CN103402277A - 一种温室作物栽培环境监控信息系统 - Google Patents

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徐再
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Abstract

一种温室作物栽培环境监控信息系统，包括：数据采集装置、温室无线传感节点、温室无线路由节点、温室无线网关执行器驱动节点、蜂窝通信组件及电源、云计算平台，其特征在于：云计算平台包括PC主机、定位通信单元、射频共享天线，数据采集装置使用传感器节点、摄像头组件分别采集环境信息参数，并经过zigbee无线网络传送给无线网关节点；网关节点则将接收到的数据经Internet发送给远端的云计算平，所述蜂窝通信组件设有至少两个处理器通信端口，定位通信单元与ARM控制电路、射频共享天线连接，无线数据通讯电路通过电信运营商网络与服务器连接，并将环境信息输出到微处理器，同时接收来自于的数据并进行传输，蜂窝通信组件与进行交互，接收和发送数据，PC主机包括人机交互模块。

Description

一种温室作物栽培环境监控信息系统
技术领域
本发明涉及信息采集传输技术领域，特别涉及一种温室作物栽培环境监控信息系统。
背景技术
环境参数与工农业生产及人民生活密切相关，像仓库、农田、生产过程，湿度过大会引起粮食霉变和变质；温度变化会影响粮食品质；精密仪器、半导体器件会因过温过湿而性能降低。另外，随着人们的生活质量的提高，对室内环境的高要求也需要对环境参数的实时监控。
以往的环境参数传感器大多是有线方式传送数据，线路冗余复杂，不适合大范围多数量放置，布线成本高，线路的老化问题也影响了其可靠性。另一方面，网络化传感器所要求的无线技术不同于现在已有的一些无线网络技术，这种网络并不需要太高的传输速率，而是在成本和功耗方面有比较苛刻的要求。以前常用的无线通讯技术包括WiFi，Bluetooth，UWB等，WiFi设备复杂成本高，Bluetooth功耗太大成本也降不下来，UWB由于电波的大部分带宽已经被无线通信等基础设施占用，不能随意使用，再加上UWB的电波输出功率要尽量控制在不影响其他无线通信的噪音以下的水平上，因此可以通信的最大距离也只有10m左右，它们都不是构架无线环境参数传感器网络的理想通信技术。
为了满足类似于环境参数传感器这样小型、低成本设备无线联网的要求，ZigBee技术产生并发展起来。ZigBee技术是IEEE802.15.4基础上发展起来的，是最新的一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(欧洲流行)和915MHz(美国流行)这三个频段上。它的主要优点如下：
1)功耗低：在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月以上，这也是ZigBee支持者所一直引以为豪的独特优势；
2)时延短：ZigBee针对时延有严格要求的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。设备搜索时间典型值为30ms，设备激活时间典型值为15ms，活动设备信道接入时间为15ms；
3)成本低：ZigBee数据传输速率低，协议简单，大大降低了成本；
4)网络容量大：每个ZigBee网络最多可支持255台设备，即每个ZigBee设备可以与另外254台设备相连接；
5)工作可靠：为了提高传输数据的可靠性，ZigBee采用了载波侦听多址/冲突避免(CSMA/CA)的信道接入方式和完全握手协议。
6)工作频段灵活：使用的频段分别为868MHz(欧洲)，915MHz(美国)及2.4GHz(通用)，均为免执照频段，无需申请注册。目前对于我国，只有2.4GHz通用频段无需申请。
由于ZigBee技术的特点及优点，基于ZigBee的无线设备的开发就体现了其优越性。目前在无线传感器方面，有基于蓝牙技术的无线传感器方面的专利“蓝牙无线传感器”(专利申请号：2003105080.9)，但是基于ZigBee技术、可灵活用于多种复杂环境的网络化智能环境参数传感器的相关消息并未见报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种温室作物栽培环境监控信息系统，它克服了有线传感器网络的局限性，避免了其他无线通信技术的高功耗的缺点。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:
一种温室作物栽培环境监控信息系统包括：数据采集装置、温室无线传感节点、温室无线路由节点、温室无线网关执行器驱动节点、蜂窝通信组件及电源、云计算平台，其特征在于：云计算平台包括PC主机、定位通信单元、射频共享天线，数据采集装置使用传感器节点、摄像头组件分别采集环境信息参数，并经过zigbee无线网络传送给无线网关节点；网关节点则将接收到的数据经Internet发送给远端的云计算平，所述蜂窝通信组件设有至少两个处理器通信端口，定位通信单元与ARM控制电路、射频共享天线连接，无线数据通讯电路通过电信运营商网络与服务器连接，并将环境信息输出到微处理器，同时接收来自于的数据并进行传输，蜂窝通信组件与进行交互，接收和发送数据，PC主机包括人机交互模块。
所述的数据采集装置针对温室作物栽培环境信息的采集，如温度、湿度。
温室无线传感节点、温室无线网关执行器驱动节点都与温室无线路由节点连接，云计算平台与温室无线路由节点连接。
