基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)施環(huán)境綜合參數(shù)測試儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)施環(huán)境綜合參數(shù)測試儀，要由數(shù)據(jù)信息采集部分（即物聯(lián)網(wǎng)的感知層）、信息傳輸部分（即物聯(lián)網(wǎng)中的傳輸層）和監(jiān)測中心部分（物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層）組成。本實用新型采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采集設(shè)施內(nèi)多個點的溫度、空氣濕度，土壤溫濕度、光照度等環(huán)境參數(shù)，并將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)測中心，監(jiān)測中心對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，將數(shù)據(jù)及分析結(jié)果反饋給用戶；本實用新型設(shè)計合理、安裝布設(shè)及實用操作簡便且使用效果良好，能真正發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)的效用和價值，有效的解決了數(shù)據(jù)傳輸速率慢、傳輸距離近、數(shù)據(jù)管理與分析不充分以及測量點數(shù)少的問題。
【專利說明】基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)施環(huán)境綜合參數(shù)測試儀
(-)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)施環(huán)境綜合參數(shù)測試儀，具體涉及一種使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能采集設(shè)施環(huán)境內(nèi)溫度、空氣濕度，土壤溫濕度、光照度等環(huán)境參數(shù)，并將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)測中心，監(jiān)測中心對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，將數(shù)據(jù)及分析結(jié)果反饋給用戶的設(shè)施環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。
(二)【背景技術(shù)】
[0002]設(shè)施環(huán)境是一個復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境，環(huán)境中的溫度、濕度、光照強度、C02 (二氧化碳)濃度等環(huán)境參數(shù)對農(nóng)作物的生產(chǎn)有很大的影響。對設(shè)施環(huán)境中的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的采集、傳輸和處理，將有利于對農(nóng)產(chǎn)品生長進(jìn)行科學(xué)管理；目前，現(xiàn)有的測試儀主要采用現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)傳輸方式，在傳輸速率和距離方面存在缺陷，對采集的設(shè)施環(huán)境信息缺少進(jìn)一步的管理與數(shù)據(jù)分析；在設(shè)施大棚生產(chǎn)中，棚內(nèi)一天中不同時間、不同位置點的溫度不同，對作物生長造成影響的往往是從某一個時間段某個局部點高溫或者低溫開始的，因此溫度測量必須是多點采集；而現(xiàn)有的測試儀只對設(shè)施內(nèi)單點或者少點進(jìn)行溫度測量，不能綜合反映設(shè)施內(nèi)溫度變化情況。
(三)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決以上問題，本實用新型提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)施環(huán)境綜合參數(shù)測試儀，有效的解決了傳輸速率慢、傳輸距離近、數(shù)據(jù)管理與分析不充分以及測量點數(shù)少等問題；本實用新型采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)對設(shè)施環(huán)境內(nèi)多個節(jié)點的溫度、濕度、光照強度、土壤溫濕度等環(huán)境指標(biāo)的監(jiān)測，通過GPRS模塊將信息傳送到監(jiān)測中心，監(jiān)測中心對數(shù)據(jù)做進(jìn)一步分析與處理，反饋給用戶。
