CN201947452U - 一种基于无线传感器网络的禽舍环境监控系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于无线传感器网络的禽舍环境监控系统，包括采集禽舍环境温度数据的传感器节点、汇聚节点和管理中心，所述汇聚节点和管理中心通过3G网络相连，所述传感器节点和汇聚节点通过无线传感器网络相连并传送温度数据和控制命令。该系统能通过无线采集将禽舍周围温度数据汇总到管理中心，从而完成对禽舍环境参数的在线实时监控，且具有安装便利，操作方便的特点，能有效地预防畜禽疾病，提高禽业的科技水平和综合能力，促进畜禽养殖业的增产、增收和增效，实现畜禽养殖自动化管理，还可减少现场管理人员的劳动强度，提高企业的劳动生产率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种网络监控系统，具体来说涉及一种基于无线传感器网络的禽舍环境监控系统。
背景技术
随着我国经济的快速发展和人民生活水平的逐步提高，人们对生活质量提出了更高的要求，特别是国际市场对肉食品需求多元化的发展趋势，促进了我国畜禽养殖业的快速发展。现在，畜禽养殖业已经成为一种不可忽视的产业。然而，我国畜牧业生产面临着严峻的形势和巨大的挑战，除优质产品比重低、市场竞争能力弱、兽医保护薄弱等主要问题外，还存在畜禽死亡率高、饲养成本高的问题。据有关方面统计，我国每年因畜禽死亡造成的直接经济损失达260多亿元，造成畜禽死亡的一个最主要的原因是畜禽生长的环境没有满足畜禽生长的需要，并且畜禽生长环境的恶化导致病菌的滋生，引起传染病的迅速传播，造成畜禽的大量死亡。尤其近几年禽流感带来的巨大经济损失，使人们越来越重视畜禽生长的环境，因为畜禽生长环境内的各个因素和环节都成为影响畜禽生长发育的重要因素，各种不良因素的发生都会直接影响到畜禽的生产性能以及是否导致畜禽群疾病的传播，并且畜禽舍环境的污染直接影响到周围环境的空气质量。因此，调控好畜禽舍内的每个环节，是畜禽饲养管理的最根本问题。
目前国内已有许多大中型养殖场，而大中型养殖场家禽种类繁多，每种家禽又在不同的生长周期对生长环境的要求不同，管理复杂、混乱，需要投入大量的人力物力资源，从而增加了生产成本，这也是我国畜禽养殖存在的另一重要问题。所以，越来越多的畜牧业研究与生产人员把目光关注到畜禽场的环境质量及管理问题上，希望通过对环境监控等技术的应用，改善禽舍区环境质量，进而提高畜禽生产力水平和产品质量，借助改善管理方法提高经济效益。利用计算机网络技术可以将远程的禽舍的环境参数数据传输给控制中心，但是传统的分布式监测的理念，禽舍数据采集均采用有线方式(如RS485)进行数据汇聚，在禽舍工作环境恶劣，家禽散养的情况下，有线方式经常遭到破坏而导致网络瘫痪。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于无线传感器网络的禽舍环境监控系统，该系统能通过无线采集将禽舍周围温度数据汇总到管理中心，从而完成对禽舍环境参数的在线实时监控，且具有安装便利，操作方便的特点，能有效地预防畜禽疾病，提高禽业的科技水平和综合能力，促进畜禽养殖业的增产、增收和增效，实现畜禽养殖自动化管理，还可减少现场管理人员的劳动强度，提高企业的劳动生产率。
本实用新型的目的可通过以下的技术措施来实现：
包括采集禽舍环境温度数据的传感器节点、汇聚节点和管理中心，所述汇聚节点和管理中心通过3G网络相连，所述传感器节点和汇聚节点通过无线传感器网络相连并传送温度数据和控制命令。
所述无线传感器网络的采用ZigBee树状拓扑结构，所述传感器节点为所述ZigBee树状拓扑结构中的ZigBee终端节点和路由节点，所述汇聚节点为所述ZigBee树状拓扑结构中的ZigBee协调器，所述管理中心为一安装有控制软件的PC机。
