[發明專利]一種溫室群無線傳感器網絡控制系統及其控制方法

無效

• 申請號: 201010258251.1
• 申請日: 2010-08-19
• 公開（公告）號: CN101969613A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發明（設計）人: 李士寧;李志剛;馬峻巖;蒙海軍
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H04W4/12
• 分類號: H04W4/12;H04W84/18;G01D21/02
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

技術領域

本發明涉及農業生產技術領域，尤其是涉及一種溫室群無線傳感器網絡控制系統及其控制方法。

背景技術

溫室是利用人工建筑的設施，通過可以調控的技術手段實施高產且高效的現代農業生產方式。它是一個改變植物生長的外部環境、為植物生長發育創造最佳條件，以及避免外界四季變化和惡劣氣候對其生長發育產生影響的場所。日光溫室是我國改革開放后大面積快速發展起來的設施農業，現已成為農業產業結構調整的重要內容。目前，溫室環境控制主要有基于單片機、工業控制機或可編程控制器的計算機控制系統。基于單片機的控制系統雖然價格低廉、操作簡單，但是其缺點是系統靈活性差、布線復雜、難以維護與擴展。基于工業控制機的系統同樣存在著布線復雜，難于維護的問題，而且工業控制機及相應的組態軟件都需要購買，成本較高。基于可編程控制器的系統具有較強的靈活性，可編程控制器具有各種組態模塊功能，通過先進的現場總線技術，可以實現多個設備、多個溫室的網絡化分布式控制，同時還可接入互聯網，以及對控制算法進行優化與生成，其缺點是投資大，農戶難以接受。

發明內容

為了克服現有技術系統布線成本高、安裝不方便的不足，本發明提供一種基于無線傳感器網絡的溫室群控制系統，其設計合理且使用簡便。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：包括多個無線傳感器網絡、一個通信服務器、網關節點和控制計算機。溫室群中的每一個溫室根據需求安裝多個無線傳感器節點和一個簇頭節點，能夠多方位地采集溫室環境因子，無線傳感器節點和簇頭節點通過無線通信自主形成無線傳感器網絡，無線傳感器節點將監測數據以多跳方式發送到簇頭節點，由簇頭節點將數據傳輸到到網關節點，通過網關節點上傳至通信服務器。通信服務器與控制計算機之間進行雙向通信，控制計算機根據無線傳感器網絡實時所監測數據做出相應指導方案，根據指導方案同步向無線傳感器網絡發送控制指令。本系統無需布線，而且成本較低，安裝維護方便。與WiFi等現有無線網絡相比，具有自行組網，無需手工配置，而且支持多跳路由，能夠應用于較大的日光溫室環境。

所述傳感器節點主要監測溫室內部的大氣溫度、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境因子。

本發明還包括一個與通信服務器相接的GSM無線通信模塊，將經通信服務器封裝和編碼后的預警短信息或監測數據短信息發送至農戶手機。

本發明還提供一種上述系統的控制方法，包括以下步驟：

步驟一、打開布設在溫室群中各溫室內的所有傳感器節點，并使得所有傳感器節點均處于偵聽模式；

步驟二、打開網關節點，所有傳感器節點進入協商階段，網關節點以廣播消息的方式向所有傳感器節點發送數據采集周期，消息廣播過程中，傳感器節點建立鄰居表，自主形成網絡，并建立路由，同時傳感器節點以簇頭為單位組織成多個無線傳感器網絡，并同步向網關節點發送反饋信息；

步驟三、網關節點接收到所有傳感器節點的反饋信息后，協商階段結束，網關節點通知所有傳感器節點關閉并進入工作階段；

步驟四、進入工作階段后，所有傳感器節點均按照協商階段所確定的數據采集周期，定期醒來進行數據采集，并將所采集的相應監測數據同步發送給各自的簇頭節點；簇頭收集簇內各傳感器節點所采集的監測數據并對所收集的所有監測數據打包，提交至網關節點；網關節點接收到所述所有傳感器節點的監測數據后，再通知所述所有傳感器節點關閉，進入下一數據采集周期；

步驟五、網關節點將所有傳感器節點的監測數據發送至通信服務器，通信服務器對數據進行解包，并存入數據庫供用戶或專家系統查詢；

步驟六、專家系統根據溫室作物生長模型對存入數據庫的所有監測數據進行分析，具體根據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CO₂濃度的相應指導方案，專家系統通過通信服務器向無線傳感器網絡發送生產指導信息和/或預警信息。

步驟五中所述的通信服務器接收到所有傳感器節點的監測數據后，將所收到的監測數據經封裝和編碼處理后，通過GSM無線通信模塊向農戶手機發送監測數據短信息。

步驟六中所述的通信服務器收到專家系統發送的預警條件管理信息并對無線傳感器網絡進行相應預警設置后，當實時監測數據達到預警條件管理信息所設定的閾值時，通信服務器將預警信息封裝和編碼后的預警短信息通過GSM無線通信模塊發送至農戶手機。