專利名稱：一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的禽舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，具體來說涉及一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的禽舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的逐步提高，人們對生活質(zhì)量提出了更高的要求，特別是國際市場對肉食品需求多元化的發(fā)展趨勢，促進(jìn)了我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展?，F(xiàn)在，畜禽養(yǎng)殖業(yè)已經(jīng)成為一種不可忽視的產(chǎn)業(yè)。然而，我國畜牧業(yè)生產(chǎn)面臨著嚴(yán)峻的形勢和巨大的挑戰(zhàn)，除優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品比重低、市場競爭能力弱、獸醫(yī)保護(hù)薄弱等主要問題外，還存在畜禽死亡率高、飼養(yǎng)成本高的問題。據(jù)有關(guān)方面統(tǒng)計(jì)，我國每年因畜禽死亡造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)260多億元，造成畜禽死亡的一個(gè)最主要的原因是畜禽生長的環(huán)境沒有滿足畜禽生長的需要，并且畜禽生長環(huán)境的惡化導(dǎo)致病菌的滋生，引起傳染病的迅速傳播， 造成畜禽的大量死亡。尤其近幾年禽流感帶來的巨大經(jīng)濟(jì)損失，使人們越來越重視畜禽生長的環(huán)境，因?yàn)樾笄萆L環(huán)境內(nèi)的各個(gè)因素和環(huán)節(jié)都成為影響畜禽生長發(fā)育的重要因素， 各種不良因素的發(fā)生都會直接影響到畜禽的生產(chǎn)性能以及是否導(dǎo)致畜禽群疾病的傳播，并且畜禽舍環(huán)境的污染直接影響到周圍環(huán)境的空氣質(zhì)量。因此，調(diào)控好畜禽舍內(nèi)的每個(gè)環(huán)節(jié)， 是畜禽飼養(yǎng)管理的最根本問題。目前國內(nèi)已有許多大中型養(yǎng)殖場，而大中型養(yǎng)殖場家禽種類繁多，每種家禽又在不同的生長周期對生長環(huán)境的要求不同，管理復(fù)雜、混亂，需要投入大量的人力物力資源， 從而增加了生產(chǎn)成本，這也是我國畜禽養(yǎng)殖存在的另一重要問題。所以，越來越多的畜牧業(yè)研究與生產(chǎn)人員把目光關(guān)注到畜禽場的環(huán)境質(zhì)量及管理問題上，希望通過對環(huán)境監(jiān)控等技術(shù)的應(yīng)用，改善禽舍區(qū)環(huán)境質(zhì)量，進(jìn)而提高畜禽生產(chǎn)力水平和產(chǎn)品質(zhì)量，借助改善管理方法提高經(jīng)濟(jì)效益。利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以將遠(yuǎn)程的禽舍的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)傳輸給控制中心， 但是傳統(tǒng)的分布式監(jiān)測的理念，禽舍數(shù)據(jù)采集均采用有線方式(如RS480進(jìn)行數(shù)據(jù)匯聚， 在禽舍工作環(huán)境惡劣，家禽散養(yǎng)的情況下，有線方式經(jīng)常遭到破壞而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的禽舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能通過無線采集將禽舍周圍溫度數(shù)據(jù)匯總到管理中心，從而完成對禽舍環(huán)境參數(shù)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)控，且具有安裝便利，操作方便的特點(diǎn)，能有效地預(yù)防畜禽疾病，提高禽業(yè)的科技水平和綜合能力，促進(jìn)畜禽養(yǎng)殖業(yè)的增產(chǎn)、增收和增效，實(shí)現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖自動化管理，還可減少現(xiàn)場管理人員的勞動強(qiáng)度，提高企業(yè)的勞動生產(chǎn)率。本實(shí)用新型的目的可通過以下的技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)包括采集禽舍環(huán)境溫度數(shù)據(jù)的傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和管理中心，所述匯聚節(jié)點(diǎn)和管理中心通過3G網(wǎng)絡(luò)相連，所述傳感器節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相連并傳送溫度數(shù)據(jù)和控制命令。[0007]所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的采用ZigBee樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所述傳感器節(jié)點(diǎn)為所述 ZigBee樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的ZigBee終端節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)，所述匯聚節(jié)點(diǎn)為所述ZigBee樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的ZigBee協(xié)調(diào)器，所述管理中心為一安裝有控制軟件的PC機(jī)。