CN105116846B - 基于无线传感器网络的家蚕饲养室环境智能监控系统及方法 - Google Patents

基于无线传感器网络的家蚕饲养室环境智能监控系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于无线传感器网络的家蚕饲养室环境智能监控系统及方法，系统包括多个传感器节点、网关模块、监控模块、上位机模块、云端服务器模块和手机APP模块；所述传感器节点与网关模块通过Zigbee网络连接；所述网关模块一端与上位机模块通过串口连接，另一端与云端服务器模块通过无线方式连接；所述监控模块与手机App通过互联网连接；本发明通过无线传感器网络、WIFI、WLAN和互联网进行数据的传输，保证了传输的可靠性、实时性以及广域性，实现了对家蚕饲养室环境的实时监控。

Description

基于无线传感器网络的家蚕饲养室环境智能监控系统及方法
技术领域
本发明涉及智能控制的研究领域，特别涉及一种基于无线传感器网络的家蚕饲养室环境智能监控系统及方法。
背景技术
栽桑养蚕是我国历史悠久的传统农业特色产业。桑蚕对生长环境有着特殊要求，温度、湿度、空气、光照度等环境因素与桑蚕的生长发育情况密切相关，而且不同的生长发育阶段对环境参数的要求也不尽相同。尤其是小蚕对生长环境的变化尤为敏感，要求高温多湿(以温度26-27℃、湿度85～90％为宜)，温度过高或过低、干湿差过大等都会造成小蚕发育迟缓、甚至死亡。传统方法一般是采用塑料薄膜覆盖防干饲养小蚕，保证小蚕饲养的高温多湿环境；在小蚕眠定后揭开薄膜，降低蚕室温度1℃，干湿差保持在1.5-2度，并且防止强风、强光和震动。而大蚕饲养则要通风良好，避免高温多湿，温度以25℃，湿度以70％为宜。在农村养蚕通常采用地火笼或煤砖炉加温、人工洒水方式补湿等方法调节蚕室的温、湿度，但这些人为的现场检测与控制方法缺乏精确度和实效性，易出现温度骤高骤低、湿度不易掌握等问题，因此在投入大量人力、物力的同时，劳动生产率低，蚕茧产量和质量难以提升，经济效益也不高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的家蚕饲养室人工控制检测环境状态和手工控制电器的缺点与不足，设计了一个以无线传感器网络技术为核心，通过硬件电路设计和软件编程，适合于家蚕饲养室的智能控制系统。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
基于无线传感器网络的家蚕饲养室环境智能监控系统，包括多个传感器节点、网关模块、监控模块、上位机模块、云端服务器模块和手机APP模块；所述传感器节点与网关模块通过Zigbee网络连接；所述网关模块一端与上位机模块通过串口连接，另一端与云端服务器模块通过无线方式连接；所述监控模块与手机App通过互联网连接；
所述传感器节点，用于采集家蚕饲养室的环境信息，通过Zigbee网络传输到网关模块，并且接受网关的命令，通过红外发送接收单元控制相应的电器进行相应的操作；
所述网关模块，用于将传感器节点传来的数据进行分析、融合、压缩后，利用无线方式与云端服务器模块建立起Socket连接，通过互联网将数据发送到云端服务器模块上；
所述监控模块，用于录拍家蚕饲养室的实时环境，将实时画面传输到云端，通过手机App模块可以远程监测家蚕饲养室的环境，以便做出相应的措施；
所述上位机模块，用于实时查看家蚕饲养室的环境信息，用户可以发送相关指令到网关上，控制相应的传感器节点对相应的电器进行操作；
所述云端服务器模块，用于家蚕饲养室的环境信息和各个家电的开关状态显示出来，并且存储到数据库里，用户可以通过发送相关指令控制相应的传感器节点来达到控制不同家电工作的目的；
所述手机App模块，用于访问Web服务，通过Web服务可以从数据库里得到家蚕饲养室的实时数据，显示在手机界面上，并且可以通过手机发送相关命令控制相应的传感器节点进行相应的工作。
优选的，所述传感器节点包括无线通信模块CC2530、空气温湿度传感器AMS2302、PM2.5灰尘传感器模块GP2Y1010AU0FCO1、氧气传感器模块Grove-Gas Sensor、光照度传感器模块GY-30、红外学习控制模块HS0038B和电源模块：无线通信模块CC2530作为核心处理器，所述空气温湿度传感器AMS2302通过电路与无线通信模块CC2530连接，所述PM2.5灰尘传感器模块GP2Y1010AU0FCO1通过串口与无线通信模块CC2530连接，所述红外学习控制模块HS0038B通过串口与无线通信模块CC2530连接，所述氧气传感器模块Grove-Gas Sensor通过电路与无线通信模块CC2530连接，所述光照度传感器模块GY-30通过IIC总线与无线通信模块CC2530连接，所述电源模块通过电路给各模块供电。
