CN205665603U - 一种温室环境远程智能监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种温室环境远程智能监控系统，包括PC上位机、数据传输模块、主控制器、数据采集模块、执行模块；所述主控制器为一ZigBee模块，所述数据传输模块包括用于在ZigBee网络和WiFi网络之间数据传输的ZigBee‑Wifi网关；所述PC上位机与所述数据传输模块通过Wifi网络通信连接，所述数据传输模块通过ZigBee网络与所述主控制器通信连接，所述主控制通过ZigBee网络与所述数据采集模块、执行模块通信连接。本实用新型通过ZigBee网络实现设于温室中的主控制器与数据传输模块、数据采集模块、执行模块通信并通过WiFi网络使数据采集模块与上位机连接通信，实现了系统的布线简单，布线工作量小，组网简单。

Description

一种温室环境远程智能监控系统

技术领域

本实用新型属于温室环境远程智能监控技术领域，具体涉及一种温室环境远程智能监控系统。

背景技术

采用物联网技术对温室环境进行监控以实现精准控制、提高作物产量并降低人力成本是现代农业监控技术的发展趋势。现有的许多远程监控解决方案仍存在许多不足，包括布线工作量大、组网复杂，控制方式单一等。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述的技术问题而提供一种采用ZigBee网络及WiFi网络进行通信的温室环境远程智能监控系统。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种温室环境远程智能监控系统，包括PC上位机、数据传输模块、主控制器、数据采集模块、执行模块；所述PC上位机用于设定温室环境参数阈值、数据刷新频率、自动控制模式或手动控制模式；显示当前温室环境数据与执行模块的状态，在温室当前环境参数超过设定阈值时报警以及手动控制模式上手动控制执行模块；所述主控制器为一ZigBee模块；所述数据传输模块包括用于在ZigBee网络和WiFi网络间进行数据传输的ZigBee-Wifi网关；所述ZigBee-WiFi网关包括用于与主控制器建立ZigBee网络通信的数据传输用ZigBee模块及与所述数据传输用ZigBee模块相连接的WiFi模块；所述PC上位机与所述数据传输模块通过Wifi网络通信连接，所述数据传输模块包括数据采集传感器以及与所述数据采集传感器连接的用于与所述主控制器建立ZigBee网络通信并对数据采集传感器采集的数据处理的数据采集用ZigBee模块，所述执行模块包括执行设备以及与执行设备通过对应的驱动相对应连接的用于实现执行设备与所述主控制器建立ZigBee网络通信并向对应的驱动发送控制指令的执行用ZigBee模块。

所述主控制器的ZigBee模块、数据传输用ZigBee模块、数据采集用ZigBee模块以及执行用ZigBee模块采用CC2530芯片。

所述数据采集模块还包括有路由器，所述路由器采用CC2530芯片。

所述数据采集传感器包括空气温湿度传感器和土壤水分传感器。

所述空气温湿度传感器采用DHT11，与所述数据采集用ZigBee模块的并口相接；所述土壤水分传感器通过AD转换器与所述数据采集用ZigBee模块相连接。

所述执行设备包括通风设备、加湿设备、浇灌设备、温室门。

所述通风设备为风扇，所述加湿设备为雾化喷头，所述浇灌设备滴灌水龙头。

所述通风设备、加湿设备、浇灌设备的驱动为继电器，所述温室门的驱动为步进电机，所述继电器与步进电机与所述执行用ZigBee模块的并口相接。

所述主控制器、空气温湿度传感器、土壤水分传感器、通风设备、加湿设备、浇灌设备、温室门的ZigBee模块上分别设有一个手动按钮，用于按键绑定进行ZigBee组网。

本实用新型通过ZigBee网络实现设于温室中的主控制器与数据传输模块、数据采集模块、执行模块通信并通过WiFi网络使数据采集模块与上位机连接通信，实现了系统的布线简单，布线工作量小，组网简单，从而解决了目前的同类监控系统存在的布线工作量大、组网复杂，控制方式单一的技术问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的温室环境远程智能监控系统的系统图。

