本實用新型涉及智能農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于Web服務(wù)器和ZigBee的大棚遠程監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來隨著大棚農(nóng)業(yè)的蓬勃發(fā)展，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息化管理成為了一個重要的研究領(lǐng)域，大棚溫室內(nèi)的土壤濕度、環(huán)境溫濕度、葉面濕度等環(huán)境因素對農(nóng)作物的質(zhì)量以及穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)有很大的影響，如何實時、有效地獲取內(nèi)部各種環(huán)境參數(shù)，為種植過程的科學(xué)灌溉提供數(shù)據(jù)支持，進而提高作物產(chǎn)量，增加經(jīng)濟收益，具有重大的意義。

針對上述問題，目前常用的方法是人工巡查和有線數(shù)據(jù)采集兩種，人工巡查方式消耗人力、工作量大，且難以保證數(shù)據(jù)的實時性與有效性，另一種是采用有線通訊的數(shù)據(jù)采集方式監(jiān)測系統(tǒng)，其布線復(fù)雜，且受物理線路和環(huán)境因素影響大，成本高，不適于擴展。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，而提供一種基于Web服務(wù)器和ZigBee的大棚遠程監(jiān)控系統(tǒng)。

為實現(xiàn)本實用新型的目的所采用的技術(shù)方案是：

一種基于Web服務(wù)器和ZigBee的大棚遠程監(jiān)控系統(tǒng)，包括Web服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)以及通過所述的網(wǎng)關(guān)與所述的Web服務(wù)器通訊的ZigBee終端，

網(wǎng)關(guān)包括路由器、與所述的路由器通訊連接的USB攝像頭，與所述的路由器連接的Zigbee協(xié)調(diào)器以及電源；

所述的ZigBee終端包括傳感器節(jié)點和繼電器節(jié)點，

所述的傳感器節(jié)點包括承載在微控制器底板上的CC2530芯片、與所述的CC2530芯片通訊連接且設(shè)置在擴展板上的傳感器模塊，以及傳感器節(jié)點電源，

所述的繼電器節(jié)點包括CC2530芯片、與所述的CC2530芯片控制連接的繼電器，以及繼電器節(jié)點電源。

還包括與網(wǎng)關(guān)通訊的7寸觸摸顯示屏用于在本地對整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)進行控制及顯示。

所述的傳感器節(jié)點電源包括鋰離子電池、鋰離子電池充電模塊、DC-DC升壓模塊，以及DC-DC降壓模塊，所述的DC-DC升壓模塊為傳感器供電，所述的DC-DC降壓模塊為CC2530供能。

，所述的繼電器節(jié)點電源包括隔離電源模塊，與所述的隔離電源模塊輸出連接的線性穩(wěn)壓芯片，所述的線性穩(wěn)壓芯片為CC2530芯片供電，所述的隔離電源模塊同時為繼電器供電。

所述的傳感器節(jié)點包括光照度傳感器、空氣溫濕度傳感器、土壤溫度傳感器土壤和二氧化碳濃度傳感器。

所述的繼電器用于通風(fēng)窗、遮光簾、保溫簾、滴灌以及補光器的動作控制。

所述的傳感器節(jié)點還包括通過SPI總線與CC2530芯片互相通信的OLED顯示屏以用于顯示傳感器采集的信息。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：

本實用新型的各傳感器節(jié)點通過ZigBee協(xié)調(diào)器及網(wǎng)關(guān)將采集到的數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)絡(luò)云服務(wù)器進行分析處理和存儲，同時Web服務(wù)器提供人機交互界面，用戶可利用瀏覽器遠程查看大棚內(nèi)各傳感器參數(shù)及對農(nóng)業(yè)電氣設(shè)備控制。整套系統(tǒng)無需現(xiàn)場布線、采集點設(shè)置自由靈活、覆蓋面積廣闊，使傳統(tǒng)大棚的種植管理數(shù)字化、精確化，有效的保證農(nóng)作物良好的生長環(huán)境。

附圖說明

圖1所示為本實用新型的基于Web服務(wù)器和ZigBee的大棚遠程監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2所示為網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