优选的，所述网关模块包括核心处理器STM32F103C8T6、无线通信模块CC2530、UART-Wifi模块TLN13UA06和电源模块；所述核心处理器STM32F103C8T6通过两个串口分别连接UART-Wifi模块TLN13UA06和无线通信模块CC2530，所述电源模块通过电路给各模块供电。
优选的，所述监控模块包括网络摄像头模块和手机App监控软件；所述网络摄像头模块将家蚕饲养室的实时画面上传到云端，通过手机App软件可以访问相应的网站进行实时监控。
优选的，所述上位机模块采用VC++语言编写，通过串口与网关模块通信。
优选的，所述手机App模块采用Java语言和Objective-C语言编写，适用于现在流行的Android和IOS系统，通过互联网与Web服务通信。
优选的，所述进行数据进行分析、融合、压缩的具体方法为：
协调器端传送到STM32F103C8T6的数据里，包含着众多标志位，所述标志位包括节点号标志、温度标志位和湿度标志位，STM32F103C8T6识别出标志位后就提取出标志位后面的数值，该数值便为对应的量值，STM32F103C8T6接收多个节点数据，把每个节点的数据提取出来的量值统一放到数组里，这样就实现了数据的融合和压缩，最后通过wifi模块发送出去，这样就实现了数据的分析、融合和压缩了。
优选的，所述无线方式包括WIFI、WLAN或GPRS的无线方式。
本发明还提供一种基于无线传感器的家蚕饲养室环境智能监控系统的监控方法，包括下述步骤：
S1、通过传感器节点采集家蚕饲养室的温度、湿度、氧气含量、PM2.5、光照度的环境信息，通过Zigbee网络传输到网关模块；
S2、网关模块将传感器节点传来的数据进行分析、融合、压缩后，通过串口方式将数据发送到上位机，同时通过有线或无线方式将数据发送到云端服务器；
S3、通过上位机实时查看家蚕饲养室的环境信息，用户发送相关指令到网关上，控制相应的传感器节点对相应的电器进行操作，控制家蚕饲养室的环境；
S4、用户利用PC浏览器和手机APP访问云端服务器的Web服务，通过Web服务可以从数据库里得到家蚕饲养室的实时环境信息和各个家电的开关状态，并且可以通过PC和手机发送相关命令控制相应的传感器节点进行相应的环境调节工作。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明通过无线传感器网络、WIFI、WLAN和互联网进行数据的传输，保证了传输的可靠性、实时性以及广域性，实现了对家蚕饲养室环境的实时监控。
2、本发明中，通过空气温湿度传感器AMS2302、PM2.5灰尘传感器模块GP2Y1010AU0FCO1、氧气传感器模块Grove-Gas Sensor和光照度传感器模块GY-30精确监测家蚕饲养室环境的温度、湿度、pm2.5、氧气含量和光照度等多项家蚕饲养室环境信息，使得工作人员可以及时的控制家蚕饲养室里的电器来使环境最利于家蚕生长。
3、本发明中，通过智能地通过红外学习控制模块HS0038B控制相关电器，使得家蚕饲养室的环境条件始终处于最利于家蚕生长的状态，避免了人为判断造成的不准确。
4、本发明中，用户通过手机App可以实时查看温度、湿度、氧气含量、光照度和pm2.5等多项家蚕饲养室环境信息以及家蚕饲养室的实时画面，发送相关命令可以控制家蚕饲养室的相应电器进行工作，实现了真正的无线控制，克服了距离的问题，为工作人员远程监控家蚕饲养室带来了非常大的便利。
附图说明
图1是本发明家蚕饲养室环境智能监控系统的整体结构图；
图2是本发明家蚕饲养室环境智能监控方法的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，一个基于无线传感器网络的家蚕饲养室环境智能监控系统，其特征在于，包括若干数量的传感器节点，网关模块，监控模块，上位机模块，云端服务器模块和手机APP模块；所述传感器节点与网关模块通过Zigbee网络连接；所述网关模块与上位机模块通过串口连接，与云端服务器模块通过WIFI、WLAN、GPRS等连接；所述监控模块与手机App通过互联网连接。
