專利名稱：一種溫室群無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種溫室群無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
溫室是利用人工建筑的設(shè)施，通過可以調(diào)控的技術(shù)手段實施高產(chǎn)且高效的現(xiàn)代農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)方式。它是一個改變植物生長的外部環(huán)境、為植物生長發(fā)育創(chuàng)造最佳條件，以及避免 外界四季變化和惡劣氣候?qū)ζ渖L發(fā)育產(chǎn)生影響的場所。日光溫室是我國改革開放后大面 積快速發(fā)展起來的設(shè)施農(nóng)業(yè)，現(xiàn)已成為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要內(nèi)容。目前，溫室環(huán)境控制 主要有基于單片機、工業(yè)控制機或可編程控制器的計算機控制系統(tǒng)?；趩纹瑱C的控制系 統(tǒng)雖然價格低廉、操作簡單，但是其缺點是系統(tǒng)靈活性差、布線復(fù)雜、難以維護與擴展?；?工業(yè)控制機的系統(tǒng)同樣存在著布線復(fù)雜，難于維護的問題，而且工業(yè)控制機及相應(yīng)的組態(tài) 軟件都需要購買，成本較高。基于可編程控制器的系統(tǒng)具有較強的靈活性，可編程控制器具 有各種組態(tài)模塊功能，通過先進的現(xiàn)場總線技術(shù)，可以實現(xiàn)多個設(shè)備、多個溫室的網(wǎng)絡(luò)化分 布式控制，同時還可接入互聯(lián)網(wǎng)，以及對控制算法進行優(yōu)化與生成，其缺點是投資大，農(nóng)戶 難以接受。發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)布線成本高、安裝不方便的不足，本發(fā)明提供一種基于無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫室群控制系統(tǒng)，其設(shè)計合理且使用簡便。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包括多個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、一個通 信服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)節(jié)點和控制計算機。溫室群中的每一個溫室根據(jù)需求安裝多個無線傳感器 節(jié)點和一個簇頭節(jié)點，能夠多方位地采集溫室環(huán)境因子，無線傳感器節(jié)點和簇頭節(jié)點通過 無線通信自主形成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，無線傳感器節(jié)點將監(jiān)測數(shù)據(jù)以多跳方式發(fā)送到簇頭節(jié) 點，由簇頭節(jié)點將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降骄W(wǎng)關(guān)節(jié)點，通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點上傳至通信服務(wù)器。通信服務(wù)器與 控制計算機之間進行雙向通信，控制計算機根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實時所監(jiān)測數(shù)據(jù)做出相應(yīng) 指導(dǎo)方案，根據(jù)指導(dǎo)方案同步向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制指令。本系統(tǒng)無需布線，而且成本 較低，安裝維護方便。與WiFi等現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)相比，具有自行組網(wǎng)，無需手工配置，而且支 持多跳路由，能夠應(yīng)用于較大的日光溫室環(huán)境。所述傳感器節(jié)點主要監(jiān)測溫室內(nèi)部的大氣溫度、大氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、 二氧化碳濃度和光照強度六種環(huán)境因子。本發(fā)明還包括一個與通信服務(wù)器相接的GSM無線通信模塊，將經(jīng)通信服務(wù)器封裝 和編碼后的預(yù)警短信息或監(jiān)測數(shù)據(jù)短信息發(fā)送至農(nóng)戶手機。本發(fā)明工作時包括以下步驟步驟一、打開布設(shè)在溫室群中各溫室內(nèi)的所有傳感器節(jié)點，并使得所有傳感器節(jié) 點均處于偵聽模式；[0009]步驟二、打開網(wǎng)關(guān)節(jié)點，所有傳感器節(jié)點進入?yún)f(xié)商階段，網(wǎng)關(guān)節(jié)點以廣播消息的方 式向所有傳感器節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)采集周期，消息廣播過程中，傳感器節(jié)點建立鄰居表，自主形 成網(wǎng)絡(luò)，并建立路由，同時傳感器節(jié)點以簇頭為單位組織成多個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并同步向 