專利名稱：溫室無線傳感網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于采用無線測(cè)控方法進(jìn)行集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖的溫室無線傳感網(wǎng) 絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)裝置，安裝在集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖的無線測(cè)控網(wǎng)絡(luò)中。
背景技術(shù)：
建立在溫室采集結(jié)點(diǎn)已經(jīng)能夠正常完成數(shù)據(jù)采集工作的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)根據(jù)養(yǎng)殖環(huán) 境參數(shù)異常的情況向控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制指令，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖環(huán)境自動(dòng)調(diào)節(jié)；實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控中心的 聯(lián)系，使監(jiān)控中心可對(duì)測(cè)控范圍內(nèi)的多個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)中養(yǎng)殖的生物生長(zhǎng)狀況、環(huán)境狀況和控制 設(shè)備運(yùn)行狀況等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。目前溫室的控制以人工控制為主或者以有線控制設(shè)備為 主，且控制方式多以人為主觀判斷的方式為主，具有不精確、不實(shí)時(shí)的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于采用無線測(cè)控方法進(jìn)行集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖的溫室 無線傳感網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)裝置，解決了采用無線測(cè)控方法進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制的無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)中控制節(jié)點(diǎn)和監(jiān)控中心聯(lián)系，并對(duì)控制設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)控制的難題。為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本項(xiàng)發(fā)明提供了一種用于采用無線測(cè)控方法進(jìn)行集約化水產(chǎn) 養(yǎng)殖的無線傳輸控制節(jié)點(diǎn)裝置和控制方法，其特征在于基于網(wǎng)絡(luò)地址有限的無線傳感網(wǎng)絡(luò) 所采取的網(wǎng)絡(luò)地址探測(cè)機(jī)制及動(dòng)態(tài)地址分配機(jī)制，將所有的控制節(jié)點(diǎn)按照地理位置據(jù)中心 結(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)近、附近中繼節(jié)點(diǎn)的多少分配相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)地址，建立相應(yīng)的路由規(guī)則表，當(dāng)接收到 匯聚節(jié)點(diǎn)所傳來的控制指令時(shí)可控制相應(yīng)調(diào)控設(shè)備工作，從而對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明應(yīng)用在采用無線測(cè)控方法進(jìn)行集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖的無 線測(cè)控網(wǎng)絡(luò)中，為無線測(cè)控網(wǎng)絡(luò)的控制設(shè)備。按照采集節(jié)點(diǎn)所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理后， 當(dāng)發(fā)現(xiàn)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)異常時(shí)可向控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制指令從而對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，同 時(shí)數(shù)據(jù)中心可以接收直接由用戶遠(yuǎn)程發(fā)布的控制指令。監(jiān)控中心可對(duì)測(cè)控范圍內(nèi)的多個(gè)養(yǎng) 殖場(chǎng)中養(yǎng)殖的生物生長(zhǎng)狀況、環(huán)境狀況和控制設(shè)備運(yùn)行狀況等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。本發(fā)明為用 于采用無線測(cè)控方法進(jìn)行集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中的養(yǎng)殖環(huán)境自動(dòng)控制提供了有效、可靠的 傳輸和處理設(shè)備及方法，提高了水產(chǎn)養(yǎng)殖的自動(dòng)化程度和養(yǎng)殖產(chǎn)量。


