CN207947807U

CN207947807U - 一种智能大棚系统

Info

Publication number: CN207947807U
Application number: CN201820418161.6U
Authority: CN
Inventors: 丛玉华; 朱娴; 胡行涛
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2018-10-09
Anticipated expiration: 2028-03-26

Abstract

本实用新型公开了一种智能大棚系统，包括主控器、ZigBee无线传感网模块、传感器、执行设备、WIFI模块、服务器、安卓手机终端和WEB端，ZigBee无线传感网模块、传感器、执行设备位于大棚内，主控器位于大棚控制间。所述主控器一方面与ZigBee无线传感网模块通信，另一方面与WIFI模块串口通信，同时接收服务器传送来的控制命令；服务器安装于WEB服务器上，其一端与浏览器通过互联网通信，另一端可与安卓手机终端通过互联网通信连接；所述安卓手机终端负责和服务器通信，移动查询服务器上收集的温度、湿度信息，通过服务器发送控制命令。本实用新型采用移动互联模式，启用了服务器，实现了使用手机就可以远程与大棚ZigBee无线传感网模块通信，实现对大棚的有效智能监控。

Description

一种智能大棚系统

技术领域

本实用新型属于嵌入式物联网应用技术领域，涉及单片机控制器、传感器、ZigBee无线网络、WIFI无线通信、服务器管理、安卓开发等相关技术。

背景技术

物联网技术在我国的蓬勃发展起于2009年8月中国政府提出的“感知中国”理念之后，物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告”，物联网在中国受到了全社会极大的关注，其受关注程度是美国、欧盟、以及其他各国不可比拟的。

近年来，在政府、科研机构及农业生产企业等的共同推动下，部分地区在农业物联网技术应用方面进行了积极的探索，已取得初步成效。不少地方利用温度、湿度、气敏、光照等多种传感器对蔬菜生长过程进行全程数据化管控，保证蔬菜生长过程绿色环保、有机生产。也有地方通过物联网技术，对农作物生长、畜禽和水产养殖等进行监测，可实现准确感知、及时反馈，提升农业决策指挥水平。有的地方应用物联网技术改造传统农业，可实现对农业用药、用水、用肥、用工状况的精确控制，减少浪费，促进农业节本增效。

物联网在农业领域的应用，将面对一系列在广泛空间分布的信息获取、高效可靠的信息传输与互联、面向不同应用需求和不同应用环境的智能决策系统集成的科学技术问题。它既需要电子、信息、通信科技与产业界对关键共性技术的突破和提供低成本、使用可靠和易用性好的硬、软件产品与服务的支持，又需要农业信息工程科学家们的协力研究、面向农业应用需求的技术整合和运营服务模式创新的保障。信息科技将融入各种农业应用领域，成为生物、农艺、工程交叉汇聚学科的纽带。物联网农业应用技术的创新，将打破学科与部门的界限，促进不同学科间的交叉融合和衍生新的交叉学科，将大力推进以需求和应用为导向的协力研究模式，为新兴产业的发展和转变农业发展方式创造新的机会。

目前，国内大棚大都不够智能化，用户不能及时获取多个大棚(比如大棚数量达到上百个)内多组温湿度等数据，也就不能根据这些数据做出相应自动化或半自动化措施从而获取经济效益，而且现在大棚内数据采集大多还采用有线通信形式，布线不够灵活。另一方面因采集不到的这些数据，户主并不能分析得出有用信息而做出相应措施，也就不能提供处理后的数据给对食品安全关注的蔬菜食品食用的消费者。

实用新型内容

本实用新型针对上述大棚大智能化程度低的问题提出一种运用现有的嵌入式物联网主流技术，构建一种智能大棚系统，可远程监控多个大棚，若干节点的温湿度数据和传送控制命令。

本实用新型为解决上述技术问题提出的技术方案是一种智能大棚系统，包括主控器、ZigBee无线传感网模块、传感器、执行设备、WIFI模块、服务器、安卓手机终端和WEB端，ZigBee无线传感网模块、传感器、执行设备位于大棚内，主控器位于大棚控制间，所述主控器一方面与ZigBee无线传感网模块通信，接收ZigBee无线传感网模块采集的温度、湿度信息，发送控制命令给ZigBee无线传感网模块，另一方面与WIFI模块串口通信，将采集的温度、湿度信息发送给服务器，同时接收服务器传送来的控制命令；所述WIFI模块，一端与主控器串口通信，另一端由主控器驱动与服务器间通信；所述服务器安装于WEB服务器上，其一端与浏览器通过互联网通信，另一端可与安卓手机终端通过互联网通信连接；所述安卓手机终端负责和服务器通信，移动查询服务器上收集的温度、湿度信息，通过服务器发送控制命令；所述WEB端负责对服务器及服务器信息进行管理。

