CN103309378A - 一种手机远程实时监控大棚环境因子的多功能无线装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手机远程实时监控大棚环境因子的多功能无线系统，包括无线装置、无线网关模块、PC机和Android手机。无线装置包括温湿度传感器、光照传感器、土壤湿度传感器、烟雾传感器、人体热红外传感器、传感器节点、摄像头、LCD显示屏、蜂鸣器和供电电池组。以上各种传感器获得的信息及图像都会经由CC2530无线传输模块进行数据传输，并显示在传感器节点的LCD显示屏上。装置的传感器网关部分可通过USB连接计算机，通过计算机对传感节点所获得数据的处理，利用Internet可将数据发送至Android手机客户端，让用户随时随地掌握大棚的温湿度、光照等信息。本发明是一种可以帮助用户实时监控大棚内多种信息的装置，让大棚的管理变得更加的方便科学，有很好的利用前景。

Description

一种手机远程实时监控大棚环境因子的多功能无线装置

技术领域

本发明公开了一种手机远程实时监控大棚环境因子的多功能无线装置，其中涉及无线传感器检测技术和数据信息处理、互联网数据传输、Android技术运用领域。

背景技术

当前，随着社会经济的迅速发展，对非时令季节花卉、蔬果的需求量越来越大，这样就对温室大棚的需求与日剧增。温室内的环境状况可以说直接影响农作物生长的好坏，因此大棚中的温湿度、土壤湿度和作物的生长情况等信息是否能够实时的掌握在手中就显得尤为重要。传统农业大棚多通过人工方式采集农作物生长环境的空气温湿度和土壤水分等参数，难以保证数据的有效性和实时性。而采用以有线网络的监控装置，由于易受到地理环境、布线繁琐等因素的影响，其维修、更新的费用和难度都较大，给广大用户带来一定的不便，故推广意义不大。

目前无线传感网络(WSN) 作为一种全新的信息获取平台，能够实时监测和采集网络分布区域内的各种检测对象的信息，并将信息发送到网关节点，具有快速展开、抗毁性强等特点。Zigbee技术作为一种无线传输方式具有低能耗，低成本，网络容量大，灵活性强等特点，且Zigbee技术支持自动动态组网、自主路由。WSN 网络是动态变化的，无论是节点的能量耗尽，或者节点被敌人俘获，都能使节点退出网络，这就希望WSN能具有动态组网、自主路由的功能，而Zigbee 技术就正好能解决了WSN 的这一需要。 

目前也有一些运用Zigbee技术开发出的无线传感器，但其所测的数据缺乏多样性，比如专利申请号为CN200610169654.2的《基于无线传感器网络的温室大棚用温湿度采集通信系统》，此系统只能对大棚内的温湿度信息进行采集；还有些无线传感器并不能做到对大棚进行实时的监控，比如专利申请号为CN201220091703.6的《基于Zigbee技术的大棚无线实时监测管理系统》，其运用GSM模块将大棚内某个时刻的数据信息通过短信的方式发送到用户的手机端，这样并不能做到真正的实时监控。

发明内容

根据上述分析，本发明的目的是开发一种可以随时随地对大棚内的环境因子进行监控的装置，该装置可以采集大棚内尽可能多的环境因子数据，不局限于温湿度、光照等信息，实现检测功能多样化，数据传递实时化。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种手机远程实时监控大棚环境因子的多功能无线系统，包括安装在大棚内的无线装置、无线网关模块、PC机和Android手机，所述无线装置包括温湿度传感器、光照传感器、土壤湿度传感器、烟雾传感器、人体热红外传感器、传感器节点、摄像头、LCD显示屏、蜂鸣器和供电电池组，上述五种传感器内部均集成了单片机和ADC模块，可直接输出数字信息，所述五种传感器所获得的信息先在无线装置的传感器节点上进行初步预处理，完成必要的A/D转换和图像压缩处理，然后再经过传感器节点上的无线数据接收模块CC2530转换为有效的数字信息，再通过ZigBee无线网络通信协议与无线网关模块之间进行数据的传送和接收；所述无线网关模块通过USB标准接口与PC机连接，在PC机的显示界面，实时显示传感器获得的各种数据图像信息，利用Internet将得到的数据发送至Android手机客户端，让用户随时随地掌握大棚信息。