所述傳感器節(jié)點(diǎn)包括無線射頻模塊、天線、微控制器、傳感器和電源模塊，所述微控制器把傳感器定時(shí)采集到的禽舍環(huán)境溫度數(shù)據(jù)通過通信接口發(fā)送給無線射頻模塊內(nèi)的射頻芯片，射頻芯片再通過天線將數(shù)據(jù)發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)，電源模塊為無線射頻模塊、微控制器和傳感器提供電源。所述電源模塊為電池供電模塊，所述微控制器監(jiān)聽來自匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸命令，如果命令執(zhí)行完畢或者沒有命令時(shí)，則控制所述電池供電模塊對所述傳感器節(jié)點(diǎn)的各個(gè)模塊提供睡眠模式的供電，如果有命令傳來，則控制所述電池供電模塊對所述傳感器節(jié)點(diǎn)的各個(gè)模塊提供低功耗工作模式的供電。所述傳感器節(jié)點(diǎn)通過向所述匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送網(wǎng)絡(luò)請求加入所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，所述匯聚節(jié)點(diǎn)通過認(rèn)證機(jī)制處理批準(zhǔn)所述傳感器節(jié)點(diǎn)加入所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。所述傳感器節(jié)點(diǎn)還包括多跳路由選擇控制模塊，所述多跳路由選擇控制模塊通過相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行線路選擇和數(shù)據(jù)傳輸。所述管理中心的控制軟件包括設(shè)有通過圖形化操作界面控制的數(shù)據(jù)顯示模塊、查找模塊和歷史數(shù)據(jù)的備份模塊。所述3G網(wǎng)絡(luò)采用RS232網(wǎng)絡(luò)連接。本實(shí)用新型的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的禽舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)具有以下有益效果1、本系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的配置靈活、結(jié)構(gòu)開放和可靠性高等特點(diǎn)，采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行畜禽養(yǎng)殖業(yè)的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對禽舍環(huán)境的監(jiān)測與控制，科學(xué)合理地控制影響畜禽生長的各種環(huán)境因子，優(yōu)化禽舍內(nèi)環(huán)境，保證畜禽群生活在優(yōu)良的環(huán)境下， 從而有效地預(yù)防畜禽疾病，提高禽業(yè)的科技水平和綜合能力，促進(jìn)畜禽養(yǎng)殖業(yè)的增產(chǎn)、增收和增效，實(shí)現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖自動化管理，還可減少現(xiàn)場管理人員的勞動強(qiáng)度，提高企業(yè)的勞動生產(chǎn)率；2、本系統(tǒng)將傳感器節(jié)點(diǎn)智能化和集成化，傳感節(jié)點(diǎn)有MCU，能進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集和處理，直接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸，再進(jìn)一步匯總處理，將數(shù)據(jù)在節(jié)點(diǎn)終端進(jìn)行初始化處理和壓縮的優(yōu)點(diǎn)在于能減少網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量，進(jìn)一步降低電池功耗，使數(shù)據(jù)采集變得方便而又快捷；3、傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)在保證高集成度的同時(shí)，進(jìn)一步降低功耗，直接采用電池供電，保證系統(tǒng)應(yīng)用靈活，安裝方便；4、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的傳感節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)可以在線配置，從而避開了數(shù)據(jù)采集的許多中間環(huán)節(jié)，傳感節(jié)點(diǎn)也具有路由功能，因此能實(shí)現(xiàn)多跳路由，多種數(shù)據(jù)傳輸路徑，保證系統(tǒng)的健壯性和穩(wěn)定性。

圖1是本實(shí)用新型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1所示的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖1所示的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)的工作流程圖；[0022]圖4是圖1所示的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中匯聚節(jié)點(diǎn)的工作流程圖。
具體實(shí)施方式