網(wǎng)關(guān)節(jié)點發(fā)送反饋信息；步驟三、網(wǎng)關(guān)節(jié)點接收到所有傳感器節(jié)點的反饋信息后，協(xié)商階段結(jié)束，網(wǎng)關(guān)節(jié)點 通知所有傳感器節(jié)點關(guān)閉并進入工作階段；步驟四、進入工作階段后，所有傳感器節(jié)點均按照協(xié)商階段所確定的數(shù)據(jù)采集周 期，定期醒來進行數(shù)據(jù)采集，并將所采集的相應(yīng)監(jiān)測數(shù)據(jù)同步發(fā)送給各自的簇頭節(jié)點；簇頭 收集簇內(nèi)各傳感器節(jié)點所采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)并對所收集的所有監(jiān)測數(shù)據(jù)打包，提交至網(wǎng)關(guān)節(jié) 點；網(wǎng)關(guān)節(jié)點接收到所述所有傳感器節(jié)點的監(jiān)測數(shù)據(jù)后，再通知所述所有傳感器節(jié)點關(guān)閉， 進入下一數(shù)據(jù)采集周期；步驟五、網(wǎng)關(guān)節(jié)點將所有傳感器節(jié)點的監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送至通信服務(wù)器，通信服務(wù)器 對數(shù)據(jù)進行解包，并存入數(shù)據(jù)庫供用戶或?qū)＜蚁到y(tǒng)查詢；步驟六、專家系統(tǒng)根據(jù)溫室作物生長模型對存入數(shù)據(jù)庫的所有監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分 析，具體根據(jù)溫室具體作物在不同生長期對水份、溫度、濕度和CO2濃度需要，做出是否灌 水、降溫或加溫、增加(X)2濃度的相應(yīng)指導(dǎo)方案，專家系統(tǒng)通過通信服務(wù)器向無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)發(fā)送生產(chǎn)指導(dǎo)信息和/或預(yù)警信息。步驟五中所述的通信服務(wù)器接收到所有傳感器節(jié)點的監(jiān)測數(shù)據(jù)后，將所收到的監(jiān) 測數(shù)據(jù)經(jīng)封裝和編碼處理后，通過GSM無線通信模塊向農(nóng)戶手機發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)短信息。步驟六中所述的通信服務(wù)器收到專家系統(tǒng)發(fā)送的預(yù)警條件管理信息并對無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)進行相應(yīng)預(yù)警設(shè)置后，當實時監(jiān)測數(shù)據(jù)達到預(yù)警條件管理信息所設(shè)定的閾值時， 通信服務(wù)器將預(yù)警信息封裝和編碼后的預(yù)警短信息通過GSM無線通信模塊發(fā)送至農(nóng)戶手 機。步驟六中所述的專家系統(tǒng)向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送生產(chǎn)指導(dǎo)信息或預(yù)警條件管理 信息時，專家系統(tǒng)先將設(shè)定測量參數(shù)控制指令發(fā)送給通信服務(wù)器，再由通信服務(wù)器發(fā)送給 網(wǎng)關(guān)節(jié)點，網(wǎng)關(guān)節(jié)點再以廣播消息的方式通知所有傳感器節(jié)點，并激活所有已關(guān)閉的傳感 器節(jié)點。本發(fā)明的有益效果是1、設(shè)計合理且使用操作簡便，實用性強。2、能有效保證無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)與通信服務(wù)器之間的信息高效傳輸，能夠?qū)崿F(xiàn)控制信息和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)檢測 數(shù)據(jù)信息的通暢流轉(zhuǎn)，因而能最大限度地及時、準確獲取溫室內(nèi)各傳感器節(jié)點所監(jiān)測的實 時數(shù)據(jù)，并且根據(jù)檢測數(shù)據(jù)做出具體生產(chǎn)指導(dǎo)意見或預(yù)警設(shè)置后，能高速將控制指令傳送 至傳感器節(jié)點，從而大幅改善農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
圖1為本發(fā)明所用溫室群無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的電路框圖；圖中，1-無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；2-網(wǎng)關(guān)節(jié)點；3-通信服務(wù)器；4-專家系統(tǒng)；5-簇頭； 6-普通傳感器節(jié)點；7-溫室；8-GSM無線通信模塊；9-農(nóng)戶手機。
