信標(biāo)技術(shù)，路由器和測量節(jié)點(diǎn)大部分時(shí)間都處于睡眠狀態(tài)，大幅度減少了電池能量的 開銷，延長了系統(tǒng)正常使用時(shí)間。


圖1是本發(fā)明所述基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明所述基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)中測量節(jié)點(diǎn)的結(jié) 構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明所述基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)中路由器的結(jié)構(gòu) 示意圖；圖4是本發(fā)明所述基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)中協(xié)調(diào)器的內(nèi)部 結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明所述基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)中父子設(shè)備信標(biāo) 幀之間的關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明附圖1是本發(fā)明所述基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖， 由于現(xiàn)場可以存在多個(gè)農(nóng)業(yè)大棚，因此，我們?cè)诿總€(gè)農(nóng)業(yè)大棚中放置一個(gè)路由器。在每一個(gè)大棚中，由于需要采集不同點(diǎn)的溫濕度信息，因此我們?cè)诿恳粋€(gè)需要監(jiān)測的地方放置一個(gè) 測量節(jié)點(diǎn)。測量節(jié)點(diǎn)將采集到的溫濕度信息數(shù)據(jù)包傳遞給該大棚中的路由器，即測量節(jié)點(diǎn) 的父設(shè)備。路由器之間采用樹型路由協(xié)議，通過多跳轉(zhuǎn)發(fā)方式將數(shù)據(jù)包從大棚中的路由器 轉(zhuǎn)發(fā)給協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器與監(jiān)控終端相連，監(jiān)控終端定時(shí)從協(xié)調(diào)器讀取數(shù)據(jù)并將其顯示。協(xié) 調(diào)器、路由器和測量節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)建了一個(gè)樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用樹型路由協(xié)議，通過無線方式 進(jìn)行數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)。協(xié)調(diào)器和監(jiān)控終端之間采用有線方式進(jìn)行連接，通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)包 的傳遞。附圖2是本發(fā)明所述基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)中測量節(jié)點(diǎn)的 結(jié)構(gòu)示意圖。測量節(jié)點(diǎn)由用于測量周圍環(huán)境的溫度傳感器和濕度傳感器、用于與路由器進(jìn) 行無線通信的無線收發(fā)電路，用于暫時(shí)存放測量結(jié)果的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和一個(gè)微控制器組 成。每個(gè)測量節(jié)點(diǎn)都包含一個(gè)電源(圖中未畫出)，為測量節(jié)點(diǎn)各個(gè)組成部件供電，電源采 用普通電池供電方式。附圖3是本發(fā)明所述基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)中路由器的結(jié) 構(gòu)示意圖。與測量節(jié)點(diǎn)相比，路由器少了用于測量周圍環(huán)境的溫度傳感器和濕度傳感器。路 由器由用于與其它路由器以及測量節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線通信的無線收發(fā)電路，用于暫時(shí)存放接到 來自于其它路由器或測量節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的溫濕度信息的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和一個(gè)微控制器組 成。每個(gè)路由器都包含一個(gè)電源(圖中未畫出)，為路由器中各個(gè)組成部件供電，電源采用 普通電池供電方式。附圖4是本發(fā)明所述基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)中協(xié)調(diào)器的結(jié) 構(gòu)示意圖。