專利名稱：西瓜育苗環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，特別涉及一種西瓜育苗環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整以來，西瓜種植面積在不斷增加。但是由于西瓜重茬種植后，西 瓜枯萎病嚴(yán)重，重則造成絕收。當(dāng)前主要采取的措施是輪作換茬，但是由于農(nóng)民的耕地有 限，加之西瓜輪作周期7 8年，此法成為影響西瓜生產(chǎn)發(fā)展的一大瓶頸。目前大部分地區(qū) 開展西瓜嫁接技術(shù)，西瓜枯萎病明顯得到了改善。但是西瓜苗在嫁接后如何管理，如何保證 嫁接苗的成活率成為另一個(gè)突出的問題。嫁接苗的成活率與溫度、濕度以及光照強(qiáng)度等因 素密切相關(guān)，溫度、濕度及光照強(qiáng)度等因素超過一定的閾值會(huì)導(dǎo)致西瓜苗死亡，農(nóng)民還需重 新嫁接育苗。這樣不但耽誤育苗的好時(shí)機(jī)，還給農(nóng)民造成巨大損失。集傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、微機(jī)電技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)及無線通信網(wǎng) 絡(luò)技術(shù)于一體的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)因其廣闊的應(yīng)用前景已經(jīng)成為當(dāng)前備受關(guān)注的、多學(xué)科高 度交叉的、知識(shí)高度集中的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種全新的信息獲取平臺(tái)，能 夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)各種檢測(cè)對(duì)象的信息，并將這些信息發(fā)送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)， 以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的指定范圍內(nèi)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤。目前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于 農(nóng)業(yè)、軍事、航空、醫(yī)療和工業(yè)等領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了深入的研究。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，簡(jiǎn)稱WSN)中，節(jié)點(diǎn)通常采用電池供 電，能量不可再生且非常有限；并且節(jié)點(diǎn)體積小，存儲(chǔ)容量較小，處理能力和無線通信能力 相對(duì)比較低。如何充分利用這些有限的能量和資源，建立合適的路由，盡可能地傳輸被測(cè)區(qū) 域的有效數(shù)據(jù)，成為一個(gè)熱點(diǎn)問題。由于無線通信模塊占了整個(gè)節(jié)點(diǎn)能量消耗的主要部分， 因此采取有效的措施減少無線通信模塊的能量損耗有重要意義。一般情況下，WSN拓?fù)淇?制的共性目標(biāo)主要是保障節(jié)點(diǎn)間可達(dá)性、降低能量損耗、提升網(wǎng)絡(luò)容量、減小信道干擾以及 增強(qiáng)空間復(fù)用率等。對(duì)于某些特點(diǎn)應(yīng)用，拓?fù)淇刂频哪繕?biāo)還涉及支持弱移動(dòng)性、減小傳輸延 遲、優(yōu)化通信鏈路質(zhì)量等其它方面。目前采用的WSN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲饕衅矫嫘屯負(fù)?、分簇拓?fù)浜途W(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞?，它?大多針對(duì)單sink節(jié)點(diǎn)的WSN環(huán)境而提出。傳統(tǒng)的平面拓?fù)淇刂茩C(jī)制已不能滿足無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模組網(wǎng)要求，而且不能很好的支持局部數(shù)據(jù)融合、高效能耗管理以及傳感器 的工作、休眠調(diào)度機(jī)制等。分簇機(jī)制已經(jīng)成為部署和實(shí)現(xiàn)高效可擴(kuò)展性密集布設(shè)無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淇刂品椒?，其在?shù)據(jù)匯聚、融合、能量效率、滿足網(wǎng)絡(luò)QoS要求等方面取得較 好的改善，但是目前的分簇方法主要關(guān)注如何形成基本分簇結(jié)構(gòu)，而對(duì)于簇間通信機(jī)制沒 有給與很好的考慮。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)目前主要應(yīng)用于高速自組織無線網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)于對(duì)等通信 和多跳傳輸具有良好的支持性，對(duì)于維護(hù)無線網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，保持對(duì)跳傳輸暢通具有重要作 用。用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)在于通訊的可靠性大為增加，因?yàn)閮蓚€(gè)節(jié)點(diǎn)之間可以存在多條通訊 鏈路，并且這些鏈路是動(dòng)態(tài)建立并維護(hù)的，通訊不會(huì)由于某些中間節(jié)點(diǎn)的失效而中斷。另外，在使用多跳技術(shù)的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，各節(jié)點(diǎn)的通訊功耗可以大大降低。
