基于ZigBee的温室环境控制装置的制作方法

背景技术：
：：采用物联网技术对温室环境进行监控以实现精准控制、提高作物产量并降低人力成本是现代农业监控技术的发展趋势。ZigBee无线技术是一种近距离，低复杂度，低速率的双向无线通讯技术。同时因其自组网、低功耗、低成本等许多优点，已成为温室监控中应用最为广泛的无线传感网络技术。但是，现有的许多基于ZigBee无线技术的温室作物环境监控系统存在部署困难，维护工作量大的缺点。同时，现有利用ZigBee无线技术进行应用的物联网技术，如中国专利号为，2013200406196的《基于物联网现代农业远程控制系统》其包括环境温度采集节点，通过WIFI或ZigBee无线通信系统与环境终端相连接。但是一方面，该系统需要外部提供电源装置，对控制系统进行电源供应，在电力电池电源难以达到的地方，其生产使用即会受到极大的局限；另一方面，该系统还存在布置困难，因此，在现实的对温室环境的进行生产控制中难以推广使用；且运行费用也会相应的增加。技术实现要素：：本实用新型就是要克服上述缺点，针对现有技术的不足，提供一种基于ZigBee的温室环境控制装置，所述控制装置与处于温室环境内的所述控制系统周围相应的若干传感器和/或执行器节点利用终端节点绑定技术进行绑定，构成一本地局域控制网络；所述基于ZigBee无线技术的温室作物环境装置部署方便，维护工作量小，运行费用低。本实用新型一种基于ZigBee的温室环境控制装置，包括控制器，所述控制器与处于温室环境内的所述控制器周围相应的若干传感器和/或执行器节点利用终端节点绑定技术进行绑定，构成一本地局域控制网络；控制器从传感器节点获取各种温室环境内的当前参数值，并根据用户ZigBee协议设定的阈值，向执行器节点发送开/关执行器的指令，实现对作物产物的温室环境参数的调节控制。所述控制器包括CC2530模块、ZigBee天线模块、按键模块、闪灯模块、太阳能模块、电池模块、电源管理模块；所述CC2530模块分别与电源管理模块、ZigBee天线模块、蓝牙模块、按键模块、闪灯模块相连接；所述太阳能模块经电池模块与电源管理模块相连接；所述电源管理模块蓝牙模块、按键模块相连接。所述温室环境包括温室内空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤水分、CO2浓度、光照强度、温室外风速、温室外风向；所述控制器分别与室内环境的若干土壤或水分传感器及执行器相对应连接。所述按键模块包括复位按钮和绑定按钮，所述复位按钮控制系统复位；所述绑定按钮控制触发终端节点绑定事件，实现本地局域控制网络的构建。所述控制器还包括若干软件控制器，所述软件控制器控制温室环境内微气候与土壤参数，包括温度控制器、空气湿度控制器、光照控制器、CO2浓度控制器、土壤水分控制器。所述控制器包括本地局域控制网络的自动注册机制，是在用户设置完成本地控制网络的标识后，控制器将该标识发送至上位机，为温室环境控制系统注册一新的本地局域控制网络。所述控制器还包括对温室环境的温室内微气候和土壤参数的控制；所述温室内微气候控制是包括空气温度、空气湿度、CO2浓度与光照强度控制；所述土壤参数控制是包括土壤水分、土壤温度、土壤养分、pH值控制。所述控制器包含传感器和/或执行器虚拟设备，所述虚拟设备代理实际的与物理传感器和执行器之间的无线通信，各软控制器连接于虚拟设备。所述软件控制器的温度控制器与空气温度虚拟传感器、土壤温度虚拟传感器、光照强度虚拟传感器、虚拟暖风机、虚拟天窗、虚拟温室门、虚拟卷膜器、虚拟风机及空气湿度虚拟控制器相连接；空气湿度控制器与空气湿度虚拟传感器、虚拟加湿器、虚拟卷膜器、虚拟风机、虚拟温室门相连接；光照控制器与光照虚拟传感器、虚拟遮阳网相连接；CO2浓度控制器与CO2浓度虚拟传感器及虚拟CO2释放器相连接；土壤水分控制器与土壤水分虚拟传感器、虚拟浇灌设备、虚拟施肥机相连接。本实用新型所述装置采用上述结构，存在下述优点，一是装置易于部署，表现在：（1）用户只需要进行按键绑定，并通过PAD设置好本地局域网各装置设备标识，就可以将本实用新型的装置设备与传感器/执行器进行关联，构建起一个本地局域控制网络。（2）本系统装置是提供了本地局域控制网络的自动注册机制，从而可以由上位机自动、动态设置各项控制参数。大大减少作物环境参数设置的工作量。二是本实用新型的装置设备易于维护，表现在（1）具有通用性。本装置设备可以用于任何作物的控件环境的控制，可以大大减少用户维护不同类型设备的工作量；（2）用户不需要在系统的装置设备的外壳上标识节点用途，从而大大减少记忆与查找相应设备的负担。