圖1為本發(fā)明的組成模塊示意圖。圖2為本發(fā)明的硬件設(shè)計(jì)示意圖。圖3為本發(fā)明的功能示意圖。圖4為本發(fā)明的軟件流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
3
溫室無線傳感網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)裝置，其組成模塊由顯示模塊、存儲(chǔ)模塊、無線傳輸模 塊及控制模塊構(gòu)成。微處理的IO 口 P0. 10-P0. 17用來作為液晶屏的8位數(shù)據(jù)線Pl. 20、 Pl. 21、Pl. 22、Pl. 23作為控制信號(hào)；P0. 5、P0. 6、P0. 7、Pl. 24作為可控硅的控制信號(hào)，TXU RXl用來與XBEE無線傳輸模塊之間進(jìn)行通信；P0. 2、P0. 3用來實(shí)現(xiàn)與存儲(chǔ)模塊之間進(jìn)行時(shí) 鐘和串口數(shù)據(jù)的連接。無線傳感網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)上電后，第一步，會(huì)首先按照預(yù)定義的網(wǎng)絡(luò)地址分配規(guī)則 自檢自身地址是否合法，合法跳過，不合法，則向網(wǎng)絡(luò)發(fā)布探測(cè)信號(hào)，將網(wǎng)絡(luò)所未占用的網(wǎng) 絡(luò)地址按由低至高的順序，先選取三個(gè)作為自身候選網(wǎng)絡(luò)地址，同時(shí)向數(shù)據(jù)中心申請(qǐng)注冊(cè)， 若網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)未被注冊(cè)，則申請(qǐng)通過，若該地址被占用且未被釋放，則再次依順序選取三個(gè)候 選地址向數(shù)據(jù)中心申請(qǐng)，直至符合條件。第二步，控制節(jié)點(diǎn)處于偵聽工作狀態(tài)，檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)中 與自身相關(guān)的控制指令，它有兩個(gè)來源，一個(gè)是匯聚節(jié)點(diǎn)直接發(fā)送給自身的指令，另一個(gè)是 由其它控制節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)而來的指令。先檢測(cè)一下該指令是否由其它節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)而來，若是轉(zhuǎn)發(fā) 的，則查看其中相關(guān)本控制節(jié)點(diǎn)的部分是否已經(jīng)被執(zhí)行過，若已執(zhí)行過，并帶有反饋的工作 狀態(tài)，則拋棄該指令，若未被執(zhí)行過，則按照優(yōu)先級(jí)的高低，對(duì)該指令按次序執(zhí)行，執(zhí)行后同 時(shí)監(jiān)測(cè)控制設(shè)備的反饋工作狀態(tài)，若未正常打開或關(guān)閉，則再次發(fā)送控制信號(hào)，三次控制指 令后仍未正常工作的，上報(bào)數(shù)據(jù)中心并標(biāo)記為設(shè)備工作異常。第三步，將該控制狀態(tài)與先前 工作狀態(tài)進(jìn)行信息融合，若該設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)始終處于同一工作狀態(tài)，則不必重復(fù)記錄，僅將 時(shí)間段延長(zhǎng)至當(dāng)前時(shí)間，若工作狀態(tài)發(fā)生變化，則將時(shí)間點(diǎn)與工作狀態(tài)同時(shí)記錄，便于日后 查詢。第四步，檢測(cè)指令中是否還有其它控制節(jié)點(diǎn)的控制信息，如果有，則將該指令相關(guān)自 身的部分標(biāo)記為已執(zhí)行，并附上反饋信息，再轉(zhuǎn)發(fā)給該節(jié)點(diǎn)，如果沒有，則直接將工作狀態(tài) 反饋給匯聚節(jié)點(diǎn)。優(yōu)先級(jí)規(guī)則溫控指令> 光控指令> 循環(huán)泵指令 >增氧機(jī)控制指令確定各參數(shù)規(guī)則一、羅氏沼蝦育苗參數(shù)(一般20到25天)Day 天數(shù)；amount 苗數(shù)(萬尾)；tmp 溫度(°C ) ；ilium 光照(Iux) ；Q 實(shí)際放
