CN107819844A - 一种温室大棚智能监控系统 - Google Patents

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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明提供了一种温室大棚智能监控系统，包括：由分布在温室大棚中的传感器节点组成的无线传感器网络，所述的无线传感器网络用于采集温室大棚的温湿度监测数据，并用于将温湿度监测数据收集后发送至基站节点；基站节点，用于汇聚无线传感器网络发送的温湿度监测数据；温室大棚监测终端，与基站节点通信获取温湿度监测数据，并将温湿度监测数据与设定的阈值门限进行比较处理，在温湿度监测数据超出设定的阈值门限时输出报警信号。本发明实现了温室大棚的无线环境监控。

Description

一种温室大棚智能监控系统
技术领域
本发明涉及温室大棚监测技术领域，具体涉及一种温室大棚智能监控系统。
背景技术
温室大棚是现代高产高效农业的典型，它的建设与发展日益受到高度重视。但目前温室大棚多靠人工经验进行管理，或以单片机构成的单测控系统进行管理，其自动化程度不高，效率较低。随着我国农业向优质、高效、高产农业的发展，各种新的控制技术越来越广泛的应用于温室生产中，其中分布式温室控制系统已成为当前的一个重要发展方向。
分布式温室控制系统需要先进的环境指数采集装置。相关技术中，此类系统多基于各种工业总线和工控设备构成，其不足在于：工业总线和工控设备的成本较高，主要用于作物工业化生产的大型温室，不适合地点较为分散和对价格较为敏感的日光温室；而且工业总线和工控设备均采用有线方式，这种有线通信方式在长距离布线时非常麻烦，使得成本高、建设周期长、维护困难等缺陷。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种温室大棚智能监控系统。
本发明的目的采集以下技术方案来实现：
提供了一种温室大棚智能监控系统，包括：
由分布在温室大棚中的传感器节点组成的无线传感器网络，所述的无线传感器网络用于采集温室大棚的温湿度监测数据，并用于将温湿度监测数据收集后发送至基站节点；
基站节点，用于汇聚无线传感器网络发送的温湿度监测数据；
温室大棚监测终端，与基站节点通信获取温湿度监测数据，并将温湿度监测数据与设定的阈值门限进行比较处理，在温湿度监测数据超出设定的阈值门限时输出报警信号。
优选地，所述传感器节点是包括用于测量周围环境的温度和湿度信息的温湿度传感器、用于与邻居传感器节点进行无线通信的无线收发电路和用于显示测量结果的显示器件，每个所述传感器节点具有一个电源为传感器节点供电。
优选地，所述的温室大棚监控终端包括用于与基站节点通信的通信模块、用于处理传感器节点采集的温湿度监测数据的数据处理模块。
本发明的有益效果为：实现了温室大棚的无线环境监控，具有体积小、功耗少、快速组网等优点，并通过温室大棚监控终端进行接收数据、发送命令，具有部署方便，成本低廉等优点。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1本发明一个实施例的结构连接框图；
图2是本发明一个实施例的温室大棚监控终端的连接框图。
附图标记：
无线传感器网络1、基站节点2、温室大棚监控终端3、通信模块10、数据处理模块20。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1、图2，本实施例提供的一种温室大棚智能监控系统，包括：
由分布在温室大棚中的传感器节点组成的无线传感器网络1，所述的无线传感器网络1用于采集温室大棚的温湿度监测数据，并用于将温湿度监测数据收集后发送至基站节点2；
基站节点2，用于汇聚无线传感器网络1发送的温湿度监测数据；
温室大棚监测终端3，与基站节点2通信获取温湿度监测数据，并将温湿度监测数据与设定的阈值门限进行比较处理，在温湿度监测数据超出设定的阈值门限时输出报警信号。
在一个实施例中，所述传感器节点是包括用于测量周围环境的温度和湿度信息的温湿度传感器、用于与邻居传感器节点进行无线通信的无线收发电路和用于显示测量结果的显示器件，每个所述传感器节点具有一个电源为传感器节点供电。
在一个实施例中，所述的温室大棚监控终端3包括用于与基站节点2通信的通信模块10、用于处理传感器节点采集的温湿度监测数据的数据处理模块20。