具体实施方式

下面，结合实例对本实用新型的实质性特点和优势作进一步的说明，但本实用新型并不局限于所列的实施例。

参见图1所示，一种温室环境远程智能监控系统，包括PC上位机、数据传输模块、主控制器、数据采集模块、执行模块；所述主控制器为一ZigBee模块；所述数据传输模块包括用于在ZigBee网络和WiFi网络间进行数据传输的ZigBee-Wifi网关；所述ZigBee-WiFi网关包括用于与主控制器建立ZigBee网络通信的数据传输用ZigBee模块，以及与所述数据传输用ZigBee模块相连接的WiFi模块；所述PC上位机与所述数据传输模块通过Wifi网络通信连接，所述数据传输模块包括数据采集传感器，以及与所述数据采集传感器连接的、用于与所述主控制器建立ZigBee网络通信并对数据采集传感器采集的数据处理的数据采集用ZigBee模块，所述执行模块包括执行设备以及与执行设备通过对应的驱动相对应连接的用于实现执行设备与所述主控制器建立ZigBee网络通信并向对应的驱动发送控制指令的执行用ZigBee模块，从而使所述数据传输模块通过ZigBee网络与所述主控制器通信连接，所述主控制器通过ZigBee网络与所述数据采集模块、执行模块通信连接。

所述PC上位机的功能与现有技术中公开的PC上位机的功能相同，可以通过预置的现有技术的温室环境远程智能监控程序模块实现以下功能：1)系统参数设置：设定温室的环境数据的阈值，如空气温度、空气湿度、土壤水分的阈值，设定数据刷新的频率、设定自动控制模式或手动控制模式，自动与手动控制切换；2)温室环境实时监视，即显示当前温室的环境数据，如空气温度、湿度和土壤水分数据；显示执行模块的状态，如通风设备的开关状态、浇灌设备的开关状态、温室门的开关状态，从而实现实时的监视温室的环境与设备工作状态；如果温室的当前环境参数超过的预设的报警值，则会发出声音报警；3)手动控制模式下手动控制执行模块，如通风设备、浇灌设备、温室门的开关。

本系统在自动控制模式下工作时，主控制器会以预定的频率并根据用户设定的环境参数阈值进行环境信息的采集与自动调节；在手动控制模式下，主控制器会等待接收上位机发来的控制命令，并将该命令转换为对执行设备的控制命令，并以点对点方式发送给执行设备。

本实用新型中，所述主控制器、数据采集模块、执行模块、数据传输模块通过ZigBee模块连接，从而在所述主控制器、数据采集模块、执行模块、数据传输模块间构建起一个ZigBee传感网络，采用ZigBee无线通信。

优选的，本实用新型中，所述主控制器的ZigBee模块、数据传输用ZigBee模块、数据采集用ZigBee模块以及执行用ZigBee模块采用CC2530芯片，所述WiFi模块可以采用CC3000WiFi芯片，与ZigBee模块相连接形成ZigBee-Wifi网关。

所述ZigBee-Wifi网关用于ZigBee网络和WiFi网络之间数据传输，ZigBee-Wifi网关同时承担了ZigBee网络协调器的功能用于建立起ZigBee网络。ZigBee-WiFi网关可以安装在离上位机有一定距离的区域，只要保证有足够强度的WiFi信号与上位机通信就可，并采用市电供电。

所述的主控制器是控制核心，安装在温室内，一个温室安装一个主控制器。工作时，主控制器会以预设的控制频率从数据采集模块获取环境数据，并将这些数据与用户设定的阈值比较，若发现当前某环境值超过了阈值，则向执行模块发出命令，控制相应的执行设备工作，从而使温室环境保持在合理范围内。

如果温室内有市电，则主控制器可优先采用市电供电，否则主控制器可以用电池供电。

具体实现上，本实用新型中，所述数据采集传感器包括空气温湿度传感器和土壤水分传感器，所述空气温湿度传感器和土壤水分传感器连接数据采集用ZigBee模块，以实现所述主控制器的ZigBee模块通过ZigBee网络通信，并对采集到的数据进行处理。

所述空气温湿度传感器可以采用DHT11，以采集空气的温度与湿度数据，空气温湿度传感器DHT11可与该数据采集用ZigBee模块的CC2530芯片的并口相连，而土壤水分传感器输出的是模拟信号，与数据采集用ZigBee模块的CC2530芯片要经A/D转换器相连。

