CN204517863U - 一种温室物联网测控系统 - Google Patents

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陈美镇
李萍萍
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Abstract

本实用新型公开了一种温室物联网测控系统，系统由数据采集单元网络群、汇聚节点、智能网关、远程服务器和远程监控设备浏览器等模块组成。针对数据采集单元和传感器易受温室环境多变的影响经常需要变更，或者用户需要另外增加同类型的传感器数量进行监测温室内的环境差异等需求，为实现温室环境监测信息处理、传输过程的自适应，设计的数据同步方法为：智能网关通过查询预先设置好的数据采集单元配置表自适应地解析数据流的监测参数数值，实现数据采集单元网络群与智能网关的数据同步。智能网关使用XML数据结构对数据采集单元配置、监测参数数值等信息进行封装，通过Http Post传输通信机制实现与远程服务器的数据同步。本实用新型可应用于基于物联网的温室环境测控系统的数据传输。

Description

一种温室物联网测控系统
技术领域
本实用新型属于农业物联网技术领域，具体涉及一种基于物联网的温室测控系统及其数据同步方法。
背景技术
物联网技术随着信息技术的快速发展越来越多的在设施农业中得到了应用。传感器技术、无线网络、微型计算机技术、互联网的发展，进一步促进了温室环境信息的监测管理。典型的温室物联网系统包括感知、传输、应用三种层次。感知层利用传感器技术进行环境信息获取，主要包括温室内的温度、光照、湿度、CO2浓度等气候信息，土壤湿度、pH值、EC值等环境信息，以及室外的气象信息。传输层通过无线网络技术，主要以Zigbee技术传输至物联网的网关，网关实现信息的统一汇聚和计算处理，并传输至互联网。远程应用服务器实现温室监测数据的存储，实现面向用户的门户网站或者以客户端的形式实现温室环境监测。考虑到数据采集单元和传感器易受温室环境多变等因素的影响经常需要变更，或者用户需要另外增加同类型的传感器数量进行监测温室内的环境差异等情况。如何实现传感器和数据采集单元的变更所带来的智能网关的信息处理与传输以及远程服务器信息处理与传输的自适应，是温室物联网智能化运行的一个核心。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种温室物联网测控系统，以实现传感器和数据采集单元的变更所带来的智能网关信息处理与传输以及远程服务器信息处理与传输的自适应。
为了解决以上技术问题，本实用新型所采用的具体技术方案如下：
一种温室物联网测控系统，包括数据采集单元网络群(1)、汇聚节点(2)、智能网关(3)、远程服务器(4)、远程监控设备浏览器(5)；其特征在于：所述数据采集单元网络群(1)采用太阳能和蓄电池系统进行供电，通过Zigbee数据采集单元连接传感器，分别采集温室内光照、温度、湿度、CO2浓度和温室外气象信息；采用星型的Zigbee通信协议自组织方式形成无线传输网络群与汇聚节点(2)进行无线通信；汇聚节点(2)将Zigbee协议数据流与串口通信数据流进行转换后同步至智能网关(3)；智能网关(3)通过3G或Wi-Fi模块接入互联网，建立与远程服务器(4)基于Http Post传输通信机制(6)的数据同步；远程服务器(4)采用B/S结构构建用户监控设备浏览器(5)的WEB访问。
本实用新型的一种温室物联网测控系统的数据同步方法包括以下步骤：
步骤一，智能网关(3)定义了数据采集单元配置表，所述表中包含：数据采集单元ID、监测参数名称、监测参数ID、单位、地点、监测参数数值在数据流的始字节、监测参数在数据流的终字节、偏移量、数值转换系数、监测参数最小值、监测参数最大值信息；
步骤二，智能网关(3)通过汇聚节点(2)获得数据采集单元网络群(1)中各数据采集单元所采集16进制数据流，根据通信数据流首字节对应的数据采集单元ID，查询数据采集单元配置表格获取各监测参数数值在数据流中始字节、终字节、监测参数ID等描述信息；根据始字节、终字节的数值，将通信协议数据流中的16进制监测参数数值进行提取并转化成10进制后，再根据偏移量、数值换算系数计算出实际值，生成以监测参数ID为列描述名的监测参数数值表；
步骤三，智能网关(3)采用XML数据结构描述标准对数据采集单元配置信息、监测参数数值进行封装，存储至本地XML文件库；
步骤四，智能网关(3)通过Http Post传输通信机制(6)向远程服务器(4)发起XML数据结构描述的数据采集单元配置信息、“心跳”计数值、监测参数数值，远程服务器(4)根据XML封装协议进行据采集单元配置信息、监测参数数值的解析并更新数据库。远程服务器(4)解析“心跳”连接过程中，判断监控设备浏览器(5)的同步命令标志，如果有效则用XML数据结构描述标准对远程服务器(4)的数据采集单元配置信息进行封装向智能网关(3)同步。
本实用新型具有有益效果
本实用新型通过对数据采集单元配置表进行定义，实现了数据采集单元数据流的监测参数数值的自适应解析以及同步数据的XML数据结构描述标准的自适应封装，并通过Http Post传输通信机制进行数据传输，实现了智能网关与服务器数据同步的方法，有利于物联网测控系统的快速部署和应用，并有效地解决了温室物联网应用中，动态增减传感器或者数据采集单元而造成物联网测控系统的二次开发，为农业信息的监测和管理提供了通用的方法。
