基于物聯(lián)網(wǎng)的奶牛場無線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)的奶牛場無線監(jiān)測系統(tǒng)，包括無源電子標(biāo)簽RFID模塊、超高頻RFID讀寫裝置、非接觸式紅外測溫模塊、環(huán)境信息感知模塊、多個無線通信節(jié)點、網(wǎng)關(guān)模塊、協(xié)調(diào)器模塊、遠(yuǎn)程服務(wù)器和用戶終端。本發(fā)明的系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)用傳感器和Zigbee無線通信技術(shù)的融合應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)管理方式功耗高、延時長、管理滯后、安全性無保證等諸多限制因素，使傳統(tǒng)奶牛模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐孕畔⒕W(wǎng)絡(luò)為中心的精準(zhǔn)管理模式，讓畜牧業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)自動化，網(wǎng)絡(luò)化和智能化。本系統(tǒng)智能、低成本、易擴(kuò)展和管理，系統(tǒng)簡潔，使用方便。
【專利說明】基于物聯(lián)網(wǎng)的奶牛場無線監(jiān)測系統(tǒng)
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及無線傳感通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的奶牛場無線監(jiān)測管理系統(tǒng)。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]物聯(lián)網(wǎng)(The internet of things)被稱為繼計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，被認(rèn)定為全球新的經(jīng)濟(jì)增長點。我國非常重視物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，十二五規(guī)劃中，被列為國家的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。物聯(lián)網(wǎng)是指通過傳感器、射頻識別(RFID)、全球定位系統(tǒng)、二碼等信息感知設(shè)備，按約定的協(xié)議連接起來，通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、數(shù)據(jù)采集、智能控制、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。
[0005]近年來隨著無線網(wǎng)絡(luò)，傳感器技術(shù)的發(fā)展，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)已經(jīng)成為科學(xué)工作者關(guān)注的熱點。奶牛在養(yǎng)育過程中，畜牧場環(huán)境如溫濕度、風(fēng)速、雨量等對其生長、發(fā)育、產(chǎn)奶有著重要的影響。傳統(tǒng)的奶牛場管理方式靠人工采取環(huán)境信息，浪費大量的人力物力財力，且管理效率低下，管理覆蓋面積較小，不利于奶牛場的高效運轉(zhuǎn)和管理。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的奶牛場無線監(jiān)測管理系統(tǒng)，能夠?qū)δ膛霏h(huán)境信息、圖像視頻信息，奶牛生理信息等進(jìn)行動態(tài)、實時、低成本、智能化的監(jiān)測，從而實現(xiàn)以最小或最節(jié)省的投入達(dá)到同等收入或是更高的收入，極大地提高奶牛場的管理效率。
[0008]本發(fā)明提供的基于物聯(lián)網(wǎng)的奶牛場無線監(jiān)測系統(tǒng)，包括無源電子標(biāo)簽RFID模塊、超高頻RFID讀寫裝置、非接觸式紅外測溫模塊、環(huán)境信息感知模塊、多個IEEE802.15.4無線通信節(jié)點、網(wǎng)關(guān)模塊、協(xié)調(diào)器模塊、遠(yuǎn)程服務(wù)器和用戶終端，
所述無源電子標(biāo)簽RFID模塊，設(shè)置于奶牛耳朵上，用于記錄佩戴其的奶牛的相關(guān)信
息；
所述超高頻RFID讀寫裝置，用于對無源電子標(biāo)簽RFID模塊中記錄的奶牛的相關(guān)信息進(jìn)行讀取，并通過其對 應(yīng)的無線通信節(jié)點將讀取到的奶牛信息發(fā)送給網(wǎng)關(guān)模塊；
所述非接觸式紅外測溫模塊，用于對奶牛體溫進(jìn)行非接觸式采集并判斷體溫是否正常，若正常，則通過其對應(yīng)的無線通信節(jié)點將采集的體溫數(shù)據(jù)傳送至網(wǎng)關(guān)模塊，若不正常，則生成報警信息，并通過其對應(yīng)的無線通信節(jié)點將采集的體溫數(shù)據(jù)及生成的報警信息傳送至網(wǎng)關(guān)模塊；
所述環(huán)境信息感知模塊，用于采集奶牛場的環(huán)境信息，并通過其對應(yīng)的無線通信節(jié)點將采集的環(huán)境信息數(shù)據(jù)傳送至網(wǎng)關(guān)模塊；
所述網(wǎng)關(guān)模塊，用于獲取所述超高頻RFID讀寫裝置發(fā)送的奶牛信息，所述非接觸式紅外測溫模塊發(fā)送的體溫數(shù)據(jù)和/或報警信息，和所述環(huán)境信息感知模塊發(fā)送的環(huán)境信息數(shù)據(jù)，并通過無線通信將獲取的環(huán)境信息數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程服務(wù)器；