附图说明：图1，为本实用新型的控制装置与传感器与执行器的实施方式连接示意图；图2，为本实用新型装置设备的各模块连接示意图；图3，为本实用新型装置各软控制器的虚拟设备传感器与执行器的无线通信的环境数据传输连接控制图；图1中，作物A代表温室内种植的某作物，MC，为主控制节点，即为本装置，m1、m2，为二土壤水分传感器点，di，为滴灌执行器点。具体实施方式：下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明；通过下述实施例将有助于进一步理解本实用新型，但不限制本实用新型的内容。实施例：如图1-3所示，本实用新型一种基于ZigBee的温室环境控制装置，所述控制装置与周围相应的若干传感器和/或执行器节点通过终端节点绑定技术绑定，构成一本地局域控制网络；所述控制装置从传感器节点获取各种温室环境当前参数值，并根据用户设定的阈值，向执行器节点发送开/关执行器的指令，实现对作物温室环境参数的调节。本实用新型所述控制装置下称控制器，与其周围的若干个传感器/执行器节点通过终端设备绑定技术进行绑定，组成一个本地局域控制网络，如图1所示，每种作物的环境感知与控制都通过部署一个本地局域控制网络实现。即控制器定期从传感器节点获取各种温室环境参数的当前值，并根据用户设定的阈值，向执行器节点发送开/关执行器的指令从而完成作物环境参数的调节。本实用新型控制装置由7个模块组成，如图2所示，分别为CC2530模块、ZigBee天线模块、按键模块、闪灯模块、太阳能模块、电池模块、电源管理模块。CC2530模块分别与ZigBee天线模块、按键模块、闪灯模块相连接；而太阳能模块、电池模块、电源管理模块依次连接后与CC2530模块相连，而电源管理模块进一步的与按键模块、蓝牙模块相连接为其提供电源。所述CC2530模块其主功能是负责：检测用户是否按键，从而触发终端节点绑定事件；向闪灯模块发送高低电平信号，以开/关LED灯；通过ZigBee无线模块向传感器发送获取当前环境参数的无线消息，以获取当前环境数据；执行各种控制算法。所述ZigBee无线模块，向执行器、传感器发送无线信号。所述蓝牙模块,用于与用户的PDA通信；所述按键模块，用于接收用户的按键输入。按键模块包括有两个按钮：复位按钮和绑定按钮。用户按下复位按钮时，将引起系统复位。当用户按下绑定按钮，将触发终端节点绑定事件以实现本地控制网络的组建。所述闪灯模块用于向用户发出系统故障、绑定成功、设备OK等不同的提示信息。太阳能模块用于吸收太阳能，并对电池进行充电；电源管理模块对对电池的输出电压进行稳压，并输出两路电源，一路为1.8V，供CC530CPU使用，另一路为3.3V，供CC2530的片上外设，以及蓝牙模块、按键模块、闪灯模块使用。本实用新型基于ZigBee的温室环境控制装置的实现方式为，温室环境的控制包括有两个方面，一是温室内微气候的控制，其控制参数包括空气温度、空气湿度、CO2浓度与光照强度等。这些参数与作物的光合作用过程密切相关；二是土壤参数的控制，包括土壤水分、土壤温度、土壤养分、pH值等。如图3所示是本实用新型所述控制器的温室环境控制逻辑图。装置包括5个软控制器，包括温度控制器、空气湿度控制器、光照控制器、CO2浓度控制器、土壤水分控制器；温度控制器与空气温度虚拟传感器，土壤温度虚拟传感器，光照强度虚拟传感器，虚拟暖风机，虚拟天窗，虚拟温室门，虚拟卷膜器，虚拟风机及空气湿度虚拟控制器相连接；空气湿度虚拟控制器与空气湿度虚拟传感器，虚拟加湿器，虚拟卷膜器，虚拟风机，虚拟温室门相连接；光照虚拟控制器与光照虚拟传感器，虚拟遮阳网相连接；CO2浓度虚拟控制器与CO2浓度虚拟传感器，虚拟CO2释放器相连接；土壤水分控制器与土壤水分虚拟传感器，虚拟浇灌设备，虚拟施肥机相连接。用于完成温室内微气候控制与土壤参数控制。由于土壤温度与室内空气温度的相关性，本实用新型装置采用一个温度控制器对两者进行统一控制，以同时满足作物对空气温度与土壤温度的要求。输入到温度控制器的传感器数据除了空气温度、土壤温度外，还有光照强度，光照强度数据主要用于天窗的控制，即只有在阳光强度超过用户指定的阈值时才会开启，以便更快调节室内温度。温度控制器支持的执行器包括风机、卷膜器、温室门、天窗和暖风机。空气湿度控制器的执行器由温室门、风机和加湿器构成；其中，温室门、风机、卷膜器是与温度控制共享的执行设备。为了保障空气温度控制优先于湿度控制，空气湿度控制器除了实时采集空气湿度作为输入数据外，同时，还把温度控制器的当前状态作为输入。