CN202979298U - 基于Zigbee技术的温室智能测控系统 - Google Patents

基于Zigbee技术的温室智能测控系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种基于Zigbee技术的温室环境检测与控制的无线控制系统。它是一种近距离、低成本、低功耗、低数据速率的双向无线传输技术。本项研究解决方案是以cc2530模块作为Zigbee无线通讯模块，以DSP微处理器芯片TMS320F2812为控制模块，通过无线通讯的方式实现对温室的温度、湿度等进行数据采集，并通过无线通讯的方式对补光、卷被、风机等进行输出控制。通过ZigBee无线通讯技术实现传感器节点与数据汇集中心节点的无线通信，并可以充当路由进行信息交换，更加符合温室监测过程中对多测点、多要素、移动性、便捷性等方面的要求，在温室环境监控中具有十分广阔的应用前景。

Description

基于Zigbee技术的温室智能测控系统
技术领域
本发明涉及一种智能温室环境检测与监控装置，特别涉及布线困难而需要采用无线通讯温室自动监控系统。 
背景技术
随着我国农业现代化的快速发展，农业正在走向精细、节能、高效和环保，对环境的要求也变得越来越苛刻。设施农业和园艺工程的研究与应用技术越来越受到重视，温室工程在农作物、林木种苗和花卉等植物的工厂化培育中得到了广泛应用。温室大棚的检测控制系统是实现温室自动化和高效生产的关键环节。温室测控技术集中体现出温室的发展水平，直接影响到温室生产的经济效益。目前，我国高端的温室测控系统大多需要从国外引进，价格昂贵且难以适应我国不同地区栽培作物的生长规律；特别是当前的温室测控系统大都采用主从式分布控制结构，布线复杂且很难获得高效的协同式控制，另外高运行成本也严重制约着它的大规模应用，因此迫切需求研制具有自主知识产权的低成本高效无线温室测控系统。无线传感器网络是由大量分布式传感节点组成的面向任务型的网络。它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等多种领域技术，通过各类微型传感器对目标信息进行实时监测并处理后，通过无线网络完成信息传送和协同控制。无线传感器网络由于其低成本、低能耗、网络化等优点使得其必将在温室无线测控系统中大显身手。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于Zigbee技术的无线通讯设备，应用于智能温室环境控制与检测。（1）用于智能温室无线测控网络中的温室无线传感网络控制节点装置，装置硬件包括微处理器芯片、ZigBee无线通讯模块、OCMJ15X20D液晶显示模块、X25045存储模块、控制模块及控制输出与输入接口模块，微处理器芯片为控制中心，Zigbee无线通讯模块将检测信息传给上位机，上位机对接收的信息进行运算处理后通过Zigbee无线通讯模块发送给下位机，无线控制包括温度数据检测、湿度数据检测、环流风机控制、轴流风机控制、遮阳网控制、湿帘控制、移动喷灌控制、补光控制、卷被控制。 
（2）所述微处理器芯片采用的DSP芯片是TMS320F2812，32位的定点数字信号处理器，用于信息汇总、控制优先级选择、上位机与下位机通讯控制、信息反馈、历史数据保存及查询的功能；所述液晶显示模块采用OCMJ15X20D，可同时显示中英文，又可以作为触摸屏使用；所述的Zigbee无线通讯模块采用cc2530模块，地址的分配方式及回收机制、路由机制 是建立在该模块的无线通讯应用层之上完成的 
（3）温室无线测控网络设备：紧密结合温室测控网络的特定需求，研制出具有自主知识产权的温室无线传感器节点、无线控制节点、无线汇聚节点及优化控制站点及其他软硬件平台，解决应用过程中的大规模组网技术、高可靠性及容错设计、传感数据融合技术、协同式控制技术等多项关键性问题，并将这些技术应用于实际的温室测控网络设备中。 
（4）温室无线测控网络系统：基于自主研发的温室无线测控网络设备，组建实用的温室测控网络系统，并利用现场测试信息进行优化；研发基于温室环境动态数学模型的专用无线传感器网络中间件技术，并研究无线传感器网络测控方案的实时在线升级，实现温室信息采集自动部署、自组织传输和智能控制。 
（5）智能温室无线测控网络系统方案：温室无线传感器网络通过对大量环境信息进行协同式的处理，使得更准确的温室环境智能化控制决策成为可能。研究利用温室无线传感器网络技术实现实时采集各种植物生长环境参数，获取长期的和大量的农作物生长的立体式信息，构建逼真的温室相关信息的分析与预测模型，并根据植物生长与环境因子之间的内在关系，建立农作物栽培的相关知识库和数据库，在灵活方便的温室无线测控网络系统的基础上，达到温室环境测控的智能化配置。 
本发明的创新之处在于： 
（1）温室智能测控无线传感器网络节点结构：在现有主从分布式温室控制系统的基础上，引进无线传感器网络技术，通过无线传感器网络可以更方便地获取更多环境信息，研制出具有自主知识产权的温室无线传感器节点、无线控制节点、无线汇聚节点及优化控制站点及其他软硬件平台，解决应用过程中的传感信息监测，结合温室控制系统现场环境，建立分布式协同处理控制环境。 
（2）温室无线传感器网络系统应用关键技术：充分结合温室的现场应用环境，研究温室无线传感器网络的拓扑结构、基于查询或事件驱动的路由协议、温室传感数据融合技术，并充分考虑到温室的温湿度环境对无线通信信道的影响因素，研究高可靠性的，具有一定容错纠错能力的，大规模应用于温室的无线传感器网络技术，并取得系列发明专利。 
（3）温室无线测控网络系统结构：充分考虑光照、温度、湿度、风速等环境因素对农作物生产的影响，并结合温室具体结构构建温室无线测控网络系统，组建包括了温室无线传感器节点、无线控制节点、无线汇聚节点及优化控制站点等部分的系统网络结构，采用基于分簇的层次化网络结构模型，并充分考虑温室传感数据的可融合性特征，构建温室环境下的高可靠性无线传感器网络测控系统。 
（4）智能温室无线测控网络系统方案：在优化的无线温室测控系统的基础上，综合考虑温度、湿度、光照以及CO2等环境因子对植物生长的影响，建立植物光合作用、呼吸作用、蒸腾作用与环境因子的多元函数关系，自动、实时采集各种环境参数，构建相应的历史数据库。 
附图说明
图1为Zigbee网络节点构成图。 
图2为Zigbee网络数据采集通讯示意图。 
图3为主从机通讯结构框图。 
图4为节点通讯结构框图。 
图5为节点数据采集结构框图。 
图6为下位从机设备通讯程序设计流程图 
图7为节点设备通讯程序设计流程图。 
具体实施方式
附图1和附图2所表示的是数据采集与远程传输子系统是由从节点、主节点和DSP核心模块组成。从节点用于采集现场数据，并通过ZigBee无线通信技术将其发送到分节点，再由分节点传输给DSP模块，最终通过网络，将数据发送至远程数据临控中心。 
在附图3中，DSP核心模块通过Zigbee无线通讯模块与节点进行通讯，把节点传回的信息进行分析比较处理，并通讯串口通讯模块与上位机通讯，上位机采用组态王建立人机交互界面，形成上位机控制界面与温室实际控制设备一一对应关系。可以通过键盘输入电路设定初使化参数，液晶显示电路实时显示参数状态，接口电路连接各种控制输出及输入设备，包括继电器、接触器等，存储电路完成对参数设定值的保存。 
附图4和附图5表示，在节点通讯过程中，各节点完成各种信息数据的采集，节点通讯模块的初使参数可能进行实时设定，以适应不同参数的检测，并通过存储电路保存，检测的信号包括温室信号、湿度信号、光照强度、风速等，各传感器检测的信号转换成电压信号，并通过A/D数据转换由微处理器进行运算比较，通过各节点Zigbee无线通讯模块发送给上位机。 
在附图6中上位机与下位从机设备通讯程序软件实现过程为，设备接通电源后首先对各设备进行程序的初使化设置，各节点与各节点服务器之间建立网络，上位机允许下位机节点加入请求，并且等待各节点加入，在进行网络通讯过程中要进行数据采集校验，如果数据正确则进入到数据通讯过程，如果不正确则返回上一级。 
在附图7中可进行节点设备通讯程序软件实现。其实现过程为，设备初始化之后进行网 络状态查询，网络状态正常则进入下一级，如果不正常则返回上一级，在网络状态正确后，发送网络加入信息请求，并等待上位机的验证信息，在成功加放网络后，与各传感器进行通讯，进行数据采集，当读值正确后，发送数据给接收设备。 

