專利名稱：環(huán)境監(jiān)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)境監(jiān)控裝置，尤其是一種使用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)控裝置。
背景技術(shù)：
設(shè)施農(nóng)業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化信息獲取與智能環(huán)境控制是我國“十五”期間工廠化高效農(nóng)業(yè)項(xiàng)目的重點(diǎn)攻關(guān)方向，也是我國未來實(shí)現(xiàn)數(shù)字農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)與關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著溫室生產(chǎn)技術(shù)的普及與推廣，環(huán)境檢測(cè)與控制的技術(shù)與相應(yīng)裝置也在不斷進(jìn)步與發(fā)展。我國的設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)從20世紀(jì)80年代逐漸發(fā)展以來，目前溫室的推廣面積已經(jīng)達(dá)到200萬公頃以上，是世界上推廣溫室面積最多的國家。但是，絕大多數(shù)的溫室蔬菜生產(chǎn)普遍存在產(chǎn)量低、品質(zhì)差的問題，主要是因?yàn)闇厥以O(shè)施的環(huán)境調(diào)控及管理技術(shù)水平低，對(duì)各環(huán)境因子僅能實(shí)現(xiàn)單項(xiàng)調(diào)控，實(shí)際操作多是生產(chǎn)者憑經(jīng)驗(yàn)和感覺而具有很大的不確定性。
目前，我國對(duì)溫室中的光、溫、水、氣、肥等環(huán)境因素綜合考慮和實(shí)行全面綜合的最優(yōu)化控制管理的技術(shù)體系尚未確立。對(duì)溫室內(nèi)植物生長與環(huán)境的關(guān)系、綜合環(huán)境預(yù)測(cè)等模型分析和栽培專家系統(tǒng)等的研究很多，但是缺少進(jìn)行環(huán)境因子的數(shù)據(jù)采集、獲取和傳輸乃至環(huán)境控制的國產(chǎn)設(shè)施設(shè)備。而無論哪種環(huán)境檢測(cè)和控制設(shè)備，一般都在依靠實(shí)地工作站或固定存儲(chǔ)器下載數(shù)據(jù)，很多都未能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，并且設(shè)備龐大，連接線路復(fù)雜，設(shè)備間干擾大。同時(shí)，在野外設(shè)置也存在供電困難、可靠性差等問題，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。
遠(yuǎn)程檢測(cè)是利用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在異地對(duì)遠(yuǎn)程的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)施監(jiān)視、測(cè)試，并根據(jù)設(shè)備狀況進(jìn)行控制的技術(shù)。近年來，隨著自動(dòng)化程度的不斷提高，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)在各行各業(yè)的生產(chǎn)過程和監(jiān)控管理等方面的應(yīng)用越來越廣泛。如工廠、車間、醫(yī)院、賓館、交通路口、銀行等場(chǎng)所，尤其對(duì)一些高溫環(huán)境、有害氣體等場(chǎng)所等，遠(yuǎn)程監(jiān)控顯得尤為重要。傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控是將帶有檢測(cè)功能的小型嵌入式設(shè)備通過專用線路(RS-232，RS-485，CAN Bus)連接到上位PC，以該P(yáng)C為網(wǎng)關(guān)將專用線路的信息轉(zhuǎn)換為TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)包，然后發(fā)到網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)信息共享。但這種信息共享存在以下缺點(diǎn)1、需要以該P(yáng)C機(jī)做網(wǎng)關(guān)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，在多個(gè)系統(tǒng)分散的情況下，專用線路布線極為不便；2、需要在上位PC機(jī)安裝專用的協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件，該軟件通常由第三方軟件商提供，費(fèi)用較高；3、多種現(xiàn)場(chǎng)總線并存，造成彼此之間的互連接和互的操作問題難以解決。