进一步，ZigBee无线传感网模块的ZigBee终端包括ZigBee大功率核心板、锂电池、温湿度传感器，其一端连接温度、湿度传感器，另一端通过无线形式与ZigBee协调者通信。

作为优选，上述ZigBee协调者的一端无线连接ZigBee终端，收集传感器信息，另一端与主控器串口通信，将传感器信息传送给主控器。

作为优选，上述ZigBee终端、ZigBee协调者、ZigBee终端的路由器以树状拓扑结构组网，以无线形式传输多个ZigBee终端的信息。

作为优选，上述主控器与ZigBee协调者串口通信，ZigBee协调者接收多组ZigBee终端发来的温度、湿度信息数据，发送指令给ZigBee终端，实现通过ZigBee终端控制执行设备的功能。

作为优选，上述ZigBee协调者接收多组ZigBee终端和若干ZigBee路由发来的ZigBee终端温度、湿度信息数据，并能够发送指令给ZigBee终端，ZigBee协调者、ZigBee路由、ZigBee终端以无线树状网络连接，实现在广泛空间中低功耗稳定无线采集温度、湿度数据功能。

作为优选，上述WIFI模块采集多组ZigBee终端温湿度数据，通过无线通信将采集信息传送给服务器，并能够通过服务器接收安卓手机终端发送的控制指令。

进一步，主控器驱动TFTLCD电容触摸屏和按键用于配合用户操作。

与传统大棚相比，本实用新型鱼油以下的有益技术效果：

1.本实用新型采用ZigBee无线传感网模块，可以实现若干个大棚多个节点信息的无线传输，目前可容纳的实际大棚数量在100个左右，ZigBee终端数量可以达到200个左右。

2.本实用新型实现了低功耗无线传输，解决了能耗问题，并排除了有线布线的弊端。

3.本实用新型采用移动互联模式，启用了服务器，实现了使用手机就可以远程与大棚ZigBee无线传感网模块通信，对大棚进行监控。

附图说明

图1是本实用新型智能大棚系统的功能框图；

图2是本实用新型智能大棚系统的结构图；

图3是本实用新型智能大棚系统的通信接口及协议图；

图4是本实用新型WIFI模块的结构图；

图5是本实用新型WIFI模块的电路图；

图6是本实用新型中ZigBee无线传感模块树状组网拓扑图；

具体实施方式

现结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

本实用新型以网页或者安卓手机为主要载体，结合智能大棚硬件系统和网络及数据库技术，为用户提供实时显示多组温湿度数据、智能控制、数据查询、修改节点名称四大功能。实现了农业的精细化、高效化、绿色化发展，保障资源节约、产品安全，提高农业效率，节约了人力，提升了农业竞争力。

系统的功能划分如图1所示。根据智能大棚系统的功能需求，所设计的系统由4大模块构成：主控器模块、ZigBee无线传感网模块、服务器模块和终端模块(手机/WEB端)，系统构成如图2所示，现对各模块的功能进行说明。

一、终端模块(手机/WEB端)

1、安卓手机

(1)实时数据显示

智能大棚安卓应用软件默认界面，用户只需点击手机界面上的实时数据图标，手机便能够显示两百组温湿度数据，并且每两秒自动刷新一次数据，用户也可以点击实时数据图标手动刷新。此功能完全由安卓手机实现。

(2)远程智能控制

用户只需点击手机界面上的智能控制图标，手机进入智能控制界面，用户根据自己需求输入ZigBee终端编号并点击打开或关闭按钮就可以实现打开或关闭具体ZigBee终端所接执行设备，此功能由安卓手机远程实现。