所述遠(yuǎn)程服務(wù)器，用于獲取并管理奶牛信息數(shù)據(jù)、體溫數(shù)據(jù)和/或報警信息數(shù)據(jù)、環(huán)境信息數(shù)據(jù)；
所述用戶終端，包括大屏顯示，個人計算機(jī)或移動手機(jī)終端等設(shè)備，用于從所述遠(yuǎn)程服務(wù)器獲取奶牛場的監(jiān)測信息。
[0009]所述環(huán)境信息感知模塊包括多個高度集成的傳感子模塊及相應(yīng)個數(shù)的無線傳輸節(jié)點，其中，所述傳感子模塊由集成在帶有數(shù)碼管的傳感面板上的傳感器構(gòu)成。
[0010]所述奶牛場無線監(jiān)測系統(tǒng)還包括協(xié)調(diào)器，所述協(xié)調(diào)器用于對各無線通信節(jié)點與網(wǎng)關(guān)模塊之間的鏈路進(jìn)行管理和控制，并對各傳感子模塊進(jìn)行身份管理。
[0011]所述環(huán)境信息感知模塊，紅外測溫模塊，RFID讀寫模塊通過ZigBee組網(wǎng)方式與網(wǎng)關(guān)模塊進(jìn)行通信連接。
[0012]所述網(wǎng)關(guān)模塊包括IEEE 802.15.4無線通信子模塊、核心控制與處理子模塊、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換子模塊、基礎(chǔ)服務(wù)與管理子模塊、多類型網(wǎng)絡(luò)控制與接入子模塊、外部存儲子模塊和能量供應(yīng)子模塊、3G無線網(wǎng)卡子模塊，其中，
所述IEEE 802.15.4無線通信子模塊，包括通信系統(tǒng)時鐘、ZigBee射頻、高頻全向天線，用于獲取各傳感子模塊的環(huán)境信息數(shù)據(jù)、奶牛相關(guān)基本信息數(shù)據(jù)和紅外測溫數(shù)據(jù)，并發(fā)送至核心控制與處理模塊；
所述核心控制與處理子模塊，包括中央主控裝置、控制系統(tǒng)時鐘、設(shè)備接口邏輯模塊，其中，所述控制系統(tǒng)時鐘用于為中央主控裝置提供時鐘；所述中央主控裝置用于控制與所述異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換子模塊之間的協(xié)議數(shù)據(jù)交互；所述設(shè)備接口邏輯模塊用于接收所述IEEE 802.15.4無線通信子模塊獲得的數(shù)據(jù)，并交由中央主控裝置進(jìn)行處理。
[0013]所述異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換子模塊，用于實現(xiàn)無線傳感網(wǎng)絡(luò)與各類型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的對接與融合；根據(jù)接入網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)對象的業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)需求，并根據(jù)數(shù)據(jù)的自身特性，進(jìn)行處理、分析、融合與提取，得到滿足條件的多類型信息，然后將按照TCP/IP協(xié)議的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，對所述多類型信息完成業(yè)務(wù)類型的確定、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)幀封裝操作，最后交由外部多類型網(wǎng)絡(luò)控制與接入子模塊接入遠(yuǎn)程服務(wù)器；
所述基礎(chǔ)服務(wù)與管理子模塊，包括異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度部件，網(wǎng)絡(luò)連接管理部件，網(wǎng)絡(luò)資源管理部件與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)連接部件，通過與所述異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換子模塊和多類型網(wǎng)絡(luò)控制與接入子模塊的協(xié)調(diào)，實現(xiàn)多類型異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)接入與互聯(lián)；所述基礎(chǔ)服務(wù)與管理子模塊用于實現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)查詢及管理功能，接受遠(yuǎn)程用戶的訪問，對其身份進(jìn)行鑒別后將來自于用戶Web瀏覽器的查詢指令信息提取出來，進(jìn)行相應(yīng)的處理，再通過遠(yuǎn)程服務(wù)器傳送至遠(yuǎn)程客戶端；
所述外部多類型網(wǎng)絡(luò)控制與接入子模塊，包括TD-SCDMA編碼調(diào)制系統(tǒng)、Internet網(wǎng)絡(luò)控制器及其網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備、無線局域網(wǎng)絡(luò)適配裝置及其子系統(tǒng)接入設(shè)備，用于接入各類型網(wǎng)絡(luò)；
所述外部存儲子模塊，用于存儲環(huán)境信息數(shù)據(jù)，奶牛相關(guān)基本信息數(shù)據(jù)和紅外測溫數(shù)據(jù)；
所述能量供應(yīng)子模塊，用于為所述網(wǎng)關(guān)模塊的其它各子模塊提供電能；
所述3G無線網(wǎng)卡子模塊與所述外部多類型網(wǎng)絡(luò)控制與接入子模塊連接，將數(shù)據(jù)傳送至遠(yuǎn)程服務(wù)器。
[0014]所述非接觸式紅外測溫模塊，包含對熱紅外靈敏的熱電堆探測器芯片、信號處理ASSP、報警器、低噪聲放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADS、DSP芯片。
