基于無線傳感網(wǎng)絡的溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提出的基于無線傳感網(wǎng)絡的溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)具有傳感器采集節(jié)點、網(wǎng)關節(jié)點、服務器和用戶終端四級結構，服務器包括生成可供用戶終端遠程訪問的報警信息的報警模塊，實現(xiàn)了對溫室環(huán)境的遠程實時監(jiān)測和對異常數(shù)據(jù)的實時智能告警。
【專利說明】基于無線傳感網(wǎng)絡的溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及無線傳感技術，更具體涉及一種基于無線傳感網(wǎng)絡的溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]農業(yè)溫室環(huán)境的主要監(jiān)測方式有人工手工記錄和電子設備自動記錄等。
[0003]近年來，隨著無線小型組網(wǎng)技術的發(fā)展，出現(xiàn)了采用2.4G或433M等頻段局域組網(wǎng)接收采集的環(huán)境參數(shù)信息再傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心的技術。
[0004]隨著農業(yè)環(huán)境監(jiān)測越來越智能化、精細化，迫切需要對溫室環(huán)境進行遠程實時監(jiān)測和對異常數(shù)據(jù)實時智能告警的系統(tǒng)。
實用新型內容
[0005](一)要解決的技術問題
[0006]在本實用新型中，要解決的技術問題是如何實現(xiàn)對溫室環(huán)境的遠程實時監(jiān)測和對異常數(shù)據(jù)實時智能告警。
[0007](二)技術方案
[0008]為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種基于無線傳感網(wǎng)絡的溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括傳感器采集節(jié)點、網(wǎng)關節(jié)點、服務器和用戶終端:
[0009]傳感器采集節(jié)點，包括用于采集環(huán)境參數(shù)信息的傳感器和用于向網(wǎng)關節(jié)點發(fā)送所述環(huán)境參數(shù)信息的第一無線通訊模塊；
[0010]網(wǎng)關節(jié)點，包括用于接收所述環(huán)境參數(shù)信息的第二無線通訊模塊和用于向服務器傳送所述環(huán)境參數(shù)信息的GSM/GPRS通訊模塊；
[0011]服務器，包括與網(wǎng)關節(jié)點和與用戶終端進行數(shù)據(jù)通訊的服務器通訊模塊和用于當所述環(huán)境參數(shù)信息超出設定的閾值區(qū)間時生成可供用戶終端遠程訪問的報警信息的報警模塊；
[0012]用戶終端，包括用于遠程訪問所述環(huán)境參數(shù)信息的終端通信模塊和顯示所述環(huán)境參數(shù)信息的顯示裝置。
[0013]優(yōu)選地，傳感器采集節(jié)點還包括用于在故障時自動復位的看門狗模塊。
[0014]優(yōu)選地，傳感器采集節(jié)點還包括用于實時顯示所述環(huán)境參數(shù)信息的顯示單元。
[0015]優(yōu)選地，傳感器采集節(jié)點還包括用于在所述環(huán)境參數(shù)信息超出設定的閾值區(qū)間時報警的報警單元。
[0016]優(yōu)選地，所述報警模塊還用于將所述報警信息發(fā)送給用戶終端。
[0017]優(yōu)選地，所述傳感器包括環(huán)境溫度傳感器、環(huán)境濕度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤水分傳感器、光照強度傳感器、二氧化碳傳感器、土壤PH傳感器、土壤電導率傳感器、氮素傳感器中的一種或多種。
[0018]優(yōu)選地，所述第一無線通訊模塊、第二無線通訊模塊、GSM/GPRS通訊模塊、服務器通訊模塊和終端通信模塊均為雙向通訊模塊；
[0019]用戶終端包括配置模塊，用于配置傳感器采集節(jié)點的配置參數(shù)，所述配置參數(shù)通過終端通信模塊、服務器通訊模塊、GSM/GPRS通訊模塊、第二無線通訊模塊和第一無線通訊模塊發(fā)送到傳感器采集節(jié)點；