本实施例中，传感器节点包括无线通信模块CC2530、空气温湿度传感器AMS2302、PM2.5灰尘传感器模块GP2Y1010AU0FCO1、氧气传感器模块Grove-Gas Sensor、光照度传感器模块GY-30、红外学习控制模块HS0038B、电源模块。传感器节点每隔30分钟采集家蚕饲养室的温度、湿度、pm2.5、氧气含量、光照度等环境信息，通过Zigbee网络传输到网关模块，并且接受网关的命令，通过红外发送接收单元控制相应的电器。
网关模块包括核心处理器STM32F103C8T6、无线通信模块CC2530、UART-Wifi模块TLN13UA06和电源模块：所述核心处理器STM32F103C8T6通过两个串口分别连接UART-Wifi模块TLN13UA06和无线通信模块CC2530，所述电源模块通过电路给各模块供电。网关模块将传感器节点传来的数据进行分析，融合，压缩后，利用Wifi模块与云端服务器建立起Socket连接，通过互联网将数据发送到云端服务器上；
监控模块录拍家蚕饲养室的实时环境，将实时画面传输到云端，通过手机App模块可以远程监测家蚕饲养室的环境，以便做出相应的措施；
上位机模块实时查看环境信息和发送相关指令到网关上，控制相应的传感器节点对相应的电器进行操作；
云端服务器模块将温度、湿度、pm2.5、氧气含量、光照度和各个家电开关状态显示出来，并且存储到数据库，用户可以通过相关指令控制相应的传感器节点进行相应的工作；
手机App模块访问Web服务，通过Web服务可以从数据库里得到家蚕饲养室的实时数据，显示在手机界面上，并且可以通过手机发送相关命令控制相应的传感器节点进行相应的工作。
如图2所示，本发明基于无线传感器的家蚕饲养室环境智能监控系统的监控方法，包括下述步骤：
S1、通过传感器节点采集家蚕饲养室的温度、湿度、氧气含量、PM2.5、光照度的环境信息，通过Zigbee网络传输到网关模块；
S2、网关模块将传感器节点传来的数据进行分析、融合、压缩后，通过串口方式将数据发送到上位机，同时通过有线或无线方式将数据发送到云端服务器；
S3、通过上位机实时查看家蚕饲养室的环境信息，用户发送相关指令到网关上，控制相应的传感器节点对相应的电器进行操作，控制家蚕饲养室的环境；
S4、用户利用PC浏览器和手机APP访问云端服务器的Web服务，通过Web服务可以从数据库里得到家蚕饲养室的实时环境信息和各个家电的开关状态，并且可以通过PC和手机发送相关命令控制相应的传感器节点进行相应的环境调节工作。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于无线传感器网络的家蚕饲养室环境智能监控系统，其特征在于，包括多个传感器节点、网关模块、监控模块、上位机模块、云端服务器模块和手机APP模块；所述传感器节点与网关模块通过Zigbee网络连接；所述网关模块一端与上位机模块通过串口连接，另一端与云端服务器模块通过无线方式连接；所述监控模块与手机App通过互联网连接；
所述传感器节点，用于采集家蚕饲养室的环境信息，通过Zigbee网络传输到网关模块，并且接受网关的命令，通过红外发送接收单元控制相应的电器进行相应的操作；
所述网关模块，用于将传感器节点传来的数据进行分析、融合、压缩后，利用无线方式与云端服务器模块建立起Socket连接，通过互联网将数据发送到云端服务器模块上；所述进行数据进行分析、融合、压缩的具体方法为：
协调器端传送到STM32F103C8T6的数据里，包含着众多标志位，所述标志位包括节点号标志、温度标志位和湿度标志位，STM32F103C8T6识别出标志位后就提取出标志位后面的数值，该数值便为对应的量值，STM32F103C8T6接收多个节点数据，把每个节点的数据提取出来的量值统一放到数组里，这样就实现了数据的融合和压缩，最后通过wifi模块发送出去，这样就实现了数据的分析、融合和压缩了；
所述监控模块，用于录拍家蚕饲养室的实时环境，将实时画面传输到云端，通过手机App模块可以远程监测家蚕饲养室的环境，以便做出相应的措施；
所述上位机模块，用于实时查看家蚕饲养室的环境信息，用户可以发送相关指令到网关上，控制相应的传感器节点对相应的电器进行操作；