發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是時(shí)刻準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)大棚的溫濕度和光照強(qiáng)度等環(huán)境參數(shù) 條件，提高西瓜苗的成活率，節(jié)省農(nóng)民時(shí)間，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。( 二 )技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種西瓜育苗環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括數(shù)個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)，用于采集育苗場(chǎng)所的環(huán)境參數(shù)，將所述環(huán)境參數(shù)處理并發(fā) 送至無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)；無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，用于接收所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的環(huán)境參數(shù)，并發(fā)送至監(jiān)測(cè)終 端；監(jiān)測(cè)終端，與所述無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)相連接，用于存儲(chǔ)接收到的環(huán)境參數(shù)，并且將所述 環(huán)境參數(shù)與存儲(chǔ)的適于西瓜生長(zhǎng)的環(huán)境參數(shù)閾值相比較，根據(jù)比較結(jié)果控制育苗場(chǎng)所的環(huán)
^Mi ο其中，所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)包括傳感器單元，用于采集所述環(huán)境參數(shù)；轉(zhuǎn)換單元，用于將所述環(huán)境參數(shù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，得到數(shù)字化的環(huán)境參數(shù)；微處理器單元，用于將所述數(shù)字化的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行融合過濾處理，得到處理后的 環(huán)境參數(shù)；通信單元，用于發(fā)送所述處理后的環(huán)境參數(shù)，接收其它傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的環(huán)境參 數(shù)。所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)方式包括由分布在數(shù)個(gè)塑料大棚內(nèi)的簇成員節(jié)點(diǎn)和 簇頭節(jié)點(diǎn)組成的層次組網(wǎng)方式；由分布在數(shù)個(gè)塑料大棚內(nèi)和塑料大棚外的簇頭節(jié)點(diǎn)組成的 網(wǎng)狀組網(wǎng)方式。所述監(jiān)測(cè)終端比較出所述處理后得到環(huán)境參數(shù)超出環(huán)境參數(shù)閾值時(shí)，所述監(jiān)測(cè)終 端還報(bào)警。所述監(jiān)測(cè)終端具有用戶界面，其包括用戶管理單元，用于提供用戶注冊(cè)、登錄功能，并對(duì)用戶設(shè)置不同的操作權(quán)限；數(shù)據(jù)接收存儲(chǔ)單元，用于接收所述無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的環(huán)境參數(shù)，對(duì)所述環(huán)境參 數(shù)進(jìn)行解析，根據(jù)所述環(huán)境參數(shù)的采集時(shí)間進(jìn)行存儲(chǔ)；數(shù)據(jù)導(dǎo)出單元，用于導(dǎo)出存儲(chǔ)的環(huán)境參數(shù)；分析單元，用于以時(shí)間為橫軸繪制監(jiān)測(cè)到的環(huán)境參數(shù)隨時(shí)間變化的曲線；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)顯示單元，用于用戶查看無線傳感器節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)方式。本發(fā)明還提供了一種使用上述西瓜育苗環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的西瓜育苗環(huán)境參數(shù) 監(jiān)測(cè)方法，包括步驟10、采集育苗場(chǎng)所的環(huán)境參數(shù)，將所述環(huán)境參數(shù)處理并發(fā)送；步驟20、將處理后得到的環(huán)境參數(shù)與設(shè)定的環(huán)境參數(shù)閾值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié) 果控制育苗場(chǎng)所的環(huán)境。