[0015]所述傳感子模塊包括溫濕度傳感子模塊，風(fēng)速傳感子模塊，雨量傳感子模塊，其中，所述溫濕度傳感子模塊，包括溫度傳感器，濕度傳感器，放大器，A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換器，校驗存儲器，CRC發(fā)生器，SCK數(shù)據(jù)線，DATA三態(tài)門；
所述風(fēng)速傳感子模塊，包括風(fēng)速傳感器、傳輸電纜；
所述雨量傳感子模塊，用于測量地面降雨，并將測量得到的降雨量轉(zhuǎn)換為以開關(guān)量形式表不的數(shù)字信息量輸出；
所述環(huán)境信息感知模塊還包括無線視頻模塊，所述無線視頻模塊包括視頻信息數(shù)據(jù)采集子模塊、視頻信息轉(zhuǎn)換子模塊、視頻數(shù)據(jù)控制與處理中心和無線通信子模塊。
[0016]所述視頻信息數(shù)據(jù)采集子模塊為一個CCD視頻攝像頭，帶有轉(zhuǎn)動云臺，拍攝角度可調(diào)節(jié)，用于對奶牛場的進(jìn)行視頻攝像和圖像拍攝；
所述視頻信息轉(zhuǎn)換子模塊，用于獲取視頻信息采集子模塊的多媒體數(shù)據(jù)，并對多媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行媒體信息變換、多媒體幀抽取、編碼和解碼，并設(shè)有轉(zhuǎn)換多媒體數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，與視頻數(shù)據(jù)控制與處理中心進(jìn)行實時交互；
所述視頻數(shù)據(jù)控制與處理中心，包含一個微處理器內(nèi)核，負(fù)責(zé)對視頻信息轉(zhuǎn)換子模塊和無線通信子模塊進(jìn)行控制和處理；
所述無線通信模塊，用于將視頻信息轉(zhuǎn)換子模塊壓縮好的數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿鼍W(wǎng)關(guān)模塊。
[0017]綜上所述，本發(fā)明的系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)用傳感器和Zigbee無線通信技術(shù)的融合應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)管理方式功耗高、延時長、管理滯后、安全性無保證等諸多限制因素，使傳統(tǒng)奶牛模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐孕畔⒕W(wǎng)絡(luò)為中心的精準(zhǔn)管理模式，讓畜牧業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)自動化，網(wǎng)絡(luò)化和智能化。本系統(tǒng)智能、低成本、易擴(kuò)展和管理，系統(tǒng)簡潔，使用方便。
[0018]【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1給出了本發(fā)明一實施例提供的基于物聯(lián)網(wǎng)的奶牛場無線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2給出了本發(fā)明一實施例提供的基于物聯(lián)網(wǎng)的奶牛場無線監(jiān)測系統(tǒng)中協(xié)調(diào)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3給出了本發(fā)明一實施例提供的基于物聯(lián)網(wǎng)的奶牛場無線監(jiān)測系統(tǒng)中網(wǎng)關(guān)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4給出了本發(fā)明一實施例提供的基于物聯(lián)網(wǎng)的奶牛場無線監(jiān)測系統(tǒng)中溫濕度傳感器芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5給出了本發(fā)明一實施例提供的基于物聯(lián)網(wǎng)的奶牛場無線監(jiān)測系統(tǒng)中溫濕度傳感器模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6給出了本發(fā)明一實施例提供的基于物聯(lián)網(wǎng)的奶牛場無線監(jiān)測系統(tǒng)中雨量傳感器模塊的數(shù)據(jù)傳輸示意圖；
圖7給出了本發(fā)明一實施例提供的基于物聯(lián)網(wǎng)的奶牛場無線監(jiān)測系統(tǒng)中無線視頻模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實施方式】
[0021]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0022]圖1給出了本發(fā)明一實施例提供的基于物聯(lián)網(wǎng)的奶牛場無線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，本實施例的基于物聯(lián)網(wǎng)的奶牛場無線監(jiān)測系統(tǒng)包括無源電子標(biāo)簽RFID模塊、超高頻RFID讀寫裝置、非接觸式紅外測溫模塊、環(huán)境信息感知模塊、多個IEEE802.15.4無線通信節(jié)點、網(wǎng)關(guān)模塊、協(xié)調(diào)器模塊、遠(yuǎn)程服務(wù)器和用戶終端；
所述環(huán)境信息感知模塊，紅外測溫模塊，RFID讀寫模塊通過無線通信節(jié)點形成ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)，與網(wǎng)關(guān)模塊進(jìn)行通信連接；所述網(wǎng)關(guān)模塊通過3G無線通信將獲取的環(huán)境信息數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程服務(wù)器；所述遠(yuǎn)程服務(wù)器與用戶終端連接。所述奶牛場無線監(jiān)測系統(tǒng)還包括協(xié)調(diào)器，所述協(xié)調(diào)器用于對各無線通信節(jié)點與網(wǎng)關(guān)模塊之間的鏈路進(jìn)行管理和控制，并對ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點進(jìn)行身份管理。