Claims (2)

1.用于智能温室无线测控网络中的温室无线传感网络控制节点装置，装置硬件包括微处理器芯片、ZigBee无线通讯模块、OCMJ15X20D液晶显示模块、X25045存储模块、控制模块及控制输出与输入接口模块，微处理器芯片为控制中心，Zigbee无线通讯模块将检测信息传给上位机，上位机对接收的信息进行运算处理后通过Zigbee无线通讯模块发送给下位机，无线控制包括温度数据检测、湿度数据检测、环流风机控制、轴流风机控制、遮阳网控制、湿帘控制、移动喷灌控制、补光控制、卷被控制。 
2.根据权利要求1所述的温室无线传感网络控制节点装置，其特征在于所述微处理器芯片采用的DSP芯片是TMS320F2812，32位的定点数字信号处理器，用于信息汇总、控制优先级选择、上位机与下位机通讯控制、信息反馈、历史数据保存及查询的功能；所述液晶显示模块采用OCMJ15X20D，可同时显示中英文，又可以作为触摸屏使用；所述的Zigbee无线通讯模块采用cc2530模块，地址的分配方式及回收机制、路由机制是建立在该模块的无线通讯应用层之上完成的。 
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104186247A (zh) * 2014-07-22 2014-12-10 陈益楷 一种温室养殖系统
CN105571640A (zh) * 2015-12-24 2016-05-11 赵晓玲 一种基于ZigBee传输的温室温湿度监测系统
CN105961089A (zh) * 2016-05-13 2016-09-28 四川省农业科学院服务中心 基质自动化水循环加热装置

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