其中，所述步驟10具體包括步驟101、采集育苗場(chǎng)所的環(huán)境參數(shù)，所述環(huán)境參數(shù)包括光照強(qiáng)度參數(shù)、溫度參數(shù)、 濕度參數(shù)以及氣壓參數(shù)中的一種或多種；步驟102、將所述環(huán)境參數(shù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字化的環(huán)境參數(shù)；步驟103、將所述數(shù)字化的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行融合過濾處理，得到處理后的環(huán)境參數(shù)；步驟104、將所述處理后的環(huán)境參數(shù)發(fā)送。所述步驟10之前還包括簇成員節(jié)點(diǎn)和簇頭節(jié)點(diǎn)組成層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的步驟，具體 包括步驟01、簇頭節(jié)點(diǎn)在廣播時(shí)段向簇成員節(jié)點(diǎn)發(fā)送Beacon幀；步驟02、簇成員節(jié)點(diǎn)接收簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送的Beacon幀；如果所述簇成員節(jié)點(diǎn)已經(jīng)加 入了一個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)，則丟棄接收到的Beacon幀；如果所述簇成員節(jié)點(diǎn)還沒有加入任何簇頭 節(jié)點(diǎn)，則記錄接收到的Beacon幀對(duì)應(yīng)的簇頭節(jié)點(diǎn)的地址，并向所述簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送Request 幀請(qǐng)求加入；步驟03、所述簇頭節(jié)點(diǎn)接收到簇成員節(jié)點(diǎn)發(fā)送的Request幀，判斷是否已達(dá)到設(shè) 置的最大成員數(shù)，是則拒絕所述簇成員節(jié)點(diǎn)加入，并回復(fù)Deny幀；否則，允許所述簇成員節(jié) 點(diǎn)加入，并回復(fù)Admit幀。所述步驟10之前還包括簇頭節(jié)點(diǎn)之間組成層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的步驟，具體包括步驟01’、簇頭節(jié)點(diǎn)在廣播時(shí)段向其它簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送Beacon幀；步驟02，、接收到該Beacon幀的簇頭節(jié)點(diǎn)，回復(fù)Receive幀，并將與發(fā)送Beacon幀 的簇頭節(jié)點(diǎn)之間鏈路代價(jià)保存在路由表中。 所述步驟104具體包括簇成員節(jié)點(diǎn)將采集到的環(huán)境參數(shù)發(fā)送給加入的簇頭節(jié)點(diǎn)；簇頭節(jié)點(diǎn)將自身采集的環(huán)境參數(shù)和接收到的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行融合處理，將所述處理 后的環(huán)境參數(shù)發(fā)送給相鄰鏈路代價(jià)最小的其它簇頭節(jié)點(diǎn)或無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。(三)有益效果本發(fā)明提供的西瓜育苗環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)時(shí) 監(jiān)測(cè)塑料大棚內(nèi)環(huán)境的溫度和濕度以及光照強(qiáng)度等環(huán)境參數(shù)，如果監(jiān)測(cè)量超過預(yù)設(shè)閾值， 就會(huì)報(bào)警，提示農(nóng)民通過通風(fēng)、澆水和避光等措施，及時(shí)采取行動(dòng)，從而保證西瓜苗的成活 率；另一方面，通過長(zhǎng)期觀測(cè)西瓜苗的生長(zhǎng)情況，可以總結(jié)出利于西瓜苗生長(zhǎng)的環(huán)境參數(shù)， 從而減少農(nóng)民的損失，提高西瓜的產(chǎn)量，增加農(nóng)民的收入。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的西瓜育苗環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的無線傳感器模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例的西瓜育苗環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)方法流程圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例的簇成員節(jié)點(diǎn)和簇頭節(jié)點(diǎn)組成層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的流程圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例的簇頭節(jié)點(diǎn)之間組成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的流程圖；圖6是為本發(fā)明實(shí)施例的 監(jiān)測(cè)終端結(jié)構(gòu)示意圖。其中，11 簇成員節(jié)點(diǎn)；12 簇頭節(jié)點(diǎn)；111 傳感器單元；112 轉(zhuǎn)換單元；113 微處理器單元；114 通信單元；115 電源；116 天線；2 無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)；3 監(jiān)測(cè)終端；31 用戶 管理單元；32 數(shù)據(jù)接收存儲(chǔ)單元；33 數(shù)據(jù)導(dǎo)出單元；34 分析單元；35 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)顯 示單元。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。如圖1所示，是本發(fā)明實(shí)施例的西瓜育苗環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)施 例包括無線傳感器節(jié)點(diǎn)、無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)2和監(jiān)測(cè)終端3。其中無線傳感器節(jié)點(diǎn)分為簇成員節(jié) 點(diǎn)11和簇頭節(jié)點(diǎn)12。