CN202048933U - 基于无线传感器网络的温室监测系统 - Google Patents

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胡强
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Abstract

基于无线传感器网络的温室监测系统，包括采集温室内大气温度、大气湿度、土壤温度、土壤湿度、二氧化碳含量以及光强的传感器组；以单片机CC2430为核心的无线传感器节点，能够从所述传感器组接收数据，汇聚并实时上传网关；以基于ARM920T内核的32位RISC微处理器S3C2410A为核心的无线传感器网络网关硬件平台，通过Zigbee网络接收所述无线传感器节点传输的数据，通过Ethernet有线传输方式和利用双频模块MC39I提供的GPRS无线传输方式完成网关的远程通信，本实用新型采用无线传感器节点实现密集、灵活的多个温室环境实时监测，监测类型植物生长环境的各个关键因子，并实现了动态管理和无线传输。

Description

基于无线传感器网络的温室监测系统
技术领域
本实用新型属于农林业环境监测技术领域，涉及温室环境条件的检测，具体涉及一种基于无线传感器网络的温室监测系统。
背景技术
现代温室是设施农业的生产车间，温室环境信息的监测控制系统是实现其生产自动化、高效化最为关键的环节，传统的温室监控系统主要是基于有线通信方式。如王风云，赵一民，张晓艳等在《基于分段控制策略的温室智能测控系统设计》一文中提出的基于RS-485总线设计的温室测控系统；何世钧，韩宇辉，张驰等在《基于CAN总线的设施农业嵌入式测控系统》一文中提出的采用CAN总线设计的温室控制系统等。有线通信系统在温室生产实践中存在诸如布线复杂、维护困难、传感器节点不能随作物变更而灵活部署等问题。近年来，不少研究者将无线通信技术应用于温室领域，如基于蓝牙的分布式温室监控系统，基于GSM的温室监测系统，但这些无线通信技术存在成本高、功耗大等缺点，无法在温室监控领域大规模推广应用。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于无线传感器网络的温室监测系统，该系统针对当前温室环境监测系统的不足，将无线传感器网络技术、ZigBee技术、GPRS技术和嵌入式技术相结合，克服了传统监测系统不足，采用无线传感器节点实现密集、灵活的多个温室环境实时监测，监测类型涵盖大气温度、大气湿度、土壤温度、土壤湿度、CO2浓度、光照强度等关键因子；采用网关管理节点完成传感器节点动态管理、环境信息集中处理和预警预报等功能。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
基于无线传感器网络的温室监测系统，包括，
采集温室内大气温度、大气湿度、土壤温度、土壤湿度、二氧化碳含量以及光强的传感器组；
以单片机CC2430为核心的无线传感器节点，能够从所述传感器组接收数据，汇聚并实时上传网关；
以基于ARM920T内核的32位RISC微处理器S3C2410A为核心的无线传感器网络网关硬件平台，通过无线网接收所述处理器模块传输的数据，通过Ethernet有线传输方式和双频模块MC39I提供的GPRS无线传输方式完成网关的远程通信；
电源模块，采用12V直流为所述处理器模块和无线传感器网络网关硬件平台供电。
所述的传感器组中，检测大气温度和大气湿度的传感器为温湿度传感器SHT71，接口为I2C总线接口；检测光强的传感器为光传感器ISL29010，接口为I2C总线接口；检测土壤温度的传感器为土壤温度传感器SLST1-5，接口为单总线；检测二氧化碳含量的传感器为红外二氧化碳传感器H550，接口为I2C总线接口；检测土壤湿度的传感器为土壤水分传感器FDS100，所述土壤水分传感器FDS100的输出与单片机CC2430的P0口相连，利用单片机CC2430内部的ADC实现数据转换。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：
1)能够实现传感器节点快速自组网以及对各种温室环境因子的实时采集、传输、显示；
2)具有可扩展性，还可具有声、光、短信三种预警方式和基于以太网/GPRS方式的远程通信能力；
3)具有低成本、低功耗、无需布线、组网灵活、人机界面友好等优点。
附图说明
附图为本实用新型的结构框图，带虚线的箭头表示无线通信方向。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
参见基于无线传感器网络的温室监测系统，包括，
采集温室内大气温度、大气湿度、土壤温度、土壤湿度、二氧化碳含量以及光强的传感器组；
以单片机CC2430为核心的无线传感起节点，能够从所述传感器组接收数据，汇聚并实时上传网关；
以基于ARM920T内核的32位RISC微处理器S3C2410A为核心的无线传感器网络网关硬件平台，通过无线网接收所述处理器模块传输的数据，通过Ethernet有线传输方式和双频模块MC39I模块提供的GPRS无线传输方式完成网关的远程通信；
电源模块，采用12V直流为所述处理器模块和无线传感器网络网关硬件平台供电。
所述的传感器组中，检测大气温度和大气湿度的传感器为温湿度传感器SHT71，接口为I2C总线接口；检测光强的传感器为光传感器ISL29010，接口为I2C总线接口；检测土壤温度的传感器为土壤温度传感器SLST1-5，接口为单总线；检测二氧化碳含量的传感器为红外二氧化碳传感器H550，接口为I2C总线接口；检测土壤湿度的传感器为土壤水分传感器FDS100，所述土壤水分传感器FDS100的输出与单片机CC2430的P0口相连，利用单片机CC2430内部的ADC实现数据转换。
本系统的无线传感器节点都部署在温室监测区域，通过ZigBee协议自动组网，将定时采集的温室环境数据以多跳方式汇聚到网关节点。运行在网关上的系统管理软件完成节点管理、数据存储、查询、预警等功能。以基于ARM920T内核的32位RISC微处理器S3C2410为核心构建了无线传感器网络网关硬件平台通过Siemens公司的GSM/GPRS双频模块MC39I模块完成网关的无线远程通信，GSM/GPRS双频模块MC39I支持GSM900和GSM1800双频网络，接收速率可达86.20kbps，发送速率可达21.5kbps，完全满足无线传感器网络较小的数据传输量的需求。
本系统针对温室监测的需要，无线传感器网络拓扑采用了树状结构，其优点是比星型结构功能完善，覆盖面积大，同时比网状网络容易实现和维护。根据在网络中所具备的功能不同，无线传感器节点分为终端节点、路由节点、协调器节点三种类型。终端节点主要完成环境数据的采集，路由节点除了具备数据采集功能，还具备路由的功能，协调器节点主要完成传感器网络的数据汇聚功能。系统工作时，多个终端节点完成数据采集并传递给路由节点，由路由节点进行数据处理并沿动态路由将数据转发到协调器节点，最终协调器节点通过串口将数据汇总给网关节点。
本系统中，无线传感器网络网关硬件平台具有通用的外围接口，因此网关系统具有很强的扩展能力，LCD接口和触摸屏接口是网关系统信息交互的界面；USB接口可用来外接标准鼠标、键盘；SD卡可作为拓展存储器使用；RJ45接口可将网关接入以太网。因此本实用新型可基于以太网实现无线远程通信功能。
稳定的电源对网关系统的稳定运行至关重要。本实用新型中，通过变压器将220V生活用电降为稳定的12V直流电作为网关的主电源，同时采用12V的蓄电池作为系统的备用电源，以构成不间断电源，保证系统在断电情况下能正常运行
针对本系统的测试中，在三个温室大棚中各自放置10个节点，其中终端节点8个，路由节点2个。此外，布置了一个内嵌协调器节点的网关节点。温湿度传感器SHT71、光传感器ISL29010、红外二氧化碳传感器H550，土壤温度传感器SLST1-5插入土壤8厘米，通过电缆接入节点。节点通过挂钩置于离地1.2高度处。传感器节点每隔10分钟进行一次采样，完成数据采集、发送之后，自动进入休眠状态，直至下一个采样周期唤醒。
在节点之间的通信距离约为15米时，系统启动后1分钟内即可完成节点绑定，形成自组网络。当到达采样时间后，30秒内可完成数据的发送。在网关管理平台可成功实现节点管理和数据的存储、查询等工作。当采集数据超过警戒范围时，可在一分钟之内通过GSM短信发送到异地手机上。通过GPRS网络向远程具有公网静态IP地址的服务器发送数据，延时不超过一分钟。