[0004]本實用新型通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0005]一種基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)施環(huán)境綜合參數(shù)測試儀主要由數(shù)據(jù)信息采集部分(即物聯(lián)網(wǎng)的感知層)、信息傳輸部分(即物聯(lián)網(wǎng)中的傳輸層)和監(jiān)測中心部分(物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層)組成。其結(jié)構(gòu)要點為數(shù)據(jù)信息采集部分與信息傳輸部分及監(jiān)測中心部分之間進(jìn)行無線傳輸。
[0006]所述的數(shù)據(jù)信息采集部分包括至少一個數(shù)據(jù)信息采集節(jié)點，數(shù)據(jù)信息采集節(jié)點通過無線網(wǎng)絡(luò)相連。
[0007]所述的數(shù)據(jù)信息采集節(jié)點包括傳感器模塊及與之相連接的處理器模塊、無線通信模塊和能量供應(yīng)模塊；能量供應(yīng)模塊為傳感器模塊、無線通信模塊、處理器模塊供電；所述的傳感器模塊包括溫度傳感器、濕度傳感器、光照度傳感器、CO2傳感器、土壤溫濕度傳感器和太陽輻射傳感器；所述的溫度傳感器選用DS18B20，采用單總線技術(shù)，進(jìn)行多點同時測量，檢測設(shè)施環(huán)境內(nèi)的空間溫度變化規(guī)律；土壤溫濕度傳感器采用IIC總線技術(shù)，在距離地表垂直距離多個深度埋設(shè)SHTll型土壤溫濕度傳感器，測量地表不同深度的土壤溫濕度，檢測地表灌溉前后的土壤溫濕度變化規(guī)律；
[0008]所述的能量供應(yīng)模塊選用鋰電池。[0009]通過測量數(shù)據(jù)信息采集節(jié)點的平均工作電流，再結(jié)合電池容量估算數(shù)據(jù)信息采集節(jié)點的工作壽命。
[0010]信息采集部分通過無線網(wǎng)絡(luò)與信息傳輸部分的匯聚節(jié)點相連，匯聚節(jié)點連接有RS232電平轉(zhuǎn)換電路，RS232電平轉(zhuǎn)換電路連接有TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊連接GPRS模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0011]所述的監(jiān)測中心部分包括服務(wù)器。
[0012]另外本實用新型所述監(jiān)測中心連接有互聯(lián)網(wǎng)接口模塊或2G/3G無線通信模塊。
[0013]本實用新型的有益效果:可將本實用新型多個數(shù)據(jù)信息采集節(jié)點安放在設(shè)施環(huán)境不同的位置上，來監(jiān)測不同位置的環(huán)境信息。每個數(shù)據(jù)信息采集節(jié)點將監(jiān)測的數(shù)據(jù)定時匯總到匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點再將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)測中心，監(jiān)測中心可以實時顯示設(shè)施環(huán)境信息，查詢歷史數(shù)據(jù)。
[0014]由上可知，本實用新型采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過無線傳輸設(shè)施環(huán)境信息，無需布置線纜，可靠性高，成本低；通過將數(shù)據(jù)實時上傳到監(jiān)測中心，監(jiān)測中心對其進(jìn)行處理。
(三)【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進(jìn)一步說明。本實用新型的保
[0016]護范圍不僅限于以下內(nèi)容的描述。
[0017]圖1是本實用新型系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖2是本實用新型節(jié)點結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖3是本實用新型節(jié)點程序流程圖。
(五)【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步闡述。下述未述及的相關(guān)技術(shù)內(nèi)容均可采用或借鑒現(xiàn)有技術(shù)。
[0021]如圖1所示，本實用新型由數(shù)據(jù)信息采集部分(即物聯(lián)網(wǎng)的感知層)、信息傳輸部分(即物聯(lián)網(wǎng)中的傳輸層)和監(jiān)測中心部分(即物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層)組成。數(shù)據(jù)信息采集部分與信息傳輸部分進(jìn)行無線通訊，信息傳輸部分與監(jiān)測中心部分進(jìn)行無線通訊。