苗數(shù)量；desalinate 淡化；Day = lthen amount = Q ；Day = lthen tmp > 28&tmp < 28. 5 ；Day = lthen ilium > lOO&illum < 2000 ；Day = 2then amount = 0. 8Q ；Day = 2then tmp > 28. 5&tmp < 29 ；Day = 2then ilium > lOO&illum < 2000 ；Day = 3then amount^^Q；Day = 3then tmp > 29. 5&tmp < 30 ；Day = 3then ilium > lOO&illum < 2000 ；Day = 4then amount=^Q;Day = 4then tmp > 29. 5&tmp < 30 ；
Day一4then illum>lOO&illum<2000
Day一5then sm0呻；
Day一5then tmp>30&tmp<30．5
Day一5then illum>lOO&illum<2000
Day一6then amount=~‘*Q；
Day一6then tmp>30．5&tmp<3l
Day一6then il]um>lOO&illum<2000
Day一7then amount=~．一Q；
Day一7then tmp>30．5&tmp<3l
Day一7then illum>lOO&illum<4000
Day8then amount=~Q；
Day一8then tmp>3l&tmp<31．5
Day一8then illum>lOO&illum<4000
Day一9then amount’=Q；
Day一9then tmp>3l&tmp<31．5
Day一9then illum>lOO&illum<4000
Day—lOthen amount=~Q；
Day—lOthen tmp>31．5&tmp<32
Day—lOthen illum>lOO&illum<4000
Day—l l then amotmt=~Q；
Day—l lthen tmp>31．5&tmp<32
Day—llthen illum>lOO&illum<4000
Day一1 2then amount’=Q；
Day一12then tmp>31．5&tmp<32
Day一12then illum>lOO&illum<4000
Day一1 3then amount=-~Q；
Day一13then tmp>31．5&tmp<32
Day一13then illum>lOO&illum<4000
Day一1 4thcn amount=Q；
Day一14then tmp>31．5&tmp<32
Day一14then illum>lOO&illum<4000
Day一15thcn amount=Q；
Day一15then tmp>31．5&tmp<32
Day一15then illum>lOO&illum<4000
Day一16then amount=Q；
Day一16then tmp>31．5&tmp<32Day Day Day Day Day Day Day Day Day Day Day Day Day Day Day Day Day Day Day Day Day Day Day
=16then ilium > lOO&illum < 4000 ； =17then amount=ffQ;
17then tmp > 31. 5&tmp < 32 ； 17then ilium > lOO&illum < 4000 ； 18then amount=^Q; 18then tmp > 31. 5&tmp < 32 ； 18then ilium > lOO&illum < 4000 ；
=19then amount=^Q;
=19&desalinate = true then tmp >=24 =19&desalinate = false then tmp > 31. 5&tmp < 32 =19then ilium > lOO&illum < 4000 ； =20then amount=器Q; =20&desalinate = true then tmp >=24 =20&desalinate = false then tmp > 31. 5&tmp < 32 =20then ilium > lOO&illum < 4000 ； =2 lthen amount=2^); =21&desalinate = true then tmp >=24 =21&desalinate = false then tmp > 31. 5&tmp < 32 =21then ilium > lOO&illum < 4000 ； =22then amount=學(xué)Q; =22&desalinate = true then tmp >=24 =22&desalinate = false then tmp > 31. 5&tmp < 32 =22then ilium > lOO&illum < 4000 ； =23then amount=-T-Q;
Day_
Day = 23then tmp >=24 Day = 23then ilium > 100 &illum < 4000 ； Day = 24then amount=警Q; Day = 24then tmp >=24 Day = 24then ilium > lOO&illum < 4000 ； Day
Day = 25then tmp >=24
Day = 25then ilium > 100 &illum < 4000 ；
二、育苗水質(zhì)
DO 溶解氧(mg/1) ；oxgen_add 充氣量增加；PH_unorm:PH值超標(biāo)； PH < 7. 4 I IPH > 8. 5then PH_unorm = true ；
