本發(fā)明涉及一種環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具體地涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的沿海濕地環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

濕地指天然或人工形成的沼澤地等帶有靜止或流動(dòng)水體的成片淺水區(qū)，還包括在低潮時(shí)水深不超過6米的水域。

濕地是地球上具有多種獨(dú)特功能的生態(tài)系統(tǒng)，它不僅為人類提供大量食物、原料和水資源，而且在維持生態(tài)平衡、保持生物多樣性和珍稀物種資源以及涵養(yǎng)水源、蓄洪防旱、降解污染調(diào)節(jié)氣候、補(bǔ)充地下水、控制土壤侵蝕等方面均起到重要作用。濕地覆蓋地球表面僅有6%，卻為地球上20%的已知物種提供了生存環(huán)境，具有不可替代的生態(tài)功能，因此享有“地球之腎”的美譽(yù)。濕地與森林、海洋并稱全球三大生態(tài)系統(tǒng)，是人類最重要的生存環(huán)境之一，很多濕地被列為自然保護(hù)區(qū)。因此濕地是珍貴的自然資源，也是重要的生態(tài)系統(tǒng)，具有不可替代的綜合功能。

傳統(tǒng)的濕地環(huán)境監(jiān)測(cè)，是在濕地區(qū)域安排人員定期進(jìn)行巡查，其財(cái)力、物力、勞力的開銷較大，且無法實(shí)現(xiàn)大面積、周期性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被國家列為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，并被寫入國家戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃而受到重點(diǎn)支持發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的網(wǎng)絡(luò)，它主要通過把傳感器、RFID（Radio Frequency Identification）、二維碼等智能感知系統(tǒng)嵌入“物理實(shí)體”以隨時(shí)獲取其信息，從而將它們連接起來。在物聯(lián)網(wǎng)中，“物理實(shí)體”無需人工干預(yù)就能夠彼此“交流”，以實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。

無線傳感網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一。無線傳感網(wǎng)是由一組傳感器節(jié)點(diǎn)以自組織方式構(gòu)成的無線多跳網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理區(qū)域中感知對(duì)象的信息，并進(jìn)行發(fā)布。通過無線傳感網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)人與物、物與物的深度感知和互聯(lián)，人們可以更加深入地感知物理世界。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明目的是：提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)的沿海濕地環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建濕地環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大面積濕地環(huán)境的感知覆蓋。感知的濕地環(huán)境數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)上傳到后臺(tái)數(shù)據(jù)中心，用戶可通過PC客戶端、手機(jī)APP等方式實(shí)時(shí)查看濕地環(huán)境數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)生異常，可通過短信等方式向用戶報(bào)警。從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、自動(dòng)化的沿海濕地環(huán)境的智能監(jiān)測(cè)，提高濕地環(huán)境監(jiān)測(cè)效率，促進(jìn)沿海濕地環(huán)境保護(hù)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于物聯(lián)網(wǎng)的沿海濕地環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括濕地環(huán)境傳感器網(wǎng)絡(luò)和與其連接的上位機(jī)，所述上位機(jī)連接服務(wù)器和移動(dòng)監(jiān)測(cè)終端；

所述濕地環(huán)境傳感器網(wǎng)絡(luò)包括布設(shè)于沿海濕地不同場(chǎng)所的多種類型的傳感器節(jié)點(diǎn)，所述多種類型的傳感器節(jié)點(diǎn)通過Zigbee協(xié)議自組織形成無線多跳網(wǎng)絡(luò)，并連接協(xié)調(diào)器；

所述上位機(jī)連接協(xié)調(diào)器，對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并存儲(chǔ)于服務(wù)器，與移動(dòng)監(jiān)測(cè)終端進(jìn)行通信；

所述上位機(jī)包括：

數(shù)據(jù)分析模塊，用于數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)匯總、數(shù)據(jù)分發(fā)和數(shù)據(jù)庫管理；