所述传感器节点包括无线射频模块、天线、微控制器、传感器和电源模块，所述微控制器把传感器定时采集到的禽舍环境温度数据通过通信接口发送给无线射频模块内的射频芯片，射频芯片再通过天线将数据发送给汇聚节点，电源模块为无线射频模块、微控制器和传感器提供电源。
所述电源模块为电池供电模块，所述微控制器监听来自汇聚节点的数据传输命令，如果命令执行完毕或者没有命令时，则控制所述电池供电模块对所述传感器节点的各个模块提供睡眠模式的供电，如果有命令传来，则控制所述电池供电模块对所述传感器节点的各个模块提供低功耗工作模式的供电。
所述传感器节点通过向所述汇聚节点发送网络请求加入所述无线传感器网络，所述汇聚节点通过认证机制处理批准所述传感器节点加入所述无线传感器网络。
所述传感器节点还包括多跳路由选择控制模块，所述多跳路由选择控制模块通过相邻节点进行线路选择和数据传输。
所述管理中心的控制软件包括设有通过图形化操作界面控制的数据显示模块、查找模块和历史数据的备份模块。
所述3G网络采用RS232网络连接。
本实用新型的基于无线传感器网络的禽舍环境监控系统具有以下有益效果：
1、本系统利用计算机无线网络技术的配置灵活、结构开放和可靠性高等特点，采用无线传感器网络技术进行畜禽养殖业的监控，实现对禽舍环境的监测与控制，科学合理地控制影响畜禽生长的各种环境因子，优化禽舍内环境，保证畜禽群生活在优良的环境下，从而有效地预防畜禽疾病，提高禽业的科技水平和综合能力，促进畜禽养殖业的增产、增收和增效，实现畜禽养殖自动化管理，还可减少现场管理人员的劳动强度，提高企业的劳动生产率；
2、本系统将传感器节点智能化和集成化，传感节点有MCU，能进行相应的数据采集和处理，直接实现数据采集、处理、传输，再进一步汇总处理，将数据在节点终端进行初始化处理和压缩的优点在于能减少网络数据流量，进一步降低电池功耗，使数据采集变得方便而又快捷；
3、传感节点设计在保证高集成度的同时，进一步降低功耗，直接采用电池供电，保证系统应用灵活，安装方便；
4、系统网络中的传感节点和路由节点可以在线配置，从而避开了数据采集的许多中间环节，传感节点也具有路由功能，因此能实现多跳路由，多种数据传输路径，保证系统的健壮性和稳定性。
附图说明
图1是本实用新型的网络拓扑结构示意图；
图2是图1所示的无线传感器网络中传感器节点的内部结构示意图；
图3是图1所示的无线传感器网络中传感器节点的工作流程图；
图4是图1所示的无线传感器网络中汇聚节点的工作流程图。
具体实施方式
图1示出了本实用新型的基于无线传感器网络的禽舍环境监控系统的的网络拓扑结构，该无线传感器网络基于ZigBee树状拓扑，包括传感节点、汇聚节点和管理中心。传感节点由ZigBee终端节点和路由节点构成；汇聚节点由ZigBee协调器充当；管理中心由一台PC机充当。系统结构如图1所示。汇聚节点和管理中心通过3G网络相连，3G网络采用RS232网络连接，传感器节点和汇聚节点通过无线网络连接并传送温度数据和控制命令。传感节点负责采集温度数据及转发其子节点的数据；汇聚节点负责发出各种命令，收集传感节点数据并通过3G网络接口与管理中心的通信；管理中心的PC机内设有提供图形化的操作环境的控制软件，该控制软件包括数据显示模块、查找模块和历史数据的备份模块，负责接收用户的需求以及数据的显示、查找及历史数据的备份等功能。
传感节点的内部组成结构如图2所示，主要由无线射频模块、天线、微控制器(MCU)、传感器、电源模块组成。当电子标签上电后，首先对无线射频模块及传感器进行初始化，完成射频芯片中的射频收发器的收发地址、收发频率、发射功率、无线传输速率、无线收发模式以及CRC校验的长度和有效数据长度等信息的设置，然后微控制器把传感器定时采集到的数据通过通信接口发送给无线射频模块的射频芯片，射频芯片再通过天线发送给汇聚节点，汇聚节点最后将数据汇总给管理中心。
