CN101916104A - 一种基于手机短信的智能温室设备控制方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于手机短信的智能温室设备控制方法及其装置，无线传感器网络定期采集到温室中的环境因子数据后通过网关节点传送到监控中心，并存储在监控中心的环境因子数据库中，监控中心连接GSM网络通信模块，手机通过运营商的GSM网络向GSM网络通信模块发送查询指令和管理指令，由监控中心根据查询指令或管理指令进行查询和管理，并将环境因子数据或预警信息发送到手机中。本发明设计合理且使用操作简便，实用性强，适用范围广，性能可靠且控制关系合理、功能完善。

Description

一种基于手机短信的智能温室设备控制方法及其装置

技术领域

本发明涉及温室环境监控技术领域，尤其是涉及一种温室设备控制方法。

背景技术

温室是利用人工建筑的设施，通过可以调控的技术手段实施高产且高效的现代农业生产方式。它是一个改变植物生长的外部环境、为植物生长发育创造最佳条件，以及避免外界四季变化和恶劣气候对其生长发育产生影响的场所。20世纪90年代，是我国温室工程的快速发展时期。日光温室是我国改革开放后大面积快速发展起来的设施农业，现已成为农业产业结构调整的重要内容。温室环境自动控制和温室灌溉自动控制已经逐渐成为温室建设的基本配置，温室管理向人工智能化方向发展。计算机智能化温室综合环境控制系统开始普及，现在世界上发达国家的温室生产，温室内环境的调节与控制已由一般的机械化发展为由计算机控制，实现光照、温度、湿度、气体等因素的自动化监控，一些国家在实现自动化的基础上正向完全自动化、无人化的方向发展。温室环境控制朝着基于作物生长模型、温室综合环境因子分析模型和农业专家系统的温室信息自动采集及智能控制趋势发展。

随着计算机网络技术的发展，在远离温室现场的场合，可以利用网络对温室进行远程智能控制，利用网络进行高效率管理，实现分布控制功能，节省人力。温室环境远程智能控制系统在结构上主要由远程控制器、Internet网络、现场监视器、智能控制软件、模数转换卡、传器模块、输出及驱动装置几大部分组成。目前，主要的设备控制方式是终端控制方式，即由管理员在监控终端(主要是通过有线或无线方式与网关节点相连的pc机)发送控制命令，控制温室大棚中滴灌、风扇、电炉等设备。这种控制方式在发达国家很普遍，但是不适合我国国情。在我国大部分农村，个人电脑还不普及，大部分人不能自如的运用计算机和Internet网络。

发明内容

为了克服现有技术需要PC终端，不利于在农村推广的不足，本发明利用基于无线传感器网络的温室监控系统，提供一种基于手机短信的智能温室设备控制方法，其设计合理、使用操作方便且实用性强，能实现方便农民随时随地了解温室环境，适时、方便且快捷地控制温室设备并改善温室环境的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤一、用户使用手机按照定义的指令格式编辑短信，通过GSM网络向监控中心发送查询环境因子短信息或预警条件管理短信息。查询环境因子短信息格式为“查询指令？+查询对象代码+环境因子类型代码”，预警条件管理短信息格式为“预警指令！+管理指令”。短消息按照PDU编码规则编码后发送；

步骤二、监控中心通过短信收发模块接收短信息后，进行分析和处理，其分析处理过程如下：

第一步、依据PDU解码规则对所读取短信息进行解码；

第二步、对已被解码的短信息进行分析，根据第一个字符判断用户的操作意向。第一个字符为“？”，则用户的操作意向为查询环境因子；第一个字符为“！”，则用户的操作意向为预警条件管理；

第三步、当用户的操作意向为查询环境因子时，根据短信息格式解析出用户所要查询的对象以及环境因子类型，查询对应对象的实时环境因子数据(如温度、湿度、光照、CO₂浓度、土壤水份、土壤温度)，并将所查询的数据通过GSM网络通信模块向用户手机发送反馈短信；