另外，在傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中，各個(gè)嵌入式小設(shè)備通過現(xiàn)場(chǎng)總線組成現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)，各個(gè)設(shè)備的狀態(tài)信息由現(xiàn)場(chǎng)PC巡回檢測(cè)，并從該P(yáng)C接受動(dòng)作指令，現(xiàn)場(chǎng)PC與Internet相連，遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)可通過Internet讀取現(xiàn)場(chǎng)PC有關(guān)設(shè)備的狀態(tài)信息，并將控制指令傳輸給該P(yáng)C。該方案雖然成本低，可以連接多種小設(shè)備，但所有小設(shè)備必須通過一個(gè)PC進(jìn)行中轉(zhuǎn)，因此，網(wǎng)絡(luò)速度慢、巡檢時(shí)間長、傳輸數(shù)據(jù)有限，遠(yuǎn)程監(jiān)控中心得到的關(guān)于各設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)不僅實(shí)時(shí)性差、數(shù)據(jù)類型和數(shù)量也有限，從而使遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制能力都受到極大的限制。同時(shí)，由于現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境十分惡劣，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)PC的穩(wěn)定性和可靠性有較高的要求，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種環(huán)境監(jiān)控裝置，使用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)用戶遠(yuǎn)程監(jiān)控，不需要進(jìn)行大量布線和復(fù)雜的周邊環(huán)境支持，體積小、功耗低、安裝維護(hù)簡單。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種環(huán)境監(jiān)控裝置，它包括殼體，所述的殼體內(nèi)設(shè)置有中央處理模塊及電源模塊，所述的電源模塊為殼體內(nèi)的各電路模塊供電，所述的中央處理模塊通過其傳感器接口連接有傳感器，所述的中央處理模塊連接有網(wǎng)絡(luò)模塊，并且通過控制器接口連接有控制器，所述的網(wǎng)絡(luò)模塊設(shè)置有以太網(wǎng)絡(luò)接口及無線網(wǎng)絡(luò)接口。
所述的殼體為豎直的圓筒狀，其上部開口，下部筒徑較小并于側(cè)壁上開設(shè)有孔隙；所述的殼體的上方設(shè)有頂罩，該頂罩與殼體上部的開口留有空隙，該空隙與殼體及殼體下部側(cè)壁上的孔隙形成一可供氣流通過的風(fēng)道；所述的傳感器設(shè)置在殼體內(nèi)靠近孔隙的上方，所述的殼體內(nèi)靠近上部開口處設(shè)置有中央處理模塊，該中央處理模塊與傳感器電路連接。
一種環(huán)境監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，它包括一個(gè)以上的由上述環(huán)境監(jiān)控裝置連接構(gòu)成，所述的環(huán)境監(jiān)控裝置之間采用星形連接或串形連接或其組合連接，環(huán)境監(jiān)控裝置之間采用以太網(wǎng)絡(luò)連接或無線網(wǎng)絡(luò)連接或其組合連接。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了各種環(huán)境要素的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)、無線數(shù)據(jù)傳輸及實(shí)時(shí)無線遙控，設(shè)備體積小，生產(chǎn)成本低，不需外接電源，可靠性高，便于在日光溫室或其他大型溫室群中使用推廣。本發(fā)明具有環(huán)境檢測(cè)與生長檢測(cè)等信息一體化與集成化；多個(gè)監(jiān)控裝置可以用分布式、組合式或離散式實(shí)施，也可以使用網(wǎng)狀分布方式，可隨意根據(jù)實(shí)際需要實(shí)施；具有網(wǎng)絡(luò)互連、無線通訊和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(WWWServer)等多項(xiàng)功能；可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程環(huán)境控制和作業(yè)機(jī)械化；技術(shù)產(chǎn)品化、低成本化實(shí)現(xiàn)的容易性和方便性等特征。在本發(fā)明構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)基層上可以擴(kuò)展其他網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，例如連接上網(wǎng)絡(luò)數(shù)碼相機(jī)后，可以通過監(jiān)視和操控相機(jī)獲取現(xiàn)場(chǎng)圖像。