上位機(jī)監(jiān)測(cè)模塊，用于監(jiān)控協(xié)調(diào)器，并對(duì)移動(dòng)監(jiān)測(cè)終端訪問服務(wù)器進(jìn)行監(jiān)控，并對(duì)數(shù)據(jù)分析模塊處理后的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)曲線展示；

異常報(bào)警模塊，用于設(shè)定不同類型的傳感器采集的環(huán)境數(shù)據(jù)的報(bào)警閾值，當(dāng)監(jiān)控的環(huán)境數(shù)據(jù)超過設(shè)定報(bào)警閾值時(shí)進(jìn)行報(bào)警；

所述移動(dòng)監(jiān)測(cè)終端安裝有監(jiān)測(cè)控制APP，所述監(jiān)測(cè)控制APP，用于對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行分類實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)曲線展示，歷史數(shù)據(jù)查詢，設(shè)定報(bào)警閾值。

優(yōu)選的，所述傳感器節(jié)點(diǎn)為低功耗無線傳感器節(jié)點(diǎn)，至少包括溫度傳感器節(jié)點(diǎn)、濕度傳感器節(jié)點(diǎn)、光照傳感器節(jié)點(diǎn)、PH傳感器節(jié)點(diǎn)、水體濁度傳感器節(jié)點(diǎn)、PM2.5傳感器節(jié)點(diǎn)、結(jié)露傳感器節(jié)點(diǎn)、氣壓傳感器節(jié)點(diǎn)、以及煙霧傳感器節(jié)點(diǎn)。

優(yōu)選的，所述無線多跳網(wǎng)絡(luò)的形狀為樹狀、星形或網(wǎng)狀。

優(yōu)選的，所述上位機(jī)還包括數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)和建議模塊，用于對(duì)數(shù)據(jù)分析模塊處理的數(shù)據(jù)通過預(yù)測(cè)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，并根據(jù)預(yù)測(cè)分析的結(jié)果提供維護(hù)建議。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1、利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建濕地環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大面積濕地環(huán)境的感知覆蓋。感知的濕地環(huán)境數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)上傳到后臺(tái)數(shù)據(jù)中心，用戶可通過PC客戶端、手機(jī)APP等方式實(shí)時(shí)查看濕地環(huán)境數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)生異常，可通過短信等方式向用戶報(bào)警。從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、自動(dòng)化的沿海濕地環(huán)境的智能監(jiān)測(cè)，提高濕地環(huán)境監(jiān)測(cè)效率，促進(jìn)沿海濕地環(huán)境保護(hù)。

2、可以對(duì)濕地環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)、實(shí)時(shí)感知；實(shí)現(xiàn)濕地環(huán)境數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)、多種方式的實(shí)時(shí)訪問和展現(xiàn)；實(shí)現(xiàn)濕地環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)生異常時(shí)的及時(shí)報(bào)警；針對(duì)濕地環(huán)境數(shù)據(jù)的變化，給出后續(xù)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)、以及保護(hù)管理方面的建議。

附圖說明

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

圖1為本發(fā)明基于物聯(lián)網(wǎng)的沿海濕地環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明基于物聯(lián)網(wǎng)的沿海濕地環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的濕地環(huán)境傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明DHT11溫濕度傳感器模塊的硬件框圖；

圖4為本發(fā)明光敏傳感器模塊的硬件框圖；

圖5為本發(fā)明濁度傳感器模塊的硬件框圖；

圖6為本發(fā)明CC2530核心板原理框圖；

圖7為本發(fā)明移動(dòng)監(jiān)測(cè)終端的監(jiān)控界面。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，下面結(jié)合具體實(shí)施方式并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對(duì)公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。

實(shí)施例：

如圖1所示，一種基于物聯(lián)網(wǎng)的沿海濕地環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括濕地環(huán)境傳感器網(wǎng)絡(luò)和與其連接的上位機(jī)，所述上位機(jī)連接服務(wù)器和移動(dòng)監(jiān)測(cè)終端。