簇成員節(jié)點(diǎn)11與簇頭節(jié)點(diǎn)12無線連接，簇頭節(jié)點(diǎn)12與無線網(wǎng)關(guān)節(jié) 點(diǎn)2無線連接，無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)2與監(jiān)控終端3相連接。其中簇成員節(jié)點(diǎn)11和簇頭節(jié)點(diǎn)12 設(shè)置在多個(gè)塑料大棚內(nèi)，組成層次結(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。新簇成員節(jié)點(diǎn)的加入及舊的簇 成員節(jié)點(diǎn)的死亡對(duì)其它節(jié)點(diǎn)沒有影響。簇頭節(jié)點(diǎn)12之間組成網(wǎng)狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò) 具有自組織、自恢復(fù)的特點(diǎn)。本實(shí)施例設(shè)置在每個(gè)塑料大棚內(nèi)的無線傳感器節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)是分 簇結(jié)構(gòu)，多個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)組成網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如圖2所示，是本發(fā)明實(shí)施例的無線傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖；本實(shí)施例的簇成員 節(jié)點(diǎn)與簇頭節(jié)點(diǎn)的硬件組成相同，包括傳感器單元111、轉(zhuǎn)換單元112、微處理器單元113、 通信單元114、電源115和天線116。本實(shí)施例的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簇成員節(jié)點(diǎn)11和簇頭節(jié) 點(diǎn)12可以采用MICAZ節(jié)點(diǎn)，微處理器單元113可以選擇微處理器芯片ATmegal28L，通信單 元114可以采用CC2420芯片。其中ATmegal28L具有豐富的片上資源和極低的功耗，具有 4 個(gè)定時(shí)器、4KB SRAMU28KB Flash 和 4KB EEPR0M，擁有 UART、SPI、I2C 和 JTAG 接口，方便 通信單元114和傳感器單元111的接入；此外ATmegal28L有6種電源節(jié)能模式，方便低功 耗設(shè)計(jì)。CC2420芯片是一款符合IEEE802. 15. 4規(guī)范的2. 4GHZ射頻芯片，CC2420可以通過 4線SPI總線(Si、SO、SCLK、CSn)設(shè)置工作模式、實(shí)現(xiàn)讀/寫緩存數(shù)據(jù)和讀寫狀態(tài)寄存器 等。通過控制FIFO和FIFOP管腳接口的狀態(tài)可設(shè)置發(fā)射/接收緩沖器。CC2420芯片采用 加州大學(xué)伯克利分校開發(fā)的TinyOS嵌入式操作系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，它采用面向組件的結(jié)構(gòu)確保 快速響應(yīng)和執(zhí)行動(dòng)作，同時(shí)減小了代碼的大小，突破傳感器存儲(chǔ)資源少的限制。TinyOS嵌入 式操作系統(tǒng)運(yùn)行在每個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上，是上層應(yīng)用和協(xié)議運(yùn)行的前提。此外TinyOS嵌 入式操作系統(tǒng)提供一系列可重用的組件，一個(gè)應(yīng)用程序可以通過連接配置文件將各種組件 連接起來，以完成所需要的功能。TinyOS的構(gòu)建包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、分布式服務(wù)器、傳感器驅(qū)動(dòng) 及數(shù)據(jù)識(shí)別工具，這些組件可以作為進(jìn)一步開發(fā)的基礎(chǔ)。本實(shí)施例的傳感器單元111采用 MTS400CA。MTS400CA集成了光、溫濕度、氣壓等多種環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)傳感器。其中對(duì)溫濕度的 監(jiān)測(cè)采用SHTll型智能化溫度/濕度傳感器，對(duì)光的監(jiān)測(cè)采用光傳感器TLS2550。MTS400CA 具有數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路和抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。如圖3所示，為本發(fā)明實(shí)施例的西瓜育苗環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)方法流程圖，本方法使用 上述實(shí)施例中的西瓜育苗環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，本方法包括如下步驟步驟10、采集育苗場(chǎng)所的環(huán)境參數(shù)，將該環(huán)境參數(shù)處理并發(fā)送；步驟20、將處理后得到的環(huán)境參數(shù)與設(shè)定的環(huán)境參數(shù)閾值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié) 果控制育苗場(chǎng)所的環(huán)境。
