CN203405235U

CN203405235U - 基于物联网的设施环境综合参数测试仪

Info

Publication number: CN203405235U
Application number: CN201320555135.5U
Authority: CN
Inventors: 侯加林; 张观山; 郎需强; 刘林; 王震; 魏珉
Original assignee: Shandong Agricultural University
Current assignee: Shandong Agricultural University
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2023-09-06

Abstract

本实用新型涉及一种基于物联网的设施环境综合参数测试仪，要由数据信息采集部分（即物联网的感知层）、信息传输部分（即物联网中的传输层）和监测中心部分（物联网的应用层）组成。本实用新型采用物联网技术，采集设施内多个点的温度、空气湿度，土壤温湿度、光照度等环境参数，并将数据上传到监测中心，监测中心对数据进行分析处理，将数据及分析结果反馈给用户；本实用新型设计合理、安装布设及实用操作简便且使用效果良好，能真正发挥物联网的效用和价值，有效的解决了数据传输速率慢、传输距离近、数据管理与分析不充分以及测量点数少的问题。

Description

基于物联网的设施环境综合参数测试仪

（一）技术领域

本实用新型涉及一种基于物联网的设施环境综合参数测试仪，具体涉及一种使用物联网技术，能采集设施环境内温度、空气湿度，土壤温湿度、光照度等环境参数，并将数据上传到监测中心，监测中心对数据进行分析处理，将数据及分析结果反馈给用户的设施环境监测系统。

（二）背景技术

设施环境是一个复杂的生态环境，环境中的温度、湿度、光照强度、CO2（二氧化碳）浓度等环境参数对农作物的生产有很大的影响。对设施环境中的数据进行快速、准确的采集、传输和处理，将有利于对农产品生长进行科学管理；目前，现有的测试仪主要采用现场总线的数据传输方式，在传输速率和距离方面存在缺陷，对采集的设施环境信息缺少进一步的管理与数据分析；在设施大棚生产中，棚内一天中不同时间、不同位置点的温度不同，对作物生长造成影响的往往是从某一个时间段某个局部点高温或者低温开始的，因此温度测量必须是多点采集；而现有的测试仪只对设施内单点或者少点进行温度测量，不能综合反映设施内温度变化情况。

（三）发明内容

为了解决以上问题，本实用新型提出了一种基于物联网的设施环境综合参数测试仪，有效的解决了传输速率慢、传输距离近、数据管理与分析不充分以及测量点数少等问题；本实用新型采用物联网技术，实现对设施环境内多个节点的温度、湿度、光照强度、土壤温湿度等环境指标的监测，通过GPRS模块将信息传送到监测中心，监测中心对数据做进一步分析与处理，反馈给用户。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种基于物联网的设施环境综合参数测试仪主要由数据信息采集部分（即物联网的感知层）、信息传输部分（即物联网中的传输层）和监测中心部分（物联网的应用层）组成。其结构要点为数据信息采集部分与信息传输部分及监测中心部分之间进行无线传输。

所述的数据信息采集部分包括至少一个数据信息采集节点，数据信息采集节点通过无线网络相连。

所述的数据信息采集节点包括传感器模块及与之相连接的处理器模块、无线通信模块和能量供应模块；能量供应模块为传感器模块、无线通信模块、处理器模块供电；所述的传感器模块包括温度传感器、湿度传感器、光照度传感器、CO₂传感器、土壤温湿度传感器和太阳辐射传感器；所述的温度传感器选用DS18B20，采用单总线技术，进行多点同时测量，检测设施环境内的空间温度变化规律；土壤温湿度传感器采用IIC总线技术，在距离地表垂直距离多个深度埋设SHT11型土壤温湿度传感器，测量地表不同深度的土壤温湿度，检测地表灌溉前后的土壤温湿度变化规律；

所述的能量供应模块选用锂电池。

通过测量数据信息采集节点的平均工作电流，再结合电池容量估算数据信息采集节点的工作寿命。

信息采集部分通过无线网络与信息传输部分的汇聚节点相连，汇聚节点连接有RS232电平转换电路，RS232电平转换电路连接有TCP/IP协议转换模块，TCP/IP协议转换模块连接GPRS模块进行数据传输。

所述的监测中心部分包括服务器。

另外本实用新型所述监测中心连接有互联网接口模块或2G/3G无线通信模块。

本实用新型的有益效果：可将本实用新型多个数据信息采集节点安放在设施环境不同的位置上，来监测不同位置的环境信息。每个数据信息采集节点将监测的数据定时汇总到汇聚节点，汇聚节点再将数据上传到监测中心，监测中心可以实时显示设施环境信息，查询历史数据。

由上可知，本实用新型采用物联网技术，通过无线传输设施环境信息，无需布置线缆，可靠性高，成本低；通过将数据实时上传到监测中心，监测中心对其进行处理。

（三）附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。本实用新型的保

护范围不仅限于以下内容的描述。

图1是本实用新型系统总体结构图。

图2是本实用新型节点结构图。

图3是本实用新型节点程序流程图。

（五）具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。下述未述及的相关技术内容均可采用或借鉴现有技术。

如图1所示，本实用新型由数据信息采集部分（即物联网的感知层）、信息传输部分（即物联网中的传输层）和监测中心部分（即物联网的应用层）组成。数据信息采集部分与信息传输部分进行无线通讯，信息传输部分与监测中心部分进行无线通讯。

本实用新型所述的数据信息采集部分包括至少一个数据信息采集节点，每个数据信息采集节点通过无线网络相连。在距离数据信息采集节点水平方向50、100、150、200、250、300、350、400、450、500cm等多个距离连接DS18B20型温度传感器；在距离地表垂直距离为10、20、30、40、50、60、70、80、90、100cm等10个深度各埋设SHT11型土壤温湿度传感器

