CN105652925A - 基于Zigbee的农业生产信息传输终端 - Google Patents

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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D27/00—Simultaneous control of variables covered by two or more of main groups G05D1/00 - G05D25/00
    • G05D27/02—Simultaneous control of variables covered by two or more of main groups G05D1/00 - G05D25/00 characterised by the use of electric means

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Abstract

本发明公开了一种基于Zigbee的农业生产信息传输终端，包括若干传感模块、智能控制系统，其特征在于：还包括采集传输设备、业务平台，所述传感模块上集成有ZigBee发送模块，并通过ZigBee网络与采集传输设备数据相接，所述采集传输设备与业务平台数据相接，所述业务平台与智能控制系统之间数据通信，所述智能控制系统与大棚中的智能执行设备数据相接。本发明可以根据用户需求，随时进行处理，为农业生态信息自动监测、对设施进行自动控制和智能化管理提供科学依据。

Description

基于Zigbee的农业生产信息传输终端
技术领域
本发明涉及信息采集传输技术领域，特别涉及一种基于Zigbee的农业生产信息传输终端。
背景技术
目前，温室作为现代农业设施已广泛应用于农作物(包括：蔬菜、水果、植物幼苗、特种农产品等)的精细生产，温室环境控制也从单一的冬季保温发展到现在对植物生长所需多生态因子的控制，利用人工或简易自动化测控装置对温室进行控制管理，存在控制量单一、复杂监控策略实现不便、历史数据提取分析困难等不足，为了更好的对多生态因子进行采集监控，可以将温室现场检测数据采集到PC上进行综合的信息管理，不仅有利于多因子的组合复杂监控，又有利于历史数据的监测分析，从而达到提高温室作物的生产质量，使温室的利用有其更高的经济效益。
ZigBee是一种新兴的基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的关于组网、安全和应用软件方面的近距离通信技术。ZigBee工作于免执照频段(2.4GHz)，其组成的无线网络可容纳65000个无线节点，网络中每个节点之间可相互通信，通信距离从标准的75米可扩展到几百米甚至是几千米，而且各节点之间可以通过接力传输的方式是传输距离达到最远。ZigBee具有低功耗、低速率、低复杂度、低成本、通信安全可靠、网络容量大等特点。ZigBee组成的网络支持星型网络、树状网络、网状网等多种网络拓扑结构。ZigBee技术应用前景广泛，在未来几年里ZigBee将在工业控制、无线定位、智能家居、汽车自动化、楼宇自动化、消费电子、医用设备控制等多个领域中被应用。
物联网的快速发展离不开作为其核心技术之一的无线传感器网络技术的发展。无线传感器网络有着分布式、自组织性、抗毁性强、监测精度高、覆盖区域大小可调等特殊优点，具有巨大的应用价值，已经引起国际上许多国家的军事部门、环境部门、医疗部门、智能家居、商业界以及学术界的普遍重视。无线传感器网络起源于美国军方的作战需求。1978年，DARPA在卡耐基-梅隆大学成立了分布式传感器网络工作组，之后DRAPA又联合NSF设立了多项有关无线传感网络的研究项目，20世纪90年代中期以后，无线传感网络引起了学术界、军事界和工业界的极大关注，美国则通过国防部和国家自然基金委员会等多种渠道投入巨资主持无线传感器网络技术的研究。
无线传感器网络由于适用性、可扩展性，在学术界和工农业领域都受到高度关注。在国防、医疗、环境监控、家庭自动化和其他许多领域具有广阔的应用前景和极高的参考价值。近年来，在农业现场数据采集中的应用日益广泛。尤其是随着精细农业的快速发展，无线传感器网络在应用中的相关技术越来越成为研究热点，也是物联网实现的核心关键技术。自组织无线传输网络的构建主要完成复杂农田环境下物联网采集信息的可靠传输。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种基于Zigbee的农业生产信息传输终端，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。
技术方案：本发明所述的一种基于Zigbee的农业生产信息传输终端，包括若干传感模块、智能控制系统，其特征在于：还包括采集传输设备、业务平台，所述传感模块上集成有ZigBee发送模块，并通过ZigBee网络与采集传输设备数据相接，所述采集传输设备与业务平台数据相接，所述业务平台与智能控制系统之间数据通信，所述智能控制系统与大棚中的智能执行设备数据相接；