人机交互单元接收操作人员的输入操作，并将输入操作转化为输入数据后输出到硬件处理核心板；硬件处理核心板将显示数据输出到人机交互单元进行显示。
摄像头组件用于获取信息，并将图片或视频信息输出到微处理器。
所述PC主机连接有用于设置参数信息以及信息查询的输入按键。
温室作物栽培环境监控信息系统还包括蓝牙模块，所述蓝牙模块与处理器进行交互，用于进行无线语音、数据传输。
所述的zigbee路由器节点针对接收zigbee传感器节点采集的信息再将其发送给无线网关。
所述通信单元包括以太网通信模块、WIFI通信模块、蓝牙通信模块、GPRS通信模块、CDMA通信模块。
所述处理器分别与WIFI通信模块、蓝牙通信模块、GPRS通信模块以及CDMA通信模块之间的通信方式为异步通信方式。
温室作物栽培环境监控信息系统，还包括电源管理单元，电源管理模块用于为各模块或单元供电，并对内置电池进行充电、电池电量检测。
本发明的优点与效果是：
低功耗。能源的节约是zigbee网络与生俱来的优势，在低耗电待机模式下，2节干电池可支持1个节点工作6～24个月，甚至更长，期间不用换电池，对于那些行动不便，不方便出门的被监护对象尤其重要。
低成本。zigbee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。而且zigbee免协议专利费，随着zigbee芯片量产的扩大，成本有望继续下降。
短时延。zigbee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，设备搜索延时为30ms，节点连接进入网络只需15ms，进一步节省了电能。
低速率。采用Zigbee技术的产品可以在2.4GHz上提供250kbps(16个信道)，在915MHz上提供40kbps(10个信道)和在868MHz上提供20kbps(1个信道)的传输速率。
高容量。zigbee采用多种网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可以由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大型网络。
可靠。由于采用了CSMA／CA防碰撞机制，同时对需要固定带宽的通信业务采用预留专用时隙的策略，避免了发送数据时的竞争和冲突。在接入层采用确认的数据传输机制，每个发送的数据包必须等待接收点的确认信息，才可发送下一个数据包。
由于系统采用zigbee无线传感器网络作为楼宇信息采集的方式，节省了大量的线缆，系统布设方便，根据要求可随意改变所要采集的区域，增加了系统可重用性，同时也降低了系统的维护成本。
本发明具有节点成本低，网络容量大，生存周期长等优点，可以广泛应用于粮食储备仓库及蔬果、蛋肉存储仓库的温度、湿度控制；温室种植、各种禽兽养殖场的温度湿度控制；中央空调系统的需求；厂房环境的温度、湿度控制；实验室环境的温度、湿度控制等方面，市场前景广阔
具体实施方式
以下将对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
一种温室作物栽培环境监控信息系统包括：数据采集装置、温室无线传感节点、温室无线路由节点、温室无线网关执行器驱动节点、蜂窝通信组件及电源、云计算平台，其特征在于：云计算平台包括PC主机、定位通信单元、射频共享天线，数据采集装置使用传感器节点、摄像头组件分别采集环境信息参数，并经过zigbee无线网络传送给无线网关节点；网关节点则将接收到的数据经Internet发送给远端的云计算平，所述蜂窝通信组件设有至少两个处理器通信端口，定位通信单元与ARM控制电路、射频共享天线连接，无线数据通讯电路通过电信运营商网络与服务器连接，并将环境信息输出到微处理器，同时接收来自于的数据并进行传输，蜂窝通信组件与进行交互，接收和发送数据，PC主机包括人机交互模块。
所述的数据采集装置针对温室作物栽培环境信息的采集，如温度、湿度。
温室无线传感节点、温室无线网关执行器驱动节点都与温室无线路由节点连接，云计算平台与温室无线路由节点连接。
人机交互单元接收操作人员的输入操作，并将输入操作转化为输入数据后输出到硬件处理核心板；硬件处理核心板将显示数据输出到人机交互单元进行显示。
摄像头组件用于获取信息，并将图片或视频信息输出到微处理器。
所述PC主机连接有用于设置参数信息以及信息查询的输入按键。
温室作物栽培环境监控信息系统还包括蓝牙模块，所述蓝牙模块与处理器进行交互，用于进行无线语音、数据传输。
所述的zigbee路由器节点针对接收zigbee传感器节点采集的信息再将其发送给无线网关。
所述通信单元包括以太网通信模块、WIFI通信模块、蓝牙通信模块、GPRS通信模块、CDMA通信模块。
所述处理器分别与WIFI通信模块、蓝牙通信模块、GPRS通信模块以及CDMA通信模块之间的通信方式为异步通信方式。
温室作物栽培环境监控信息系统，还包括电源管理单元，电源管理模块用于为各模块或单元供电，并对内置电池进行充电、电池电量检测。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然而，并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当然会利用揭示的技术内容作出些许更动或修饰，成为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (11)

