CN101769767A - 蔬菜大棚监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种监测系统，尤其是蔬菜大棚监测系统。其特征在于，包括温度、湿度传感器组、节点模块、基站模块和WEB发布模块。本发明蔬菜大棚监测系统是基于无线传感器网络和移动通讯平台研制的农业生态环境监测系统，可以较好的解决农民需要全天候的待在大棚内监测温、湿度的困难。放置在公共活动区域的液晶屏显示系统可实时显示用户设置的时间间隔内大棚内外和土壤环境参数。在环境参数超过用户设置的范围时，系统可通过短信的方式对用户进行报警。同时用户可利用手机短信获取大棚内实时的温、湿度或是登陆Internet浏览网页查看。

Description

蔬菜大棚监测系统

技术领域

本发明涉及一种监测系统，尤其是蔬菜大棚监测系统。

背景技术

“冬暖式”大棚种植蔬菜一经出现，便被广大蔬菜种植者所接受，现已成为种植蔬菜的公知方法。悉知的蔬菜大棚需要每天有专人监护，以便及时掌握蔬菜的生长情况和大棚内气温，湿度等信息的变化，在一定程度上造成了人力的浪费。一种高科技的可实现无人监管的蔬菜大棚监测系统成为目前重要的开发课题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以解决上述问题的蔬菜大棚监测系统。

本发明采用如下技术方案：一种蔬菜大棚监测系统，其特征在于，包括温度、湿度传感器组、节点模块、基站模块和WEB发布模块。

温度、湿度传感器组与节点相连。温度、湿度传感器组采用的数字传感器，可与节点的信号采集板上预留的接口相连

节点模块由数据采集节点由2.4G无线收发模块、中央处理器CPU、数据采集通道组成。

基站模块是整个系统的核心，由中央处理器CPU、GPRS远程通信模块、2.4G无线收发模块、彩色液晶显示组成。

WEB发布模块可以安装在任何具有固定IP接有GPRS接收模块的计算机内。

所述的节点模块其系统的数据采集通道J1-J8提供了多路4～20mA的模拟信号标准接口，多种数据信号接口(包括232接口，485接口，SPI接口，以及可定制的串行IO)。扩展接口是为了方便加接传感器时预留的电源扩展口。

所述的2.4G无线收发模块用于实现与基站之间的数据交换，与基站之间组成无线数据采集内网。

所述的2.4G无线收发模块，中央处理器CPU集成为JN5139。如果此模块作为接收模块应用，那么RS232③与基站相连接。位于节点CPU中的嵌入式操作系统将所有事务分成4个任务来处理：

任务1.定时(10us以上，可设定)对所有模拟通道进行A/D转化，再将转化的数字量进行换算得到真实值。

任务2.定时(0.1ms以上，可设定)对所有数据通道进行一次通信得到数据传感器的采样数据。

任务3.定时(1分钟以上，可设定)将采集到的数据打包通过2.4无线收发模块传送到基站。

任务4.等待基站更新配置信息，根据配置信息设定各个传感器的开关状态以及采集时间间隔等。完成一次任务后进入休眠状态。

所述的基站模块中央处理器CPU内嵌嵌入式操作系统OS，在操作系统的调度下，对硬件进行控制以完成相关操作。嵌入式操作系统OS将所有事务分成4个任务来处理：

任务1.定时(10us以上，可设定)对所有模拟通道进行A/D转化，再将转化的数字量进行换算得到真实值。

任务2.定时(0.1ms以上，可设定)对所有数据通道进行一次通信得到数据传感器的采样数据。

任务3.定时(1分钟以上，可设定)将采集到的数据打包通过GPRS模块传送到远程INTERNET服务器上。

任务4.等待GSM接收短信息并对信息内容进行解析。通过解析出的命令来设定系统的工作方式或执行相应动作。

本发明蔬菜大棚监测系统是基于无线传感器网络和移动通讯平台研制的农业生态环境监测系统.可以较好的解决农民需要全天候的待在大棚内监测温、湿度的困难.放置在公共活动区域的液晶屏显示系统可实时显示用户设置的时间间隔内大棚内外和土壤环境参数.在环境参数超过用户设置的范围时(湿度过大或温度过高)，系统可通过短信的方式对用户进行报警.同时用户可利用手机短信获取大棚内实时的温、湿度(本系统为中科GG发至手记号)或是登陆Internet浏览网页查看.