[0023]所述奶牛無源電子標(biāo)簽RFID模塊，外形為耳標(biāo)，安裝于奶牛耳朵上，與安裝在奶牛場舍欄里的超高頻RFID讀寫裝置相對應(yīng)，工作距離大于等于I米，該標(biāo)簽記載奶牛的年齡，產(chǎn)奶量，產(chǎn)奶周期、疾病歷史、日飲食量和日運動量等詳細(xì)參數(shù)；
所述超高頻RFID讀寫裝置，包括單片機(jī)和無線收發(fā)裝置，安裝于奶牛欄中，用于為無源RFID電子標(biāo)簽提供工作電流并讀取信息；超高頻RFID讀寫裝置讀取電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)后通過無線通信節(jié)點將數(shù)據(jù)傳送到網(wǎng)關(guān)模塊中；
所述非接觸式紅外測溫模塊，包含對熱紅外靈敏的熱電堆探測器芯片，信號處理ASSP，報警器，并集成了低噪聲放大器，17位數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADS和DSP單元，測溫范圍內(nèi)分辨率為
0.02度。非接觸式紅外測溫模塊每天周期性測量采集奶牛體溫，并通過無線通信節(jié)點將所采集體溫數(shù)據(jù)傳送至遠(yuǎn)程服務(wù)器，當(dāng)非接觸紅外測溫儀測量到奶牛體溫異常時，通過無線通信節(jié)點也將報警信息傳送至網(wǎng)關(guān)模塊，結(jié)合該奶牛上的耳標(biāo)信息，在用戶終端上閃爍警報顯示。用戶終端可進(jìn)一步通過無線視頻采集模塊觀察該具體個體的圖像視頻信息；所述環(huán)境信息感知模塊包括溫濕度傳感子模塊，風(fēng)速傳感子模塊，雨量傳感子模塊，和無線視頻子模塊，且高度集成為一體。傳感器以插件的方式與無線通信節(jié)點連接，集成在一個帶有數(shù)碼管的傳感面板上，通過傳感面板與節(jié)點之間的標(biāo)準(zhǔn)I/O接口實現(xiàn)傳感數(shù)據(jù)的傳輸。優(yōu)選地，所述無線通信節(jié)點芯片采用CC-2530芯片。
[0024]圖2給出了協(xié)調(diào)器的結(jié)構(gòu)示意圖，包括CC-2530芯片，支撐電路和外部電路。所述支撐電路包括電源電路、晶振電路和復(fù)位電路。所述外部電路包括串行通信模塊，液晶模塊和射頻通信模塊。串行通信模塊主要用來進(jìn)行通訊和配置數(shù)據(jù)的設(shè)置，而液晶模塊則用來實時反映協(xié)調(diào)器當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。射頻通信模塊則負(fù)責(zé)本協(xié)調(diào)器與網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點及其它協(xié)調(diào)器之間的無線通信。所述協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)與所控制的子節(jié)點通信，配置功能相對比較強大的MCU，用作于網(wǎng)絡(luò)控制和管理功能，還要完成傳感器節(jié)點成員身份管理、鏈路狀態(tài)信息管理以及分組轉(zhuǎn)發(fā)等任務(wù)。發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、建立一個網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、存儲網(wǎng)絡(luò)節(jié)點信息、尋找一對節(jié)點間的路由消息、不斷地接收信息。網(wǎng)絡(luò)自動負(fù)載均衡，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有無線節(jié)點功耗可評估，且功耗相仿；自動組網(wǎng)、自維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)連接可視，全天候穩(wěn)定運行，無需人工干涉；所有的無線傳感器安裝簡便，即插即用，可以任意改變安裝位置，不受線纜的束縛；良好的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展能力，隨意增加和減少采集終端數(shù)量，同一網(wǎng)絡(luò)中可支持幾百個采集器和控制器；跳頻和加密認(rèn)證機(jī)制，保證系統(tǒng)安全可靠運行；管理方式多樣，用戶可通過直接訪問網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器對所有的監(jiān)控進(jìn)行管理。
[0025]所述網(wǎng)關(guān)模塊與協(xié)調(diào)器模塊無線連接，收集協(xié)調(diào)器節(jié)點傳送過來的數(shù)據(jù)，除了要對傳感器網(wǎng)絡(luò)(包括RFID設(shè)備、紅外測溫設(shè)備和環(huán)境信息感知模塊的網(wǎng)絡(luò)，即ZigBee無線網(wǎng)絡(luò))中各傳感器節(jié)點進(jìn)行監(jiān)測、管理、任務(wù)調(diào)度與分配、全局與個體控制等功能外，還能同移動通信網(wǎng)絡(luò)、internet、無線局域網(wǎng)等進(jìn)行復(fù)雜交互與融合，擁有全面實施模塊化的硬件體系結(jié)構(gòu)；網(wǎng)關(guān)節(jié)點設(shè)備通過ZigBee射頻獲取來自無線傳感網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的多元化采集信息(包括一般環(huán)境傳感信息和多媒體視頻圖像信息等)，并逐步通過自下而上各協(xié)議層次的規(guī)范化數(shù)據(jù)解析。借助網(wǎng)線或局域網(wǎng)，用戶通過計算機(jī)登陸網(wǎng)關(guān)后，可進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置、采集網(wǎng)絡(luò)管理、查看數(shù)據(jù)、繪制圖表、導(dǎo)出數(shù)據(jù)等操作。網(wǎng)關(guān)同時具備遠(yuǎn)程傳輸能力，通過局域網(wǎng)或3G移動網(wǎng)絡(luò)將所有的配置數(shù)據(jù)和采集數(shù)據(jù)一并傳到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，此種模式支持多用戶同時登陸網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器對網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行查看。