(3)数据查询

用户只需点击手机界面上的数据查询图标，手机进入数据查询界面，用户根据自己需求输入所要查询的温湿度上下限，点击查询按钮就可以查询到指定温湿度上下限内ZigBee终端节点的数据信息，此功能完全由安卓手机远程实现。

(4)修改名称

用户只需点击手机界面上的修改名称图标，手机进入修改名称界面，用户根据自己需求输入所要修改的ZigBee节点序号和节点名称，点击修改按钮就可以修改指定节点名称，此功能完全由安卓手机远程实现。

2、WEB端

(1)实时数据

用户打开指定网页进入实时数据显示页面便能够显示两百组温湿度数据，并且每两秒自动刷新一次数据，用户也可以手动刷新，此功能完全由WEB端网页实现。

(2)智能控制

用户打开指定网页进入智能控制页面，用户根据自己需求输入ZigBee终端编号并点击打开或关闭按钮就可以实现打开或关闭具体ZigBee终端所接执行设备，此功能完全由WEB端网页实现。

(3)数据查询

用户打开指定网页进入数据查询页面，用户根据自己需求输入所要查询的温湿度上下限，点击查询按钮就可以查询到指定温湿度上下限内ZigBee终端节点的数据信息，此功能完全由WEB端网页实现。

(4)修改名称

用户打开指定网页进入修改名称页面，用户根据自己需求输入所要修改的ZigBee节点序号和节点名称，点击修改按钮就可以修改指定节点名称，此功能完全由WEB端网页实现。

本实用新型的技术效果在于整合了传感器、安卓、ZigBee、无线网络、WEB服务器以及嵌入式技术，凭借手机/WEB网页为载体让用户的手机真正成为信息处理和信息监控的中心。

二、主控器

(1)主控器

ARM32位的Cortex^TM-M3内核，具有FSMC功能、512K flash、64K SRAM、11个定时器、5个USART、12通道DMA控制器、串行单线调试(SWD)和JTAG接口、Cortex-M3内嵌跟踪模块(ETM)等。本模块负责处理ZigBee无线传感网模块和服务器间信息通信，通信接口和协议如图3所示。

(2)WIFI模块

高度片内集成，包括开关天线，射频balun，功率放大器，低噪声接收放大器，滤波器和电源管理模块。内置低功率Tensilica L106钻石系列的32-bit处理器和片上SRAM，具有2MB ROM。WIFI频率2.4GHz，支持WPA/WPA2安全模式，内置TCP/IP协议栈。WIFI模块的结构图如图4所示，具体的电路如图5所示。本模块负责完成主控器和服务器间通信，通信接口和协议如图3所示。

三、ZigBee无线传感网模块

基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，本实用新型采取低功耗树状组网，传输可靠，安全性高，时延短。树状组网的概念拓扑结构如图6所示。

(1)ZigBee协调者

负责与ZigBee终端和ZigBee路由通信，最终与ZigBee终端互通信息；并通过串口与主控器通信。

(2)ZigBee路由

负责对ZigBee网络进行中继及扩展：因大棚数量较多，距离较长时信号衰减，需要增加中继及路由，对信号进行恢复以及对网络进行扩展。

(3)ZigBee终端

连接两类设备：一类是传感器，如大棚温湿度传感器，ZigBee终端负责收集传感器参数；一类是执行设备，如电机、指示灯等，ZigBee终端负责传输控制指令，对执行设备进行通断等控制。

四、服务器端

服务器通过WIFI模块和主控器通信，还可以通过网络与安卓手机/WEB端通信，负责信息的处理。通信接口和协议如图3所示。

(1)传送ZigBee终端采集传感器信息给安卓手机端

服务器接收WIFI模块发送的200组ZigBee终端温湿度数据，安卓手机端通过4G网络访问服务器获取200组ZigBee终端温湿度数据。

(2)传送安卓手机端指令给ZigBee终端

安卓手机端通过4G网络发送控制指令给服务器，服务器接收安卓手机端以4G网络形式发送来的上述控制指令，并通过TCP协议转发给WIFI模块，最终送达ZigBee终端。