如圖2所示，濕地環(huán)境傳感器網(wǎng)絡(luò)多種不同類型的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，多種不同類型的傳感器節(jié)點(diǎn)通過Zigbee協(xié)議自組織形成無線多跳網(wǎng)絡(luò)，傳感器節(jié)點(diǎn)為低功耗無線傳感器節(jié)點(diǎn)，至少包括溫度傳感器節(jié)點(diǎn)、濕度傳感器節(jié)點(diǎn)、光照傳感器節(jié)點(diǎn)、PH傳感器節(jié)點(diǎn)、水體濁度傳感器節(jié)點(diǎn)、PM2.5傳感器節(jié)點(diǎn)、結(jié)露傳感器節(jié)點(diǎn)、氣壓傳感器節(jié)點(diǎn)、以及煙霧傳感器節(jié)點(diǎn)。傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)不同類型布設(shè)于沿海濕地的不同場(chǎng)所。采集沿海濕地環(huán)境的溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)、光照數(shù)據(jù)、水體PH值、水體濁度數(shù)據(jù)、PM2.5數(shù)據(jù)、結(jié)露數(shù)據(jù)、氣壓數(shù)據(jù)、以及煙霧數(shù)據(jù)等環(huán)境數(shù)據(jù)參數(shù)，所采集的相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)，至少要達(dá)到個(gè)位數(shù)的精度；信息采集可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集，從發(fā)送到展現(xiàn)所用時(shí)間不多于1s。

傳感器節(jié)點(diǎn)基于CC2530芯片實(shí)現(xiàn)，使用Z-Stack協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)功能。

圖3所示為DHT11溫濕度傳感器模塊的硬件框圖，DHT11傳感器供電為3.3V，通過Data口與CC2530的P0_7口相連。

圖4所示為光敏傳感器模塊的硬件框圖，光敏傳感器供電為3.3V，輸出為模擬電壓，連接到CC2530的P0_5口。CC2530通過AD轉(zhuǎn)換讀取光敏數(shù)據(jù)。

PM2.5傳感器模塊的供電電壓為5V，輸出數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送，使用2根線RXD和TXD。為此PM2.5傳感器模塊的數(shù)據(jù)輸出口連接到CC2530的串口0的P0_2和P0_3口。

PH傳感器模塊的供電電壓為5V，輸出數(shù)據(jù)使用2根線P線和T線。P線輸出PH值的對(duì)應(yīng)模擬數(shù)據(jù)，T線輸出液體溫度的對(duì)應(yīng)模擬數(shù)據(jù)。為此PH傳感器模塊的P線連接到CC2530的P0_4口，T線連接到CC2530的P0_5口。CC2530通過P0_4和P0_5口的AD轉(zhuǎn)換得到PH和溫度值，但是在計(jì)算中需要對(duì)PH值，利用液體溫度值進(jìn)行補(bǔ)償。

圖5所示為濁度傳感器模塊的硬件框圖，濁度傳感器供電為5V，輸出為模擬電壓，連接到CC2530的P0_5口。CC2530通過AD轉(zhuǎn)換讀取液體的濁度數(shù)據(jù)，并利用液體濁度與輸出電壓之間的線性關(guān)系，計(jì)算當(dāng)前液體濁度值。

圖6所示為CC2530核心板原理框圖。該CC2530核心板原理框圖借鑒了TI的CC2530DB的設(shè)計(jì)，只完成了最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

該CC2530節(jié)點(diǎn)的底板，主要分為能量模塊、JATAG與LCD模塊、LED與按鍵模塊、串口模塊、IO口模塊。

能量模塊負(fù)責(zé)為CC2530核心板功能，并進(jìn)而為整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的所有部件，包括傳感器模塊功能，提供3.3V和5V兩種供電電壓。

JTAG與LCD模塊，負(fù)責(zé)提供2*5的JTAG接口，用戶通過該接口向CC2530芯片燒寫程序和調(diào)試程序。LCD模塊可以連接OLED顯示屏，用于顯示相關(guān)信息，便于用戶查看和調(diào)試。