本發(fā)明的應(yīng)用，將大大加強(qiáng)對(duì)影響生產(chǎn)條件、農(nóng)業(yè)資源的氣象災(zāi)害和生物災(zāi)變的宏觀監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)警報(bào)，有利于提高可控農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精確性和穩(wěn)定性，從而有效地促進(jìn)農(nóng)業(yè)信息化，為設(shè)施農(nóng)業(yè)領(lǐng)域帶來比傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)高數(shù)倍或數(shù)十倍的經(jīng)濟(jì)效益。以該環(huán)境監(jiān)控裝置為基礎(chǔ)部件構(gòu)建設(shè)大規(guī)模超分散檢測(cè)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)環(huán)境災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)將會(huì)促進(jìn)我國設(shè)施農(nóng)業(yè)的高效生產(chǎn)和農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格與品質(zhì)在國際貿(mào)易中的領(lǐng)先地位，對(duì)我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和生態(tài)與社會(huì)效益有深遠(yuǎn)的影響。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的電路組成示意圖；圖3為本發(fā)明的電路原理圖；圖4為本發(fā)明的多裝置星型結(jié)構(gòu)連接示意圖；圖5為本發(fā)明的多裝置網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)連接示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步說明如圖1所示，為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，一種溫室環(huán)境檢測(cè)裝置，它包括殼體1、頂罩2、傳感器3、中央處理模塊4及電源模塊6；其殼體1為豎直的圓筒狀，由上至下分為筒徑逐漸減小的三段，其可以起到保護(hù)內(nèi)部器件，防水、隔熱及防止外部電磁信號(hào)干擾的作用；其上部開口，下部筒徑較小并于側(cè)壁上開設(shè)有孔隙11，該孔隙11用作通氣孔，因此該孔隙11為一個(gè)以上的孔或縫，并沿殼體1下部圓周均勻分布，該部分殼體1無孔隙11的部位被隔熱高反射材料層13覆蓋，以使孔隙11進(jìn)風(fēng)溫度不會(huì)受殼體1溫升的影響；頂罩2設(shè)置在殼體1的上方，頂罩2主要為防雨及防止其它雜物落入殼體1內(nèi)部；該頂罩2與殼體1上部的開口留有空隙12，該空隙12與殼體1及殼體下部側(cè)壁上的孔隙11形成一可供氣流A通過的風(fēng)道；殼體1下部較細(xì)端延長并固定于地面上，或插入土壤中，使本發(fā)明能夠穩(wěn)定固定于地表。
傳感器3設(shè)置在殼體1內(nèi)靠近孔隙11的上方，包括溫度傳感器、濕度傳感器及氣體含量傳感器；殼體1內(nèi)靠近上部開口處設(shè)置有中央處理模塊4，該中央處理模塊4內(nèi)包括模擬信號(hào)處理回路、模擬/數(shù)字信號(hào)變換中央處理器、檢測(cè)電路、外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制回路及由無線局域網(wǎng)回路、以太網(wǎng)集線器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器組成的網(wǎng)絡(luò)模塊5等，并實(shí)現(xiàn)芯片化；該中央處理模塊4還帶有16個(gè)檢測(cè)通道和2～4個(gè)控制通道，以利用以太網(wǎng)接口和其他設(shè)備進(jìn)行連接實(shí)現(xiàn)模塊化，把網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器嵌入中央處理器中實(shí)現(xiàn)可數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸；該中央處理模塊4與傳感器3電路連接；網(wǎng)絡(luò)模塊5內(nèi)設(shè)有無線局域網(wǎng)回路、以太網(wǎng)集線器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、串行通訊接口、以太網(wǎng)通訊接口及無線網(wǎng)絡(luò)接口；為了降低制造成本、減小電路板尺寸及有利于裝置內(nèi)的散熱，網(wǎng)絡(luò)模塊5也可以設(shè)置在殼體1內(nèi)的中央處理模塊4的下部，也可以將網(wǎng)絡(luò)模塊5與中央處理模塊4設(shè)置為一體。電源模塊6設(shè)置在殼體1內(nèi)中央處理模塊4及網(wǎng)絡(luò)模塊5附件為其供電。
中央處理模塊4中的元器件會(huì)發(fā)熱，因此設(shè)置在殼體1內(nèi)靠近上部開口處有利于中央處理模塊4的散熱，同時(shí)中央處理模塊4的散熱會(huì)帶動(dòng)氣體向上方流動(dòng)并從頂罩2與殼體1上部開口間的空隙12流出，而殼體1外部的氣體會(huì)沿殼體1下部側(cè)壁上的孔隙11補(bǔ)充進(jìn)入殼體1內(nèi)部，從而使殼體1內(nèi)部形成自下而上的氣流A；在殼體1內(nèi)傳感器3的上方還設(shè)置有風(fēng)機(jī)7，該風(fēng)機(jī)7使殼體1內(nèi)的氣流A流動(dòng)更加順暢并有利于中央處理模塊4的散熱。