附图说明
图1是本实用新型系统结构图；
图2是本实用新型系统的数据同步工作流程图。
图中：1、数据采集单元网络群，2、汇聚节点，3、智能网关，4、远程服务器，5、远程监控设备浏览器，6、Http Post传输通信机制。
具体实施方式
为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面结合附图和具体实例，对本实用新型的技术方案做进一步详细说明。
本实用新型的系统结构如图1所示。
1.数据采集单元配置：用户通过智能网关3设定数据采集单元的基本信息，包括数据采集单元ID、监测参数名称、监测参数ID、单位、地点、监测参数数值在数据流的始字节、监测参数在数据流的终字节、偏移量、数值转换系数、监测参数最小值、监测参数最大值，进行该节点的配置和注册，建立数据采集单元配置表，并存储在智能网关3的数据库中。
2.Zigbee网络数据同步：Zigbee网络数据同步主要是实现温室中的数据采集单元组建的Zigbee网络群1通过汇聚节点2发送至智能网关3的数据流提取出由传感器采集的监测参数实际值。具体方法是：首先，取出串口通信数据流首字节对应的数据采集单元ID，查询数据库中的数据采集单元配置表格获取各监测参数数值在数据流中始字节、终字节、监测参数ID等描述信息。然后，根据始字节、终字节的数值，将通信协议数据流中的16进制监测参数初始数值进行提取，转化成10进制，减去偏移量，乘于数值换算系数，计算出实际值。最终，生成以监测参数ID为列描述名的监测参数数值表，存储至智能网关3的数据库中。例如，空气湿度采集的16进制数据流为(F1030203117851)，空气湿度数值为该数据流的第4至5字节，偏移量为0，转换系数为0.1。首先根据第4至5字节，提取出初始数值为0311(hex)，换算成10进制后，减去0，再乘于转换系数0.1，可知空气湿度的数值为78.5。
3.传输数据封装：智能网关3将数据采集单元的配置信息进行XML数据结构的描述封装，如表1所示。
表1 基于XML的数据采集单元配置信息封装
将Zigbee网络数据解析出的监测参数数值进行XML数据结构的描述封装，如表2示，存储于本地XML文件。
表2 基于XML的监测参数数值封装
4.互联网数据同步：智能网关3向远程服务器4发起Http Post传输通信机制6请求并处理远程服务器4的回应信息以实现数据同步，工作流程如图2所示，包括3种类型的数据通信：
a.用户点击控件触发智能网关3向远程服务器4同步XML描述封装的数据采集单元配置信息的消息内容。远程服务器4对消息内容进行解析出数据采集单元配置的各个描述信息，更新数据库中数据采集单元配置表格，向智能网关3回应数据同步的情况。智能网关3接收并判断回应信息进行提示。
b.智能网关3以20秒为周期发起数据量较少的“心跳”计数连接到远程服务器4。远程服务器4判断远程监控设备浏览器5是否有同步智能网关3数据采集单元配置的命令标志：如果有，则远程服务器4查询数据库将数据采集单元配置信息进行XML数据结构的描述封装，并结合“心跳”确认消息回应给智能网关3。智能网关3接收并更新数据库中数据采集单元配置表格，并设置通信状态为通信正常；如果无，则发起数据量较少的“心跳”确认回应给智能网关3，智能网关3接收并设置通信状态为通信正常。智能网关3在6秒时间内未接收到远程服务器4回应消息，则设置通信状态为通信异常。
c.智能网关3以1分钟为周期同步监测参数数值信息。首先，读取用于存储监测参数数值的本地XML文件的内容。每当传输周期到达时，判断通信是否正常：如果通信正常，将本次监测参数数值的XML封装描述写入到本地XML文件的根节点末尾，再读取本地XML文件的内容(之前通信异常则有多条记录，之前通信正常则有一条记录)，通过Http Post传输通信机制6上传至远程服务器4。远程服务器4判断封装监测参数数据的记录数，从上到下对逐条数据内容解析出各个监测参数ID和数值，更新到数据库的监测参数数值表格，向智能网关3回应数据同步的情况。智能网关3进行数据同步情况的判断：正确响应，则清空本地XML文件中的记录；否则，保留记录。如果智能网关3与远程服务器4通信状态为失败，则将本次监测参数数值的XML封装描述写入到本地XML文件的根节点末尾，不发起Http Post传输通信机制6请求。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种温室物联网测控系统，包括数据采集单元网络群(1)、汇聚节点(2)、智能网关(3)、远程服务器(4)和远程监控设备浏览器(5),其特征在于：所述数据采集单元网络群(1)采用太阳能和蓄电池系统进行供电，通过Zigbee数据采集单元连接传感器，分别采集温室内光照、温度、湿度、CO2浓度和温室外气象信息；采用星型的Zigbee通信协议自组织方式形成无线传输网络群与汇聚节点(2)进行无线通信；汇聚节点(2)将Zigbee协议数据流与串口通信数据流进行转换后同步至智能网关(3)；智能网关(3)通过3G或Wi-Fi模块接入互联网，建立与远程服务器(4)基于Http Post传输通信机制(6)的数据同步；远程服务器(4)采用B/S结构构建用户监控设备浏览器(5)的WEB访问。
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