PC端采用VC开发软件提供的MSComm控件对网关传输的信息及图像进行实时处理并显示，对于其中的部分信息处理后将返回至传感器端上的LCD显示屏，对其中的信息超过警戒值或在人体热红外传感器（可于夜间开启，用于防盗）被触发时，无线装置的蜂鸣器会发出警告声，且用摄像头进行拍照。再由C#编译PC客户端，将计算机中的信息及图像信息上传至互联网。

客户的Android手机将安装上由eclipse编译的手机客户端，用以下载互联网上的信息及图像，并在客户端上直观显示，实现远程实时监控；同时此客户端可发送对无线数据接收模块CC2530的控制信息，如开启热红外传感器，或用节点摄像头对大棚进行拍照等。所述传感器节点每10秒进行一次数据采集。

本无线传感网络采用树形拓扑结构，每一个节点既可以做发射结点又能作为协调器工作。即存在多个终端节点和路由节点，它们按照树状结构汇总到根节点即ZigBee网关节点。ZigBee 网关启动后，开始在设定的信道范围内搜索，标记信道能量低于设定能量值的信道为可用信道，并在可用信道中执行活动情况扫描，判断该信道中是否有其他ZigBee 设备。找到一个最好的信道后(没有其他任何设备)，它将随机选择一个未被占用的PANID 作为标识，建立自己的网络。网络建立完成后，其它传感器节点将相继加入该ZigBee网络。

 本发明的有益效果： 

 1. 系统采用先进的Zigbee网络技术，网络传输采用有线采集加无线传输的方式实现，装置把所需要的多种传感器做在了同一块板子上，这就使得装置的购买成本和维护成本降到最低，且便于安装，使该技术在农业大棚智能环境监测及精准农业管理的具有良好应用前景。

     2.该系统平台的建成不仅能完成农业大棚现场数据的采集监测，还实现了大棚内的安全防火及防盗功能，此外由于数据通过Internet传输，基本实现“零成本”。（如果用GSM还是会产生一定费用）

     3.本发明还考虑到了节点的工作温度范围，节点上的传感器芯片都是选择的工作温度范围较大的原件，节点可正常工作于-35℃到80℃温度范围之间，以适应中国北方大多数严寒城市大棚的需要。

    4.本发明在节点的传感器安装完毕后，进行了一体化处理，使得本发明可以在潮湿阴暗的环境下正常工作，不会因为进水或湿气而发生短路故障。

    5.本发明考虑到现在安卓智能手机的普遍性，方便用户用了此装置后就可随时随地掌握大棚信息，真正做到实时监控。

附图说明

图1为本发明系统结构图；

图2为大棚内传感器节点安装图。

具体实施方式

    为了更清楚的理解本发明的具体情况，结合附图和实施重点介绍此装置： 

如图1 所示，本发明包括6个数据采集传感器和2个数据显示模块，通过CC2530无线射频模块进行数据交换，数据采集传感器包括温湿度传感器DHT11、光照传感器、土壤湿度传感器YL—69、烟雾传感器MQ—2、人体热红外传感器和摄像头OV7670；数据显示模块包括LCD显示屏nokia5110和一个有源蜂鸣器。各种传感器输出的数字、模拟量与CC2530相连；电源管理模块包括5V直流稳压电源、5V电池组和3.3V 电压转换电路。传感器和CC2530模块可以选择由直流稳压电源供电或者由4节7号电池组供电。CC2530模块接受各个传感器的数字、模拟信息，进行数据处理并通过了ZigBee 无线网络通信协议完成数据的传送和接收。无线网关模块通过USB接口与PC端相连，PC端采用VC开发软提供的MSComm控件对网关传输的信息及图像进行实时处理并显示，对于其中的部分信息处理后将返回至传感器端上的LCD显示屏，对其中的信息超过警戒值或在人体热红外传感器（可于夜间开启，用于防盗）被触发时，传感器模块上的蜂鸣器会发出警告声，且用摄像头进行拍照。再由C#编译PC客户端，将计算机中的信息及图像信息上传至互联网。客户的Android手机将安装上由eclipse编译的手机客户端，用以下载互联网上的信息及图像，并在客户端上直观显示，实现远程实时监控；同时此客户端可发送对传感器模块的控制信息，如开启热红外传感器，或用节点摄像头对大棚进行拍照等。