傳感器3能夠?qū)⑼ㄟ^殼體1下部側(cè)壁上的孔隙11流入殼體1的氣體的溫度、濕度及氣體含量等物理參數(shù)不受太陽輻射的影響迅速轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)街醒胩幚砟K4；中央處理模塊4同時(shí)通過其16個(gè)檢測(cè)通道接收裝置外部安裝的傳感器(如光照強(qiáng)度傳感器及氣流速度傳感器等)傳來的檢測(cè)信號(hào)，并且通過模擬信號(hào)處理回路、模擬/數(shù)字信號(hào)變換中央處理器及檢測(cè)電路等處理由傳感器3傳來的數(shù)據(jù)，并將處理結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)模塊5傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備。
頂罩2上還設(shè)有光照強(qiáng)度傳感器21，該光照強(qiáng)度傳感器21與中央處理模塊4電路連接，將感應(yīng)的太陽光強(qiáng)度信息傳至中央處理模塊4；頂罩2上設(shè)有太陽能發(fā)電板22通過電源模塊6與中央處理模塊4及傳感器3電路連接，使溫室環(huán)境檢測(cè)裝置不需外接電源即可自身發(fā)電運(yùn)行；并且光照強(qiáng)度傳感器21與太陽能發(fā)電板22可以是同一個(gè)光照模塊，既可使其作為光照強(qiáng)度傳感器使用，也可作為供電模塊。
殼體1外孔隙11的下面還架設(shè)有多組太陽能電池板9，其按照上下順序排列為多層，每層太陽能電池板9可以是一片或一片以上的多種組合，并可以朝陽光的方向作一定角度的傾斜；各層太陽能電池板9之間可以按平行或交錯(cuò)或其它方式組合排列，以得到較大的光照面積，吸收較多的太陽光能量。太陽能電池板9連接有一個(gè)蓄電池組10，通過蓄電池組10給本裝置提供電能，或與頂罩2表面的太陽能發(fā)電板22組合為本裝置提供電能。
殼體1中部外側(cè)靠近兩端分界處設(shè)有LED照明裝置8，其可以使用超高輝度發(fā)光二極管，使溫室環(huán)境檢測(cè)裝置同時(shí)可以作為照明設(shè)備使用。
溫室環(huán)境檢測(cè)裝置之間通過無線局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無線連接與無線數(shù)據(jù)傳輸，還可利用光電繼電器遠(yuǎn)程操縱加溫器、換氣扇等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。對(duì)連接到本發(fā)明的數(shù)碼相機(jī)或網(wǎng)絡(luò)相機(jī)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和圖像處理以得到需要的有用圖像信息。該設(shè)備的接口軟件將按照一定的時(shí)間間隔自動(dòng)記錄和處理實(shí)時(shí)圖像與數(shù)據(jù)并構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，使各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和圖像應(yīng)用到其他植物生長模型預(yù)測(cè)和病蟲害診斷等應(yīng)用模型中。
如圖2及圖3所示，為本發(fā)明的電路組成示意圖及本發(fā)明的電路原理圖，一種環(huán)境監(jiān)控裝置，它包括殼體40，殼體40內(nèi)設(shè)置有由中央處理模塊4(H8/3069F)、網(wǎng)絡(luò)模塊5(RTL8019AS)和電源模塊6(MIC4680)；其中中央處理模塊4(H8/3069F)通過以太網(wǎng)接口(RJ45規(guī)格)與網(wǎng)絡(luò)模塊5(RTL8019AS)連接，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的交換。
中央處理模塊4(H8/3069F)帶有4個(gè)傳感器接口41，可以連接溫度傳感器、濕度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器和CO2氣體含量傳感器等模擬信號(hào)傳感器。
中央處理模塊4(H8/3069F)帶有8個(gè)控制器接口42、可以連接照明開關(guān)控制器、風(fēng)扇開關(guān)控制器、加熱開關(guān)控制器和CO2開關(guān)控制器等開關(guān)控制器。
中央處理模塊4(H8/3069F)帶有1個(gè)RS232接口43，通過這個(gè)串口與計(jì)算機(jī)通信，也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的目的。
中央處理模塊4(H8/3069F)內(nèi)置一個(gè)溫度傳感器44，可以實(shí)時(shí)監(jiān)視裝置內(nèi)部的工作溫度。
中央處理模塊4(H8/3069F)內(nèi)嵌有數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和通訊軟件。其支持國際上通用的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，提供標(biāo)準(zhǔn)的WWW服務(wù)，通過HTTP協(xié)議實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)、配置參數(shù)以及更改IP地址。