所述采集传输设备包括主控单元、zigbee无线数据采集及处理单元、数据存储单元、耐压保护隔离单元和传感器，其中，主控单元、zigbee无线数据采集及处理单元和数据存储单元集成为一体，成为一个数据处理装置，耐压保护隔离单元和传感器连接在该数据处理装置上，还含有太阳能电池组件和GSM/GPRS无线通信模块，也连接至该数据处理装置上。
进一步的，所述采集传输设备与业务平台之间通过以太网或移动无线网络进行数据相接。
进一步的，所述业务平台与智能控制系统之间通过以太网或移动无线网络进行数据通信。
进一步的，所述传感器是：绝缘子分布电压传感器、泄漏电流传感器、杆塔接地线电流传感器、摄像头、温湿度传感器、风力传感器、声音振动传感器。
进一步的，所述zigbee无线数据采集及处理单元中还包括：数据解析模块，负责将采集到的数据解析成实际的温湿度数据值；数据存储模块，负责数据的存储功能；数据操作模块，完成对数据的删除、上传、备份等操作；系统配置模块，负责网络服务器的配置以及外设管理。
有益效果：本发明通过实时采集农业大棚内温度、湿度信号以及光照、土壤温度、土壤水分等环境参数，其能够自动开启或者关闭指定设备；可以根据用户需求，随时进行处理，为农业生态信息自动监测、对设施进行自动控制和智能化管理提供科学依据。同时利用了太阳能和zigbee无线技术，简化了数据采集终端设备，不需要额外的供电线路和数据传输线路，要知道对于复杂的电力网络，这是巨大的成本开支和消耗。并且成熟的无线通信网络能够提供诸如短信提醒之类的独特报警方式，报警及时而成本低廉。
附图说明
图1为本发明的整体系统结构框图；
图2为本发明的采集传输设备结构框图。
具体实施方式
如图1所示的一种基于Zigbee的农业生产信息传输终端，包括若干传感模块、智能控制系统，还包括采集传输设备、业务平台，所述传感模块上集成有ZigBee发送模块，并通过ZigBee网络与采集传输设备数据相接，所述采集传输设备与业务平台数据相接，所述业务平台与智能控制系统之间数据通信，所述智能控制系统与大棚中的智能执行设备数据相接；
传感模块101，主要负责温室内部光照、温度、湿度和土壤含水量以及视频等数据的采集和控制。同时这些传感模块101上集成有相应的ZigBee发送模块，使得数据传感器的上传采用ZigBee模式。
在Zigbee传输模式中，传感模块101采集到的传感器数据通过Zigbee发送模块传送到采集传输设备102上。
采集传输设备102主要将设备采集到的数值传送到业务平台103上，现有设备支持3G、有线等多种数据传输方式，在传输协议上支持IPv4现网协议及下一代互联网IPv6协议。
业务平台103作为用户终端，负责对用户提供智能大棚的所有功能展示，主要功能包括环境数据监测、数据空间/时间分布、历史数据、超阈值告警和远程控制五个方面。用户还可以根据需要添加视频设备实现远程视频监控功能。数据空间/时间分布将系统采集到的数值通过直观的形式向用户展示时间分布状况（折线图）和空间分布状况（场图）、历史数据可以向用户提供历史一段时间的数值展示；超阈值告警则允许用户制定自定义的数据范围，并将超出范围的情况反映给用户。
控制系统104与业务平台103之间数据相接，具体可通过以太网或移动无线网络进行相接。该控制系统用来传递业务平台103的控制指令、响应控制执行设备，实现对大棚内的电动卷帘、智能喷水、智能通风等行为的远程自动控制。该控制系统具体主要由一体化控制器、执行设备和相关线路组成，通过一体化控制器可以自由控制各种农业生产执行设备，包括喷水系统和空气调节系统等，喷水系统可支持喷淋、滴灌等多种设备，空气调节系统可支持卷帘、风机等设备。
其中，用户终端和控制系统104中一体化控制器间传送的控制指令也通过Zigbee发送模块传送到中心节点上（即采集传输设备102），省去了通讯线缆的部署工作。中心节点再经过边缘网关将传感器数据、控制指令发送到上位机的业务平台。用户可以通过有线网络/无线网络访问上位机系统业务平台，实时监测现场的传感器参数，控制现场的相关设备。Zigbee模式具有部署灵活、扩展方便等优点。
以下通过一具体应用实例来说明上述系统的运行过程：
在每个智能农业大棚内部署空气温湿度传感器2只，用来监测大棚内空气温度、空气湿度参数；每个农业大棚内部署土壤温度传感器2只、土壤湿度传感器2只、光照度传感器2只以及二氧化碳传感器2值，用来监测大棚内土壤温度、土壤水分、光照度以及二氧化碳等参，同时大棚内还布置由脉冲水表、24V交流电磁阀等。所有传感器一律采用直流24V电源供电，大棚内仅需提供交流220V市电即可。
为了实现ZigBee传输数据，脉冲水表上设置有Zigbee模块SZ06-(01)-2K；空气温湿度传感器上集成有Zigbee模块SZ06-(DTH)-2K；24V交流电磁阀上集成有Zigbee模块SZ06-（04）-2K；土壤水分传感器上集成有Zigbee模块SZ06-(05/04)-2K；二氧化碳传感器上集成有Zigbee模块SZ06-(0A)-2K。