[0020]傳感器采集節(jié)點包括存儲模塊，用于儲存所述配置參數(shù)。
[0021]優(yōu)選地，傳感器采集節(jié)點為多個，一部分傳感器采集節(jié)點的第一通信模塊接收其他若干個傳感器采集節(jié)點傳送的環(huán)境參數(shù)信息，并轉發(fā)給網(wǎng)關節(jié)點。
[0022]優(yōu)選地，傳感器采集節(jié)點的電源包括多個電壓等級不同的供電接口，傳感器采集節(jié)點的各個模塊根據(jù)需要連接到相應電壓等級的供電接口。
[0023]優(yōu)選地，用戶終端包括手機、個人電腦、平板電腦、LED顯示屏中的一種或多種。
[0024](三)有益效果
[0025]本實用新型提出的基于無線傳感網(wǎng)絡的溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)具有傳感器采集節(jié)點、網(wǎng)關節(jié)點、服務器和用戶終端四級結構，實現(xiàn)了對溫室環(huán)境的遠程實時監(jiān)測。同時，服務器包括生成可供用戶終端遠程訪問的報警信息的報警模塊，實現(xiàn)了對異常數(shù)據(jù)的實時智能告
目O
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是根據(jù)本實用新型一個實施例的基于無線傳感網(wǎng)絡的溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的結構示意圖。
[0027]圖2是根據(jù)本實用新型一個實施例的傳感器節(jié)點的結構示意圖。
[0028]圖3是根據(jù)本實用新型一個實施例的傳感器節(jié)點的供電示意圖。
[0029]圖4是根據(jù)本實用新型一個實施例的網(wǎng)關節(jié)點的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖和實施例對本實用新型的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例僅用于說明本實用新型，而不能用來限制本實用新型的范圍。
[0031]圖1是根據(jù)本實用新型一個實施例的基于無線傳感網(wǎng)絡的溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的結構示意圖。由圖1可以看出，該系統(tǒng)包括傳感器采集節(jié)點1、網(wǎng)關節(jié)點2、服務器3和用戶終端4:
[0032]傳感器采集節(jié)點1，包括用于采集環(huán)境參數(shù)信息的傳感器和用于向網(wǎng)關節(jié)點發(fā)送所述環(huán)境參數(shù)信息的第一無線通訊模塊；
[0033]網(wǎng)關節(jié)點2，包括用于接收所述環(huán)境參數(shù)信息的第二無線通訊模塊和用于向服務器傳送所述環(huán)境參數(shù)信息的GSM/GPRS通訊模塊；
[0034]服務器3，包括與網(wǎng)關節(jié)點2和與用戶終端4進行數(shù)據(jù)通訊的服務器通訊模塊和用于當所述環(huán)境參數(shù)信息超出設定的閾值區(qū)間時生成可供用戶終端4遠程訪問的報警信息的報警模塊；
[0035]用戶終端4，包括用于遠程訪問所述環(huán)境參數(shù)信息的終端通信模塊和顯示所述環(huán)境參數(shù)信息的顯示裝置。下面具體介紹傳感器采集節(jié)點、網(wǎng)關節(jié)點、服務器和用戶終端的結構及其功能。[0036]如圖2所示，傳感器采集節(jié)點主要包括微型處理器、多個傳感器和近距離無線通訊模塊兩部分組成，微型處理器控制各傳感器采集環(huán)境參數(shù)信息，傳感器包括環(huán)境溫度傳感器、環(huán)境濕度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤水分傳感器、光照強度傳感器、二氧化碳傳感器、土壤PH傳感器、土壤電導率傳感器中的一種或多種，實際應用時根據(jù)不同作物的溫室環(huán)境監(jiān)測需求添加不同類型的傳感器。傳感器采集節(jié)點還可以包括實時時鐘，為節(jié)點提供實時時間信息。傳感器采集節(jié)點的配置信息主要保存在掉電不遺失的E2PROM存儲模塊中。顯示單元本地實時顯示采集的環(huán)境參數(shù)。當環(huán)境參數(shù)超過設定的閾值時，通過聲光報警單元本地報警。傳感器采集的各參數(shù)信息通過近距離無線通訊模塊發(fā)送給網(wǎng)關節(jié)點，實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的實時上傳功能。