與測量節(jié)點(diǎn)相比，協(xié)調(diào)器少了用于測量周圍環(huán)境的溫度傳感器和濕度傳感器，但 多了一個(gè)用于與監(jiān)控終端進(jìn)行數(shù)據(jù)包傳遞的主機(jī)接口電路。協(xié)調(diào)器由用于與其它路由器進(jìn) 行無線通信的無線收發(fā)電路，用于與監(jiān)控終端進(jìn)行通信的主機(jī)接口電路，用于暫時(shí)存放接 到來自于其它路由器發(fā)送過來的溫濕度信息的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和一個(gè)微控制器組成。每個(gè)路 由器都包含一個(gè)電源(圖中未畫出)，為協(xié)調(diào)器中各個(gè)組成部件供電，電源采用非電池供電 方式，即采用電網(wǎng)供電。上述主機(jī)接口電路可根據(jù)監(jiān)控終端的配置并考慮成本及便利性，選 擇RS232串行接口或以太網(wǎng)接口等。監(jiān)控終端為一個(gè)具有顯示功能的計(jì)算機(jī)。該計(jì)算機(jī)主要實(shí)現(xiàn)三個(gè)功能第一，定時(shí) 或臨時(shí)根據(jù)操作人員指令從協(xié)調(diào)器中讀取溫濕度信息，并進(jìn)行顯示；第二，負(fù)責(zé)為整個(gè)無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器、路由器和測量節(jié)點(diǎn)之間建立以協(xié)調(diào)器作為根節(jié)點(diǎn)、以測量節(jié)點(diǎn)為 葉子節(jié)點(diǎn)的樹型關(guān)系，并將該關(guān)系表通過協(xié)調(diào)器采用廣播方式發(fā)送到每個(gè)路由器和測量節(jié) 點(diǎn)上，以便每個(gè)設(shè)備了解自己的父設(shè)備的地址值和子設(shè)備的地址值；第三，負(fù)責(zé)為無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器和路由器分配信標(biāo)時(shí)隙，以便協(xié)調(diào)器和路由器定時(shí)發(fā)送信標(biāo)幀，實(shí)現(xiàn)樹 型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的父子設(shè)備之間的同步。附圖5是本發(fā)明所述父子設(shè)備信標(biāo)幀之間的關(guān)系示意圖。為了便于說明，僅以測 量節(jié)點(diǎn)11、路由器7和路由器4為例。如附圖5所示，測量節(jié)點(diǎn)11存在兩個(gè)工作周期和工作 時(shí)間下半部分為灰色的時(shí)間框是工作時(shí)間，用于測量節(jié)點(diǎn)進(jìn)行溫濕度信息的采集，用上述 變量^rrte表示，它們之間的間隔稱為工作周期，用上述變量IsTlte表示，這兩個(gè)變量之間組 成一個(gè)(r/=￡，^Trfe)時(shí)間對(duì)；上半部分為灰色的時(shí)間框是工作時(shí)間，用于測量節(jié)點(diǎn)將信
7息發(fā)送給路由器7，用上述變量T/=表示，它們之間的間隔稱為工作周期，用上述變量7；""/ 表示，這兩個(gè)變量之間組成一個(gè)(Is=，時(shí)間對(duì)。上述兩個(gè)時(shí)間對(duì)之間是獨(dú)立的。路由器7存在兩個(gè)工作周期和工作時(shí)間下半部分為灰色的時(shí)間框是工作時(shí)間， 用于接收測量節(jié)點(diǎn)η發(fā)送過來的溫濕度信息，用上述變量表示，它們之間的間隔稱 為工作周期，用上述變量表示，這兩個(gè)變量之間組成一個(gè)(τ~，τ;τ)時(shí)間對(duì)； 上半部分為灰色的時(shí)間框是工作時(shí)間，用于將溫濕度信息發(fā)送給路由器4，用上述變量 ？；^表示，它們之間的間隔稱為工作周期，用上述變量^T/表示，這兩個(gè)變量之間組成一個(gè) (Τ二, Γ/，)時(shí)間對(duì)。上述兩個(gè)時(shí)間對(duì)之間是獨(dú)立的。路由器7的7ΓΓ)時(shí)間對(duì)必須與測量節(jié)點(diǎn)11的(？τ/，時(shí)間對(duì)相 對(duì)應(yīng)，這樣才能實(shí)現(xiàn)父子設(shè)備間的同步。同理，路由器7的(Γ/=，7Γ/)時(shí)間對(duì)必須與路由 器4的(Γ/:Γε，廠廣)時(shí)間對(duì)相對(duì)應(yīng)。下面結(jié)合附圖1和附圖5，以測量節(jié)點(diǎn)11將數(shù)據(jù)發(fā)送給路由器4為例，說明本發(fā)明 所提出的農(nóng)業(yè)大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)大棚溫濕度的監(jiān)測步驟1、監(jiān)控終端根據(jù)協(xié)調(diào)器、路由器和測量節(jié)點(diǎn)的實(shí)際分布情況，建立以協(xié)調(diào)器 作為根節(jié)點(diǎn)，測量節(jié)點(diǎn)為葉子節(jié)點(diǎn)的樹型關(guān)系。