其中步驟10具體為簇成員節(jié)點(diǎn)的各個(gè)模塊初始化后進(jìn)入節(jié)能模式，如果計(jì)時(shí)器 時(shí)間到，比如本實(shí)施例中可以設(shè)置1分鐘采集一次數(shù)據(jù)，微處理器單元發(fā)出一個(gè)中斷信號(hào)， 然后對(duì)微處理器單元內(nèi)的各個(gè)寄存器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)，傳感器單元根據(jù)實(shí)際情況，采集育苗 塑料大棚環(huán)境的環(huán)境參數(shù)，該環(huán)境參數(shù)包括光照度參數(shù)、溫度參數(shù)、濕度參數(shù)以及氣壓參數(shù) 中的一種或多種，然后轉(zhuǎn)換單元將傳感器單元采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理得到數(shù)字化的 環(huán)境參數(shù)，然后微處理器單元將這些數(shù)字化的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行融合過濾處理，將處理后的數(shù) 據(jù)通過通信單元及天線發(fā)送出去。 當(dāng)簇成員節(jié)點(diǎn)沒有采集環(huán)境參數(shù)時(shí)，簇成員節(jié)點(diǎn)將進(jìn)入睡眠模式，節(jié)省能量；當(dāng)簇 成員節(jié)點(diǎn)采集環(huán)境參數(shù)后，將采集到的環(huán)境參數(shù)發(fā)送給加入的簇頭節(jié)點(diǎn)；簇頭節(jié)點(diǎn)將采集 和接收到的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行處理，然后發(fā)送給相鄰鏈路代價(jià)最小的其它簇頭節(jié)點(diǎn)或無線網(wǎng)關(guān) 節(jié)點(diǎn)，在整個(gè)過程中需要電源單元供電。上述步驟20具體包括無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過USB線或者串口線或者網(wǎng)線與監(jiān)控終 端連接，無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將接收到的數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測(cè)終端，監(jiān)測(cè)終端將接收的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù) 庫中，并與事先設(shè)置的環(huán)境參數(shù)閾值作對(duì)比。如果接收的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)超過了環(huán)境參數(shù)閾 值，則說明塑料大棚內(nèi)的環(huán)境不適合作物的生長(zhǎng)，監(jiān)測(cè)終端就會(huì)報(bào)警，以提示用戶采取一定 的措施，譬如通風(fēng)、灑水和遮光等，來改變塑料大棚內(nèi)的環(huán)境。在上述步驟10之前還包括簇成員節(jié)點(diǎn)和簇頭節(jié)點(diǎn)組成層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的流程，如 圖4所示，具體包括步驟01、簇頭節(jié)點(diǎn)在廣播時(shí)段向簇成員節(jié)點(diǎn)發(fā)送Beacon幀；本實(shí)施例的簇頭節(jié)點(diǎn)采用MAC層的分布式廣播退避策略競(jìng)爭(zhēng)信道，保證廣播的成 功；簇頭節(jié)點(diǎn)可以設(shè)置為每1分鐘廣播一次，以便新的節(jié)點(diǎn)的加入，或者填補(bǔ)舊的節(jié)點(diǎn)死亡。步驟02、簇成員節(jié)點(diǎn)接收簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送的Beacon幀；如果該簇成員節(jié)點(diǎn)已經(jīng)加入 了一個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)，則丟棄該接收到的Beacon幀；如果該簇成員節(jié)點(diǎn)還沒有加入任何簇頭節(jié) 點(diǎn)，則記錄接收到的Beacon幀對(duì)應(yīng)的簇頭節(jié)點(diǎn)的地址，并向廣播Beacon幀的簇頭節(jié)點(diǎn)回復(fù) Request幀請(qǐng)求加入；步驟03、簇頭節(jié)點(diǎn)接收到簇成員節(jié)點(diǎn)發(fā)送的Request幀，判斷是否已達(dá)到簇頭節(jié) 點(diǎn)設(shè)置的最大成員數(shù)，是則拒絕該簇成員節(jié)點(diǎn)的加入，并回復(fù)Deny幀至該簇成員節(jié)點(diǎn)；否 則允許該簇成員節(jié)點(diǎn)加入，并回復(fù)Admit幀至該簇成員節(jié)點(diǎn)表示同意其加入。其中簇成員節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)的采集，采用周期性睡眠調(diào)度管理。在上述步驟10之前還包括簇頭節(jié)點(diǎn)之間組成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的流程，如圖5所示， 具體包括步驟01’、簇頭節(jié)點(diǎn)在廣播時(shí)段采用廣播的方式向其它簇頭節(jié)點(diǎn)廣播Beacon幀；步驟02，、收到該Beacon幀的其它簇頭節(jié)點(diǎn)，回復(fù)Receive幀，并將與發(fā)送Beacon 幀的簇頭節(jié)點(diǎn)之間的鏈路代價(jià)記錄在路由表中；當(dāng)簇頭節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)發(fā)處理后的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù) 時(shí)，查找路由表，選擇鏈路代價(jià)最小的鏈路。其中簇頭節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的連通性和數(shù)據(jù)傳輸，其本身也采集數(shù)據(jù)，簇頭 節(jié)點(diǎn)將采集到的環(huán)境參數(shù)與接收到的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行融合處理。