[0037]如圖3所示，傳感器采集節(jié)點的電源包括三級供電接口，首先通過將太陽能電池或者適配器提供的電源轉化成12V直流電供電，12V供電的模塊有土壤水分傳感器、氮素傳感器等。12V電源經(jīng)過降壓后轉化為5V為土壤溫度傳感器、二氧化碳傳感器供電。再將電源轉化為3.3V為光照強度傳感器、環(huán)境溫濕度傳感器、近距離無線通訊模塊、顯示單元、存儲單元、報警單元、實時時鐘等供電。
[0038]傳感器采集節(jié)點具體工作流程如下:傳感器采集節(jié)點上電初始化，初始化后傳感器節(jié)點開始尋找網(wǎng)關節(jié)點建立的網(wǎng)絡并且申請加入，當傳感器采集節(jié)點沒有加入網(wǎng)絡時會重復申請加入。當采集節(jié)點加入到網(wǎng)關節(jié)點建立的網(wǎng)絡后，采集各個傳感器的數(shù)據(jù)并且通過顯示單元實時顯示，液晶屏顯示的刷新頻率為1HZ，定時時鐘按每秒累計計時，傳感器節(jié)點將獲得的各個傳感器采集的環(huán)境參數(shù)與設置的閾值區(qū)間進行比對。當采集到的各個環(huán)境參數(shù)超出設置的閾值區(qū)間時，傳感器采集節(jié)點的聲光報警單元采用聲光進行報警，之后判斷定時時鐘計時是否達到配置的上傳周期，當傳感器節(jié)點采集的數(shù)據(jù)超出設定的閾值區(qū)間時，直接判斷定時器計時達到配置的上傳周期從而上傳數(shù)據(jù)。當未達到配置的上傳周期時繼續(xù)采集各傳感器參數(shù)并在液晶屏顯示，直到定時時鐘計時周期達到配置的上傳周期，此時定時時鐘計時清零，傳感器節(jié)點把采集到的數(shù)據(jù)以點對點短距離無線通訊的方式發(fā)送到網(wǎng)關節(jié)點。
[0039]另外，傳感器采集節(jié)點通過中斷的方式響應網(wǎng)關節(jié)點發(fā)送過來的服務器配置指令，具體中斷工作流程如下:
[0040]傳感器采集節(jié)點的處理芯片收到服務器中斷配置請求時，判斷有沒有比配置更緊急的事情要處理，如果沒有則保存斷點入口和保護現(xiàn)場寄存器狀態(tài)，然后接受并響應服務器端發(fā)送過來的配置指令，并把最新的配置參數(shù)保存在掉電不遺失的E2PROM里，再讀取最新的配置參數(shù)，并且賦給各采集參數(shù)的閾值區(qū)間，最后進入到中斷入口和保護的現(xiàn)場繼續(xù)執(zhí)行其他內容。由于傳感器采集節(jié)點長期在高溫高濕的環(huán)境下運行，因此還配置了看門狗模塊，當設備出現(xiàn)問題時，看門狗模塊自動復位使采集設備正常運行，并且發(fā)送復位信息給服務器端。當無線網(wǎng)絡斷開時，傳感器節(jié)點自動重新連接網(wǎng)關節(jié)點，保證了傳感器節(jié)點的正常運行；當傳感器采集節(jié)點正常運行24小時，看門狗模塊自動復位，防止節(jié)點長時間運行死機的情況出現(xiàn)，保證了系統(tǒng)的可持續(xù)正常運行。
[0041]網(wǎng)關節(jié)點主要包括微型處理器、電源模塊、GSM/GPRS模塊和短距離無線通訊模塊，微型處理器控制GSM/GPRS模塊和短距離無線通訊模塊進行通訊，電源模塊用于給微型處理器、GSM/GPRS模塊和短距離無線通訊模塊供電，如圖4所示。[0042]網(wǎng)關節(jié)點的主要功能為通過短距離無線通訊模塊收集傳感器采集節(jié)點發(fā)送過來的環(huán)境參數(shù)，并且把環(huán)境參數(shù)通過GSM/GPRS模塊發(fā)送到服務器端；接受服務器端傳送過來的配置指令，并把配置指令下發(fā)給各個傳感器節(jié)點。