圖1示出了本實(shí)用新型的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的禽舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基于ZigBee樹狀拓?fù)?，包括傳感?jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和管理中心。傳感節(jié)點(diǎn)由ZigBee終端節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)構(gòu)成；匯聚節(jié)點(diǎn)由ZigBee協(xié)調(diào)器充當(dāng)；管理中心由一臺PC機(jī)充當(dāng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。匯聚節(jié)點(diǎn)和管理中心通過3G網(wǎng)絡(luò)相連，3G網(wǎng)絡(luò)采用RS232網(wǎng)絡(luò)連接，傳感器節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)通過無線網(wǎng)絡(luò)連接并傳送溫度數(shù)據(jù)和控制命令。傳感節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集溫度數(shù)據(jù)及轉(zhuǎn)發(fā)其子節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)；匯聚節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)發(fā)出各種命令，收集傳感節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)并通過3G網(wǎng)絡(luò)接口與管理中心的通信；管理中心的PC機(jī)內(nèi)設(shè)有提供圖形化的操作環(huán)境的控制軟件，該控制軟件包括數(shù)據(jù)顯示模塊、查找模塊和歷史數(shù)據(jù)的備份模塊， 負(fù)責(zé)接收用戶的需求以及數(shù)據(jù)的顯示、查找及歷史數(shù)據(jù)的備份等功能。傳感節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由無線射頻模塊、天線、微控制器 (MCU)、傳感器、電源模塊組成。當(dāng)電子標(biāo)簽上電后，首先對無線射頻模塊及傳感器進(jìn)行初始化，完成射頻芯片中的射頻收發(fā)器的收發(fā)地址、收發(fā)頻率、發(fā)射功率、無線傳輸速率、無線收發(fā)模式以及CRC校驗(yàn)的長度和有效數(shù)據(jù)長度等信息的設(shè)置，然后微控制器把傳感器定時(shí)采集到的數(shù)據(jù)通過通信接口發(fā)送給無線射頻模塊的射頻芯片，射頻芯片再通過天線發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)最后將數(shù)據(jù)匯總給管理中心。傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)的電源模塊為電池供電模塊，微控制器監(jiān)聽來自匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸命令，如果命令執(zhí)行完畢或者沒有命令時(shí)，則控制電池供電模塊對傳感器節(jié)點(diǎn)的各個(gè)模塊提供睡眠模式的供電，如果有命令傳來，則控制電池供電模塊對傳感器節(jié)點(diǎn)的各個(gè)模塊提供低功耗工作模式的供電。傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)還設(shè)有多跳路由選擇控制模塊，多跳路由選擇控制模塊通過相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行線路選擇和數(shù)據(jù)傳輸。傳感節(jié)點(diǎn)的工作流程如圖3所示傳感節(jié)點(diǎn)上電初始化后，搜索一個(gè)PAN，申請加入，等待直到匯集節(jié)點(diǎn)允許后，接收網(wǎng)絡(luò)分配的網(wǎng)絡(luò)地址，否則，重新搜索。加入網(wǎng)絡(luò)后，傳感正常運(yùn)行處于監(jiān)聽狀態(tài)，并周期性地向匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送請求是否有數(shù)據(jù)傳輸，若在一定時(shí)期內(nèi)無任何來自匯聚節(jié)點(diǎn)的指令請求，則進(jìn)入低功耗工作模式。此時(shí)，若接收到采集指令時(shí)，則從睡眠模式激活，開始采集、傳輸數(shù)據(jù)，或執(zhí)行其他來自匯聚節(jié)點(diǎn)的指令。若執(zhí)行完指令，則節(jié)點(diǎn)再次處于睡眠模式，等待再次喚醒。從而，既能確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕帜艽蟠蠼档土斯?jié)點(diǎn)電路的功耗。匯聚節(jié)點(diǎn)的工作流程如圖4所示匯聚節(jié)點(diǎn)上電開始工作時(shí)先進(jìn)行初始化工作， 包括協(xié)議初始化、串口初始化等，然后進(jìn)行能量檢測和啟動網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)啟動后，接收來自傳感節(jié)點(diǎn)的加入網(wǎng)絡(luò)請求，如果是新節(jié)點(diǎn)，則進(jìn)入相應(yīng)的認(rèn)證機(jī)制處理，得到認(rèn)證通過后，批準(zhǔn)加入網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)接收來自管理中心的指令，進(jìn)行相應(yīng)指令操作和數(shù)據(jù)采集。