如图2 所示，装置的传感器节点可放置于种植槽之间的走道边上，安装过程十分简单，将节点上的土壤湿度传感器探头插入土壤中，有热红外感应及射线头的一边对准走道，调整好摄像头的角度，使其对准所需监测的作物即可。装置上集成4节7号电池组，基本上半年不需要更换和充电，极大减少了用户的负担。

本发明系统的使用说明：

步骤1：将所需监控的大棚内安装上传感器节点，节点可放置于种植槽之间的走道边上，安装过程十分简单，将节点上的土壤湿度传感器探头插入土壤中，有热红外感应及射线头的一边对准走道，调整好摄像头的角度，使其对准所需监测的作物。

步骤2：将传感器网络的网关节点通过USB2.0与计算机相连，打开计算机上的监控软件，打开所有传感器节点的电源，所测数据会在各个传感器节点的LCD屏和计算机上实时显示。

步骤3：打开安装了监控软件的Android手机，通过联网就可随时随地监控大棚信息，其中主要包括：

1.查询大棚内的环境因子：用户利用手机客户端，可以从Internet网上下载由大棚传感器节点采集的大棚内的环境信息，其中包括大棚内的温湿度、光照强度、土壤湿度，按下客户端的拍照键，可在手机端看到由大棚传感器节点上摄像头所拍的图像。

2.在大棚内起到防火防盗功能：如果大棚内发生火灾，大棚内传感器节点上的蜂鸣器会立即发出报警，手机端也会报警声。人体热红外传感器在开启的状态下，如被激活也会产生如发生火灾同样的作用。

综上所述，本发明利用Android手机实时监控大棚内的环境因子，相比传统的无线传感装置在多功能和实时性方面技高一筹，提升了农业大棚的管理性能，用户在任何地方任何时间都可以了解大棚的环境状况，同时也减少了用户在大棚看护人员方面的支出。

Claims (5)

1. 一种手机远程实时监控大棚环境因子的多功能无线系统，其特征在于，系统包括安装在大棚内的无线装置、无线网关模块、PC机和Android手机，所述无线装置为一块集成板，包括温湿度传感器、光照传感器、土壤湿度传感器、烟雾传感器、人体热红外传感器、传感器节点、摄像头、LCD显示屏、蜂鸣器和供电电池组，上述五种传感器内部均集成了单片机和ADC模块，可直接输出数字信息，所述五种传感器所获得的信息先在无线装置的传感器节点上进行初步预处理，完成必要的A/D转换和图像压缩处理，然后再经过传感器节点上的无线数据接收模块CC2530转换为有效的数字信息，再通过ZigBee无线网络通信协议与无线网关模块之间进行数据的传送和接收；所述无线网关模块通过USB标准接口与PC机连接，PC机的显示界面实时显示传感器获得的各种数据图像信息，利用Internet将得到的数据发送至Android手机客户端。

2. 根据权利要求1所述的一种手机远程实时监控大棚环境因子的多功能无线系统，其特征在于，所述五种传感器所获得的信息超过警戒值时或在人体热红外传感器被触发时，蜂鸣器发出警告声，且摄像头进行拍照。

3. 根据权利要求1所述的一种手机远程实时监控大棚环境因子的多功能无线系统，其特征在于， 所述PC机采用VC开发软件提供的MSComm控件对无线网关传输的信息及图像进行实时处理并显示，对于其中的部分信息处理后将返回至无线装置的LCD显示屏；所述Android手机上的客户端由eclipse编译，可通过互联网将大棚环境因子数据进行下载，经过处理后在手机上显示大棚中采集的各种信息，并可发送对无线数据接收模块CC2530的控制信息。

4. 根据权利要求1所述的一种手机远程实时监控大棚环境因子的多功能无线系统，其特征在于，所述传感器节点每10秒进行一次数据采集。

5. 根据权利要求1至4之一所述的一种手机远程实时监控大棚环境因子的多功能无线系统，其特征在于，所述ZigBee无线网络采用树形拓扑结构，即存在多个终端节点和路由节点，按照树状结构汇总到根节点即ZigBee网关节点；ZigBee网关启动后，开始在设定的信道范围内搜索，标记信道能量低于设定能量值的信道为可用信道，并在可用信道中执行活动情况扫描，判断该信道中是否有其他ZigBee设备，当找到一个最好的信道后，将随机选择一个未被占用的PANID 作为标识，建立自己的网络；网络建立完成后，其它传感器节点将相继加入该无线ZigBee网络。

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