DO < 4then change_wateri_in = 0. 3h&change_water_out = 0. 3h&oxgen_add =
25then ^ount=iJ2Q;
三、各控制設(shè)備開關(guān)條件及時(shí)間簾幕實(shí)際光照值與所需光照相差值為Δ I 循環(huán)泵 加熱器實(shí)際溫度與所需溫度相差值為At，打開加熱器臺(tái)數(shù)N，打開加熱器時(shí)間T 本發(fā)明裝置采用的主要技術(shù)如下1、嵌入式技術(shù)對(duì)于溫室無線傳感網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)裝置的設(shè)計(jì)，是基于嵌入式技術(shù)進(jìn)行的，嵌入式 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可處理大量采集信號(hào)，主控制器采用PHILIPS公司基于ARM7TDMI-S核、單電 源供電、LQFP64封裝的LPC2131，它具有RS232轉(zhuǎn)換電路，可與通訊模塊進(jìn)行方便的串口數(shù) 據(jù)通訊，具有IIC接口，可用于與存儲(chǔ)設(shè)備間的數(shù)據(jù)存取，具有看門狗功能，在長(zhǎng)時(shí)間未獲 得正確反饋信息的情況下，可以自動(dòng)重啟，防止程序跑飛、死機(jī)的情況發(fā)生2、ZIGBEE 技術(shù)Zigbee是一種新興的近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)，它是一種介于無線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙之間的技術(shù)方案，主要用于近距離無線連接。它依 據(jù)802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間實(shí)現(xiàn)了相互協(xié)調(diào)和通信。它具有以下優(yōu)勢(shì) 數(shù)據(jù)傳輸速率低、協(xié)議簡(jiǎn)單、傳輸范圍小、時(shí)延短、低功耗、低價(jià)格。3、數(shù)據(jù)融合技術(shù)數(shù)據(jù)融合技術(shù)是指利用計(jì)算機(jī)對(duì)按時(shí)序獲得的若干觀測(cè)信息，在一定準(zhǔn)則下加以 自動(dòng)分析、綜合，以完成所需的決策和評(píng)估任務(wù)而進(jìn)行的信息處理技術(shù)。數(shù)據(jù)融合技術(shù)，包 括對(duì)各種信息源給出的有用信息的采集、傳輸、綜合、過濾、相關(guān)及合成，以便輔助人們進(jìn)行 態(tài)勢(shì)/環(huán)境判定、規(guī)劃、探測(cè)、驗(yàn)證、診斷。在本發(fā)明中，數(shù)據(jù)融合技術(shù)主要用于數(shù)據(jù)在不同 條件下對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合存儲(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)的綜合判斷，在不損失有用數(shù)據(jù)的情況下， 無損壓縮原始數(shù)據(jù)。4、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限網(wǎng)絡(luò)地址的有效分配是解決近程無線傳輸?shù)闹匾獑栴}，本節(jié)點(diǎn)采用的網(wǎng)絡(luò)地 址爭(zhēng)用機(jī)制，有效的解決了這一難題，節(jié)點(diǎn)在取得網(wǎng)絡(luò)地址后同時(shí)向數(shù)據(jù)中心申請(qǐng)注冊(cè)。注 冊(cè)的工作有效抑制了新增加的節(jié)點(diǎn)由于網(wǎng)絡(luò)時(shí)延原因而未探測(cè)到該節(jié)點(diǎn)從而使用相同網(wǎng) 絡(luò)地址的風(fēng)險(xiǎn)。節(jié)點(diǎn)主動(dòng)離開網(wǎng)絡(luò)，或者由于節(jié)點(diǎn)的損壞，超過一定門限值而仍未檢測(cè)到該 節(jié)點(diǎn)的，釋放該節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)地址，向數(shù)據(jù)中心注銷。網(wǎng)絡(luò)地址的回收機(jī)制也保證了網(wǎng)絡(luò)地址資 源的合理利用。
9
權(quán)利要求