如图2所示，本实用新型所述的数据信息采集节点包括传感器模块、处理器模块、无线通信模块、能量供应模块；

所述的处理器模块由处理器CC2430、AD转换芯片ADS8344、I/V转换电路、时钟电路32M和32.768K、复位电路、存储器AT24C02组成；CC2430为整个处理器模块的核心，协调整个信息的采集、预处理及传输。

与处理器模块连接有传感器模块；其中所述的传感器模块包括温度传感器，湿度传感器，光照度传感器，CO₂传感器，土壤温湿度传感器，太阳辐射传感器。

如图2所示，所述的温度传感器选用DS18B20，采用单总线技术，多个温度传感器挂载到一根总线上，利用DALLAS公司的单总线控制协议，实现了利用单线控制信号在总线上进行通信，能够进行多点同时测量，检测实施环境内的空间温度变化规律；所述的土壤温湿度传感器型号为SHT11，采用IIC总线技术，测量地表不同深度的土壤温湿度，检测地表灌溉前后的土壤温湿度变化规律。

如图2所示，湿度传感器、光照度传感器、CO₂传感器、太阳辐射传感器等输出都为标准的4-20mA电流，其采集过程为输出的电流信号经过电流电压转换后，转换为电压信号，电压信号经过采样保持电路，然后再经过AD转换芯片ADS8344进行模数转换，最终将产生的数字量送入处理器模块。

为了估算数据信息采集节点的工作寿命，保证电池电量耗尽之前更换电池，把数据信息采集节点的工作状态标定为四个：空闲状态、发射接收信息状态、数据采集状态、数据转换状态，分别对四个状态的持续时间及电流进行测量，计算出数据信息采集节点平均工作电流，再结合电池容量估算出数据采集节点的工作寿命。

所述的无线传输模块采用CC2430芯片上整合的ZigBee射频（RF），工作在2.4GHZ的频率下；可保证在复杂环境下的通信质量和安全，在不采用功率放大芯片的前提下，传输距离最远可达100米；设施内每个传感器节点通过无线传输模块，采用自组网方式，构建农业设施内部网络。

所述传感器模块、处理器模块、无线通信模块、能量供应模块密封在一起。各模块均采用小型化设计，这样有利于数据信息采集节点在现场安装时的灵活性。

如图3所示，数据信息采集部分的工作流程如下：上电先进行硬件初始化和网络初始化，监测中心向数据信息采集节点发送地址信息和传感器信息，节点等待控制中心指令，接收到指令后，执行相应的指令处理程序，并将结果通过无线通信模块发送到Internet网络。

数据信息采集模块将采集的数据通过无线通信模块，发送到上述的信息传输部分的汇聚节点，汇聚节点接收的数据通过RS232进行电平转换，将TTL电平转换为232电平，再经过TCP/IP协议转换模块转换为TCP/IP协议的网络信号，再经过GPRS模块传入Internet网络。

所述监测中心包括服务器以及以数据库为基础的监控处理软件。其中服务器可采用因特网B/S架构，配合监控处理软件；系统以ASP.Net作为客户端技术，在.NET平台中实现多源数据的集成管理，可以对外提供WEB服务器功能，实时提供设施环境信息。

同时监测中心还提供即时查询功能，可以将要查询的节点信息以及查询命令通过信息传输部分发送给相应节点。节点接收到命令后再将数据发送给监测中心。

所述监测中心接口模块采用互联网接口模块或2G/3G无线通信模块。

用户可以使用计算机或者手持移动设备通过互联网来访问监测中心的服务器，可以方便快捷的查询整个设施环境的信息。

本实用新型实现了对设施环境信息的采集、传输、存储、分析直至在监测中心显示和处理，可以精确的获取设施环境信息，对设施环境内状况进行实时、精准地监测与评估。

下面说明本实用新型整个系统的工作流程：不同的数据信息采集节点通过路由协议构成了一个无线自组织网络，整个网络定时地将每个节点的环境数据发送到信息传输部分，信息传输部分将所收集的数据再通过互联网或者2G/3G网络发送到监测中心，监测中心将接收的数据存储到服务器中。

可以理解的是，以上关于本实用新型的具体描述，仅用于描述本实用新型而并非受限于本实用新型实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种基于物联网的设施环境综合参数测试仪，其特征在于由数据信息采集部分、信息传输部分和监测中心部分组成；所述数据信息采集部分与信息传输部分及监测中心部分之间进行无线传输；所述的数据信息采集部分包括至少一个数据信息采集节点，数据信息采集节点间通过无线网络相连；所述的数据信息采集节点包括传感器模块及与之相连接的处理器模块、无线通信模块和能量供应模块；能量供应模块为传感器模块、无线通信模块、处理器模块供电；所述的传感器模块包括温度传感器、湿度传感器、光照度传感器、CO₂传感器、土壤温湿度传感器和太阳辐射传感器；所述的温度传感器选用DS18B20，采用单总线技术，多个温度传感器挂载到一根总线上，进行多点同时测量；土壤温湿度传感器采用IIC总线技术，在距离地表垂直距离多个深度埋设SHT11型土壤温湿度传感器，测量地表不同深度的土壤温湿度；所述的能量供应模块选用锂电池；所述的信息采集部分通过无线网络与信息传输部分的汇聚节点相连，汇聚节点连接有RS232电平转换电路，RS232电平转换电路连接有TCP/IP协议转换模块，TCP/IP协议转换模块连接GPRS模块进行数据传输；所述的监测中心部分包括服务器。