Claims (7)

1.基于无线传感器网络的温室监测系统，其特征在于，包括，
采集温室内大气温度、大气湿度、土壤温度、土壤湿度、二氧化碳含量以及光强的传感器组；
以单片机CC2430为核心的无线传感器节点，能够从所述传感器组接收数据，汇聚并实时上传网关；
以基于ARM920T内核的32位RISC微处理器S3C2410A为核心的无线传感器网络网关硬件平台，通过无线网接收所述处理器模块传输的数据，通过Ethernet有线传输方式和双频模块MC39I提供的GPRS无线传输方式完成网关的远程通信；
电源模块，采用12V直流为所述无线传感器节点和无线传感器网络网关硬件平台供电。
2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的温室监测系统，其特征在于，所述的传感器组中，检测大气温度和大气湿度的传感器为温湿度传感器SHT71，接口为I2C总线接口。
3.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的温室监测系统，其特征在于，检测光强的传感器为光传感器ISL29010，接口为I2C总线接口。
4.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的温室监测系统，其特征在于，检测土壤温度的传感器为土壤温度传感器SLST1-5，接口为单总线。
5.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的温室监测系统，其特征在于，检测二氧化碳含量的传感器为红外二氧化碳传感器H550，接口为I2C总线接口。
6.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的温室监测系统，其特征在于，检测土壤湿度的传感器为土壤水分传感器FDS100。 
7.根据权利要求6所述的基于无线传感器网络的温室监测系统，其特征在于，所述土壤水分传感器FDS100的输出与单片机CC2430的P0口相连，利用单片机CC2430内部的ADC实现数据转换。 
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