当用户的操作意向为预警条件管理时，根据管理指令判断用户管理操作意向(可以设定“CX”表示查询，“TJ”表示添加，“XG”表示修改，“SC”表示删除)，根据用户操作意向相应在预警信息表中操作(包括查询、添加、修改和删除)对应的预警信息(如温度预警、土壤水分预警和CO2浓度预警)，同时向用户手机发送预警信息设置是否成功的反馈短信。无线传感器网络定期采集实时环境因子数据，上报到监控中心，并存储在环境因子数据库中，监控中心将上报数据与预警信息表中的预警信息进行匹配，判断是否达到阈值，当达到阈值时，向用户手机发送预警短信；

步骤三、用户手机接收到对应的反馈短信或预警短信后，用户根据短信内容，通过GSM网络发送设备控制短信息；同理，监控中心读取发送而来的设备控制短信息后，判断用户的操作意向，解析出用户所要控制的设备位置、设备类型以及控制参数，向被控制设备发送控制指令。

步骤一中所述的预警条件管理短信息管理指令分为查询、添加、修改和删除预警四种指令格式；

步骤二中第一步中所述的对所读取短信息进行解码后，相应将当前所解码短信息的相关需记忆信息存入短信息记录表中，所述相关需记忆信息包括发送短信息的手机号、发送日期以及短信息内容。

步骤二中第三步中所述查询对应的实时环境因子数据时，查询命令通过监控中心下发到网关节点，再进一步通过网关节点发布到无线传感器网络；同理，无线传感器网络采集的实时监测数据沿相反的方向上送至监控中心。

本发明还提供了一种基于手机短信的智能温室设备控制装置，包括手机、GSM网络通信模块、监控中心、网关节点和无线传感器网络。无线传感器网络定期采集到温室中的环境因子数据后通过网关节点传送到监控中心，并存储在监控中心的环境因子数据库中，监控中心连接GSM网络通信模块，手机通过运营商的GSM网络向GSM网络通信模块发送查询指令和管理指令，由监控中心根据查询指令或管理指令进行查询和管理，并将环境因子数据或预警信息发送到手机中。

本发明的有益效果是：1、设计合理且使用操作简便，相对于现有的温室设备控制方式，本发明具有更方便、更快捷的特点，短信收发更容易操作，非常适用于手机基本普及，而计算机应用尚不普遍的中国农业、农村现状。2、实用性强，由于适宜的环境参数值范围(大气温、湿度，土壤温、湿度，二氧化碳浓度)能够促进作物健康成长，但当某一个参数值超过某一临界值就会危及作物的生长，因而所有温室大棚用户均需要能及时了解温室环境状况，并能随时接受异常信息并做出相应的控制操作，本发明使用GSM网络发送控制命令，实现远程、随时随地控制大棚中的滴灌、电炉、风扇等设备，最终达到改变温室内部环境，促进作物生长的目的；同时，本发明还提供了设置预警条件、查询温室环境参数以及短信预警功能，因而随着短信设备控制而带来的短信查询、短信预警等附加功能进一步方便农民随时随地了解温室环境，并相应对合理控制温室设备。3、适用范围广，能推广应用到日常生活、农业生产以及工业生产技术领域中，具有很高的推广利用价值和经济价值。4、性能可靠且控制关系合理、功能完善。综上所述，本发明设计合理、使用操作方便且实用性强，能实现方便农民随时随地了解温室环境，适时、方便且快捷地控制温室设备并改善温室环境的目的。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1为本发明所用基于无线传感器网络的温室监控系统的原理框图。

图2为本发明的控制流程图。

图中，1-手机；2-GSM网络通信模块；3-监控中心；4-无线传感器网络；5-环境因子数据库；6-网关节点。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明所述的基于手机短信的智能温室设备控制方法，包括以下步骤：

步骤一、用户使用随身携带手机1通过GSM网络向插装有SIM卡的GSM网络通信模块2发送查询环境因子短信息或预警条件管理短信息，GSM网络通信模块2接收到手机1发送而来的短信息并将其存放入SIM卡内。所述SIM卡具体为中国移动SIM卡。所述GSM网络通信模块2为TC35模块。

所述查询环境因子短信息的发送格式为“查询指令？+查询对象+环境因子类型”。所述预警条件管理短信息分为查询、添加、修改和删除预警四种管理指令，其中查询预警短信息的发送格式为“预警指令！+查询指令+查询对象+环境因子类型”，添加预警短信息的发送格式为“预警指令！+添加指令+预警对象+环境因子类型+逻辑符号+阈值+预警方法”，修改预警短信息的发送格式为“预警指令！+修改指令+预警对象+环境因子类型+逻辑符号+阈值+预警方法”，删除预警短信息的发送格式为“预警指令！+删除指令+预警对象+环境因子类型+逻辑符号+阈值+预警方法”，所述预警方法包括短信预警和系统用户或其他有权限用户的短信界面预警两种方法。其中，逻辑符号有“＞”和“＜”两种。