所述空气温湿度传感器和土壤水分传感器可以采用电池供电。

具体实现上，本实用新型中，所述执行设备包括通风设备、加湿设备、浇灌设备、温室门。

所述通风设备、加湿设备、浇灌设备、温室门分别通过对应的驱动连接对应的执行用ZigBee模块，以实现与所述主控制器通过ZigBee网络通信，并向驱动发出相应的控制信号。

所述通风设备用于除温和降温，浇灌设备用于加湿和浇灌，温室门用于保温和降温。其中，所述通风设备、加湿设备、浇灌设备的驱动为继电器，所述温室门采用步进电机驱动。

其中，温室门采用步进电机驱动，12V供电，其驱动与执行用ZigBee模块的CC2530的并口相连，通风设备为风扇，采用继电器驱动，12V供电，该通风设备的驱动与执行用ZigBee模块的CC2530的并口相连，加湿设备采用继电器驱动，12V供电，其驱动与执行用ZigBee模块的CC2530的并口相连，加湿设备采用雾化喷头，浇灌设备采用继电器驱动，12V供电，其驱动与执行用ZigBee模块的CC2530的并口相连，浇灌设备采用滴灌水龙头。

进一步的，本实用新型中，所述主控制器上设置有一个手动按钮，用于按键绑定组网，所述空气温湿度传感器和土壤水分传感器的对应的ZigBee模块上都设置有一个手动按钮，用于按键绑定组网；所述执行模块的通风设备、加湿设备、浇灌设备、温室门的对应的ZigBee模块上都设置有一个手动按钮，用于按键绑定组网。

进一步的，所述数据采集模块还包括有ZigBee路由器，用于在主控制器与ZigBee-Wifi网关距离较远，信号不能直达时，以设置该路由器用于ZigBee网络信号的路由与中继，该路由器与主控制器以及ZigBee-Wifi网关采用ZigBee网络通信。

具体实现上，本实用新型中，所述ZigBee路由器采用CC2530芯片。由于路由器的上述功能，因此在温室与上位机相隔较远，因此该路由器的供电可以采用市电，也可以用电池供电，具体根据情况选择。

本实用新型中，所述ZigBee-WiFi网关同时承担ZigBee网络协调器的功能，因此，ZigBee-WiFi网关是本系统正常工作时，除上位机外，必须第一个上电启动的设备。

本系统温室内ZigBee网络的布署方法是：在ZigBee-WiFi网关(ZigBee协调器)上电启动后，再给路由器上电(如果需要)，然后给主控制器与数据采集模块的各个传感设备、执行模块的各个执行设备上电启动。

需要将主控制器与数据采集模块的传感设备或执行模块的执行设备组网时，只需要同时按下主控制器和数据采集传感器或执行模块的对应的ZigBee模块上的手动按钮，系统就会自动将这两个设备绑定。绑定后，这两个设备就建立起了固定的控制关系，就可以实现点对点通信。

下面，说明本实用新型系统的监控过程：

1)温室环境实时监视工作原理：

用户首先通过上位机参数设定界面设定数据刷新频率，然后切换到温室当前环境信息界面，并单击自动刷新，则上位机会以用户设定的刷新频率主动向主控制器发出获取温室当前状态命令。主控制器接收到该命令后，会将最新采集到的空气温湿度、土壤水分、温室门的开关状态、通风设备的开关状态、浇灌设备的开关状态信息一起发给上位机，由上位机将这些数据显示在用户界面上。

2)温室温湿度自动调节工作原理：

主控制器以系统预设的控制频率向空气温湿度传感器发出获取温湿度命令，空气温湿度传感器接收到该命令后，将当前采集到的温湿度数据返回给主控制器，主控制器将该数据与用户设定的阈值进行比较，如果当前温/湿度高于最大阈值，则向通风设备发出启动通风命令，通风设备接收到该命令后开启风扇，从而实现降温/除湿功能；如果前温/湿度小于最小阈值，则向通风设备发出关闭通风命令，通风设备接收到该命令后关闭风扇，从而实现升温功能，如果是湿度小于最小阈值，主控制器还会向加湿设备发出加湿命令，加湿设备接收到该命令后，会启动雾化器进行空气加湿。