[0022]本實用新型所述的數(shù)據(jù)信息采集部分包括至少一個數(shù)據(jù)信息采集節(jié)點，每個數(shù)據(jù)信息采集節(jié)點通過無線網(wǎng)絡(luò)相連。在距離數(shù)據(jù)信息采集節(jié)點水平方向50、100、150、200、250、300、350、400、450、500cm等多個距離連接DS18B20型溫度傳感器；在距離地表垂直距離為10、20、30、40、50、60、70、80、90、100011等10個深度各埋設(shè)SHTll型土壤溫濕度傳感器
[0023]如圖2所示，本實用新型所述的數(shù)據(jù)信息采集節(jié)點包括傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊、能量供應(yīng)模塊；
[0024]所述的處理器模塊由處理器CC2430、AD轉(zhuǎn)換芯片ADS8344、I/V轉(zhuǎn)換電路、時鐘電路32M和32.768K、復(fù)位電路、存儲器AT24C02組成；CC2430為整個處理器模塊的核心，協(xié)調(diào)整個信息的采集、預(yù)處理及傳輸。
[0025]與處理器模塊連接有傳感器模塊；其中所述的傳感器模塊包括溫度傳感器，濕度傳感器，光照度傳感器，CO2傳感器，土壤溫濕度傳感器，太陽輻射傳感器。
[0026]如圖2所示，所述的溫度傳感器選用DS18B20，采用單總線技術(shù)，多個溫度傳感器掛載到一根總線上，利用DALLAS公司的單總線控制協(xié)議，實現(xiàn)了利用單線控制信號在總線上進(jìn)行通信，能夠進(jìn)行多點同時測量，檢測實施環(huán)境內(nèi)的空間溫度變化規(guī)律；所述的土壤溫濕度傳感器型號為SHT11，采用IIC總線技術(shù)，測量地表不同深度的土壤溫濕度，檢測地表灌溉前后的土壤溫濕度變化規(guī)律。
[0027]如圖2所示，濕度傳感器、光照度傳感器、CO2傳感器、太陽輻射傳感器等輸出都為標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA電流，其采集過程為輸出的電流信號經(jīng)過電流電壓轉(zhuǎn)換后，轉(zhuǎn)換為電壓信號，電壓信號經(jīng)過采樣保持電路，然后再經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換芯片ADS8344進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最終將產(chǎn)生的數(shù)字量送入處理器模塊。
[0028]為了估算數(shù)據(jù)信息采集節(jié)點的工作壽命，保證電池電量耗盡之前更換電池，把數(shù)據(jù)信息采集節(jié)點的工作狀態(tài)標(biāo)定為四個:空閑狀態(tài)、發(fā)射接收信息狀態(tài)、數(shù)據(jù)采集狀態(tài)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換狀態(tài)，分別對四個狀態(tài)的持續(xù)時間及電流進(jìn)行測量，計算出數(shù)據(jù)信息采集節(jié)點平均工作電流，再結(jié)合電池容量估算出數(shù)據(jù)采集節(jié)點的工作壽命。
[0029]所述的無線傳輸模塊采用CC2430芯片上整合的ZigBee射頻(RF)，工作在2.4GHZ的頻率下；可保證在復(fù)雜環(huán)境下的通信質(zhì)量和安全，在不采用功率放大芯片的前提下，傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)100米；設(shè)施內(nèi)每個傳感器節(jié)點通過無線傳輸模塊，采用自組網(wǎng)方式，構(gòu)建農(nóng)業(yè)設(shè)施內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。
[0030]所述傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊、能量供應(yīng)模塊密封在一起。各模塊均采用小型化設(shè)計，這樣有利于數(shù)據(jù)信息采集節(jié)點在現(xiàn)場安裝時的靈活性。
[0031]如圖3所示，數(shù)據(jù)信息采集部分的工作流程如下:上電先進(jìn)行硬件初始化和網(wǎng)絡(luò)初始化，監(jiān)測中心向數(shù)據(jù)信息采集節(jié)點發(fā)送地址信息和傳感器信息，節(jié)點等待控制中心指令，接收到指令后，執(zhí)行相應(yīng)的指令處理程序，并將結(jié)果通過無線通信模塊發(fā)送到Internet網(wǎng)絡(luò)。
[0032]數(shù)據(jù)信息采集模塊將采集的數(shù)據(jù)通過無線通信模塊，發(fā)送到上述的信息傳輸部分的匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點接收的數(shù)據(jù)通過RS232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，將TTL電平轉(zhuǎn)換為232電平，再經(jīng)過TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)信號，再經(jīng)過GPRS模塊傳入Internet 網(wǎng)絡(luò)。