[0026]圖3為網(wǎng)關(guān)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖，所述網(wǎng)關(guān)模塊硬件設(shè)備由IEEE 802.15.4無線通信子模塊、核心控制與處理子模塊、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換子模塊、基礎(chǔ)服務(wù)與管理子模塊、多類型網(wǎng)絡(luò)控制與接入子模塊、外部存儲子模塊和能量供應(yīng)子模塊、3G無線網(wǎng)卡子模塊組成。所述核心控制與處理子模塊包括中央主控裝置，控制系統(tǒng)時鐘和設(shè)備接口邏輯，主要實現(xiàn)對無線傳感網(wǎng)絡(luò)任務(wù)的全局處理、數(shù)據(jù)融合與信息提取，為多類型異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)提供基礎(chǔ)服務(wù)與管理功能，是整個網(wǎng)關(guān)節(jié)點的調(diào)度中心裝備。優(yōu)選地，微處理器芯片采用AtmelAT91RM9200芯片，內(nèi)核為工業(yè)級200MIPS ARM920T,具有16kB的指令和16KB的數(shù)據(jù)高速緩存，內(nèi)部有128k的只讀存儲器。所述異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換子模塊是網(wǎng)關(guān)設(shè)備實現(xiàn)其接入功能的核心，將重點實現(xiàn)無線傳感網(wǎng)絡(luò)與TD-SCDMA、Internet等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的對接與融合。所述基礎(chǔ)服務(wù)與管理子模塊異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度部件，網(wǎng)絡(luò)連接管理部件，網(wǎng)絡(luò)資源管理部件與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)連接部件，通過與協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊和多類型網(wǎng)絡(luò)控制與接入設(shè)備的協(xié)調(diào)，多類型異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)接入與互聯(lián)。所述多類型網(wǎng)絡(luò)控制與接入模塊重點包括TD-SCDMA編碼調(diào)制系統(tǒng)、Internet網(wǎng)絡(luò)控制器及其網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備、無線局域網(wǎng)絡(luò)適配裝置及其子系統(tǒng)等接入設(shè)備。所述IEEE 802.15.4無線通信模塊包括通信系統(tǒng)時鐘、ZigBee射頻、高頻全向天線，其主要作用是從協(xié)議層正確獲取網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各節(jié)點的多類型傳感器數(shù)據(jù)信息，交由核心控制與處理模塊進(jìn)行處理，并最終傳入至指定的接入網(wǎng)絡(luò)。所述外部存儲模塊使網(wǎng)關(guān)節(jié)點具備必要的存儲能力，更好地實現(xiàn)其在網(wǎng)絡(luò)管理與控制功能保障。所述能量供應(yīng)模塊為節(jié)點的各組成模塊的功能實現(xiàn)提供了能量支撐。
[0027]所述網(wǎng)關(guān)模塊軟件平臺包括兩大部分:一是Webserver和TCP/IP協(xié)議棧；二是傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)查詢及管理部分。
[0028]所述Webserver根據(jù)其接入網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)對象的業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)需求，并根據(jù)傳感數(shù)據(jù)的自身特性，開展處理、分析、融合與提取，得到滿足條件的多類型傳感信息，并提供給建立于系統(tǒng)軟件之上的TCP/IP協(xié)議體系，作為其初始業(yè)務(wù)源。網(wǎng)關(guān)節(jié)點將按照該協(xié)議的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，完成業(yè)務(wù)類型的確定、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)幀封裝等一系列操作，由無線網(wǎng)卡模塊實現(xiàn)最終的接入功能。所述傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)查詢及管理部分包括遠(yuǎn)程管理模塊，查詢指令分析處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和傳感器信息分析管理模塊。