每個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)管理若干 簇成員節(jié)點(diǎn)。簇頭節(jié)點(diǎn)之間采用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有自組織、自恢復(fù)、多跳的特點(diǎn)。無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)接收到所有數(shù)據(jù)后，將通過中間層軟件對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。 通過一定的計(jì)算公式將所采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成便于用戶識(shí)別的數(shù)據(jù)，然后存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換后的數(shù) 據(jù)。本實(shí)施例采用嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite。SQLite用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有一定的優(yōu)勢(shì)，其 代碼是開源的，零配置，無需安裝，響應(yīng)時(shí)間短，提供簡(jiǎn)單易用的API接口，可以根據(jù)需要進(jìn) 行程序編寫。本實(shí)施例的監(jiān)控終端用戶界面設(shè)計(jì)采用Microsoft Visual C++6. 0作為開發(fā)工 具，采用數(shù)據(jù)庫操作方式實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、讀取、查詢和分析。根據(jù)監(jiān)控終端的功能需求，監(jiān)控終端可以包括用戶管理單元31、數(shù)據(jù)接收存儲(chǔ)單 元32、數(shù)據(jù)導(dǎo)出單元33、分析單元34和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)顯示單元35，如圖6所示，為本發(fā)明實(shí) 施例的監(jiān)控終端結(jié)構(gòu)示意圖；其中用戶管理單元，主要用于提供用戶注冊(cè)、登錄等相關(guān)操作功能，并根據(jù)系統(tǒng)要 求的不同，對(duì)用戶設(shè)立不同的操作數(shù)據(jù)的權(quán)限；數(shù)據(jù)接收存儲(chǔ)單元，用于接收無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的處理后得到的環(huán)境參數(shù)，無線 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與監(jiān)控終端之間采用C/S客戶端服務(wù)器工作模式，基于Socket編程技術(shù)，監(jiān)聽本 地IP地址的綁定端口，在確認(rèn)客戶端即無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的連接請(qǐng)求后，接收無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā) 送的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，并根據(jù)自定義數(shù)據(jù)包協(xié)議完成數(shù)據(jù)解析；根據(jù)數(shù)據(jù)的采集時(shí)間，采用時(shí) 段劃分的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理方式，將解析后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫對(duì)應(yīng)表格的對(duì)應(yīng)屬性字段中。數(shù)據(jù)導(dǎo)出單元，用于提供將存儲(chǔ)的環(huán)境參數(shù)導(dǎo)出的功能；考慮到監(jiān)測(cè)的環(huán)境參數(shù) 數(shù)據(jù)量龐大，并為進(jìn)一步數(shù)據(jù)分析挖掘提供數(shù)據(jù)，監(jiān)控終端設(shè)計(jì)此單元，允許用戶將數(shù)據(jù)庫 中的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)以合適的形式進(jìn)行導(dǎo)出。分析單元，用于用戶從數(shù)據(jù)庫表中讀取監(jiān)測(cè)量數(shù)據(jù)，以時(shí)間為橫軸，繪制監(jiān)測(cè)量隨 時(shí)間變化的曲線，分析監(jiān)測(cè)量連續(xù)變化的特性。同時(shí)用戶界面系統(tǒng)還可以包括報(bào)警單元，用于提供報(bào)警功能，以提示用戶塑料大 棚內(nèi)西瓜育苗環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過了預(yù)先設(shè)定的閾值。針對(duì)目前瓜農(nóng)采用溫度計(jì)來監(jiān)測(cè)整個(gè)大棚的溫度，并且還需要時(shí)刻進(jìn)入大棚查看 溫度來監(jiān)測(cè)瓜苗生長(zhǎng)情況，這樣不僅浪費(fèi)農(nóng)民的時(shí)間，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，而且不能準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的 監(jiān)測(cè)大棚的溫度的缺陷；本發(fā)明提供了西瓜育苗環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，利用無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)塑料大棚內(nèi)環(huán)境的溫度和濕度以及光照強(qiáng)度等環(huán)境參數(shù)，如果監(jiān)測(cè)量 超過預(yù)設(shè)閾值，就會(huì)報(bào)警，提示農(nóng)民通過通風(fēng)、澆水和避光等措施，及時(shí)采取行動(dòng)，從而保證 西瓜苗的成活率；另一方面，通過長(zhǎng)期觀測(cè)西瓜苗的生長(zhǎng)情況，可以總結(jié)出利于西瓜苗生長(zhǎng) 的環(huán)境參數(shù)，從而減少農(nóng)民的損失，提高西瓜的產(chǎn)量，增加農(nóng)民的收入。