只有在温度控制器当前处于保温状态下，空气湿度控制器才会将控制数据输出给温室门和风机。光照强度控制器通过光照强度传感器获取当前的光照强度，当光照强度超过阈值时，就会向遮阳网执行器发出打开指令，从而减少室内光照，否则关闭遮阳网。CO2浓度控制器通过CO2浓度传感器获取当前的CO2浓度，当CO2浓度超过阈值时，就会向CO2释放器发出关闭指令，从而停止释放CO2，否则发出释放CO2指令。土壤水分控制器的执行器包括浇灌设备和水肥一体机。浇灌设备包括喷灌器与滴灌器两种类型。当土壤水分低于阈值时，土壤水分控制器会向浇灌设备与施肥机同时发送“打开”命令以实现土壤水分的调节。因此，需要施肥时，用户只需要利用水肥一体机配好肥料并开启水肥一体机总电源即可。本实用新型图3中的所述传感器与执行器均为虚拟设备。虚拟设备用于代理本装置与实际的物理传感器和执行器之间的无线通信，各软控制器通过虚拟设备获取所需要的当前环境数据或是输出控制命令。其实现原理是：只有存在相应的物理设备时，虚拟设备才会被激活；一个虚拟设备可以关联多个同类型的物理设备。例如，一个土壤水分虚拟传感可以关联多个物理土壤水分传感器节点，并定时向各物理传感器发送“获取实时数据”的无线消息命令；软控制器调用虚拟传感器对象的getData()操作获取当前数据。当存在多个物理传感器与其对应时，该方法会自动调用数据融合算法对数据融合；软控制器调用虚拟执行器的act()操作发出无线命令。当存在多个物理执行器与之对应时，该方法会依次向所有物理执行器发出无线命令。本实用新型控制系统的控制器的标识策略：节点标识是本装置的执行器能够易于部署和维护的基础。执行器节点的标识如下表1所示。表1，长度（字节）12112字段节点类型温室号作物ID土地块号网络地址说明其中：节点类型固定为0x01，用于表示该节点为控制器，具体实施时，也可以在出厂时设定为其它编号；温室号：在一个温室群中，用于标识不同的温室；作物的ID：用于标识本装置服务的作物类型；土地块号：用于区分同一个温室中种植在不同地块中的同种类型的作物，这些作物各需要一个本地控制网络调节其作物环境；网络地址：网络地址用于本设备与上位通信；网络地址由设备在加入网络后自动填写，不需要用户指定。控制器标识的设置：控制器标识中的各字段中，温室号、作物ID、土地块号需要有户设置。用户通过PDA，通过蓝牙与控制器通信，设置控制器的标识，将控制器与其服务的温室、作物以及具体的地块进行关联。本实用新型的本地局域控制网络的自动注册机制，当用户设置完成控制器的标识后，控制器会把其标识发送给上位机，向系统注册一个新的本地控制网络。上位机会周期性检测已注册的本地网络是否在线，如果确定不在线，会自动从注册表中将其删除，从而实现本地控制网络的自动增删，同时向用户报告。控制参数的设置：控制器支持两种控制参数设置方法，方法一：通过上位机设置，用户将作物生长模型存储在上位机中。上位机从存储在本地控制网络数据库中的控制器的标识得到其控制的作物类型，并据此从作物生长模型数据库中获取该作物的各项控制参数发送给控制器，从而完成受控变量目标参数的自动设置。方法二：用户直接利用PDA，通过蓝牙与控制器通信，对控制参数进行设置。控制器对作物环境进行本地控制，采用事件驱动机制，其事件处理流程控制器响应的事件类型有四种：2min定时事件(TIMER_2MIN_EVT)、无线消息事件(AF_INCOMING_MSG_CMD)、串口通信事件(SERIAL_EVT)和按键事件KEY_CHANGE)。TIMER_2MIN_EVT用于执行周期性的任务，包括作物环境的控制和节点在线检查。作物环境控制是控制器承担的主要功能，由每个Controller对象的do()操作完成，执行周期为2min。会首先判断系统是否处于自动控制模式，只有在自动控制模式下，系统才会调用各种软控制器的do()执行相应的控制功能，包括温度控制器、湿度控制器、光照控制器等。本实用新型所述控制器的部署：控制器具有通用性，部署方便，其部署步骤如下：将控制器安装在合适的位置；控制器节点上电；在控制器与传感器/执行器上同时按下按钮，将控制器与其相关联的传感器/执行器设备绑定；用户借助PDA，在本地利用蓝牙通信，设置好控制器的标识。如果上位机中没有作物环境数据库，则要同时设置好控制参数。将控制模式设置为自动控制，默认为手动控制。以上所述仅为本实用新型之较佳实施例而己，并非以此限制本实用新型的实施范围，凡熟悉此项技术者，运用本实用新型的原则及技术特征，所作的各种变更及装饰，皆应涵盖于本权利要求书所界定的保护范畴之内。当前第1页1 2 3