(3)数据解析

用于收到主控器通过WIFI模块和用户终端上传的数据后，解析所述数据并分段保存到数据库对应的数据表中。数据解析部分按照数据库中数据表的格式将数据分解后分段存储于数据库的对应数据表中，以便用户终端对数据的调用、查看与修改等。

(4)数据库

用于保存各种数据表。WEB服务器采用的是Apache，用于实现网页显示数据，同时户主可以通过网页来与服务器通讯。实现数据的调用、查看与修改等操作。

综上所述，本实用新型能够通过WEB端和安卓手机终端为载体实现实时显示多组温湿度数据、智能控制、数据查询、修改节点名称四大功能，从而实现了在广域空间分布的信息获取、高效可靠的信息传输与互联；大棚由人工走向自动化和智能化；实现精细化，保障资源节约、产品安全；实现高效化，提高农业效率，节约了人力，农技专家可以对种植户进行远程诊断和指导，让农民的困难和问题得到快速解决，提升农业竞争力；实现绿色化，推动资源永续利用和农业可持续发展。因此在可持续发展的道路上，不仅改变了传统农业的许多弊端，而且实现了农业的精细化、高效化、绿色化发展。用户使用智能手机或电脑打开网页就可实现对农作物数据的实时查询和相关智能操作，让用户的手机或电脑成为智能大棚信息处理和信息监控的中心，真正具有“一机在手，掌控全部”的能力。

Claims

1.一种智能大棚系统，其特征在于包括主控器、ZigBee无线传感网模块、传感器、执行设备、WIFI模块、服务器、安卓手机终端和WEB端，ZigBee无线传感网模块、传感器、执行设备位于大棚内，主控器位于大棚控制间，所述主控器一方面与ZigBee无线传感网模块通信，接收ZigBee无线传感网模块采集的温度、湿度信息，发送控制命令给ZigBee无线传感网模块，另一方面与WIFI模块串口通信，将采集的温度、湿度信息发送给服务器，同时接收服务器传送来的控制命令；所述WIFI模块，一端与主控器串口通信，另一端由主控器驱动与服务器间通信；所述服务器安装于WEB服务器上，其一端与浏览器通过互联网通信，另一端可与安卓手机终端通过互联网通信连接；所述安卓手机终端负责和服务器通信，移动查询服务器上收集的温度、湿度信息，通过服务器发送控制命令；所述WEB端负责对服务器及服务器信息进行管理。

2.根据权利要求1所述的智能大棚系统，其特征在于，所述ZigBee无线传感网模块的ZigBee终端包括ZigBee大功率核心板、锂电池、温湿度传感器，其一端连接温度、湿度传感器，另一端通过无线形式与ZigBee协调者通信。

3.根据权利要求2所述的智能大棚系统，其特征在于，所述ZigBee协调者的一端无线连接ZigBee终端，收集传感器信息，另一端与主控器串口通信，将传感器信息传送给主控器。

4.根据权利要求2所述的智能大棚系统，其特征在于，所述ZigBee终端、ZigBee协调者、ZigBee终端的路由器以树状拓扑结构组网，以无线形式传输多个ZigBee终端的信息。

5.根据权利要求2所述的智能大棚系统，其特征在于，所述主控器与ZigBee协调者串口通信，ZigBee协调者接收多组ZigBee终端发来的温度、湿度信息数据，发送指令给ZigBee终端，实现通过ZigBee终端控制执行设备的功能。

6.根据权利要求2所述的智能大棚系统，其特征在于，所述ZigBee协调者接收多组ZigBee终端和若干ZigBee路由发来的ZigBee终端温度、湿度信息数据，并能够发送指令给ZigBee终端，ZigBee协调者、ZigBee路由、ZigBee终端以无线树状网络连接，实现在广泛空间中低功耗稳定无线采集温度、湿度数据功能。

7.根据权利要求1所述的智能大棚系统，其特征在于，所述WIFI模块采集多组ZigBee终端温湿度数据，通过无线通信将采集信息传送给服务器，并能够通过服务器接收安卓手机终端发送的控制指令。

8.根据权利要求1所述的智能大棚系统，其特征在于，所述主控器驱动TFTLCD电容触摸屏和按键用于配合用户操作。