同时在每个农业大棚园区部署1套采集传输设备（包含中心节点、无线3G路由器、无线3G网卡等），用来传输园区内各农业大棚的传感器数据、设备控制指令数据等到internet上与业务平台交互。具体的该数据采集设备具体采用SZ02-2K模块。
对于如果有障碍物遮挡，相关的传感器无法将数据传递至采集传输设备中的中心节点，可以在传输不到的地方适当加几个中继路由，帮助更好的将终端节点的数据传到中心。该中继路由同样采用采集传输模块SZ02-2K。
在每个需要智能控制功能的大棚内安装智能控制设备（即控制系统）1套（包含一体化控制器、扩展控制配电箱、电磁阀、电源转换适配设备等），用来传递控制指令、响应控制执行设备。实现对大棚内的电动卷帘、智能喷水、智能通风等行为的控制。
由此，设置在大棚内的传感器实时获取大棚内各各项数据，并将这些数据通过ZigBee传输模式传至该大棚内的采集传输设备。
采集传输设备将采集到的数据传递至业务平台。业务平台接收到数据后进行处理并显示，这样管理人员能够实时观察观察大棚内的各项指标的情况。若有异常情况形成相应的控制指令，并传至安置在大棚内的智能控制设备（即控制系统），由该控制设备根据控制指令对大棚内的电动卷帘、智能喷水、智能通风等进行远程智能控制。
如图2所示，所述采集传输设备包括主控单元1、zigbee无线数据采集及处理单元2、数据存储单元3、耐压保护隔离单元4和传感器，其中，主控单元1、zigbee无线数据采集及处理单元2和数据存储单元3集成为一体，成为一个数据处理装置，耐压保护隔离单元4和传感器连接在该数据处理装置上，还含有太阳能电池组件5和GSM/GPRS无线通信模块6，也连接至该数据处理装置上。
具体的：绝缘子表面泄漏电流传感器8监测稳态泄漏电流和局部放电时泄漏电流脉冲情况，分布电压传感器7用于监测接地端最后一片绝缘子分布电压，接地线传感器9用于监测雷击或闪络时流过杆塔的电流。摄像头10用于监测电线舞动情况、绝缘子和线路覆冰情况以及实现杆塔防盗检测；温湿度传感器11测量环境温度和湿度，风力传感器12测量环境的风力、风速，声音振动传感器13用于识别锯子、锤子等敲击声音，用于杆塔的防盗。
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揭露如上，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，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰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，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种基于Zigbee的农业生产信息传输终端，其特征在于：包括若干传感模块、智能控制系统，其特征在于：还包括采集传输设备、业务平台，所述传感模块上集成有ZigBee发送模块，并通过ZigBee网络与采集传输设备数据相接，所述采集传输设备与业务平台数据相接，所述业务平台与智能控制系统之间数据通信，所述智能控制系统与大棚中的智能执行设备数据相接；
所述采集传输设备包括主控单元（1）、zigbee无线数据采集及处理单元（2）、数据存储单元（3）、耐压保护隔离单元（4）和传感器，其中，主控单元（1）、zigbee无线数据采集及处理单元（2）和数据存储单元（3）集成为一体，成为一个数据处理装置，耐压保护隔离单元（4）和传感器连接在该数据处理装置上，还含有太阳能电池组件（5）和GSM/GPRS无线通信模块（6），也连接至该数据处理装置上。
2.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee的农业生产信息传输终端，其特征在于：所述采集传输设备与业务平台之间通过以太网或移动无线网络进行数据相接。
3.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee的农业生产信息传输终端，其特征在于：所述业务平台与智能控制系统之间通过以太网或移动无线网络进行数据通信。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于Zigbee的农业生产信息传输终端，其特征在于：所述传感器是：绝缘子分布电压传感器（7）、泄漏电流传感器（8）、杆塔接地线电流传感器（9）、摄像头（10）、温湿度传感器（11）、风力传感器（12）、声音振动传感器（13）。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种基于Zigbee的农业生产信息传输终端，其特征在于：所述zigbee无线数据采集及处理单元（2）中还包括：数据解析模块，负责将采集到的数据解析成实际的温湿度数据值；数据存储模块，负责数据的存储功能；数据操作模块，完成对数据的删除、上传、备份等操作；系统配置模块，负责网络服务器的配置以及外设管理。
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