LED與按鍵模塊，負(fù)責(zé)提供LED點(diǎn)燈和按鍵觸發(fā)接口。用戶可以通過LED閃燈，了解程序的執(zhí)行情況，也可通過按鍵觸發(fā)程序的執(zhí)行條件或中斷等。

串口模塊，通過利用PL2303芯片，將USB轉(zhuǎn)換為串口，用戶可以在電腦上通過串口調(diào)試助手查看程序上傳的數(shù)據(jù)，便于用戶掌握程序的執(zhí)行進(jìn)度，也便于用戶的高層應(yīng)用開發(fā)。

IO口模塊，將CC2530的所有IO口全部引出，提供2.54mm的插針接口。這樣，便于用戶充分利用CC2530的所有接口，也便于用戶連接各種類型的傳感器模塊。

每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)之間，在空曠地區(qū)的通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)1km；網(wǎng)絡(luò)可以依據(jù)需要組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，支持星形、樹形、網(wǎng)狀3種不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)中可以支持至少100個(gè)節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)；每個(gè)節(jié)點(diǎn)在使用2節(jié)干電池供電情況下可以正常工作12個(gè)月；網(wǎng)絡(luò)支持自組織特性，節(jié)點(diǎn)可以動(dòng)態(tài)加入網(wǎng)絡(luò)或退出網(wǎng)絡(luò)。

上位機(jī)通過協(xié)調(diào)器連接濕地環(huán)境傳感器網(wǎng)絡(luò)，協(xié)調(diào)器通過串口與上位機(jī)連接，對(duì)協(xié)調(diào)器上報(bào)的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并存儲(chǔ)于服務(wù)器，通過Socket與移動(dòng)監(jiān)測(cè)終端進(jìn)行通信。

上位機(jī)包括數(shù)據(jù)分析模塊，上位機(jī)監(jiān)測(cè)模塊，異常報(bào)警模塊，及數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)和建議模塊。

數(shù)據(jù)分析模塊，用于對(duì)協(xié)調(diào)器上報(bào)的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)匯總、數(shù)據(jù)分發(fā)和數(shù)據(jù)庫管理等等處理。

上位機(jī)監(jiān)測(cè)模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控協(xié)調(diào)器，監(jiān)控其有沒有上報(bào)數(shù)據(jù)；并對(duì)移動(dòng)監(jiān)測(cè)終端訪問服務(wù)器進(jìn)行監(jiān)控，并對(duì)數(shù)據(jù)分析模塊處理后的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)曲線分類展示。

異常報(bào)警模塊，用于設(shè)定不同類型的傳感器采集的環(huán)境數(shù)據(jù)的報(bào)警閾值，當(dāng)監(jiān)控的環(huán)境數(shù)據(jù)超過設(shè)定報(bào)警閾值時(shí)進(jìn)行報(bào)警。

數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)和建議模塊，用于對(duì)數(shù)據(jù)分析模塊處理的數(shù)據(jù)通過預(yù)測(cè)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，并根據(jù)預(yù)測(cè)分析的結(jié)果提供維護(hù)建議，使用的預(yù)測(cè)模塊可以為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（如BPNN，ESN）或者SVR等等。

移動(dòng)監(jiān)測(cè)終端可以為智能手機(jī)、平板電腦或者其他終端，安裝有監(jiān)測(cè)控制APP。監(jiān)測(cè)控制APP，用于對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行分類實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)曲線展示如圖7所示。還包括一些功能，如歷史數(shù)據(jù)查詢，通過設(shè)定時(shí)間條件選擇不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，并以曲線展示結(jié)果。設(shè)定報(bào)警閾值和報(bào)警手機(jī)等等。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的上述具體實(shí)施方式僅僅用于示例性說明或解釋本發(fā)明的原理，而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。因此，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。此外，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在涵蓋落入所附權(quán)利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內(nèi)的全部變化和修改例。