[0043]具體工作流程如下:首先，網(wǎng)關節(jié)點上電初始化，然后GSM/GPRS模塊首先注冊GSM,當沒有注冊到GSM時，節(jié)點繼續(xù)注冊，注冊成功后，GPRS開始連接服務器直至連接上，隨后啟動短距離無線通訊模塊，創(chuàng)建一個小型網(wǎng)絡，等待傳感器采集節(jié)點的加入，當有傳感器采集節(jié)點請求加入時，允許其加入并為其分配地址，然后網(wǎng)關節(jié)點開始監(jiān)聽數(shù)據(jù)信息。當接收到傳感器采集節(jié)點發(fā)送的環(huán)境參數(shù)時，網(wǎng)關通過GPRS把采集數(shù)據(jù)發(fā)送到服務器；當接收到服務器發(fā)送過來的配置指令時，網(wǎng)關節(jié)點以點對點的方式同時發(fā)送給所在網(wǎng)絡的各采集節(jié)點，傳感器采集節(jié)點根據(jù)配置指令內容判斷是否為配置本節(jié)點的指令，如果是則響應相關配置指令。
[0044]當網(wǎng)關的GSM/GPRS模塊由于某種原因自動斷開服務器時，網(wǎng)關自動重新連接服務器。網(wǎng)關節(jié)點每正常運行24小時后自動復位，保證網(wǎng)關節(jié)點的正常運行，當短距離通訊網(wǎng)絡由于某種原因斷開時，網(wǎng)關節(jié)點自動重新建立網(wǎng)絡等待傳感器采集節(jié)點加入，實現(xiàn)了系統(tǒng)穩(wěn)定可持續(xù)的運行。
[0045]服務器，包括用于接收所述環(huán)境參數(shù)信息和向用戶終端傳送所述環(huán)境參數(shù)信息的服務器通訊模塊；用戶終端包括用于接收所述環(huán)境參數(shù)信息和向用戶終端傳送所述環(huán)境參數(shù)信息的服務器通訊模塊，可以為手機、個人電腦、平板電腦中的一種或多種。同樣支持遠程LED顯示屏實時顯示采集數(shù)據(jù)，例如讓控制LED顯示屏的電腦定時訪問服務器，調取服務器的數(shù)據(jù)并且在LED屏實時顯示。
[0046]所有傳感器采集節(jié)點把環(huán)境參數(shù)信息通過網(wǎng)關上傳至服務器。服務器將環(huán)境參數(shù)信息實時發(fā)送給用戶終端或者存儲到數(shù)據(jù)庫，用戶終端可以實時接收或者通過互聯(lián)網(wǎng)訪問數(shù)據(jù)庫得到環(huán)境參數(shù)信息。比如，不同區(qū)域監(jiān)測點的不同用戶在服務器的數(shù)據(jù)庫建立自己的專屬賬戶，用戶登錄進去可以實時看到溫室大棚的各傳感器節(jié)點采集的數(shù)據(jù)，并且針對不同作物各個不同生長階段對環(huán)境參數(shù)的要求，設定相應的閾值區(qū)間。所有的采集數(shù)據(jù)保存在服務器的數(shù)據(jù)庫里，例如可以通過網(wǎng)頁任意調出不同區(qū)間時間段的采集數(shù)據(jù)。服務器例如可以提供各參數(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。例如，可以在手機上安裝相應軟件定時訪問服務器的數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的同步，并且完成相應的配置傳感器采集節(jié)點的配置參數(shù)的功能。
[0047]當環(huán)境采集的傳感器參數(shù)不在設定的閾值區(qū)間時，系統(tǒng)開始智能報警，報警方式可以有以下幾種:
[0048]一是通過本地傳感器采集節(jié)點的聲光報警，提醒現(xiàn)場工作人員；二是服務器給用戶終端實時發(fā)送報警信息，例如給設定的用戶手機發(fā)送報警短信，報警短信內容為當前采集的環(huán)境數(shù)據(jù)、采集時間、報警警戒值，這解決了當現(xiàn)場環(huán)境沒有人時用戶不能及時得到報警信息的問題。第三報警信息會保存在服務器端，當通過互聯(lián)網(wǎng)訪問時，網(wǎng)頁正常顯示為藍色圖標，當有報警信息時圖標變紅提示報警，并且發(fā)出報警聲音；還有通過遠程LED屏顯示報警，正常顯示參數(shù)為黃色，當環(huán)境異常時，異常的參數(shù)值會變紅，并且箭頭指示當前的參數(shù)值偏高還是偏低。這樣，當環(huán)境異常時實現(xiàn)了本地、手機、網(wǎng)頁、LED屏等多方位的智能報警，避免環(huán)境異常造成不必要的損失。