本实施例中，所述查询环境因子短信息的发送格式为“？查询对象#环境因子类型”。所述查询预警短信息的发送格式为“！CX#查询对象#环境因子类型”，添加预警短信息的发送格式为“！TJ#预警对象#环境因子类型#逻辑符号#阈值#预警方法”，修改预警短信息的发送格式为“！XG#预警对象#环境因子类型#逻辑符号#阈值#预警方法”，删除预警短信息的发送格式为“！SC#预警对象#环境因子类型#逻辑符号#阈值#预警方法”。

步骤二、与GSM网络通信模块2相接的监控中心3，通过其短信收发模块定时读取GSM网络通信模块2所接收的短信息并进一步进行分析处理，其分析处理过程如下：

第一步、依据PDU解码规则对所读取短信息进行解码。

本步中监控中心3对所读取短信息进行解码后，相应将当前所解码短信息的相关需记忆信息存入短信息记录表中，所述相关需记忆信息包括发送短信息的手机号、发送日期以及短信息内容。

第二步、调用短信息解析函数对已被解码的短信息进行解析，判断用户的操作意向为查询环境因子或预警条件管理。

本实施例中，监控中心3调用短信息解析函数先对所接收短信息的第一个字节进行分析，当第一个字节为“？”时，为查询环境因子短信息，当第一个字节为“！”时，为预警条件管理短信息。

其中，所述TC35模块具体通过USB口与监控中心3相接。

第三步、当判断得出用户的操作意向为查询环境因子时，通过短信息解析函数进行进一步解析，判断用户所要查询的对象以及环境因子类型；同时，调用与无线传感器网络4进行双向通信的环境因子数据查询模块，查询对应所需查询的实时环境因子数据，并通过所述短信收发模块调用短信处理函数和短信发送函数，相应将所查询数据封装且经编码后通过GSM网络通信模块2向手机1发送反馈短信。

所述调用环境因子数据查询模块查询对应所需查询的实时环境因子数据时，调用环境因子数据查询模块的查询命令通过配置在监控中心3上的通信服务器下发到网关节点6，再进一步通过设置在网关节点6的路由传至对应的无线传感器网络4；同理，无线传感器网络4将实时监测数据沿相反的方向上送至监控中心3。

本实施例中，当判断出用户的操作意向为查询环境因子时，监控中心3通过调用短信息解析函数对所发送短信息的第一个字节之后的其他字段进行进一步解析，判断用户所要查询的对象即具体为哪个温室大棚以及环境因子类型，再通过调用环境因子数据查询模块查询并提取对应无线传感器网络4的实时监测数据。

当判断得出用户的操作意向为预警条件管理时，通过短信息解析函数进行进一步解析，具体判断用户的操作意向为查询、添加、修改或删除预警信息，并进一步解析出预警信息的具体内容；同时，调用预警信息管理模块对预警信息表进行更新，具体是相应在预警信息表中查询、添加、修改或删除对应的预警信息，监控中心3通过调用所述短信发送函数同步向手机1发送预警信息设置成功与否的反馈短信；之后，监控中心3定时监测无线传感器网络4采集的实时环境因子数据值，并与更新后的预警信息内容进行匹配判断是否达到阈值，当达到阈值时，通过所述短信收发模块调用短信处理函数和短信发送函数，将预警信息封装且经编码后通过GSM网络通信模块2向手机1发送预警短信。

同理，本实施例中，当判断出用户的操作意向为预警条件管理时，则监控中心3通过调用短信息解析函数对所发送短信息的第二和第三个字节进行进一步解析，当第二和第三个字节为“CX”时，则为查询预警短信息；当第二和第三个字节为“TJ”时，则为添加预警短信息；当第二和第三个字节为“XG”时，则为修改预警短信息；当第二和第三个字节为“SC”时，则为删除预警短信息。