如圖1所示測量節(jié)點(diǎn)11、測量節(jié)點(diǎn)12和 測量節(jié)點(diǎn)13為路由器7的子節(jié)點(diǎn)；測量節(jié)點(diǎn)nl、測量節(jié)點(diǎn)n2和測量節(jié)點(diǎn)η3為路由器8的 子節(jié)點(diǎn)；路由器7為路由器4的子節(jié)點(diǎn)；路由器8為路由器6的子節(jié)點(diǎn)；路由器1、路由器2 和路由器3為協(xié)調(diào)器的子節(jié)點(diǎn)。步驟2、監(jiān)控終端將該樹型關(guān)系表通過協(xié)調(diào)器采用廣播方式發(fā)送給每一個(gè)路由器 和測量節(jié)點(diǎn)，以便每個(gè)路由器知道它的父設(shè)備和包含哪些子設(shè)備，以及每個(gè)測量節(jié)點(diǎn)知道 哪個(gè)路由器是它的父設(shè)備。步驟3、監(jiān)控終端為協(xié)調(diào)器、路由器和每個(gè)測量節(jié)點(diǎn)選擇選擇工作周期和工作時(shí) 間，并將這些信息發(fā)送給協(xié)調(diào)器、路由器和測量節(jié)點(diǎn)。協(xié)調(diào)器、路由器和測量節(jié)點(diǎn)接收到工 作周期和工作時(shí)間后，就按照這些時(shí)間進(jìn)行從睡眠到工作再到睡眠的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，并在工作 狀態(tài)完成相應(yīng)的任務(wù)。步驟4、在時(shí)刻1時(shí)，測量節(jié)點(diǎn)11從睡眠狀態(tài)進(jìn)入到工作狀態(tài)，測得周圍的溫度和 濕度信息后，暫時(shí)存放在自身的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中；在時(shí)刻1結(jié)束后，便進(jìn)入睡眠狀態(tài)；步驟5、在時(shí)刻3時(shí)，路由器7和測量節(jié)點(diǎn)11同時(shí)從睡眠狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)；測量 節(jié)點(diǎn)11在接收到路由器7發(fā)送給它的信標(biāo)幀后，將儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的數(shù)據(jù)包發(fā)送給 路由器7 ；在時(shí)刻3結(jié)束后，路由器7和測量節(jié)點(diǎn)11同時(shí)進(jìn)入睡眠狀態(tài)；步驟6、在時(shí)刻5時(shí)，路由器4和路由器7同時(shí)從睡眠狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)，路由器7 在接收到路由器4發(fā)送給它信標(biāo)幀后，將儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的數(shù)據(jù)包發(fā)送給路由器4 ； 在時(shí)刻5結(jié)束后，路由器7和路由器4同時(shí)進(jìn)入睡眠狀態(tài)；步驟7、在時(shí)刻7時(shí)，測量節(jié)點(diǎn)11從睡眠狀態(tài)進(jìn)入到工作狀態(tài)，測得周圍的溫度和 濕度信息后，暫時(shí)存放在自身的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中；在時(shí)刻7結(jié)束后，便進(jìn)入睡眠狀態(tài)；步驟8、在時(shí)刻13時(shí)，測量節(jié)點(diǎn)11從睡眠狀態(tài)進(jìn)入到工作狀態(tài)，測得周圍的溫度和 濕度信息后，暫時(shí)存放在自身的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中；在時(shí)刻13結(jié)束后，便進(jìn)入睡眠狀態(tài)；
步驟9、在時(shí)刻15時(shí)，路由器7和測量節(jié)點(diǎn)11同時(shí)從睡眠狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)；測 量節(jié)點(diǎn)11在接收到路由器7發(fā)送給它的信標(biāo)幀后，將儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的數(shù)據(jù)包發(fā)送 給路由器7 ；在時(shí)刻15結(jié)束后，路由器7和測量節(jié)點(diǎn)11同時(shí)進(jìn)入睡眠狀態(tài)；步驟10、在時(shí)刻19時(shí)，測量節(jié)點(diǎn)11從睡眠狀態(tài)進(jìn)入到工作狀態(tài)，測得周圍的溫度 和濕度信息后，暫時(shí)存放在自身的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中；在時(shí)刻19結(jié)束后，便進(jìn)入睡眠狀態(tài)；步驟11、在時(shí)刻25時(shí)，測量節(jié)點(diǎn)11從睡眠狀態(tài)進(jìn)入到工作狀態(tài)，測得周圍的溫度 和濕度信息后，暫時(shí)存放在自身的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中；在時(shí)刻25結(jié)束后，便進(jìn)入睡眠狀態(tài)；步驟12、在時(shí)刻27時(shí)，路由器7和測量節(jié)點(diǎn)11同時(shí)從睡眠狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)；測 