中药材生长环境信息采集装置的制作方法

本发明涉及物联网技术领域，特别涉及一种中药材生长环境信息采集装置。

背景技术：

现阶段物联网技术在农业上的应用多数是以设施农业为环境进行应用，缺少针对大田、露天环境中药材的研究和应用。现有无线环境采集网络大多基于集群通信系统、GSM短消息以及CDMA/GPRS等技术，存在网络建设成本高、公共网络接入速率低、操作复杂、网络覆盖范围小、信息难以共享等缺点，一定程度上影响到田间环境信息采集的效果。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种中药材生长环境信息采集装置，通过无线传感器对相应数据进行采集，采用关联分析、聚类方法等数据挖掘方法对采集数据进行分析，利用嵌入式技术、Android平台技术和.NET技术等，构建上位机和下位机系统，为中药材生长环境信息采集与数据挖掘提供理论与技术依据。

为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：一种中药材生长环境信息采集装置，其特征在于：所述中药材生长环境信息采集装置包括通过物联网连接的上位机系统和下位机系统，上位机系统为系统远程监控管理平台，实施对中药材生长环境信息参数的采集、数据存储、分析；下位机系统包括传感器模块，传感器模块通过无线网与数据控制模块连接，数据控制模块通过网关与下位机连接；中药材生长环境数据ZigBee无线传感器网络采用星形拓扑结构，ZigBee无线传感器网络实现了对中药材生长环境进行数据采集，采用嵌入式ARM微控制器及Linux下的嵌入式GUI开发系统，将汇总的数据进行处理打包、AD转换后通过4G路由器发送到服务器，针对中药材生长环境因子多维、动态、不确定等特性，拟采用Apriori 算法和kmeans算法等数据挖掘技术，对因子数据进行智能分析，以支持环境调控与综合管理决策，基于Web中药材生长数据挖掘系统，实现对采集数据的存储、查询、分析及个性化推荐。

优选的，所述传感器模块包括环境的温度传感器、环境的湿度传感器、土壤水分传感器、风速风向传感器，传感器模块的模拟信号通过A/D转换成数字信号，湿度传感器是数字传感器，可直接传输给单片机，主控芯片对数据进行波过滤处理后打包送至网络中的子节点。

采用以上技术方案的有益效果是：该中药材生长环境信息采集装置运用不同传感器作为网络中的节点，采集中药材生长环境的温度、湿度、光照强度、二氧化碳浓度、水分、以及其他养分等主要信息。通过Zigbee无线通信技术把采集的数据汇聚到下位机的网关上，下位机再根据需要利用互联网技术、4G技术将数据传输给位于上位机的中药材生长环境挖掘系统中。通过数据挖掘技术、Android平台技术及.NET等技术构建中药材生长环境挖掘系统，实现信息的存储、查询、分析及个性化推荐等功能。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

图1是下位机系统数据采集模块框架图；

图2是数据采集结构框图；

图3是CC2530外围电路图；

图4是传感器节点程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明一种中药材生长环境信息采集装置的优选实施方式。

结合图1、图2、图3和图4出示本发明一种中药材生长环境信息采集装置的具体实施方式：该中药材生长环境信息采集装置包括通过物联网连接的上位机系统和下位机系统，上位机系统为系统远程监控管理平台，实施对中药材生长环境信息参数的采集、数据存储、分析；下位机系统包括传感器模块，传感器模块通过无线网与数据控制模块连接，数据控制模块通过网关与下位机连接；中药材生长环境数据ZigBee无线传感器网络采用星形拓扑结构，ZigBee无线传感器网络实现了对中药材生长环境进行数据采集，采用嵌入式ARM微控制器及Linux下的嵌入式GUI开发系统，将汇总的数据进行处理打包、AD转换后通过4G路由器发送到服务器，针对中药材生长环境因子多维、动态、不确定等特性，拟采用Apriori算法和kmeans算法等数据挖掘技术，对因子数据进行智能分析，以支持环境调控与综合管理决策，基于Web中药材生长数据挖掘系统，实现对采集数据的存储、查询、分析及个性化推荐。