本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此，在本實(shí)用新型上述基本技術(shù)思想前提下，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識和慣用手段對本實(shí)用新型內(nèi)容所做出其它多種形式的修改、替換或變更，均落在本實(shí)用新型權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的禽舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于包括采集禽舍環(huán)境溫度數(shù)據(jù)的傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和管理中心，所述匯聚節(jié)點(diǎn)和管理中心通過3G網(wǎng)絡(luò)相連， 所述傳感器節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相連并傳送溫度數(shù)據(jù)和控制命令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的禽舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用ZigBee樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所述傳感器節(jié)點(diǎn)為所述ZigBee樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的ZigBee終端節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)，所述匯聚節(jié)點(diǎn)為所述ZigBee樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的 ZigBee協(xié)調(diào)器，所述管理中心為一安裝有控制軟件的PC機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的禽舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述傳感器節(jié)點(diǎn)包括無線射頻模塊、天線、微控制器、傳感器和電源模塊，所述微控制器把傳感器定時(shí)采集到的禽舍環(huán)境溫度數(shù)據(jù)通過通信接口發(fā)送給無線射頻模塊內(nèi)的射頻芯片，射頻芯片再通過天線將數(shù)據(jù)發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)，電源模塊為無線射頻模塊、微控制器和傳感器提供電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的禽舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述電源模塊為電池供電模塊，所述微控制器監(jiān)聽來自匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸命令，如果命令執(zhí)行完畢或者沒有命令時(shí)，則控制所述電池供電模塊對所述傳感器節(jié)點(diǎn)的各個(gè)模塊提供睡眠模式的供電，如果有命令傳來，則控制所述電池供電模塊對所述傳感器節(jié)點(diǎn)的各個(gè)模塊提供低功耗工作模式的供電。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的禽舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述傳感器節(jié)點(diǎn)還包括多跳路由選擇控制模塊，所述多跳路由選擇控制模塊通過相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行線路選擇和數(shù)據(jù)傳輸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的禽舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述3G網(wǎng)絡(luò)采用RS232網(wǎng)絡(luò)連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的禽舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，包括采集禽舍環(huán)境溫度數(shù)據(jù)的傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和管理中心，所述匯聚節(jié)點(diǎn)和管理中心通過3G網(wǎng)絡(luò)相連，所述傳感器節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相連并傳送溫度數(shù)據(jù)和控制命令。該系統(tǒng)能通過無線采集將禽舍周圍溫度數(shù)據(jù)匯總到管理中心，從而完成對禽舍環(huán)境參數(shù)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)控，且具有安裝便利，操作方便的特點(diǎn)，能有效地預(yù)防畜禽疾病，提高禽業(yè)的科技水平和綜合能力，促進(jìn)畜禽養(yǎng)殖業(yè)的增產(chǎn)、增收和增效，實(shí)現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖自動化管理，還可減少現(xiàn)場管理人員的勞動強(qiáng)度，提高企業(yè)的勞動生產(chǎn)率。
文檔編號H04L29/08GK201947452SQ20102057398
公開日2011年8月24日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
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