[0049]以上【具體實施方式】僅用于說明本實用新型，而非對本實用新型的限制。盡管參照實施例對本實用新型進行了詳細說明，但是本領域的普通技術人員應當理解，對本實用新型的技術方案進行各種組合、修改或者等同替換，都不脫離本實用新型的原理和精神，其均應涵蓋在本實用新型權利要求的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種基于無線傳感網(wǎng)絡的溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括傳感器采集節(jié)點、網(wǎng)關節(jié)點、服務器和用戶終端: 傳感器采集節(jié)點，包括用于采集環(huán)境參數(shù)信息的傳感器和用于向網(wǎng)關節(jié)點發(fā)送所述環(huán)境參數(shù)信息的第一無線通訊模塊； 網(wǎng)關節(jié)點，包括用于接收所述環(huán)境參數(shù)信息的第二無線通訊模塊和用于向服務器傳送所述環(huán)境參數(shù)信息的GSM/GPRS通訊模塊； 服務器，包括與網(wǎng)關節(jié)點和與用戶終端進行數(shù)據(jù)通訊的服務器通訊模塊和用于當所述環(huán)境參數(shù)信息超出設定的閾值區(qū)間時生成可供用戶終端遠程訪問的報警信息的報警模塊； 用戶終端，包括用于遠程訪問所述環(huán)境參數(shù)信息的終端通信模塊和顯示所述環(huán)境參數(shù)信息的顯示裝置。
2.權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于: 傳感器采集節(jié)點還包括用于在故障時自動復位的看門狗模塊。
3.權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于: 傳感器采集節(jié)點還包括用于實時顯示所述環(huán)境參數(shù)信息的顯示單元。
4.權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于: 傳感器采集節(jié)點還包括用于在所述環(huán)境參數(shù)信息超出設定的閾值區(qū)間時報警的報警單元。
5.權利要求1至4其中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于: 所述報警模塊還用于將所述報警信息實時發(fā)送給用戶終端。
6.權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于: 所述傳感器包括環(huán)境溫度傳感器、環(huán)境濕度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤水分傳感器、光照強度傳感器、二氧化碳傳感器、土壤PH傳感器、土壤電導率傳感器、氮素傳感器中的一種或多種。
7.權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于: 所述第一無線通訊模塊、第二無線通訊模塊、GSM/GPRS通訊模塊、服務器通訊模塊和終端通信模塊均為雙向通訊模塊； 用戶終端包括配置模塊，用于配置傳感器采集節(jié)點的配置參數(shù)，所述配置參數(shù)通過終端通信模塊、服務器通訊模塊、GSM/GPRS通訊模塊、第二無線通訊模塊和第一無線通訊模塊發(fā)送到傳感器采集節(jié)點； 傳感器采集節(jié)點包括存儲模塊，用于儲存所述配置參數(shù)。
8.權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于: 傳感器采集節(jié)點為多個，一部分傳感器采集節(jié)點的第一通信模塊接收其他若干個傳感器采集節(jié)點傳送的環(huán)境參數(shù)信息，并轉發(fā)給網(wǎng)關節(jié)點。
9.權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于: 傳感器采集節(jié)點的電源包括多個電壓等級不同的供電接口，傳感器采集節(jié)點的各個模塊根據(jù)需要連接到相應電壓等級的供電接口。
10.權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于: 用戶終端包括手機、個人電腦、平板電腦、LED顯示屏中的一種或多種。
【文檔編號】G08C17/02GK203537568SQ201320668130
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年10月28日 優(yōu)先權日:2013年10月28日
【發(fā)明者】馬為紅, 吳華瑞, 劉論, 繆祎晟, 李慶學, 李飛飛, 張翊超 申請人:北京農業(yè)信息技術研究中心