具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明所用溫室群無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)包括由布設(shè)在溫室群中 各溫室7內(nèi)的多個傳感器節(jié)點組成的多個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)1、通信服務(wù)器3、將無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)1所監(jiān)測數(shù)據(jù)打包后上傳至通信服務(wù)器3的網(wǎng)關(guān)節(jié)點2，以及根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)1實 時所監(jiān)測數(shù)據(jù)做出相應(yīng)指導(dǎo)方案且必要時同步向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)1發(fā)送生產(chǎn)指導(dǎo)信息和/ 或預(yù)警條件管理信息的專家系統(tǒng)4。所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)1由以簇頭5為單位的多個傳感 器節(jié)點組織而成，所述通信服務(wù)器3與專家系統(tǒng)4之間進行雙向通信。所述簇頭5即超級 節(jié)點或上層節(jié)點，是相對普通傳感器節(jié)點6而言的，所述簇頭5與其下屬的多個普通傳感器 節(jié)點6組成一無線傳感器網(wǎng)絡(luò)1，所述多個普通傳感器節(jié)點6獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)后，均傳到簇頭 5，由所述簇頭5對簇內(nèi)所有傳感器節(jié)點所監(jiān)測數(shù)據(jù)進行整體收集。本實施例中所述溫室群中溫室7的數(shù)量為6個。所述傳感器節(jié)點包括對溫室7內(nèi) 部的大氣溫度、大氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、二氧化碳濃度和光照強度六種環(huán)境因子進 行監(jiān)測的六種傳感器節(jié)點。本發(fā)明工作時包括以下步驟步驟一、打開布設(shè)在溫室群中各溫室內(nèi)的所有傳感器節(jié)點，并使得所述所有傳感 器節(jié)點均處于偵聽模式。步驟二、打開網(wǎng)關(guān)節(jié)點2，所述所有傳感器節(jié)點進入?yún)f(xié)商階段，網(wǎng)關(guān)節(jié)點2以廣播 消息的方式向所述所有傳感器節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)采集周期；同時在網(wǎng)關(guān)節(jié)點2上建立路由，將 所述所有傳感器節(jié)點以簇頭5為單位組織成多個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)1，并且所述所有傳感器 節(jié)點同步向網(wǎng)關(guān)節(jié)點2反饋各自經(jīng)協(xié)商所確定的數(shù)據(jù)采集周期。步驟三、網(wǎng)關(guān)節(jié)點2接收到所述所有傳感器節(jié)點的反饋信息后，協(xié)商階段結(jié)束，網(wǎng) 關(guān)節(jié)點2通知所述所有傳感器節(jié)點關(guān)閉并進入工作階段。步驟四、進入工作階段后，所述所有傳感器節(jié)點均按照協(xié)商階段所確定的數(shù)據(jù)采 集周期，定期醒來進行數(shù)據(jù)采集，并將所采集的相應(yīng)監(jiān)測數(shù)據(jù)同步發(fā)送給各自的簇頭5即 上層節(jié)點；簇頭5收集簇內(nèi)各傳感器節(jié)點所采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)并對所收集的所有監(jiān)測數(shù)據(jù)進 行預(yù)處理后，提交至網(wǎng)關(guān)節(jié)點2 ；網(wǎng)關(guān)節(jié)點2接收到所述所有傳感器節(jié)點的監(jiān)測數(shù)據(jù)后，再 通知所述所有傳感器節(jié)點關(guān)閉，進入下一數(shù)據(jù)采集周期。步驟五、網(wǎng)關(guān)節(jié)點2接收到所述所有傳感器節(jié)點的監(jiān)測數(shù)據(jù)后，發(fā)送至通信服務(wù) 器3進行解析并存入數(shù)據(jù)庫供用戶或?qū)＜蚁到y(tǒng)4查詢。農(nóng)業(yè)服務(wù)中心可以隨時從所述數(shù)據(jù) 庫讀取數(shù)據(jù)，供農(nóng)業(yè)專家查看。本步驟中所述的通信服務(wù)器3接收到所述所有傳感器節(jié)點的監(jiān)測數(shù)據(jù)后，將所收 到的監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)封裝和編碼處理后，通過GSM無線通信模塊8向農(nóng)戶手機9發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)短{曰息。步驟六、專家系統(tǒng)4對存入數(shù)據(jù)庫的所有監(jiān)測數(shù)據(jù)進行內(nèi)部分析處理后，作出相 應(yīng)指導(dǎo)方案，必要時專家系統(tǒng)4通過通信服務(wù)器3向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)1發(fā)送生產(chǎn)指導(dǎo)信息 和/或預(yù)警條件管理信息。所述專家系統(tǒng)4相應(yīng)做出指導(dǎo)方案可以相應(yīng)通過通信服務(wù)器3 發(fā)送給農(nóng)戶。