無線網(wǎng)絡(luò)模塊5(RTL8019AS)內(nèi)設(shè)有無線通訊模塊51、有線集線器模塊52和安全驗(yàn)證軟硬件模塊53，負(fù)責(zé)無線和有線網(wǎng)絡(luò)的傳輸、安全驗(yàn)證工作。其中無線通訊模塊51帶有無線網(wǎng)絡(luò)接口54，有線集線器模塊52帶有4～8個(gè)以太網(wǎng)絡(luò)接口55，這些接口全部為國際標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口，支持IEEE802.11a/11b/11g無線協(xié)議。芯片內(nèi)嵌路由管理網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、動(dòng)態(tài)IP地址分配(DHCP)、通信加密及身份驗(yàn)證系統(tǒng)。
電源模塊6(MIC4680)為外接交/直流電源或內(nèi)置可充電模塊或其組合；由于整個(gè)裝置耗電僅為3～20W，所以可以使用太陽能電池板作為電源模塊。采用太陽能電池板作為電源模塊后，整個(gè)裝置不再需要外接電源線路供電，實(shí)施非常容易、可靠性高、維護(hù)容易。
使用本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)模塊實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)或者與公共無線網(wǎng)絡(luò)連接，可以實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)分布監(jiān)控，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)只要在任意一臺(tái)裝置無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)放置一臺(tái)終端就能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，如果同時(shí)用多臺(tái)終端同時(shí)監(jiān)控也不會(huì)互相干擾。
終端設(shè)備可以使用個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)、便攜式電腦(Notebook)、大中型服務(wù)器(Server)或采用個(gè)人數(shù)字助理(PDA)等任何可以瀏覽網(wǎng)頁的電子設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制。
如圖4所示，為多裝置星型結(jié)構(gòu)連接示意圖，使用多個(gè)本裝置S1、S2、S3...Sn，通過無線網(wǎng)絡(luò)組成一個(gè)星型網(wǎng)絡(luò)，然后再用有線(或無線)連接到終端(S0)。這幅圖用于說明本裝備既可以作為采集數(shù)據(jù)服務(wù)設(shè)備使用，也可以作為無線網(wǎng)絡(luò)集線器使用。
如圖5所示，為多裝置網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)連接示意圖，在圖2的基礎(chǔ)上以裝置41(S41)為中心，再搭建一個(gè)星型網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)然也可以通過S1、S2...Sn等任何裝置為中心搭建星型網(wǎng)絡(luò)，依次類推一直可以循環(huán)到搭建一個(gè)龐大的、復(fù)雜的網(wǎng)狀無線網(wǎng)絡(luò)。
將嵌入式系統(tǒng)與Internet結(jié)合，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程采集、監(jiān)視和控制，利用現(xiàn)成的TCP/IP協(xié)議和通用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將信息直接傳送到網(wǎng)上，成本低，速度快。通常，將普通的嵌入式系統(tǒng)或設(shè)備轉(zhuǎn)換成Web服務(wù)器，再加上TCP/IP協(xié)議就可以上Internet網(wǎng)。因此，基于嵌入式Internet的網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)日趨成熟，而且必將成為今后遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)主流。嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)和設(shè)備具有如下的優(yōu)點(diǎn)1、不需要專用的通信線路，可利用現(xiàn)有的全球網(wǎng)資源；2、速度快，具有很好的實(shí)時(shí)性和交互性與可靠性；3、不僅可以傳輸數(shù)據(jù)，還可以傳輸圖象和聲音；4、TCP/IP和HTTP協(xié)議是現(xiàn)成而公開且全球通用的，可以使用任何Web瀏覽器，與操作平臺(tái)無關(guān)；5、信息可直接反映在網(wǎng)頁上，形式可以是數(shù)據(jù)、圖像、表格和語音，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)更新，設(shè)備的操作將得到及時(shí)反饋；6、所有想收到信息的用戶機(jī)都可以根據(jù)自己的需要給予顯示和操作。