所述遠(yuǎn)程管理模塊接受遠(yuǎn)程用戶的訪問，對其身份進(jìn)行鑒別后將來自于用戶Web瀏覽器的查詢指令信息提取出來，再發(fā)送給查詢命令分析處理模塊進(jìn)行相應(yīng)的處理，并將相應(yīng)信息遠(yuǎn)程管理模塊，再通過Web服務(wù)器傳送至遠(yuǎn)程客戶端。所述查詢指令分析處理模塊分析用戶的web查詢指令，將其轉(zhuǎn)換成網(wǎng)關(guān)能夠處理的指令，應(yīng)用嵌入式數(shù)據(jù)庫通過網(wǎng)關(guān)接口程序進(jìn)行處理，并將響應(yīng)結(jié)果送回至web服務(wù)器。所述傳感器信息分析處理模塊將通過Slik節(jié)點傳送過來的傳感器節(jié)點信息進(jìn)行分析綜合，并分類進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。數(shù)據(jù)存儲模塊存儲通過傳感器信息分析處理模塊分析處理后的傳感器節(jié)點信息。
[0029]所述電源模塊為太陽能電池板，蓄電池或市電，電源模塊為環(huán)境信息感知模塊，網(wǎng)關(guān)模塊，無線通信節(jié)點，非接觸紅外測溫儀，和超高頻RFID讀寫裝置提供工作電源；
所述遠(yuǎn)程服務(wù)器為管理資源并為用戶提供服務(wù)的計算機(jī)軟件和運行軟件的計算機(jī)或計算機(jī)系統(tǒng)；
所述用戶終端為大屏顯示終端，個人計算機(jī)或手機(jī)移動終端硬件設(shè)備；
所述溫濕度傳感模塊包括溫度傳感器，濕度傳感器，放大器，A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換器，校驗存儲器，CRC發(fā)生器，SCK數(shù)據(jù)線，DATA三態(tài)門等。圖4為溫濕度傳感器芯片的結(jié)構(gòu)示意圖，優(yōu)選地，溫濕度傳感模塊芯片采用SHT10，用于采集周圍環(huán)境的溫度和濕度，采用SMD貼片封裝。溫度測量范圍:-20°C?100°C，測量精度:+0.4°C，濕度測量范圍:0%?99%，測量精度:+3%。所述放大器將傳感器輸出的模擬信號放大；所述A/D轉(zhuǎn)換器將放大的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；所述數(shù)據(jù)總線將數(shù)據(jù)提供給用戶使用；所述校驗存儲器保障模數(shù)轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確度，所述CRC發(fā)生器保障數(shù)據(jù)通信的安全；所述SCK數(shù)據(jù)線負(fù)責(zé)處理器和SHTlO的通訊同步；所述DATA三態(tài)門用于數(shù)據(jù)的讀取。圖5為溫濕度傳感器模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]所述風(fēng)速傳感模塊由風(fēng)速傳感器、傳輸電纜等附屬裝置組成。傳感器采用非接觸式磁傳感測量原理，風(fēng)杯由高耐候性、高強度、防腐蝕和防水金屬制造，傳感器殼體使用鋁鎂合金成形，內(nèi)部數(shù)字電路全部采用CMOS芯片，低功耗，且均經(jīng)過噴涂三防漆處理，整個傳感器具有很好的耐惡劣環(huán)境的適應(yīng)性。
[0031]圖6為雨量傳感器模塊數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)圖。所述雨量傳感器為水文氣象雨量計，用于測量地面降雨，將降雨量轉(zhuǎn)換為以開關(guān)量形式表示的數(shù)字信息量輸出，以滿足信息傳輸、處理、記錄和顯示的需要。雨水通過盛水桶導(dǎo)入雨量計內(nèi)部的翻斗內(nèi)。翻斗置于一個水平軸上并處于不穩(wěn)定平衡狀態(tài)，在其正常位置上，裝滿雨水后，黑色翻斗翻轉(zhuǎn)，傾倒至另一?？课恢蒙喜⒌箍辗防锏乃?，倒下的雨水將從雨量計底盒的出水孔流出。當(dāng)雨水倒空后隨即又回到正常的位置上，開始重新接受繼續(xù)降落的雨水。翻斗的每次翻轉(zhuǎn)動作通過干彈簧轉(zhuǎn)換成一個脈沖信號(I脈沖=0.2mm降水量)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)采集處理系統(tǒng)。所述雨量傳感器為無線傳感器。
[0032]圖7為無線視頻模塊的結(jié)構(gòu)示意圖，包括視頻信息數(shù)據(jù)采集模塊，視頻信息轉(zhuǎn)換模塊，視頻數(shù)據(jù)控制與處理中心和無線通信模塊。優(yōu)選地，所述視頻信息數(shù)據(jù)采集模塊為一個CCD視頻攝像頭,帶有轉(zhuǎn)動云臺，拍攝角度可調(diào)節(jié)，負(fù)責(zé)奶牛場的視頻攝像和圖像拍攝，可以遠(yuǎn)程操控、調(diào)焦和調(diào)節(jié)像素，便于觀察奶牛場細(xì)節(jié)和人員情況；所述視頻信息轉(zhuǎn)換模塊獲取視頻信息采集模塊的多媒體數(shù)據(jù)，實現(xiàn)媒體信息變換、多媒體幀抽取、編碼和解碼，并設(shè)有轉(zhuǎn)換多媒體數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，與數(shù)據(jù)控制中心實時交互；所述視頻數(shù)據(jù)控制與處理中心包含一個微處理器內(nèi)核，負(fù)責(zé)對視頻信息轉(zhuǎn)換模塊和無線通信模塊進(jìn)行控制和處理；所述無線通信模塊負(fù)責(zé)將視頻信息轉(zhuǎn)換模塊壓縮好的數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌?jié)點和網(wǎng)關(guān)模塊。