通过问卷调查、走访、数据分析、实地观察等形式进行。分析调查数据，提炼服务主体的主要信息化需求。根据该需求，提出该服务系统的实现目标与主要内容；为系统构建提供可靠依据。

系统拟采用上、下位机控制方案。下位机方案主要是数据采集模，它负责对中药材生长环境信息的数据采集。上位机为系统远程监控管理平台，实施对中药材生长环境信息参数的采集、数据存储、分析等功能；采用可视化编程语言设计界面友好的中药材生长环境信息采集与挖掘系统。

数据采集控制模块是下位机系统的核心，可以采集传感器的输出的信号，并能输出控制信号进行智能控制，该模块的稳定程度决定了整个项目的好坏。环境的数据采集是通过单片机来实现的，温度、土壤水分、大气压力、风速风向等传感器的模拟信号通过A/D转换成数字信号，湿度传感器是数字传感器，可直接传输给单片机，主控芯片对数据进行波过滤处理后打包送至网络中的子节点。

硬件的设计以模块化的设计思想为核心，将终端节点主要分成数据处理模块、功放模块和数据采集模块等，协调器节点包括数据处理模块、射频部分和电源模块等；电路图设计部分对各模块进行了相应的电路设计，使得协调器节点、终端节点及路由器节点结构紧凑、功能集成、自组网能力强、运行稳定可靠，支持多级休眠和唤醒模式，最大限度的降低功耗。

拟采用CC2530处理芯片，它是TI公司在2.4GHz频段推出的第二代支持IEEE802.15.4/ZigBee协议的片上系统(System On a Chip，SOC)芯片。CC2530的应用比较简单，只需要外接少数的电路即可实现。因为CC2530本身带有射频的功能，一般对于小功率网络节点的设计不需要外加额外的射频芯片，CC2530外加一些简单电路即可实现射频功能。但是在设计节点时，对于发射功率会有一定的求，一般要求传输较远距离时需要加功放芯片，如CC2591。CC2530的外接电路如图3所示。

上位机的软件系统设计拟实现的功能模块有户管理模块、数据管理模块、数据挖掘模块等。

用户管理模块：通过该模块可设置不同用户的使用权限，不同监控点的职权对用户权限进行分级。

数据管理模块：包括创建数据表、数据的编辑、删除、添加等实现。

据挖掘模块：对待挖掘的数据进行分类，分析数据挖掘出有价值的信息，为中药材生长智能决策提供帮助。

下位位机的软件系统设计，拟采用嵌入式ARM微控制器及Linux下的嵌入式GUI开发系统。下位机中传感器的数据采集与控制是整个系统软件设计的关键，系统上电后首先初始化硬件及ZigBee协议栈，建立传感器网络，当有新的终端节点向协调器发送一个64bit的物理地址入网请求时，协调器首先检查该终端节点初始化信息是否在传感网络缓存表中，若不在，则在缓存表中记录该终端节点信息，并分配一个16bit的网络地址，完成终端节点的加入以及网络的建立。当终端节点发送数据时，数据经ZigBee协议栈应用层加工封装在网络层形成数据帧，并发送给MAC层，MAC层采用带载波检测多址与碰撞避免(CSMA/CA)算法接人网络通信信道进行数据传播。当协调器接收数据时，ZigBee协议栈PHY层的数据帧经MAC层到达网络层进行拆分，经过帧控制信息和帧校验信息的检查，取出帧有效载荷部分发送给应用层处理。传感器节点程序流程图如图4所示。

系统设计完成后将对系统进行各个功能模块及性能的测试与分析。如发现不良效果或问题将及时分析检查修改和完善，经过反复测试，直至系统良好运行。

通过系统的运行，通过中药材生长信息挖掘系统让用户了解到中药材生长环境信息的重要性，制定相关推广、争取与企业合作。

以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。