[0033]所述監(jiān)測中心包括服務(wù)器以及以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的監(jiān)控處理軟件。其中服務(wù)器可采用因特網(wǎng)B/S架構(gòu)，配合監(jiān)控處理軟件；系統(tǒng)以ASP.Net作為客戶端技術(shù)，在.NET平臺中實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的集成管理，可以對外提供WEB服務(wù)器功能，實時提供設(shè)施環(huán)境信息。
[0034]同時監(jiān)測中心還提供即時查詢功能，可以將要查詢的節(jié)點信息以及查詢命令通過信息傳輸部分發(fā)送給相應(yīng)節(jié)點。節(jié)點接收到命令后再將數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)測中心。
[0035]所述監(jiān)測中心接口模塊采用互聯(lián)網(wǎng)接口模塊或2G/3G無線通信模塊。
[0036]用戶可以使用計算機或者手持移動設(shè)備通過互聯(lián)網(wǎng)來訪問監(jiān)測中心的服務(wù)器，可以方便快捷的查詢整個設(shè)施環(huán)境的信息。
[0037]本實用新型實現(xiàn)了對設(shè)施環(huán)境信息的采集、傳輸、存儲、分析直至在監(jiān)測中心顯示和處理，可以精確的獲取設(shè)施環(huán)境信息，對設(shè)施環(huán)境內(nèi)狀況進(jìn)行實時、精準(zhǔn)地監(jiān)測與評估。
[0038]下面說明本實用新型整個系統(tǒng)的工作流程:不同的數(shù)據(jù)信息采集節(jié)點通過路由協(xié)議構(gòu)成了一個無線自組織網(wǎng)絡(luò)，整個網(wǎng)絡(luò)定時地將每個節(jié)點的環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送到信息傳輸部分，信息傳輸部分將所收集的數(shù)據(jù)再通過互聯(lián)網(wǎng)或者2G/3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)測中心，監(jiān)測中心將接收的數(shù)據(jù)存儲到服務(wù)器中。
[0039]可以理解的是，以上關(guān)于本實用新型的具體描述，僅用于描述本實用新型而并非受限于本實用新型實施例所描述的技術(shù)方案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本實用新型進(jìn)行修改或等同替換，以達(dá)到相同的技術(shù)效果；只要滿足使用需要，都在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)施環(huán)境綜合參數(shù)測試儀，其特征在于由數(shù)據(jù)信息采集部分、信息傳輸部分和監(jiān)測中心部分組成；所述數(shù)據(jù)信息采集部分與信息傳輸部分及監(jiān)測中心部分之間進(jìn)行無線傳輸；所述的數(shù)據(jù)信息采集部分包括至少一個數(shù)據(jù)信息采集節(jié)點，數(shù)據(jù)信息采集節(jié)點間通過無線網(wǎng)絡(luò)相連；所述的數(shù)據(jù)信息采集節(jié)點包括傳感器模塊及與之相連接的處理器模塊、無線通信模塊和能量供應(yīng)模塊；能量供應(yīng)模塊為傳感器模塊、無線通信模塊、處理器模塊供電；所述的傳感器模塊包括溫度傳感器、濕度傳感器、光照度傳感器、CO2傳感器、土壤溫濕度傳感器和太陽輻射傳感器；所述的溫度傳感器選用DS18B20，采用單總線技術(shù)，多個溫度傳感器掛載到一根總線上，進(jìn)行多點同時測量；土壤溫濕度傳感器采用IIC總線技術(shù)，在距離地表垂直距離多個深度埋設(shè)SHTll型土壤溫濕度傳感器，測量地表不同深度的土壤溫濕度；所述的能量供應(yīng)模塊選用鋰電池；所述的信息采集部分通過無線網(wǎng)絡(luò)與信息傳輸部分的匯聚節(jié)點相連，匯聚節(jié)點連接有RS232電平轉(zhuǎn)換電路，RS232電平轉(zhuǎn)換電路連接有TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊連接GPRS模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；所述的監(jiān)測中心部分包括服務(wù)器。
【文檔編號】G01D21/02GK203405235SQ201320555135
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月6日
【發(fā)明者】侯加林, 張觀山, 郎需強, 劉林, 王震, 魏珉 申請人:山東農(nóng)業(yè)大學(xué)