量節(jié)點(diǎn)11在接收到路由器7發(fā)送給它的信標(biāo)幀后，將儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的數(shù)據(jù)包發(fā)送 給路由器7 ；在時(shí)刻27結(jié)束后，路由器7和測量節(jié)點(diǎn)11同時(shí)進(jìn)入睡眠狀態(tài)；步驟13、在時(shí)刻29時(shí)，路由器4和路由器7同時(shí)從睡眠狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)，路由 器7在接收到路由器4發(fā)送給它信標(biāo)幀后，將儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的數(shù)據(jù)包發(fā)送給路由 器4 ；在時(shí)刻29結(jié)束后，路由器7和路由器4同時(shí)進(jìn)入睡眠狀態(tài)；路由器4將接收到的數(shù)據(jù)包發(fā)送給協(xié)調(diào)器的過程可參考上述過程，此處不再贅 述。
權(quán)利要求
一種基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括測量節(jié)點(diǎn)、路由器、協(xié)調(diào)器及監(jiān)控終端；測量節(jié)點(diǎn)、路由器、協(xié)調(diào)器構(gòu)成樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)，并按照Zigbee樹型路由協(xié)議進(jìn)行無線通信；協(xié)調(diào)器與監(jiān)控終端之間通過有線形式連接并進(jìn)行通信。
2.如權(quán)利要求1所述基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述測量節(jié)點(diǎn)包括用于測量溫度和濕度信息的溫濕度傳感器，用于和路由器進(jìn)行無 線通信的無線收發(fā)電路，控制測量節(jié)點(diǎn)工作的微控制器，用于暫時(shí)存放測量所得的溫濕度 信息的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，以及提供各部分所需電能的電源；微控制器分別與溫濕度傳感器、數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)模塊、無線收發(fā)電路連接；所述路由器包括用于和測量節(jié)點(diǎn)、其它路由器、協(xié)調(diào)器進(jìn)行無線通信的無線收發(fā)電 路，控制路由器工作的微控制器，用于暫時(shí)存放接收到的來自于測量節(jié)點(diǎn)或其它路由器的 溫濕度信息的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，以及提供各部分所需電能的電源；微控制器分別與無線收發(fā) 電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊連接；所述協(xié)調(diào)器包括用于和路由器進(jìn)行無線通信的無線收發(fā)電路，控制協(xié)調(diào)器工作的微 控制器，用于暫時(shí)存放接收到的來自于路由器的溫濕度信息的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，用于和監(jiān)控 終端進(jìn)行有線通信的主機(jī)接口電路，以及提供各部分所需電能的電源；微控制器分別與主 機(jī)接口電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、無線收發(fā)電路連接。
3.如權(quán)利要求1或2所述基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于， 所述測量節(jié)點(diǎn)、路由器中的電源均為電池，協(xié)調(diào)器中的電源為電網(wǎng)供電。 一種基于權(quán)利要求1所述基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的溫濕度監(jiān) 測方法，其特征在于，包括以下各部分·1)測量節(jié)點(diǎn)·1.1測量節(jié)點(diǎn)每隔時(shí)間從睡眠狀態(tài)進(jìn)入到工作狀態(tài)后，采集一次周圍環(huán)境的溫濕 度信息，并將該信息存放到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中；從本次進(jìn)入工作狀態(tài)開始，經(jīng)歷TesT7te時(shí)間后 進(jìn)入睡眠狀態(tài)；·1.2測量節(jié)點(diǎn)每隔時(shí)間從睡眠狀態(tài)進(jìn)入到工作狀態(tài)，首先接收來自于父設(shè)備的信 標(biāo)幀，該信標(biāo)幀中包含其父設(shè)備本次工作的持續(xù)時(shí)間Td以及該父設(shè)備下次進(jìn)入到工作狀 態(tài)與本次進(jìn)入工作狀態(tài)的時(shí)間差Ts ；然后用信標(biāo)幀中的Td更新C7，用信標(biāo)幀中的Ts更新 ？