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型 也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種西瓜育苗環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括數(shù)個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)，用于采集育苗場(chǎng)所的環(huán)境參數(shù)，將所述環(huán)境參數(shù)處理并發(fā)送至無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)；無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，用于接收所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的環(huán)境參數(shù)，并發(fā)送至監(jiān)測(cè)終端；監(jiān)測(cè)終端，與所述無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)相連接，用于存儲(chǔ)接收到的環(huán)境參數(shù)，并且將所述環(huán)境參數(shù)與存儲(chǔ)的適于西瓜生長(zhǎng)的環(huán)境參數(shù)閾值相比較，根據(jù)比較結(jié)果控制育苗場(chǎng)所的環(huán)境。
2.如權(quán)利要求1所述的西瓜育苗環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述無線傳感器節(jié) 點(diǎn)包括傳感器單元，用于采集所述環(huán)境參數(shù)；轉(zhuǎn)換單元，用于將所述環(huán)境參數(shù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，得到數(shù)字化的環(huán)境參數(shù)； 微處理器單元，用于將所述數(shù)字化的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行融合過濾處理，得到處理后的環(huán)境 參數(shù)；通信單元，用于發(fā)送所述處理后的環(huán)境參數(shù)，接收其它傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的環(huán)境參數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的西瓜育苗環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述無線傳感器節(jié) 點(diǎn)的組網(wǎng)方式包括由分布在數(shù)個(gè)塑料大棚內(nèi)的簇成員節(jié)點(diǎn)和簇頭節(jié)點(diǎn)組成的層次組網(wǎng)方 式；由分布在數(shù)個(gè)塑料大棚內(nèi)和塑料大棚外的簇頭節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)狀組網(wǎng)方式。
4.如權(quán)利要求1所述的西瓜育苗環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)終端包括 報(bào)警單元，用于當(dāng)所述處理后得到環(huán)境參數(shù)超出環(huán)境參數(shù)閾值時(shí)，進(jìn)行報(bào)警。
5.如權(quán)利要求4所述的西瓜育苗環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)終端具有 用戶界面，其包括用戶管理單元，用于提供用戶注冊(cè)、登錄功能，并對(duì)用戶設(shè)置不同的操作權(quán)限； 數(shù)據(jù)接收存儲(chǔ)單元，用于接收所述無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的環(huán)境參數(shù)，對(duì)所述環(huán)境參數(shù)進(jìn) 行解析，根據(jù)所述環(huán)境參數(shù)的采集時(shí)間進(jìn)行存儲(chǔ)； 數(shù)據(jù)導(dǎo)出單元，用于導(dǎo)出存儲(chǔ)的環(huán)境參數(shù)；分析單元，用于以時(shí)間為橫軸繪制監(jiān)測(cè)到的環(huán)境參數(shù)隨時(shí)間變化的曲線； 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)顯示單元，用于用戶查看無線傳感器節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)方式。
6.一種使用權(quán)利要求1-5所述任一的西瓜育苗環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的西瓜育苗環(huán)境參 數(shù)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括步驟10、采集育苗場(chǎng)所的環(huán)境參數(shù)，將所述環(huán)境參數(shù)處理并發(fā)送； 步驟20、將處理后得到的環(huán)境參數(shù)與設(shè)定的環(huán)境參數(shù)閾值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果控 制育苗場(chǎng)所的環(huán)境。