網(wǎng)絡(luò)化的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是將傳感器輸出的模擬信號(hào)通過嵌入式控制單元轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化輸出。其主要的設(shè)計(jì)思想是利用數(shù)字信號(hào)抗衰減、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，變模擬信號(hào)傳輸為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，以保證測(cè)控系統(tǒng)能夠得到可靠的信號(hào)。組建網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)控系統(tǒng)，主要解決以下問題1、數(shù)據(jù)采集單元中加入嵌入式控制單元，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)緩沖和數(shù)據(jù)通信；2、選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)傳輸技術(shù)和通信協(xié)議；3、將數(shù)據(jù)上傳到Internet，供各地研究人員使用。
嵌入式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器現(xiàn)階段主要是采用32位高檔單片機(jī)，在實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)RTOS的平臺(tái)上進(jìn)行軟件開發(fā)，在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議處理。通信功能主要通過動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁來實(shí)現(xiàn)。動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁是利用JAVA技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，它將CPU處理的數(shù)據(jù)顯示在Web頁面上，發(fā)送給Internet，任意客戶端的PC均可利用Web瀏覽器來閱讀數(shù)據(jù)和進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)控。這些網(wǎng)頁存儲(chǔ)在中央處理模塊4(H8/3069F)所掛的串行存儲(chǔ)器(HM5117800)中，其中一個(gè)網(wǎng)頁中包含實(shí)時(shí)刷新的采集回來的數(shù)據(jù)，另一個(gè)網(wǎng)頁用來提交控制數(shù)據(jù)給單片機(jī)，第三個(gè)網(wǎng)頁用于實(shí)時(shí)修改Web服務(wù)器的IP地址。
第一個(gè)網(wǎng)頁利用Java Applet和JavaScript得以實(shí)現(xiàn)，客戶端通過URL連接到Web服務(wù)器上，讀取一個(gè)燒錄好的文本文件后再通過HTTP發(fā)動(dòng)給客戶端PC。Java Applet定時(shí)讀取Web服務(wù)器上的該文本文件以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)更新。
第二個(gè)網(wǎng)頁用以提交控制數(shù)據(jù)給CPU，利用HTTP和POST的方法，把數(shù)據(jù)傳給嵌入式Web服務(wù)器。
第三個(gè)網(wǎng)頁是利用HTTP和POST方法把設(shè)定的IP地址傳輸給Web服務(wù)器。
嵌入式監(jiān)控單元是網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，由A/D轉(zhuǎn)換器、微控制器和網(wǎng)絡(luò)接口等組成。A/D轉(zhuǎn)換先將采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后通過以太網(wǎng)控制器和TCP/IP協(xié)議進(jìn)行監(jiān)控信息的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸，從而完成數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)化和傳輸功能。由于本技術(shù)是在局域網(wǎng)內(nèi)通信，可以直接將應(yīng)用程序中的數(shù)據(jù)包裝成為以太幀格式，調(diào)用庫函數(shù)來實(shí)現(xiàn)TCP/IP和UDP/IP Sockets協(xié)議棧處理，免去了發(fā)送數(shù)據(jù)從用戶空間拷貝到核心空間的操作，增強(qiáng)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，降低了系統(tǒng)的吞吐量。
