[實(shí)用新型]一種溫室群無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201020298615.4
• 申請日: 2010-08-19
• 公開（公告）號(hào): CN201837878U
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李士寧;李志剛;馬峻巖;蒙海軍
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/418
• 分類號(hào): G05B19/418;A01G9/24;A01G9/14
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

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(shí)施高產(chǎn)且高效的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。它是一個(gè)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(jī)、工業(yè)控制機(jī)或可編程控制器的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)雖然價(jià)格低廉、操作簡單，但是其缺點(diǎn)是系統(tǒng)靈活性差、布線復(fù)雜、難以維護(hù)與擴(kuò)展。基于工業(yè)控制機(jī)的系統(tǒng)同樣存在著布線復(fù)雜，難于維護(hù)的問題，而且工業(yè)控制機(jī)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(qiáng)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(jìn)的現(xiàn)場總線技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)設(shè)備、多個(gè)溫室的網(wǎng)絡(luò)化分布式控制，同時(shí)還可接入互聯(lián)網(wǎng)，以及對控制算法進(jìn)行優(yōu)化與生成，其缺點(diǎn)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(jì)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(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、一個(gè)通信服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和控制計(jì)算機(jī)。溫室群中的每一個(gè)溫室根據(jù)需求安裝多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)和一個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)，能夠多方位地采集溫室環(huán)境因子，無線傳感器節(jié)點(diǎn)和簇頭節(jié)點(diǎn)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(diǎn)將監(jiān)測數(shù)據(jù)以多跳方式發(fā)送到簇頭節(jié)點(diǎn)，由簇頭節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降骄W(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)上傳至通信服務(wù)器。通信服務(wù)器與控制計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行雙向通信，控制計(jì)算機(jī)根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)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(hù)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(diǎn)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(qiáng)度六種環(huán)境因子。

本發(fā)明還包括一個(gè)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(jī)。

本發(fā)明工作時(shí)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(diǎn)，并使得所有傳感器節(jié)點(diǎn)均處于偵聽模式；

步驟二、打開網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，所有傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入?yún)f(xié)商階段，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)以廣播消息的方式向所有傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)采集周期，消息廣播過程中，傳感器節(jié)點(diǎn)建立鄰居表，自主形成網(wǎng)絡(luò)，并建立路由，同時(shí)傳感器節(jié)點(diǎn)以簇頭為單位組織成多個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并同步向網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送反饋信息；

步驟三、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)接收到所有傳感器節(jié)點(diǎn)的反饋信息后，協(xié)商階段結(jié)束，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通知所有傳感器節(jié)點(diǎn)關(guān)閉并進(jìn)入工作階段；

步驟四、進(jìn)入工作階段后，所有傳感器節(jié)點(diǎn)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(jìn)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(diǎn)；簇頭收集簇內(nèi)各傳感器節(jié)點(diǎn)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(diǎn)；網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)接收到所述所有傳感器節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)后，再通知所述所有傳感器節(jié)點(diǎn)關(guān)閉，進(jìn)入下一數(shù)據(jù)采集周期；

步驟五、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將所有傳感器節(jié)點(diǎn)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(jìn)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(jìn)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CO₂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(diǎn)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(jī)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(jìn)行相應(yīng)預(yù)警設(shè)置后，當(dāng)實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)警條件管理信息所設(shè)定的閾值時(shí)，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(jī)。