传感器节点内的电源模块为电池供电模块，微控制器监听来自汇聚节点的数据传输命令，如果命令执行完毕或者没有命令时，则控制电池供电模块对传感器节点的各个模块提供睡眠模式的供电，如果有命令传来，则控制电池供电模块对传感器节点的各个模块提供低功耗工作模式的供电。传感器节点内还设有多跳路由选择控制模块，多跳路由选择控制模块通过相邻节点进行线路选择和数据传输。
传感节点的工作流程如图3所示：传感节点上电初始化后，搜索一个PAN，申请加入，等待直到汇集节点允许后，接收网络分配的网络地址，否则，重新搜索。加入网络后，传感正常运行处于监听状态，并周期性地向汇聚节点发送请求是否有数据传输，若在一定时期内无任何来自汇聚节点的指令请求，则进入低功 耗工作模式。此时，若接收到采集指令时，则从睡眠模式激活，开始采集、传输数据，或执行其他来自汇聚节点的指令。若执行完指令，则节点再次处于睡眠模式，等待再次唤醒。从而，既能确保数据传输的可靠性，又能大大降低了节点电路的功耗。
汇聚节点的工作流程如图4所示：汇聚节点上电开始工作时先进行初始化工作，包括协议初始化、串口初始化等，然后进行能量检测和启动网络，网络启动后，接收来自传感节点的加入网络请求，如果是新节点，则进入相应的认证机制处理，得到认证通过后，批准加入网络。同时接收来自管理中心的指令，进行相应指令操作和数据采集。
本实用新型的实施方式不限于此，在本实用新型上述基本技术思想前提下，按照本领域的普通技术知识和惯用手段对本实用新型内容所做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本实用新型权利保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于无线传感器网络的禽舍环境监控系统，其特征在于：包括采集禽舍环境温度数据的传感器节点、汇聚节点和管理中心，所述汇聚节点和管理中心通过3G网络相连，所述传感器节点和汇聚节点通过无线传感器网络相连并传送温度数据和控制命令。
2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的禽舍环境监控系统，其特征在于：所述无线传感器网络采用ZigBee树状拓扑结构，所述传感器节点为所述ZigBee树状拓扑结构中的ZigBee终端节点和路由节点，所述汇聚节点为所述ZigBee树状拓扑结构中的ZigBee协调器，所述管理中心为一安装有控制软件的PC机。
3.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的禽舍环境监控系统，其特征在于：所述传感器节点包括无线射频模块、天线、微控制器、传感器和电源模块，所述微控制器把传感器定时采集到的禽舍环境温度数据通过通信接口发送给无线射频模块内的射频芯片，射频芯片再通过天线将数据发送给汇聚节点，电源模块为无线射频模块、微控制器和传感器提供电源。
4.根据权利要求3所述的基于无线传感器网络的禽舍环境监控系统，其特征在于：所述电源模块为电池供电模块，所述微控制器监听来自汇聚节点的数据传输命令，如果命令执行完毕或者没有命令时，则控制所述电池供电模块对所述传感器节点的各个模块提供睡眠模式的供电，如果有命令传来，则控制所述电池供电模块对所述传感器节点的各个模块提供低功耗工作模式的供电。
5.根据权利要求4所述的基于无线传感器网络的禽舍环境监控系统，其特征在于：所述传感器节点还包括多跳路由选择控制模块，所述多跳路由选择控制模块通过相邻节点进行线路选择和数据传输。
6.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的禽舍环境监控系统，其特征在于：所述3G网络采用RS232网络连接。
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