附图说明

图1是本发明原理结构示意图；

图2为本发明节点模块系统结构图；

图3为本发明节点模块电子电路图；

图4为本发明基站模块的原理结构示意图；

图5为本发明基站模块的电子电路图。

本发明的目的、功能及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

参考图1-5所示，本发明的具体实施步骤为：温度、湿度传感器组和节点模块是安置在大棚内的，基站模块可放置大棚群外的公共区域，这里有个10寸左右的液晶显示屏幕对当前的大棚内外的温度湿度和土壤的湿度进行实时的显示。目前节点与基站的距离最远的实验距离可达到2公里左右。WEB发布模块可以安装在任何有固定IP的计算机内。

本系统采用了两种网络通讯形式，一种是由节点和基站之间通过802.15.4协议形成的无线网络。另一个是基站的GPRS发射模块与WEB发布端GPRS接收模块形成的中国移动的GPRS网络。

节点模块上的传感器组一直处于等待状态，当2.4G无线收发模块收到基站发来的需要温度湿度信息的信号后，传感器组开始工作采集相应的温度湿度，并以数字信号的形式发给JN5139中CPU。中央处理器将采集数据打包通过2.4G无线收发模块传送至基站。

基站模块的OS内包含有一个定时器(一段程式)，会定时(这个时间可以根据用户的需要修改程式获得)通过串口给2.4G无线收发模块一个传输当前温度和湿度的命令，收发模块将此命令传给节点的收发模块后，就处于等待状态。收到节点传来的当前温度湿度后会把液晶显示屏上的数值刷新，显示最新的数值。同时OS对这些数据按照TCP/IP协议栈进行打包处理后，经过一定的时间间隔后发给GPRS模块，经由中国移动网到达接收GPRS模块，在这里会进行相反的操作，将数据包拆解。交给WEB发布模块。同时基站还设计有键盘可以对基站的工作进行设置，比方说手动设置节点采集的时间间隔，GPRS的传输间隔，GPRS的卡号，尤其是其中对于蔬菜大棚内的温度湿度进行报警的设置，可以设置报警的温度湿度，报警短信的接收手机号等等。液晶显示屏的状态也可以进行相应的设置。

短消息发送命令格式：密码+命令+参数。例如：获取当前采样数据：中科(密码)G(命令)(参数无)设定定时发送数据时间间隔：中科(密码)ST(命令)10(参数定时时间)这所有的项(密码，命令，参数)都可以根据实际需要进行定制，也可以根据实际需求对其功能进行添加，删除。

短信的功能实现如下所述：在OS中，系统定义的数据格式为：密码+命令字+参数，这里设置密码是为了屏蔽垃圾短信，凡是字段中没有密码的，经OS判断后会立即被抛弃，合格的数据进入OS后，OS会通过命令字来判断用户需要进行怎样的操作，如果解析出来的是G那么就是要获得当前的数据，OS会给无线收发模块一个命令要求节点给出当前节点数据，等到接到数据后，按照TCP/IP协议栈打包后发给GSM模块，经由中国移动网发到用户手机上。如果解析出的命令字是ST，那么OS会继续向后询问，在获得后面的参数后再进行前面的操作。其余的处理类似。

WEB发布模块可以安装在任何具有固定IP的计算机内，这里还需要涉及的硬件包括一个GPRS接收模块和计算机PC。GPRS接收模块是用来协助实现数据发布显示的通讯设备。用户在远端计算机上接上接收模块后，运行PC机上的接收后台程式，这个后台程式是与WEB端对应的。主要负责从串口设备中或者并且解析数据。经过解析的数据将被存放在SQL数据库中。PC机通过串口接收到来自GPRS的采集数据(设置串口的“端口”，“波特率”，“奇偶效验”与接收模块一致)。当用户点击“打开端口”时，系统将获取用户设置的串口相关属性，实现与串口设备连接，设备如果就绪，“GPRS状态”将以草绿色字体显示“在线”，程式接收到数据之后，将数据写入数据库。以备WEB程式使用。如果设备出现异常，无法连接到PC机，则给出对应的提示。″最新数据显示″可以实时显示数据库中的最新数据。根据″开始时间″和″结束时间″可以查询所有这个时间段的数据，并且以分页的形式显示在数据表格中。

接收后台程式具体的数据解析方法为：

使用一个1024位的BYTE数组，通过线程开始一个写入流，将从串口中的数据写入这个数组中，当写到这个数组的末尾(第1024位)的时候，再从第一位开始写，新写的数据将覆盖掉原来的数据。这个线程开始的同时，系统还将创建另外一个线程，这个线程负责从这个BYTE数组中读取传过来的数据。当读到最后一位(第1024位)的时候，再从第一位开始读。同时系统还要确定这两个线程不能碰头，(例：写入流写到300位的时候，读取流读的位置不能超过它，否则将引发异常，或者读取到空数据)快要碰头的时候将会使对应的线程休眠一会。以确保程序的正常运行。这样通过一系列的判断操作，解析出对应的数据，然后转换成十进制数据写入数据库中。