所述專家系統(tǒng)4向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)1發(fā)送生產(chǎn)指導(dǎo)信息和/或預(yù)警信息時，專家 系統(tǒng)4先將設(shè)定測量參數(shù)控制指令發(fā)送給通信服務(wù)器3，再由通信服務(wù)器3發(fā)送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點2，網(wǎng)關(guān)節(jié)點2再以廣播消息的方式通知所述所有傳感器節(jié)點，并激活關(guān)閉的所述所有傳感 器節(jié)點。 本步驟中所述的通信服務(wù)器3收到專家系統(tǒng)4發(fā)送的預(yù)警條件管理信息并對無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)1進行相應(yīng)預(yù)警設(shè)置后，當對應(yīng)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)達到預(yù)警條件管理信息所設(shè)定的 閾值時，通信服務(wù)器3將預(yù)警信息封裝和編碼后的預(yù)警短信息通過GSM無線通信模塊8發(fā) 送至農(nóng)戶手機9。
權(quán)利要求1.一種溫室群無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，包括多個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、一個通信服務(wù)器、 網(wǎng)關(guān)節(jié)點和控制計算機，其特征在于溫室群中的每一個溫室根據(jù)需求安裝多個無線傳感 器節(jié)點和一個簇頭節(jié)點，采集溫室環(huán)境因子，無線傳感器節(jié)點和簇頭節(jié)點通過無線通信自 主形成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，無線傳感器節(jié)點將監(jiān)測數(shù)據(jù)以多跳方式發(fā)送到簇頭節(jié)點，由簇頭 節(jié)點將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降骄W(wǎng)關(guān)節(jié)點，通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點上傳至通信服務(wù)器；通信服務(wù)器與控制計算 機之間進行雙向通信，控制計算機根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實時所監(jiān)測數(shù)據(jù)做出相應(yīng)指導(dǎo)方 案，根據(jù)指導(dǎo)方案同步向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫室群無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的傳感 器節(jié)點監(jiān)測溫室內(nèi)部的大氣溫度、大氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、二氧化碳濃度和光照強 度六種環(huán)境因子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫室群無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，其特征在于還包括一個 與通信服務(wù)器相接的GSM無線通信模塊，將經(jīng)通信服務(wù)器封裝和編碼后的預(yù)警短信息或監(jiān) 測數(shù)據(jù)短信息發(fā)送至農(nóng)戶手機。
專利摘要本實用新型公開了一種溫室群無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，每一個溫室根據(jù)需求安裝多個無線傳感器節(jié)點和一個簇頭節(jié)點，采集溫室環(huán)境因子，無線傳感器節(jié)點和簇頭節(jié)點通過無線通信自主形成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，無線傳感器節(jié)點將監(jiān)測數(shù)據(jù)以多跳方式發(fā)送到簇頭節(jié)點，由簇頭節(jié)點將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降骄W(wǎng)關(guān)節(jié)點，通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點上傳至通信服務(wù)器；通信服務(wù)器與控制計算機之間進行雙向通信，控制計算機根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實時所監(jiān)測數(shù)據(jù)做出相應(yīng)指導(dǎo)方案，根據(jù)指導(dǎo)方案同步向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制指令。本實用新型能及時準確獲取溫室內(nèi)各傳感器節(jié)點所監(jiān)測的實時數(shù)據(jù)，并且根據(jù)檢測數(shù)據(jù)做出具體生產(chǎn)指導(dǎo)意見或預(yù)警設(shè)置后，能高速將控制指令傳送至傳感器節(jié)點。
文檔編號G05B19/418GK201837878SQ20102029861
公開日2011年5月18日 申請日期2010年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月19日
發(fā)明者李士寧, 李志剛, 蒙海軍, 馬峻巖 申請人:西北工業(yè)大學(xué)