[發明專利]基于zigbee的智能溫室環境遙測與控制系統

有效

• 申請號: 201510294795.6
• 申請日: 2015-06-02
• 公開（公告）號: CN105005234B
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 王新勝;劉盟;譚洪仕;季晨鵬;徐寬;陳漢誠;劉穎;曲淼
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學(威海)
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 威?？菩菍＠聞账?7202
• 代理人: 于濤

技術領域

本發明涉及遠程控制系統技術領域，具體地說是一種基于zigbee的智能溫室環境遙測與控制系統。

背景技術

眾所周知，溫室大棚技術以其良好的經濟效益在我國得到了普遍推廣。我國大棚的建設面積從20世紀90年代初的40多公頃發展到現在的近15.6萬公頃，是世界上大棚建設面積最大的國家。然而，目前多數溫室大棚是人工管理，由于管理不到位使大棚內溫度不適宜、濕度不合適、光照強度不足等，引起多種病害交叉傳播和蔓延，既加大了防治成本，也給無公害生產帶來了很大的難度。由于我國農民文化水平較低，成型實用的相關配套設備較少，溫室的一次性投資大以及對操作人員的素質要求比較高等因素，也限制了溫室自動檢測控制技術在我國的應用，因此開發低價位、低成本實用型的現代智能溫室遙測與控制系統迫在眉睫。

經檢索，CN201607286公開了一種基于ZigBee的無線植物生理生態監測系統的實用新型專利，包括有 ：用于提供系統工作的供電模塊；用于采集、分析、處理植物生理生態信息的主計算機 ；一群組 ZigBee 子節點 ；每個ZigBee 子節點下連接一傳感器，該傳感器為溫室室溫傳感器、土壤溫度傳感器、土壤水分傳感器、葉片溫度傳感器、光合作用傳感器和莖稈生長速率傳感器中的一種；用于匯集所有ZigBee子結點采集的植物生理生態參數的 ZigBee 中心主節點 ；

所述各 ZigBee 子節點將采集的各傳感器信號經過處理后，利用消息發送給 ZigBee 中心主節點 ；ZigBee 中心主節點同步或分步將采集到的所有ZigBee 子節點發送的傳感器信息發送到主計算機，其實質性不足是：由于是單因子控制系統，軟件開發上比較不成熟，成本高，功耗高；并且在節點布置方案上算法不成熟；上位機界面復雜，人機交互困難；報警方案單一，多采用手機app方式。

發明內容

本發明的目的是解決上述現有技術的不足，提供一種結構新穎、成本低、功耗低、設備維護簡單、上位機界面簡單、人機交互方便、報警方案多樣的基于zigbee的智能溫室環境遙測與控制系統。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于zigbee的智能溫室環境遙測與控制系統，其特征在于包括傳感器部分、zigbee無線傳感網部分、帶有跨平臺監控與數據庫管理部分的上位機、wifi協議和多終端，所述zigbee無線傳感網部分是由zigbee子節點組成的網格狀目標區域、內置的z-stack協議和協調器組成，所述傳感器部分經I2C總線與zigbee無線傳感網部分相連，通過所述傳感器部分采集數據，由zigbee無線傳感網部分傳遞轉發數據，匯聚到協調器中，再通過協調器接收zigbee無線傳感網部分發來的數據，并通過wifi協議與上位機進行通信，所述上位機接收和存儲數據并通過上位機中的跨平臺監控與數據庫管理部分與多終端無線連接，來控制控制設備。

本發明所述網格狀目標區域中的zigbee子節點的分布是采用遺傳算法和模擬退火算法相結合的方法對zigbee子節點的組網算法進行優化。

本發明所述網格狀目標區域內的zigbee子節點上集成有傳感器部分，使本發明工作在無線條件下，設備方便安裝且后期維護較簡單，在滿足系統正常工作的條件下，最大程度的節省了zigbee子節點數量，實現了超低功耗、超低成本。

本發明所述網格狀目標區域的組網算法具體方法為：將目標區域劃分成若干網格，每個網格用網格點表示，若網格點被覆蓋時，認為此區域被覆蓋，用矢量的方式來表示網格點的覆蓋，為達到目標區域的全覆蓋，目標區域中的每個點都至少被一個傳感器節點所覆蓋，即能量矢量匯總至少有一位為1，將初始種群設置為均勻分布，在普通遺傳算法中引入模擬退火機制，采用METROPOLIS準則隨機接受適應值降低的解，當遺傳算法當代解可以使全部傳感器節點得到覆蓋并且滿足成本要求時，認為是最優解，當適應值在幾代都保持不變或超過最大進化代數式，也認為算法收斂，最終產生的效果是能夠在任意形狀，任意面積的區域上產生節點布置方案，通過對于網格疏密的劃分來找到一個最優方案，以實現最少節點最大面積的覆蓋，大大節省了成本，降低了功耗。