所述云端服务器模块，用于家蚕饲养室的环境信息和各个家电的开关状态显示出来，并且存储到数据库里，用户可以通过发送相关指令控制相应的传感器节点来达到控制不同家电工作的目的；
所述手机App模块，用于访问Web服务，通过Web服务可以从数据库里得到家蚕饲养室的实时数据，显示在手机界面上，并且可以通过手机发送相关命令控制相应的传感器节点进行相应的工作；
通过上述家蚕饲养室环境智能监控系统进行智能监控的方法，包括下述步骤：
S1、通过传感器节点采集家蚕饲养室的温度、湿度、氧气含量、PM2.5、光照度的环境信息，通过Zigbee网络传输到网关模块；
S2、网关模块将传感器节点传来的数据进行分析、融合、压缩后，通过串口方式将数据发送到上位机，同时通过有线或无线方式将数据发送到云端服务器；
S3、通过上位机实时查看家蚕饲养室的环境信息，用户发送相关指令到网关上，控制相应的传感器节点对相应的电器进行操作，控制家蚕饲养室的环境；
S4、用户利用PC浏览器和手机APP访问云端服务器的Web服务，通过Web服务可以从数据库里得到家蚕饲养室的实时环境信息和各个家电的开关状态，并且可以通过PC和手机发送相关命令控制相应的传感器节点进行相应的环境调节工作。
2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的家蚕饲养室环境智能监控系统，其特征在于，所述传感器节点包括无线通信模块CC2530、空气温湿度传感器AMS2302、PM2.5灰尘传感器模块GP2Y1010AU0FCO1、氧气传感器模块Grove-Gas Sensor、光照度传感器模块GY-30、红外学习控制模块HS0038B和电源模块：无线通信模块CC2530作为核心处理器，所述空气温湿度传感器AMS2302通过电路与无线通信模块CC2530连接，所述PM2.5灰尘传感器模块GP2Y1010AU0FCO1通过串口与无线通信模块CC2530连接，所述红外学习控制模块HS0038B通过串口与无线通信模块CC2530连接，所述氧气传感器模块Grove-Gas Sensor通过电路与无线通信模块CC2530连接，所述光照度传感器模块GY-30通过IIC总线与无线通信模块CC2530连接，所述电源模块通过电路给各模块供电。
3.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的家蚕饲养室环境智能监控系统，其特征在于，所述网关模块包括核心处理器STM32F103C8T6、无线通信模块CC2530、UART-Wifi模块TLN13UA06和电源模块；所述核心处理器STM32F103C8T6通过两个串口分别连接UART-Wifi模块TLN13UA06和无线通信模块CC2530，所述电源模块通过电路给各模块供电。
4.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的家蚕饲养室环境智能监控系统，其特征在于，所述监控模块包括网络摄像头模块和手机App监控软件；所述网络摄像头模块将家蚕饲养室的实时画面上传到云端，通过手机App软件可以访问相应的网站进行实时监控。
5.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的家蚕饲养室环境智能监控系统，其特征在于，所述上位机模块采用VC++语言编写，通过串口与网关模块通信。
6.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的家蚕饲养室环境智能监控系统，其特征在于，所述云端服务器模块采用Visual C#语言编写，通过互联网与网关模块通信。
7.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的家蚕饲养室环境智能监控系统，其特征在于，所述手机App模块采用Java语言和Objective-C语言编写，适用于现在流行的Android和IOS系统，通过互联网与Web服务通信。
8.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的家蚕饲养室环境智能监控系统，其特征在于，所述无线方式包括WIFI、WLAN或GPRS的无线方式。
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