[0033]最后應(yīng)說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換，而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于物聯(lián)網(wǎng)的奶牛場無線監(jiān)測系統(tǒng)，包括無源電子標(biāo)簽RFID模塊、超高頻RFID讀寫裝置、非接觸式紅外測溫模塊、環(huán)境信息感知模塊、多個IEEE 802.15.4無線通信節(jié)點、網(wǎng)關(guān)模塊、協(xié)調(diào)器模塊、遠(yuǎn)程服務(wù)器和用戶終端，其特征在于， 所述無源電子標(biāo)簽RFID模塊，設(shè)置于奶牛耳朵上，用于記錄佩戴其的奶牛的相關(guān)信息； 所述超高頻RFID讀 寫裝置，用于對無源電子標(biāo)簽RFID模塊中記錄的奶牛的相關(guān)信息進(jìn)行讀取，并通過其對應(yīng)的無線通信節(jié)點將讀取到的奶牛信息發(fā)送給網(wǎng)關(guān)模塊； 所述非接觸式紅外測溫模塊，用于對奶牛體溫進(jìn)行非接觸式采集并判斷體溫是否正常，若正常，則通過其對應(yīng)的無線通信節(jié)點將采集的體溫數(shù)據(jù)傳送至網(wǎng)關(guān)模塊，若不正常，則生成報警信息，并通過其對應(yīng)的無線通信節(jié)點將采集的體溫數(shù)據(jù)及生成的報警信息傳送至網(wǎng)關(guān)模塊； 所述環(huán)境信息感知模塊，用于采集奶牛場的環(huán)境信息，并通過其對應(yīng)的無線通信節(jié)點將采集的環(huán)境信息數(shù)據(jù)傳送至網(wǎng)關(guān)模塊； 所述網(wǎng)關(guān)模塊，用于獲取所述超高頻RFID讀寫裝置發(fā)送的奶牛信息，所述非接觸式紅外測溫模塊發(fā)送的體溫數(shù)據(jù)和/或報警信息，和所述環(huán)境信息感知模塊發(fā)送的環(huán)境信息數(shù)據(jù)，并通過無線通信將獲取的環(huán)境信息數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程服務(wù)器； 所述遠(yuǎn)程服務(wù)器，用于獲取并管理奶牛信息數(shù)據(jù)、體溫數(shù)據(jù)和/或報警信息數(shù)據(jù)、環(huán)境信息數(shù)據(jù)； 所述用戶終端，用于從所述遠(yuǎn)程服務(wù)器獲取奶牛場的監(jiān)測信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的奶牛場無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)境信息感知模塊包括多個高度集成的傳感子模塊及相應(yīng)個數(shù)的IEEE 802.15.4無線傳輸節(jié)點，其中，所述傳感子模塊由集成在帶有數(shù)碼管的傳感面板上的傳感器構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的奶牛場無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述奶牛場無線監(jiān)測系統(tǒng)還包括協(xié)調(diào)器，所述協(xié)調(diào)器用于對各IEEE 802.15.4無線通信節(jié)點與網(wǎng)關(guān)模塊之間的鏈路進(jìn)行管理和控制，并對各傳感子模塊進(jìn)行身份管理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的奶牛場無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)境信息感知模塊，紅外測溫模塊，RFID讀寫模塊通過ZigBee組網(wǎng)方式與網(wǎng)關(guān)模塊進(jìn)行通信連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的奶牛場無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述網(wǎng)關(guān)模塊包括IEEE 802.15.4無線通信子模塊、核心控制與處理子模塊、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換子模塊、基礎(chǔ)服務(wù)與管理子模塊、多類型網(wǎng)絡(luò)控制與接入子模塊、外部存儲子模塊和能量供應(yīng)子模塊、3G無線網(wǎng)卡子模塊，其中， 所述IEEE 802.15.4無線通信子模塊，包括通信系統(tǒng)時鐘、ZigBee射頻、高頻全向天線，用于獲取各傳感子模塊的環(huán)境信息數(shù)據(jù)、奶牛相關(guān)基本信息數(shù)據(jù)和紅外測溫數(shù)據(jù)，并發(fā)送至核心控制與處理模塊； 所述核心控制與處理子模塊，包括中央主控裝置、控制系統(tǒng)時鐘、設(shè)備接口邏輯模塊，其中，所述控制系統(tǒng)時鐘用于為中央主控裝置提供時鐘；所述中央主控裝置用于控制與所述異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換子模塊之間的協(xié)議數(shù)據(jù)交互；所述設(shè)備接口邏輯模塊用于接收所述IEEE 802.15.4無線通信子模塊獲得的數(shù)據(jù)，并交由中央主控裝置進(jìn)行處理；所述異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換子模塊，用于實現(xiàn)無線傳感網(wǎng)絡(luò)與各類型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的對接與融合；根據(jù)接入網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)對象的業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)需求，并根據(jù)數(shù)據(jù)的自身特性，進(jìn)行處理、分析、融合與提取，得到滿足條件的多類型信息，然后將按照TCP/IP協(xié)議的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，對所述多類型信息完成業(yè)務(wù)類型的確定、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)幀封裝操作，最后交由外部多類型網(wǎng)絡(luò)控制與接入子模塊接入遠(yuǎn)程服務(wù)器； 