7.如權(quán)利要求6所述的西瓜育苗環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟10具體包括步驟101、采集育苗場(chǎng)所的環(huán)境參數(shù)，所述環(huán)境參數(shù)包括光照強(qiáng)度參數(shù)、溫度參數(shù)、濕度 參數(shù)以及氣壓參數(shù)中的一種或多種；步驟102、將所述環(huán)境參數(shù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字化的環(huán)境參數(shù)；步驟103、將所述數(shù)字化的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行融合過濾處理，得到處理后的環(huán)境參數(shù)；步驟104、將所述處理后的環(huán)境參數(shù)發(fā)送。
8.如權(quán)利要求6所述的西瓜育苗環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟10之前還包括簇成員節(jié)點(diǎn)和簇頭節(jié)點(diǎn)組成層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的步驟，具體包括 步驟01、簇頭節(jié)點(diǎn)在廣播時(shí)段向簇成員節(jié)點(diǎn)發(fā)送Beacon幀；步驟02、簇成員節(jié)點(diǎn)接收簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送的Beacon幀；如果所述簇成員節(jié)點(diǎn)已經(jīng)加入 了一個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)，則丟棄接收到的Beacon幀；如果所述簇成員節(jié)點(diǎn)還沒有加入任何簇頭節(jié) 點(diǎn)，則記錄接收到的Beacon幀對(duì)應(yīng)的簇頭節(jié)點(diǎn)的地址，并向所述簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送Request幀 請(qǐng)求加入；步驟03、所述簇頭節(jié)點(diǎn)接收到簇成員節(jié)點(diǎn)發(fā)送的Request幀，判斷是否已達(dá)到設(shè)置的 最大成員數(shù)，是則拒絕所述簇成員節(jié)點(diǎn)加入，并回復(fù)Deny幀；否則允許所述簇成員節(jié)點(diǎn)加 入，并回復(fù)Admit幀。
9.如權(quán)利要求6所述的西瓜育苗環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟10之前還 包括簇頭節(jié)點(diǎn)之間組成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的步驟，具體包括步驟01’、簇頭節(jié)點(diǎn)在廣播時(shí)段向其它簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送Beacon幀；步驟02’、接收到該Beacon幀的簇頭節(jié)點(diǎn)，回復(fù)Receive幀，并將與發(fā)送Beacon幀的簇 頭節(jié)點(diǎn)之間鏈路代價(jià)保存在路由表中。
10.如權(quán)利要求7所述的西瓜育苗環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟104具體 包括簇成員節(jié)點(diǎn)將采集到的環(huán)境參數(shù)發(fā)送給加入的簇頭節(jié)點(diǎn)；簇頭節(jié)點(diǎn)將自身采集的環(huán)境參數(shù)和接收到的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行融合處理，將所述處理后的 環(huán)境參數(shù)發(fā)送給相鄰鏈路代價(jià)最小的其它簇頭節(jié)點(diǎn)或無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種西瓜育苗環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，其中該系統(tǒng)包括無線傳感器節(jié)點(diǎn)，用于采集育苗場(chǎng)所的環(huán)境參數(shù)，將所述環(huán)境參數(shù)處理并發(fā)送；無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，用于接收無線傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的環(huán)境參數(shù)；監(jiān)測(cè)終端，與所述無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)相連接，用于將接收到的所述處理后得到環(huán)境參數(shù)存儲(chǔ)，并且與存儲(chǔ)的適于西瓜生長(zhǎng)的環(huán)境參數(shù)閾值相比較，根據(jù)比較結(jié)果控制育苗場(chǎng)所的環(huán)境。本發(fā)明提供的系統(tǒng)及方法，能夠根據(jù)采集的環(huán)境參數(shù)控制西瓜育苗環(huán)境，從而保證西瓜苗的成活率，減少農(nóng)民損失，提高西瓜產(chǎn)量，增加農(nóng)民收入。
文檔編號(hào)A01G1/00GK101848240SQ20101016880
公開日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2010年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月5日
發(fā)明者左小苗, 張樹亮, 張港紅, 朱益龍, 趙佳寧, 高萬林 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)