超文本傳輸協(xié)議HTTP是目前通過Internet進(jìn)行信息交換的最主要的方式。以HTTP協(xié)議為基礎(chǔ)，利用Internet網(wǎng)的CGI和SSI技術(shù)，在控制器內(nèi)建立Web服務(wù)器，提供網(wǎng)頁服務(wù)，可以通過Internet遠(yuǎn)程訪問控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制器的監(jiān)控。UDP協(xié)議不需要預(yù)先建立和保持連接，具有系統(tǒng)開銷小、速度快的特點(diǎn)?；趲耐ㄐ?UDP)，可以和基于流的通信(TCP)互相結(jié)合來加強(qiáng)上位服務(wù)器性能和提供應(yīng)用層的通信檢驗(yàn)。
Internet通信協(xié)議對(duì)存儲(chǔ)器和運(yùn)算速度要求較高，所以嵌入式Internet系統(tǒng)的技術(shù)難點(diǎn)是如何利用微處理器自身有限的資源對(duì)信息進(jìn)行TCP/IP協(xié)議處理，使之變成可以上Internet上傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)包。因此，選擇合適的微處理器是成功地開發(fā)嵌入式控制單元的關(guān)鍵。
本發(fā)明在TCP/IP協(xié)議的基礎(chǔ)上，采用Client/Server通信模式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化通信編程，即把嵌入式控制單元作為服務(wù)器，在嵌入式單元初始化以后，首先打開了一個(gè)TCP監(jiān)聽口，當(dāng)聽到一個(gè)用戶請(qǐng)求后就建立一個(gè)TCP管套連接，以實(shí)現(xiàn)控制信息(如采樣頻率、傳感器通道數(shù)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷降瓤刂茢?shù)據(jù))的交換傳輸。之后，將采集的數(shù)據(jù)源源不斷地發(fā)給用戶端。在數(shù)據(jù)傳輸階段的收發(fā)雙方建立一條虛擬電路。通過TCP/IP協(xié)議族的握手、發(fā)送、校驗(yàn)、確認(rèn)和重置等一系列操作，保證數(shù)據(jù)的正確到達(dá)，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)視控制單元的動(dòng)作以對(duì)控制器的自動(dòng)復(fù)位和重新初始化。
目前，該裝置已有多臺(tái)樣機(jī)應(yīng)用在組織培養(yǎng)室和溫室的環(huán)境檢測(cè)中，該裝置不僅實(shí)現(xiàn)了各種環(huán)境要素的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)和無線數(shù)據(jù)傳輸，其生產(chǎn)成本是現(xiàn)有同等檢測(cè)功能的設(shè)備成本的1/8～1/5，具有很好的商業(yè)應(yīng)用前景。
本發(fā)明把需要的各種環(huán)境傳感儀、網(wǎng)絡(luò)數(shù)碼相機(jī)、超高輝度LED照明、模擬信號(hào)處理回路、外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制回路、A/D變換CPU、無線局域網(wǎng)、以太網(wǎng)集線器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等組合成一個(gè)模塊，各部件之間通過以太網(wǎng)連接，再通過無線局域網(wǎng)連接到其他無線設(shè)備或工作站對(duì)其檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)傳輸。同時(shí)，可以遠(yuǎn)程操縱通風(fēng)、降溫、灌溉等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，數(shù)碼相機(jī)也可遠(yuǎn)程操縱和圖像處理以得到需要的植物生體有用信息。所有檢測(cè)數(shù)據(jù)可直接連接到通用數(shù)據(jù)庫或應(yīng)用程序，用于環(huán)境控制、生長狀況監(jiān)控、植物品質(zhì)檢測(cè)、生產(chǎn)管理、病蟲害診斷、城市和偏遠(yuǎn)地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)或庭園照明或景觀美化等實(shí)際生產(chǎn)領(lǐng)域和應(yīng)用領(lǐng)域。
最后應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明而并非限制本發(fā)明所描述的技術(shù)方案；因此，盡管本說明書參照上述的各個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明已進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換；而一切不脫離本發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)境監(jiān)控裝置，它包括殼體，所述的殼體內(nèi)設(shè)置有中央處理模塊及電源模塊，所述的中央處理模塊通過其傳感器接口連接有傳感器，其特征在于所述的中央處理模塊連接有網(wǎng)絡(luò)模塊，并且通過控制器接口連接有控制器，所述的網(wǎng)絡(luò)模塊設(shè)置有以太網(wǎng)絡(luò)接口及無線網(wǎng)絡(luò)接