如圖1、2所示，本實用新型的基于Web服務(wù)器和ZigBee的大棚遠程監(jiān)控系統(tǒng)，包括Web服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)以及通過所述的網(wǎng)關(guān)與所述的Web服務(wù)器通訊的ZigBee終端，所述的ZigBee終端包括傳感器節(jié)點和繼電器節(jié)點，所述的傳感器節(jié)點包括承載在微控制器底板上的CC2530芯片、與所述的CC2530芯片通訊連接且設(shè)置在擴展板上的傳感器模塊，以及傳感器節(jié)點電源，以CC2530芯片為主核心的模塊；其內(nèi)部運行TI公司的Z-Stack協(xié)議棧，控制射頻部分組網(wǎng)和實現(xiàn)無線通信，而且所述的CC2530芯片采用鞭狀天線，數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸達1000米。所述的傳感器節(jié)點包括光照度傳感器、空氣溫濕度傳感器、土壤溫度傳感器土壤和二氧化碳濃度傳感器。傳感器終端節(jié)點采用傳感器盾板與微控制器集中的微控制器底板相分離的設(shè)計，方便維護及后續(xù)擴展。

所述的繼電器節(jié)點包括CC2530芯片、與所述的CC2530芯片通訊連接的繼電器，以及繼電器節(jié)點電源。所述的繼電器用于通風(fēng)窗、遮光簾、保溫簾、滴灌以及補光器的動作控制。如，繼電器采用SLA-5VDC-SL-A型繼電器，最大允許電流高達30A，在電路上通過光耦實現(xiàn)強弱電隔離，既能消除繼電器動作對單片機的影響，又能防止觸電事故的發(fā)生?？刂乒?jié)點的軟件設(shè)計與傳感器節(jié)點類似，啟動完成后等待協(xié)調(diào)器發(fā)來的控制命令并執(zhí)行。

具體來說，空氣溫濕度傳感器：DHT11,測量范圍0－50℃，測溫精度為2℃。采用1-Ware總線方式與CC2530通信。土壤溫度傳感器不銹鋼防水型的18b20溫度傳感器埋入土壤中檢測土壤中的溫度，其測溫范圍為－55℃～+125℃，在-10～+85℃時精度為±0.5℃；利用1-Ware總線與cc2530通信。土壤濕度傳感器利用大連祺峰科技有限公司生產(chǎn)的土壤水分傳感器埋入土壤當(dāng)中進行檢測，這種傳感器探頭為優(yōu)質(zhì)不銹鋼制作的鋼針，隔離設(shè)計，不易電解，可耐土壤中酸堿鹽的腐蝕，適合長期工作于土壤之中。水分測量范圍為體積含水量的0-50％，誤差小于2％。輸出信號為0-2V的電壓信號，通過CC2530的ADC功能進行數(shù)據(jù)采集。二氧化碳濃度傳感器采用GE紅外二氧化碳(CO2)T6603-5型傳感器和采集二氧化碳濃度、相對于敏感體化學(xué)材料制成的氣體傳感器T6603-5型利用紅外光學(xué)原理采集數(shù)據(jù)的傳感器更具有氣體選擇性，其測量范圍為0-2000ppm，測量精度±70ppm，使用串口與cc2530通信。光照度傳感器采用以BH1750FVI芯片為核心的GY-30數(shù)字光照度器，測量范圍為0-65535勒克斯，通過IIC總線與CC2530通信。

為實現(xiàn)Zigbee協(xié)調(diào)器和Web服務(wù)器的通訊，本實用新型的監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)包括由以AR9331為核心的路由器、與所述的路由器通訊連接的USB攝像頭，Zigbee協(xié)調(diào)器以及電源，如采用HLK-PM01型AC-DC220V-5V的隔離電源模塊和ASM1117電壓轉(zhuǎn)換芯片為網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)供電，所述的攝像頭采用UVC攝像頭與路由器相連接,其中UVC指USB Video Class又稱免驅(qū)攝像頭，在Openwrt中安裝mjpg-streamer開源監(jiān)控軟件將普通的攝像頭變?yōu)榱髅襟w的網(wǎng)絡(luò)攝像頭。同時還包括與所述的網(wǎng)關(guān)通訊的7寸觸摸顯示屏用于在本地對整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)進行控制及顯示。網(wǎng)關(guān)的主要作用是將ZigBee內(nèi)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到Internet中的Web服務(wù)器中。利用ZigBee協(xié)調(diào)器接收ZigBee終端發(fā)來的數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)器與路由器利用串口連接，從串口收數(shù)據(jù)的路由器在利用WiFi或網(wǎng)線(W703N自帶網(wǎng)口和WiFi)連入到服務(wù)器中，反之亦然。