1.一种温室作物栽培环境监控信息系统，包括：数据采集装置、温室无线传感节点、温室无线路由节点、温室无线网关执行器驱动节点、蜂窝通信组件及电源、云计算平台，其特征在于：云计算平台包括PC主机、定位通信单元、射频共享天线，数据采集装置使用传感器节点、摄像头组件分别采集环境信息参数，并经过zigbee无线网络传送给无线网关节点；网关节点则将接收到的数据经Internet发送给远端的云计算平，所述蜂窝通信组件设有至少两个处理器通信端口，定位通信单元与ARM控制电路、射频共享天线连接，无线数据通讯电路通过电信运营商网络与服务器连接，并将环境信息输出到微处理器，同时接收来自于的数据并进行传输，蜂窝通信组件与进行交互，接收和发送数据，PC主机包括人机交互模块。
2.如权利要求1所述一种温室作物栽培环境监控信息系统，其特征在于，所述的数据采集装置针对温室作物栽培环境信息的采集，如温度、湿度。
3.如权利要求1所述一种温室作物栽培环境监控信息系统，其特征在于，所述温室无线传感节点包括射频器、单片机、水份传感器、湿度传感器，射频器、水份传感器、湿度传感器都与单片机连接。
4.如权利要求1所述一种温室作物栽培环境监控信息系统，其特征在于，人机交互单元接收操作人员的输入操作，并将输入操作转化为输入数据后输出到硬件处理核心板；硬件处理核心板将显示数据输出到人机交互单元进行显示。
5.如权利要求1所述一种温室作物栽培环境监控信息系统，其特征在于，摄像头组件用于获取信息，并将图片或视频信息输出到微处理器。
6.如权利要求1所述一种温室作物栽培环境监控信息系统，其特征在于，所述PC主机连接有用于设置参数信息以及信息查询的输入按键。
7.如权利要求1所述一种温室作物栽培环境监控信息系统，其特征在于，还包括蓝牙模块，所述蓝牙模块与处理器进行交互，用于进行无线语音、数据传输。
8.如权利要求1所述一种温室作物栽培环境监控信息系统，其特征在于，所述的zigbee路由器节点针对接收zigbee传感器节点采集的信息再将其发送给无线网关。
9.如权利要求1所述一种温室作物栽培环境监控信息系统，其特征在于，所述通信单元包括以太网通信模块、WIFI通信模块、蓝牙通信模块、GPRS通信模块、CDMA通信模块。
10.如权利要求1所述一种温室作物栽培环境监控信息系统，其特征在于，所述处理器分别与WIFI通信模块、蓝牙通信模块、GPRS通信模块以及CDMA通信模块之间的通信方式为异步通信方式。
11.如权利要求1所述一种温室作物栽培环境监控信息系统，其特征在于，还包括电源管理单元，电源管理模块用于为各模块或单元供电，并对内置电池进行充电、电池电量检测。
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