[實(shí)用新型]基于uIPv6協(xié)議的用于溫室大棚環(huán)境監(jiān)測的WSN采集節(jié)點(diǎn)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320295568.1
• 申請日: 2013-05-27
• 公開（公告）號: CN203289650U
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田景文;何勇剛;李冬冬;王建民;王振繼;羅哲夫;李詩佳;戈廣雙;孔垂超;張振彬
• 申請（專利權(quán)）人: 北京聯(lián)合大學(xué)
• 主分類號: H04W80/04
• 分類號: H04W80/04;H04W84/18;G08C17/02
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術(shù)領(lǐng)域

基于uIPv6協(xié)議的用于溫室大棚環(huán)境監(jiān)測的WSN采集節(jié)點(diǎn)屬于無線監(jiān)測領(lǐng)域。

背景技術(shù)

如今大部分溫室大棚環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)大多是采用人工的或預(yù)先布線的有線采集方式，人工方式加大了工作量且難以保證數(shù)據(jù)的實(shí)時性和有效性，采用有線數(shù)據(jù)采集的檢測系統(tǒng)受地理位置、物理線路和復(fù)雜環(huán)境因素的影響具有很明顯的局限性。溫室大棚內(nèi)的溫度、濕度、CO₂、光照等環(huán)境參數(shù)對農(nóng)作物的生長起著至關(guān)重要的作用。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型設(shè)計了一種基于uIPv6協(xié)議的用于溫室大棚環(huán)境監(jiān)測的WSN采集節(jié)點(diǎn)，采集節(jié)點(diǎn)硬件平臺主要由CC2420+MSP430組成，實(shí)現(xiàn)了uIPv6協(xié)議在節(jié)點(diǎn)硬件平臺上的移植與應(yīng)用，符合6LoWPAN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，支持Contiki操作系統(tǒng)。

Contiki同時提供完整的IP網(wǎng)絡(luò)和低功耗的無線通信機(jī)制，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)通信中，Contiki使用低功耗無線電網(wǎng)絡(luò)棧Rime，能實(shí)現(xiàn)許多傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。IPv6作為下一代網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，由于uIPv6協(xié)議的應(yīng)用，具有地址資源豐富、地址自動配置、安全性高、移動性好等優(yōu)點(diǎn)，可滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在地址和安全方面的需求，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測區(qū)域的可靠數(shù)據(jù)采集、低功耗數(shù)據(jù)傳輸、性能穩(wěn)定。

基于uIPv6協(xié)議的用于溫室大棚環(huán)境監(jiān)測的WSN采集節(jié)點(diǎn)，其特征在于：采集節(jié)點(diǎn)硬件平臺包括CC2420芯片、MSP430單片機(jī)、至少包括溫度傳感器、濕度傳感器、CO₂傳感器之一的傳感器模塊以及無線通信模塊；CC2420芯片、傳感器模塊以及無線通信模塊都連接到MSP430單片機(jī)上。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的傳感器節(jié)點(diǎn)，通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)間協(xié)作地感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)被監(jiān)測對象的信息，并最終把這些信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)所有者。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸?shù)娜N功能，是傳感器技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)等技術(shù)的一種融合技術(shù)。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由很多個部署在不同位置的采集節(jié)點(diǎn)組成，各個采集節(jié)點(diǎn)是相同的，節(jié)點(diǎn)間通過多跳和自組織的方式組成無線網(wǎng)絡(luò)，采集節(jié)點(diǎn)采集到所部署位置的環(huán)境參數(shù)后通過無線的方式傳輸給匯聚節(jié)點(diǎn)（也可稱為橋節(jié)點(diǎn)），匯聚節(jié)點(diǎn)可將數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。由于是在采集節(jié)點(diǎn)的硬件平臺上移植的uIPv6協(xié)議，IPv6協(xié)議具有地址資源豐富，安全性高等優(yōu)點(diǎn)，各個采集節(jié)點(diǎn)申請加入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時，會分配一個唯一的IP地址。通過上位機(jī)的控制，通過查看相應(yīng)區(qū)域的采集節(jié)點(diǎn)的IP地址，進(jìn)而可以監(jiān)測特定區(qū)域的環(huán)境參數(shù)的具體情況。

本實(shí)用新型中的采集節(jié)點(diǎn)符合6LoWPAN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，支持Contiki，是一款性能穩(wěn)定、低功耗的的采集節(jié)點(diǎn)。

附圖說明

圖1?無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2?采集節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖

圖3?采集節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖

圖4?無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)步驟示意圖

圖5?采集節(jié)點(diǎn)軟件工作流程圖

圖6?橋節(jié)點(diǎn)軟件工作流程圖

具體實(shí)施方式

在溫室大棚檢測區(qū)域內(nèi)布置了若干個采集節(jié)點(diǎn)，在臨近上位機(jī)的位置布置一個橋節(jié)點(diǎn)，采集節(jié)點(diǎn)和橋節(jié)點(diǎn)組成一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。采集節(jié)點(diǎn)采集溫室大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)信息，通過路由協(xié)議將數(shù)據(jù)匯聚到橋節(jié)點(diǎn)，橋節(jié)點(diǎn)然后將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，上位機(jī)對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并可顯示監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的環(huán)境參數(shù)信息。

對于每個采集節(jié)點(diǎn)除了具有采集、處理數(shù)據(jù)功能外，還應(yīng)具有無線通信的功能。因此采集節(jié)點(diǎn)硬件主要由微處理器模塊、傳感器模塊（溫度傳感器、濕度傳感器、CO₂傳感器）、無線通信模塊、能量供應(yīng)部分組成。采集節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

本實(shí)用新型中采集節(jié)點(diǎn)的硬件平臺主要由CC2420和MSP430組成。MSP430系列單片機(jī)是由TI公司在1996年開始推向市場的一種16位超低功耗的混合信號處理器，它可針對實(shí)際應(yīng)用需求，把許多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器集成在一個芯片上，以提供“單片”解決方案。CC2420是Chipcon公司推出的首款符合2.4GHz?IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器，CC2420的選擇性和敏感性指數(shù)超過了IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的要求，可確保短距離通信的有效性和可靠性。利用此芯片開發(fā)的無線通信設(shè)備支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸率高達(dá)250kbps，可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對多點(diǎn)的快速組網(wǎng)。