本发明上述实施例设计的温室大棚智能监控系统具有体积小、功耗少、快速组网等优点，并通过温室大棚监控终端3进行接收数据、发送命令，具有部署方便，成本低廉等优点。
在一个实施例中，所述传感器节点部署于设定的温室大棚监测区域内的多个传感器节点；进行网络拓扑构建时，传感器节点进行分簇，从中选出多个簇头节点，其中，每个簇头节点用于收集其簇内传感器节点发送的温湿度监测数据，将收集的温湿度监测数据与自身采集的温湿度监测数据进行融合，并将融合后的温湿度监测数据发送至基站节点。
在一个实施例中，所述传感器节点进行分簇，从中选出多个簇头节点，具体包括：
(1)每个传感器节点应用安全加密随机数产生器生成一个0和1之间的随机数；
(2)各传感器节点计算随机阈值，如果传感器节点生成的随机数小于自身计算出的随机阈值，则该传感器节点成为簇头节点，其中设Hi表示传感器节点i计算出的随机阈值，Hi的计算公式为：
式中，G为传感器节点成为簇头节点的百分数，r为当前轮数，Q为在最近的1/G轮中为当选为簇头节点的传感器节点集合,Wi、Wi0分别为传感器节点i的当前剩余能量、初始能量，Vi为传感器节点i在设定的标准通信半径内具有的邻居节点个数，所述的邻居节点为处于传感器节点通信范围内的其他传感器节点；Zi表示传感器节点i的邻居节点集合，Vj表示传感器节点i的第j个邻居节点在设定的标准通信半径内具有的邻居节点个数，其中设定的标准通信半径其中S为温室大棚监测区域面积，N为部署于该温室大棚监测区域内的传感器节点个数；
(3)选定的簇头节点通过广播告知其他的传感器节点，其他的传感器节点选择最近的簇头节点加入簇，完成簇的建立。
本实施例通过改进随机阈值的计算公式，提出了一种新的簇头节点选取机制，该机制中，将传感器节点的剩余能量以及周围节点的分布情况考虑到簇头节点的选择阶段中，能够降低低能量的传感器节点被随机选择成为簇头节点的可能性，且使得传感器节点越为密集的区域形成的簇头节点的个数越多，有利于提高簇头节点选择的合理性，并且更好地实现无线传感器网络1的能量均衡，降低温湿度监测数据收集的能量消耗，从而节省温室大棚智能监控系统的数据采集成本。
在一个实施例中，传感器节点定期根据自身采集的温湿度监测数据与其位于簇内的邻居节点的温湿度监测数据之间的差异程度确定是否进入休眠状态，具体为：
传感器节点定期计算当前时刻自身采集的温湿度监测数据与其位于簇内的邻居节点的温湿度监测数据之间的差异程度，当计算出的差异程度低于设定的阈值时，传感器节点进入休眠状态，并设定一个定时器，在定时器超时后恢复活动状态，从而继续采集和发送温湿度监测数据；
其中，定义差异程度的计算公式为：
式中，Ci表示当前时刻第i个传感器节点采集的温湿度监测数据值，Di表示第i个传感器节点的有效邻居节点集合，其中有效邻居节点为与传感器节点位于同一个簇内且当前时刻已经向簇头节点发送过温湿度监测数据的邻居节点，Cj表示所述有效邻居节点集合中第j个有效邻居节点在当前时刻已发送给簇头节点的温湿度监测数据值，表示所述有效邻居节点集合具有的有效邻居节点个数。
本实施例通过将传感器节点采集的温湿度监测数据与其所述簇内的邻居节点采集的温湿度监测数据进行比较，根据数据差异程度的判断对部分传感器节点定时休眠，从而实现部分温湿度监测数据的抑制采集和传送，能够减少非必要温湿度监测数据的采集和传送，从而在一定程度上降低温湿度监测数据向簇头节点进行传输的能耗，有效地提高了传感器节点的能量利用率，较大限度地延长了无线传感器网络1的寿命，有助于实现对温湿度监测数据的长期稳定的收集。
在一个实施例中，设因差异程度低于设定的阈值而进入休眠状态的传感器节点为被抑制节点，簇头节点对温湿度监测数据进行融合处理前，先对被抑制节点的温湿度监测数据进行重构，从而将重构的温湿度监测数据与收集的温湿度监测数据、自身采集的温湿度监测数据一起进行融合处理；其中，设重构被抑制节点<在H时刻采集的温湿度监测数据值为向簇头节点发送温湿度监测数据的传感器节点中，由<的邻居节点构成的邻居节点集合为Da，定义的重构公式为：
式中，表示Da中具有的邻居节点个数，Cb(H)为Da中第H个邻居节点在H时刻采集的温湿度监测数据值。