；5 ;接著將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的溫濕度信息發(fā)送給父設(shè)備，發(fā)送成功后將該數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)模塊中刪除；從本次進(jìn)入工作狀態(tài)開始，經(jīng)歷Τ；="時(shí)間后進(jìn)入睡眠狀態(tài)；·2)路由器·2.1路由器每隔7；=-時(shí)間從睡眠狀態(tài)進(jìn)入到工作狀態(tài)，首先向其子設(shè)備發(fā)送信標(biāo)幀， 該信標(biāo)幀中包含路由器本次工作的持續(xù)時(shí)間Td以及該路由器下次進(jìn)入到工作狀態(tài)與本次 進(jìn)入工作狀態(tài)的時(shí)間差Ts，并用Td更新自身的，用Ts更新自身的；接著接收來自 其子設(shè)備發(fā)送過來的溫濕度信息，并將該信息存放到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中；從本次進(jìn)入工作狀 態(tài)開始，經(jīng)歷CrTve時(shí)間后進(jìn)入睡眠狀態(tài)；·2. 2路由器每隔時(shí)間從睡眠狀態(tài)進(jìn)入到工作狀態(tài)，首先接收來自于父設(shè)備的信標(biāo)幀；然后用信標(biāo)幀中的Td更新Γ/:"/，用信標(biāo)幀中的Ts更新；接著將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的溫 濕度信息發(fā)送給父設(shè)備，發(fā)送成功后將該數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中刪除；從本次進(jìn)入工作狀 態(tài)開始，經(jīng)歷廠"/時(shí)間后進(jìn)入睡眠狀態(tài)；3)協(xié)調(diào)器`3. ι協(xié)調(diào)器每隔時(shí)間從睡眠狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)，首先向其子設(shè)備廣播一個(gè)信標(biāo) 幀，該信標(biāo)幀中包含協(xié)調(diào)器本次工作的持續(xù)時(shí)間Td以及協(xié)調(diào)器下次進(jìn)入到工作狀態(tài)與本次 進(jìn)入工作狀態(tài)的時(shí)間差Ts，并用Td更新自身的:τ;7νβ，用Ts更新自身的；接著協(xié)調(diào)器接 收來自于其子設(shè)備的溫濕度信息數(shù)據(jù)包，并將接收到的數(shù)據(jù)包存放到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中；從 本次進(jìn)入工作狀態(tài)`開始，經(jīng)歷IrTre時(shí)間后進(jìn)入睡眠狀態(tài)；`3. 2協(xié)調(diào)器在任何時(shí)刻都可接收來自于監(jiān)控終端的命令，接收到命令后，協(xié)調(diào)器從睡眠 狀態(tài)進(jìn)入到工作狀態(tài)，并將溫濕度信息發(fā)送給監(jiān)控終端，然后將該數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中 刪除，重新進(jìn)入睡眠狀態(tài)；4)監(jiān)控終端監(jiān)控終端定時(shí)或根據(jù)指令從協(xié)調(diào)器中讀取最新的溫濕度信息并顯示；
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)及方法。該監(jiān)測系統(tǒng)包括測量節(jié)點(diǎn)、路由器、協(xié)調(diào)器及監(jiān)控終端；測量節(jié)點(diǎn)、路由器、協(xié)調(diào)器構(gòu)成樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)，并按照Zigbee樹型路由協(xié)議進(jìn)行無線通信；協(xié)調(diào)器與監(jiān)控終端之間通過有線形式連接并進(jìn)行通信。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于第一、采用樹型結(jié)構(gòu)的Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)，路由器可以直接采用樹型路由協(xié)議，消除了路由器因構(gòu)建路由器表帶來內(nèi)存的開銷，減少了路由器的成本；第二、測量節(jié)點(diǎn)和路由器采用電池供電，具有部署方便的特點(diǎn)；第三、采用信標(biāo)技術(shù)，路由器和測量節(jié)點(diǎn)大部分時(shí)間都處于睡眠狀態(tài)，大幅度減少了電池能量的開銷，延長了系統(tǒng)正常使用時(shí)間。
文檔編號(hào)H04W84/18GK101937611SQ201010249890
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月10日
發(fā)明者吳金嬌, 李振, 王東旭, 謝勝東 申請(qǐng)人:南京瀚之顯電子科技有限公司