3)温室土壤水分自动调节工作原理

主控制器以系统预设的控制频率向土壤水分传感器发出获取土壤水分命令，土壤水分传感器接收到该命令后，将当前采集到的土壤水分数据返回给主控制器，主控制器将该数据与用户设定的阈值进行比较，如果当前水分小于最小阈值，则向浇灌设备发出启动浇灌命令，浇灌设备接收到该命令后打开滴灌水笼头给作物进行灌溉；如果当前水分高于最大阈值，则向灌设备发出停止浇灌命令，浇灌设备接收到该命令后关闭滴灌水笼头。

4)温室环境手动控制工作原理

用户通过上位机的手动控制界面进行手动控制。首先，用户要单击手动控制按扭，让系统进行手动控制模式。单击手动控制按钮后，上位机会向主控制器发出手动控制命令，主控制器接收到该命令后，就会退出自动控制模式，等待接受上位机发来的手动控制命令。此时，用户在手动控制界面，可以单击开关、关门按钮，实现温室门的手动开关，或单击加湿、除湿、浇灌、停止浇灌、通风、停止通风按钮，以实现加湿、浇灌等操作。主控制器接收到这些命令后，会向相应的执行设备发送控制命令。

本实用新型具有以下优点：

1)具有较高的灵活性：用户可根据作物特点，自己设定环境参数阈值；提供了手动控制功能，给予用户更大的干预能力。

2)控制准确、自动化程度高。

3)系统布署方便，主控制器与各传感设备(数据采集传感器)、执行设备之间通过手动按键绑定实现点对点通信，从而即使多个温室相隔较近，彼此也互不影响。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种温室环境远程智能监控系统，包括PC上位机、数据传输模块、主控制器、数据采集模块、执行模块；所述PC上位机用于设定温室环境参数阈值、数据刷新频率、自动控制模式或手动控制模式；显示当前温室环境数据与执行模块的状态，在温室当前环境参数超过设定阈值时报警以及手动控制模式下手动控制执行模块；其特征在于，所述主控制器为一ZigBee模块；所述数据传输模块包括用于在ZigBee网络和WiFi网络间进行数据传输的ZigBee-Wifi网关；所述ZigBee-WiFi网关包括用于与主控制器建立ZigBee网络通信的数据传输用ZigBee模块及与数据传输用ZigBee模块相连接的WiFi模块；所述PC上位机与所述数据传输模块通过Wifi网络通信连接，所述数据传输模块包括数据采集传感器以及与所述数据采集传感器连接的用于与所述主控制器建立ZigBee网络通信并对数据采集传感器采集的数据处理的数据采集用ZigBee模块，所述执行模块包括执行设备以及与执行设备通过对应的驱动相对应连接的用于实现执行设备与所述主控制器建立ZigBee网络通信并向对应的驱动发送控制指令的执行用ZigBee模块。

2.根据权利要求1所述温室环境远程智能监控系统，其特征在于，所述主控制器的ZigBee模块、数据传输用ZigBee模块、数据采集用ZigBee模块以及执行用ZigBee模块采用CC2530芯片。

3.根据权利要求2所述温室环境远程智能监控系统，其特征在于，所述数据采集模块还包括有路由器，所述路由器采用CC2530芯片。

4.根据权利要求2或3所述温室环境远程智能监控系统，其特征在于，所述数据采集传感器包括空气温湿度传感器和土壤水分传感器。

5.根据权利要求4所述温室环境远程智能监控系统，其特征在于，所述空气温湿度传感器采用DHT11，与所述数据采集用ZigBee模块的并口相接；所述土壤水分传感器通过AD转换器与所述数据采集用ZigBee模块相连接。

6.根据权利要求5所述温室环境远程智能监控系统，其特征在于，所述执行设备包括通风设备、加湿设备、浇灌设备、温室门。

7.根据权利要求6所述温室环境远程智能监控系统，其特征在于，所述通风设备为风扇，所述加湿设备为雾化喷头，所述浇灌设备滴灌水龙头。

8.根据权利要求6或7所述温室环境远程智能监控系统，其特征在于，所述通风设备、加湿设备、浇灌设备的驱动为继电器，所述温室门的驱动为步进电机，所述继电器与步进电机与所述数据采集用ZigBee模块的并口相接。

9.根据权利要求8所述温室环境远程智能监控系统，其特征在于，所述主控制器、空气温湿度传感器、土壤水分传感器、通风设备、加湿设备、浇灌设备、温室门的ZigBee模块上分别设有一个手动按钮，用于按键绑定进行ZigBee组网。