软件方面本系统采用Microsoft今年3月份推出的最新MVC框架结合工厂模式和三层架构开发而成。功能主要分为两部分：前台功能和后台功能。

前台主要功能：

登陆：用户等级分为三等，权限最高的为管理员，可以对一切数据进行操作。其次是会员，登陆以后可以对数据经行下载，最后的是游客，可以进入系统查看数据，但是不能下载。(默认登陆为游客)

数据显示：采用数据表格(DataTable1)分页显示数据库中的数据，并以倒叙的方式显示出来。

实时数据显示：页面每1分钟(这个时间管理员可以通过Web.config文件更改)刷新一次，并在另一个数据表中(DataTable2)中显示数据库中的最新数据。

查询：有个接连下拉，站点下拉和节点下拉。当站点下拉的选择改变时，节点下拉中的数据会因为站点下拉中选择的值改变而重新访问数据得到对应站点中包含的节点，再显示在节点下拉中，用户可以通过需要选择站点和对应的节点，再根据开始时间和结束时间查询用户想要查看的数据。(即：用户可以通过选择站点和节点查找数据库中某一时间段的所有数据)

后台主要功能：

管理员用于站点和节点还有用户信息的增、删、查、改操作。此后台程序也是在Web中实现的，用户输入管理员账号并选择登陆管理员系统后系统将登陆此后台管理系统。管理员对系统的操作将不受地理位置限制。

该模块在安全性上的考虑：

考虑到安全性和稳定性，此系统尽量减少用户输入，而让用户选择，唯一需要用户输入的时间也做了一个日期控件。免除了用户对日期格式的限制。从而让程序更加人性化。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种蔬菜大棚监测系统，其特征在于，包括温度、湿度传感器组、节点模块、基站模块和WEB发布模块。

温度、湿度传感器组与节点相连。温度、湿度传感器组采用的数字传感器，可与节点的信号采集板上预留的接口相连

节点模块由2.4G无线收发模块、中央处理器CPU、数据采集通道组成。

基站模块是整个系统的核心，由中央处理器CPU、GPRS远程通信模块、2.4G无线收发模块、彩色液晶显示组成。

WEB发布模块可以安装在任何具有固定IP接有GPRS接收模块的计算机内。

2.如权利要求1所述的蔬菜大棚监测系统，其特征在于：所述的节点模块其系统的数据采集通道J1-J7提供了多路4～20mA的模拟信号标准接口，多种数据信号接口(包括232接口，485接口，SPI接口，以及可定制的串行IO)。扩展接口是为了方便加接传感器时预留的电源扩展口。

3.如权利要求1或2所述的蔬菜大棚监测系统，其特征在于：所述的2.4G无线收发模块用于实现与基站之间的数据交换，与基站之间组成无线数据采集内网。

4.如权利要求1或2或3所述的蔬菜大棚监测系统，其特征在于：所述的2.4G无线收发模块，中央处理器CPU集成为JN5139。如果此模块作为接收模块应用，那么RS232③与基站相连接。位于节点CPU中的嵌入式操作系统将所有事务分成4个任务来处理：

任务1.定时(10us以上，可设定)对所有模拟通道进行A/D转化，再将转化的数字量进行换算得到真实值。

任务2.定时(0.1ms以上，可设定)对所有数据通道进行一次通信得到数据传感器的采样数据。

任务3.定时(1分钟以上，可设定)将采集到的数据打包通过2.4G无线收发模块传送到基站。

任务等待基站更新配置信息，根据配置信息设定各个传感器的开关状态以及采集时间间隔等。完成一次任务后进入休眠状态。

5.如权利要求1所述的蔬菜大棚监测系统，其特征在于：所述的基站模块中央处理器CPU内嵌嵌入式操作系统OS，在操作系统的调度下，对硬件进行控制以完成相关操作。嵌入式操作系统OS将所有事务分成4个任务来处理：

任务1.定时(10us以上，可设定)对所有模拟通道进行A/D转化，再将转化的数字量进行换算得到真实值。

任务2.定时(0.1ms以上，可设定)对所有数据通道进行一次通信得到数据传感器的采样数据。

任务3.定时(1分钟以上，可设定)将采集到的数据打包通过GPRS模块传送到远程INTERNET服务器上。

任务4.等待GSM接收短信息并对信息内容进行解析。通过解析出的命令来设定系统的工作方式或执行相应动作。

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