本实施例利用簇头节点对被抑制节点的温湿度监测数据进行重构，使得簇头节点能够将重构的温湿度监测数据与收集的温湿度监测数据、自身采集的温湿度监测数据一起进行融合处理，避免了温湿度监测数据因为被抑制节点的不发送而缺失，保证了温湿度监测数据收集的精度；其中利用被抑制节点的邻居节点的温湿度监测数据进行被抑制节点的温湿度监测数据的重构，保证了温湿度监测数据重构的精度，为实现对温室大棚的智能监测奠定良好的基础。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (5)

1.一种温室大棚智能监控系统，其特征是，包括：
由分布在温室大棚中的传感器节点组成的无线传感器网络，所述的无线传感器网络用于采集温室大棚的温湿度监测数据，并用于将温湿度监测数据收集后发送至基站节点；
基站节点，用于汇聚无线传感器网络发送的温湿度监测数据；
温室大棚监测终端，与基站节点通信获取温湿度监测数据，并将温湿度监测数据与设定的阈值门限进行比较处理，在温湿度监测数据超出设定的阈值门限时输出报警信号。
2.根据权利要求1所述的一种温室大棚智能监控系统，其特征是，所述传感器节点是包括用于测量周围环境的温度和湿度信息的温湿度传感器、用于与邻居传感器节点进行无线通信的无线收发电路和用于显示测量结果的显示器件，每个所述传感器节点具有一个电源为传感器节点供电。
3.根据权利要求1所述的一种温室大棚智能监控系统，其特征是，所述的温室大棚监控终端包括用于与基站节点通信的通信模块、用于处理传感器节点采集的温湿度监测数据的数据处理模块。
4.根据权利要求1所述的一种温室大棚智能监控系统，其特征是，所述传感器节点部署于设定的温室大棚监测区域内的多个传感器节点；进行网络拓扑构建时，传感器节点进行分簇，从中选出多个簇头节点，其中，每个簇头节点用于收集其簇内传感器节点发送的温湿度监测数据，将收集的温湿度监测数据与自身采集的温湿度监测数据进行融合，并将融合后的温湿度监测数据发送至基站节点。
5.根据权利要求4所述的一种温室大棚智能监控系统，其特征是，传感器节点定期根据自身采集的温湿度监测数据与其位于簇内的邻居节点的温湿度监测数据之间的差异程度确定是否进入休眠状态，具体为：
传感器节点定期计算当前时刻自身采集的温湿度监测数据与其位于簇内的邻居节点的温湿度监测数据之间的差异程度，当计算出的差异程度低于设定的阈值时，传感器节点进入休眠状态，并设定一个定时器，在定时器超时后恢复活动状态，从而继续采集和发送温湿度监测数据；
其中，定义差异程度的计算公式为：
<mrow> <msub> <mi>P</mi> <msub> <mi>C</mi> <mi>i</mi> </msub> </msub> <mo>=</mo> <msqrt> <mrow> <mo>|</mo> <mfrac> <mrow> <msup> <msub> <mi>C</mi> <mi>i</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>k</mi> <msub> <mi>D</mi> <mi>i</mi> </msub> </msub> </mfrac> <msub> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <msub> <mi>D</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </msub> <msub> <mi>C</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mrow> <msup> <msub> <mi>C</mi> <mi>i</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mfrac> <mo>|</mo> </mrow> </msqrt> </mrow>
式中，Ci表示当前时刻第i个传感器节点采集的温湿度监测数据值，Di表示第i个传感器节点的有效邻居节点集合，其中有效邻居节点为与传感器节点位于同一个簇内且当前时刻已经向簇头节点发送过温湿度监测数据的邻居节点，Cj表示所述有效邻居节点集合中第j个有效邻居节点在当前时刻已发送给簇头节点的温湿度监测数据值，表示所述有效邻居节点集合具有的有效邻居节点个数。
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