当判断出所发送短信息为查询预警短信息时，则与查询环境因子短信息的处理相同，监控中心3通过短信息解析函数对第三个字节之后的字段进行进一步解析，判断用户所要查询的对象以及环境因子类型；同时，调用与无线传感器网络4进行双向通信的环境因子数据查询模块，查询对应所需查询的实时环境因子数据，并通过所述短信收发模块调用短信处理函数和短信发送函数，相应将所查询数据封装且经编码后通过GSM网络通信模块2向手机1发送反馈短信。

当判断出所发送短信息为添加、修改或删除预警短信息时，监控中心3通过短信息解析函数对第三个字节之后的字段(具体为预警对象+环境因子类型+逻辑符号+阈值+预警方法四个字符段)进行进一步解析，并利用进一步解析内容重新配置预警信息表，即调用预警信息管理模块对预警信息表进行更新，具体是相应在预警信息表中查询、添加、修改或删除对应的预警信息。所述监控中心3通过调用所述短信发送函数同步向手机1发送预警信息设置成功与否的反馈短信

本步中所述的无线传感器网络4可采集温室内部的大气温度、大气湿度、土壤温度、土壤湿度、二氧化碳浓度和光照强度六种环境因子。

步骤三、手机1接收到对应的反馈短信或预警短信后，用户根据具体需要，可通过GSM网络发送设备控制短信息。同理，监控中心3读取发送而来的设备控制短信息后依次经解码和解析后，判断用户的操作意向，具体是用户所要控制的设备位置、设备类型以及控制参数；之后，监控中心3根据解析出的设备控制短信息内容相应向被控制设备发送控制指令。所述设备控制短信息的发送格式为“控制指令+设备位置+设备类型+控制参数”。其中设备类型指明要启动的温室设备，如滴灌、电扇、电炉等。

本实施例中，所述设备控制短信息的发送格式为“@#设备位置#设备类型#控制参数”。

下面以一具体应用实例对本发明的具体应用进行详细说明，本例中，一农户甲拥有逻辑名称为新天地番茄的大棚，大棚内装有分别对温室即大棚内的大气温度、大气湿度、土壤温度、土壤湿度、二氧化碳浓度以及光照强度六种环境因子数据进行监测的无线传感器网络。由于农户甲目前正在外地旅游，他想了解当前大棚内温度，因而通过随身携带手机1编辑短信息如下：“？新天地番茄#温度”(或者“？新天地番茄#六种类型环境因子数据值”)。之后，他所编辑的上述短信息通过GSM网络发送到短信模块TC35；监控中心3上的短信收发模块通过短信接受程序定时读串口读取所接收的新信息，并依据PDU解码规则对短信息进行解码，并存入短信息记录表中；监控中心3再调用短信解析函数对短信息的内容进行进一步解析，判断用户的操作意向。当判断出农户甲要查询新天地番茄温度时，调用环境因子数据查询模块向无线传感器网络4查询实时环境因子数据，同时监控中心3将所查询的实时监测数据经封装和编码后，通过GSM网络通信模块2向手机1发送反馈短信。农户甲收到短信后，若觉得对于番茄来说，此温度稍低，再相应发送设备控制短信息：“@新天地番茄#电炉#2分钟”，即通过监控中心3向温室中的电炉发送控制命令，打开温室中的电炉加热两分钟(根据具体应用可以是其它形势的参数，如加热到几度等)。同理，所述控制命令按照查询的过程下发到温室中的控制设备上，具体是通过配置在监控中心3上的通信服务器下发到各控制设备上，此控制设备即电炉打开并按设定时间进行动作或按设定要求升高温室的温度。

若实际应用过程中，当农户甲比较繁忙而无暇时时查询温室状况信息时，他就依据其经验和目前的季节和天气情况，设置某一个(或几个)环境因子的阈值，如：“！TJ新天地番茄#温度#＞#30#短息预警”，上述预警条件管理短信息与查询环境因子短信息的发送和解析过程相同，通过GSM网络通信模块2向监控中心3发送短信息后，监控中心3通过调用所述短信发送函数同步向手机1发送预警信息设置成功与否的反馈短信。预警信息设置成功后，当温室中的温度达到＞＝30度时，则监控中心3会通过通知网络通信模块2发送短信通知用户。具体是：监控中心3定时监测环境因子数据库5反馈的对应实时环境因子数据值，并针对农户甲已设定预警信息表中的每一条预警信息进行匹配判断看是否达到阈值，监控中心3如果发现新天地番茄的温度值大于30度，立即调用短信发送函数向农户甲的手机1上发送预警短信。农户甲在得到预警信息后可立即发送设备控制短息，打开温室中的电扇。综上，用户可随时随地添加、修改或删除预警信息。系统会根据监测值和预警值的差额以不同的频率(一天一次或一小时一次)向用户发送预警信息。