用于集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖無線測(cè)控網(wǎng)絡(luò)中的溫室無線傳感網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)裝置。裝置硬件包括微處理器、ZigBee通訊模塊、顯示模塊、存儲(chǔ)模塊、控制模塊及各器件間的電信號(hào)連接。微控制器接收經(jīng)Zigbee模塊傳送來的由匯聚節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的控制指令，通過控制算法判斷其優(yōu)先級(jí)，然后控制相應(yīng)增氧機(jī)、簾幕、循環(huán)泵、加熱器調(diào)控相應(yīng)參數(shù)，并將狀態(tài)反饋匯聚節(jié)點(diǎn)。所述的裝置硬件由基于LPC2131的控制器分別與液晶屏和外置存儲(chǔ)設(shè)備構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫室無線傳感網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)裝置，其特征在于所述微控制器 采用PHILIPS公司基于ARM7TDMI-S核、單電源供電、LQFP64封裝的LPC2131，用于處理控制 設(shè)備、反饋信號(hào)、歷史數(shù)據(jù)查詢的功能；所述液晶屏采用T0PWAY公司的LM3033，可同時(shí)顯示 四排共計(jì)32個(gè)漢字的顯示；所述的Zigbee模塊采用MaxStream公司的XBEE Serial2模 塊，地址的分配方式及回收機(jī)制、路由機(jī)制是建立在該模塊的無線通訊應(yīng)用層之上完成的； 所述控制模塊部分選用OMRON公司的G5LC-14繼電器來控制外設(shè)，外設(shè)為增氧機(jī)、簾幕、循 環(huán)泵和加熱器；所述外置存儲(chǔ)設(shè)備采用一片ATMEL公司的具有IIC總線容量達(dá)512Kbit采 用 8 引腳 DIP 封裝的 EEPR0M-AT24C512。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制算法，其特征在于控制指令采用分層處理、將處理后的 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以打標(biāo)簽的形式轉(zhuǎn)發(fā)其它控制節(jié)點(diǎn)；將連續(xù)時(shí)間段內(nèi)的相同參數(shù)信息融合后 連同時(shí)間點(diǎn)一同存儲(chǔ)在EEPROM中；網(wǎng)絡(luò)地址采用動(dòng)態(tài)爭(zhēng)用的分配方式，先對(duì)網(wǎng)絡(luò)中已有結(jié) 點(diǎn)進(jìn)行查詢，按由低至高的順序選用未分配的網(wǎng)絡(luò)地址，并向數(shù)據(jù)中心登記信息，當(dāng)節(jié)點(diǎn)主 動(dòng)離開網(wǎng)絡(luò)后，或由于節(jié)點(diǎn)損壞在一定時(shí)間未被搜索到時(shí)，該節(jié)點(diǎn)地址被釋放；控制指令的 產(chǎn)生是基于查表的機(jī)制，根據(jù)所采集的參數(shù)值，按照規(guī)則庫進(jìn)行分類，再查表找到相應(yīng)的控 制指令。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于采用無線測(cè)控方法進(jìn)行集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖的溫室無線傳感網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)裝置，安裝在集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖的無線測(cè)控網(wǎng)絡(luò)中。部署在集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)養(yǎng)殖場(chǎng)中傳感器節(jié)點(diǎn)采集的傳感器數(shù)據(jù)，發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)再上傳給數(shù)據(jù)中心，按照規(guī)則庫進(jìn)行分析數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)異常時(shí)，通過查表控制的方法給出控制指令，該指令通過匯聚節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)給控制節(jié)點(diǎn)從而對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，并上報(bào)控制設(shè)備的反饋工作信息。監(jiān)控中心可對(duì)測(cè)控范圍內(nèi)的多個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)中養(yǎng)殖的生物生長(zhǎng)狀況、環(huán)境狀況和控制設(shè)備運(yùn)行狀況等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。本發(fā)明為無線測(cè)控網(wǎng)絡(luò)的無線控制設(shè)備，高效、可靠、操作方便，用于采用無線測(cè)控方法進(jìn)行集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中的養(yǎng)殖環(huán)境實(shí)時(shí)自動(dòng)控制難題。
文檔編號(hào)G08C17/02GK101930218SQ200910053920
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者劉慧芳, 池濤, 陳明, 高強(qiáng) 申請(qǐng)人:上海海洋大學(xué)