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境監(jiān)控裝置，其特征在于所述的中央處理模塊內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器并設(shè)置有串行通訊接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境監(jiān)控裝置，其特征在于所述的電源模塊連接有太陽能發(fā)電板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3任一所述的環(huán)境監(jiān)控裝置，其特征在于所述的傳感器為溫度傳感器或濕度傳感器或光照強(qiáng)度傳感器或氣體含量傳感器之一或其任意組合；所述的控制器接口連接有照明開關(guān)控制器或相機(jī)開關(guān)控制器或風(fēng)扇開關(guān)控制器之一或其任意組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～3任一所述的環(huán)境監(jiān)控裝置，其特征在于所述的中央處理模塊內(nèi)嵌有模數(shù)轉(zhuǎn)換器及WWW服務(wù)器，中央處理模塊可以綁定一個(gè)IP地址，所述的地址可以更改；通過所述的WWW服務(wù)器，可以通過動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁直接查詢數(shù)據(jù)或控制外部控制器；所述的中央處理模塊設(shè)置有HTTP協(xié)議，可以通過無線或有線通訊，使遠(yuǎn)程終端實(shí)時(shí)讀取多臺(tái)環(huán)境監(jiān)控裝置的傳感器數(shù)據(jù)并控制任何控制器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～3任一所述的環(huán)境監(jiān)控裝置，其特征在于所述的殼體為豎直的圓筒狀，其上部開口，下部筒徑較小并于側(cè)壁上開設(shè)有孔隙；所述的殼體的上方設(shè)有頂罩，該頂罩與殼體上部的開口留有空隙，該空隙與殼體及殼體下部側(cè)壁上的孔隙形成一可供氣流通過的風(fēng)道；所述的傳感器設(shè)置在殼體內(nèi)靠近孔隙的上方，所述的殼體內(nèi)靠近上部開口處設(shè)置中央處理模塊，該中央處理模塊與所述的傳感器電連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的環(huán)境檢測(cè)裝置，其特征在于所述的傳感器與中央處理模塊之間設(shè)有風(fēng)機(jī)，所述的殼體中部外側(cè)設(shè)有LED照明裝置。
8.一種環(huán)境監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，其由一個(gè)以上的上述權(quán)利要求1-7所述任一種環(huán)境監(jiān)控裝置連接構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的環(huán)境監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述的環(huán)境監(jiān)控裝置之間采用星形連接或串形連接或其組合連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的環(huán)境監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述的環(huán)境監(jiān)控裝置之間采用以太網(wǎng)絡(luò)連接或無線網(wǎng)絡(luò)連接或其組合連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種環(huán)境監(jiān)控裝置，它包括殼體，殼體內(nèi)設(shè)置有中央處理模塊及電源模塊，中央處理模塊通過其傳感器接口連接有傳感器，中央處理模塊連接有網(wǎng)絡(luò)模塊，并且通過控制器接口連接有控制器，網(wǎng)絡(luò)模塊設(shè)置有以太網(wǎng)絡(luò)接口及無線網(wǎng)絡(luò)接口。本發(fā)明集成了數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制和無線傳輸于一體，通過內(nèi)置的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器采集數(shù)據(jù)并通過無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)終端，且提供遠(yuǎn)程控制方法，數(shù)據(jù)采集和參數(shù)配置全部采用HTTP協(xié)議，體積小、功耗低；并且使用內(nèi)置的無線網(wǎng)絡(luò)模塊，可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)裝置網(wǎng)狀互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)了大面積分布式環(huán)境監(jiān)控。
文檔編號(hào)H04L12/26GK1588896SQ20041007461
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月7日
發(fā)明者賀冬仙, 楊珀, 賀秋仙 申請(qǐng)人:賀冬仙, 楊珀, 賀秋仙