所述基礎(chǔ)服務(wù)與管理子模塊，包括異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度部件，網(wǎng)絡(luò)連接管理部件，網(wǎng)絡(luò)資源管理部件與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)連接部件，通過與所述異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換子模塊和多類型網(wǎng)絡(luò)控制與接入子模塊的協(xié)調(diào)，實現(xiàn)多類型異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)接入與互聯(lián)；所述基礎(chǔ)服務(wù)與管理子模塊用于實現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)查詢及管理功能，接受遠(yuǎn)程用戶的訪問，對其身份進(jìn)行鑒別后將來自于用戶Web瀏覽器的查詢指令信息提取出來，進(jìn)行相應(yīng)的處理，再通過遠(yuǎn)程服務(wù)器傳送至遠(yuǎn)程客戶端； 所述外部多類型網(wǎng)絡(luò)控制與接入子模塊，包括TD-SCDMA編碼調(diào)制系統(tǒng)、Internet網(wǎng)絡(luò)控制器及其網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備、無線局域網(wǎng)絡(luò)適配裝置及其子系統(tǒng)接入設(shè)備，用于接入各類型網(wǎng)絡(luò)； 所述外部存儲子模塊，用于存儲環(huán)境信息數(shù)據(jù)，奶牛相關(guān)基本信息數(shù)據(jù)和紅外測溫數(shù)據(jù)； 所述能量供應(yīng)子模塊，用于為所述網(wǎng)關(guān)模塊的其它各子模塊提供電能； 所述3G無線網(wǎng)卡子模塊與所述外部多類型網(wǎng)絡(luò)控制與接入子模塊連接，將數(shù)據(jù)傳送至遠(yuǎn)程服務(wù)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的奶牛場無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述非接觸式紅外測溫模塊，包含對熱紅外靈敏的熱電堆探測器芯片、信號處理ASSP、報警器、低噪聲放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADS、DSP芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的奶牛場無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感子模塊包括溫濕度傳感子模塊，風(fēng)速傳感子模塊，雨量傳感子模塊，其中， 所述溫濕度傳感子模塊，包括溫度傳感器，濕度傳感器，放大器，A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換器，校驗存儲器，CRC發(fā)生器，SCK數(shù)據(jù)線，DATA三態(tài)門； 所述風(fēng)速傳感子模塊，包括風(fēng)速傳感器、傳輸電纜； 所述雨量傳感子模塊，用于測量地面降雨，并將測量得到的降雨量轉(zhuǎn)換為以開關(guān)量形式表不的數(shù)字信息量輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的奶牛場無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)境信息感知模塊還包括無線視頻模塊，所述無線視頻模塊包括視頻信息數(shù)據(jù)采集子模塊、視頻信息轉(zhuǎn)換子模塊、視頻數(shù)據(jù)控制與處理中心和無線通信子模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的奶牛場無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于， 所述視頻信息數(shù)據(jù)采集子模塊為一個CCD視頻攝像頭，帶有轉(zhuǎn)動云臺，拍攝角度可調(diào)節(jié)，用于對奶牛場的進(jìn)行視頻攝像和圖像拍攝； 所述視頻信息轉(zhuǎn)換子模塊，用于獲取視頻信息采集子模塊的多媒體數(shù)據(jù)，并對多媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行媒體信息變換、多媒體幀抽取、編碼和解碼，并設(shè)有轉(zhuǎn)換多媒體數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，與視頻數(shù)據(jù)控制與處理中心進(jìn)行實時交互； 所述視頻數(shù)據(jù)控制與處理中心，包含一個微處理器內(nèi)核，負(fù)責(zé)對視頻信息轉(zhuǎn)換子模塊和無線通信子模塊進(jìn)行控制和處理；所述無線通信模 塊，用于將視頻信息轉(zhuǎn)換子模塊壓縮好的數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿鼍W(wǎng)關(guān)模塊。
【文檔編號】H04W84/18GK103905558SQ201410144363
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】許世衛(wèi), 李哲敏, 董曉霞, 李燈華, 于海鵬 申請人:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所