本實用新型的各傳感器節(jié)點通過ZigBee協(xié)調(diào)器及網(wǎng)關(guān)將采集到的數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)絡(luò)云服務(wù)器進行分析處理和存儲，同時Web服務(wù)器提供人機交互界面，用戶可利用瀏覽器遠程查看大棚內(nèi)各傳感器參數(shù)及對農(nóng)業(yè)電氣設(shè)備控制。整套系統(tǒng)無需現(xiàn)場布線、采集點設(shè)置自由靈活、覆蓋面積廣闊，使傳統(tǒng)大棚的種植管理數(shù)字化、精確化，有效的保證農(nóng)作物良好的生長環(huán)境。

由鋰離子電池供電的多個傳感器節(jié)點分布在大棚內(nèi)部不同位置，與協(xié)調(diào)器使用ZigBee技術(shù)進行無線組網(wǎng)。網(wǎng)關(guān)由以AR9331為核心的路由器和ZigBee協(xié)調(diào)器組成，AR9331上運行有嵌入式Linux操作系統(tǒng)，在此系統(tǒng)上編寫TCP客戶端實現(xiàn)與Web服務(wù)器進行數(shù)據(jù)交互。Web服務(wù)器上搭建LAMP(Linux+Apache+MySql+PHP)環(huán)境，運行人機交互界面和后臺服務(wù)腳本，一方面對網(wǎng)關(guān)上傳的傳感器數(shù)據(jù)進行分析存儲，另一方面響應(yīng)用戶通過手機、電腦在瀏覽器上發(fā)出的控制命令并下發(fā)給網(wǎng)關(guān)直至控制設(shè)備。

其中，所述的傳感器節(jié)點電源包括鋰離子電池、鋰離子電池充電模塊、DC-DC升壓模塊，以及DC-DC降壓模塊，所述的DC-DC升壓模塊為傳感器供能，所述的DC-DC降壓模塊為CC2530供能。同時，該傳感器節(jié)點的底板中設(shè)置有鋰電池充電電路和電源轉(zhuǎn)換電路，如利用USBmicro接口通過TP4057對鋰電池進行充電。

所述的繼電器節(jié)點電源包括隔離電源模塊，與所述的隔離電源模塊輸出連接的線性穩(wěn)壓芯片，線性穩(wěn)壓芯片為CC22530供電,所述的隔離電源模塊同時為繼電器供電。

所述的傳感器節(jié)點還包括通過SPI總線與CC2530互相通信的OLED顯示屏，如0.96寸OLED顯示屏以用于顯示傳感器采集的信息。底板的OLED顯示模塊設(shè)計為可插拔組合的方式，根據(jù)需求進行配合。底板的OLED顯示模塊設(shè)計為可插拔組合的方式，根據(jù)需求進行配合。

本系統(tǒng)為適應(yīng)大型大棚，采用了帶功率放大的ZigBee模塊，組網(wǎng)方式選擇為星型結(jié)構(gòu)。上電后，終端節(jié)點在完成硬件初始化后啟動協(xié)議棧，搜尋附近協(xié)調(diào)器組建的網(wǎng)絡(luò)并加入，組網(wǎng)成功后調(diào)用回調(diào)函數(shù)通過設(shè)置事件發(fā)生標(biāo)志函數(shù)來設(shè)置用戶自定義任務(wù)的周期運行。調(diào)度程序主循環(huán)函數(shù)一直在運行，一旦用戶自定義任務(wù)的中某一事件觸發(fā)生時，調(diào)度程序主函數(shù)自動調(diào)用相應(yīng)的事件處理函數(shù)來進行事件處理。

自定義任務(wù)主要分兩類。一類是用戶設(shè)置的周期性對傳感器采集的數(shù)據(jù)進行上傳到Web服務(wù)器中，周期性事件處理函數(shù)每隔一段時間就執(zhí)行一次，周而復(fù)始；另一類是無線接收到協(xié)調(diào)器發(fā)來的控制指令，傳感器終端解析指令并執(zhí)行，此類事件處理函數(shù)只執(zhí)行一次。

與終端節(jié)點相同ZigBee協(xié)調(diào)器上同樣運行Z-Stack協(xié)議棧，協(xié)調(diào)器主要作用是建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)供終端加入和維護網(wǎng)絡(luò)的正常工作。上電之后，先進行硬件初始化，掃描附近信號最好的信道，按照用戶設(shè)定的個域網(wǎng)標(biāo)志符(PAN ID)來標(biāo)識并建立一個網(wǎng)絡(luò)以供終端節(jié)點加入。網(wǎng)絡(luò)建立成功之后通過回調(diào)函數(shù)串口發(fā)送信息至Openwrt，使其與服務(wù)器建立TCP連接。當(dāng)Openwrt的TCP連接成功后協(xié)調(diào)器發(fā)送控制命令到各個終端，啟動傳感器終端周期發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)。

以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。