综上所述，本发明采用西门子TC35GPRS无线模块，模块内插入中国移动SIM卡，可接受用户短信。TC35模块通过USB口和监控中心3相连，通过监控中心3上的软件系统完成短信息的读取、分析、以及发送控制命令到下端即温室内部的控制设备。同时，短信收发模块会根据短信内容进行不同操作，调用环境因子数据管理模块查询实时环境因子数据，向预警信息表中添加预警信息，接受预警管理模块的调用，发送实时预警信息。

Claims (5)

1.一种基于手机短信的智能温室设备控制方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤一、用户使用手机按照定义的指令格式编辑短信，通过GSM网络向监控中心发送查询环境因子短信息或预警条件管理短信息；查询环境因子短信息格式为“查询指令？+查询对象代码+环境因子类型代码”，预警条件管理短信息格式为“预警指令！+管理指令”；短消息按照PDU编码规则编码后发送；

步骤二、监控中心通过短信收发模块接收短信息后，进行分析和处理，其分析处理过程如下：

第一步、依据PDU解码规则对所读取短信息进行解码；

第二步、对已被解码的短信息进行分析，根据第一个字符判断用户的操作意向；第一个字符为“？”，则用户的操作意向为查询环境因子；第一个字符为“！”，则用户的操作意向为预警条件管理；

第三步、当用户的操作意向为查询环境因子时，根据短信息格式解析出用户所要查询的对象以及环境因子类型，查询对应对象的实时环境因子数据(如温度、湿度、光照、CO₂浓度、土壤水份、土壤温度)，并将所查询的数据通过GSM网络通信模块向用户手机发送反馈短信；

当用户的操作意向为预警条件管理时，根据管理指令判断用户管理操作意向，根据用户操作意向相应在预警信息表中操作对应的预警信息，同时向用户手机发送预警信息设置是否成功的反馈短信；无线传感器网络定期采集实时环境因子数据，上报到监控中心，并存储在环境因子数据库中，监控中心将上报数据与预警信息表中的预警信息进行匹配，判断是否达到阈值，当达到阈值时，向用户手机发送预警短信；

步骤三、用户手机接收到对应的反馈短信或预警短信后，用户根据短信内容，通过GSM网络发送设备控制短信息；同理，监控中心读取发送而来的设备控制短信息后，判断用户的操作意向，解析出用户所要控制的设备位置、设备类型以及控制参数，向被控制设备发送控制指令。

2.根据权利要求1所述的基于手机短信的智能温室设备控制方法，其特征在于：步骤一中所述的预警条件管理短信息管理指令分为查询、添加、修改和删除预警四种指令格式。

3.根据权利要求1所述的基于手机短信的智能温室设备控制方法，其特征在于：步骤二中第一步中所述的对所读取短信息进行解码后，相应将当前所解码短信息的相关需记忆信息存入短信息记录表中，所述相关需记忆信息包括发送短信息的手机号、发送日期以及短信息内容。

4.根据权利要求1所述的基于手机短信的智能温室设备控制方法，其特征在于：步骤二中第三步中所述查询对应的实时环境因子数据时，查询命令通过监控中心下发到网关节点，再进一步通过网关节点发布到无线传感器网络；同理，无线传感器网络采集的实时监测数据沿相反的方向上送至监控中心。

5.一种实现权利要求1所述一种基于手机短信的智能温室设备控制方法的装置，包括手机、GSM网络通信模块、监控中心、网关节点和无线传感器网络，其特征在于：无线传感器网络定期采集到温室中的环境因子数据后通过网关节点传送到监控中心，并存储在监控中心的环境因子数据库中，监控中心连接GSM网络通信模块，手机通过运营商的GSM网络向GSM网络通信模块发送查询指令和管理指令，由监控中心根据查询指令或管理指令进行查询和管理，并将环境因子数据或预警信息发送到手机中。

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