协议7和协调器8组成，所述协调器是由CC2530射频模块和stm32单片机组成，cc2530射频模块用于接收zigbee子节点发来的数据，stm32单片机用于在wifi条件下与上位机进行通信，以使上位机结合数据库的信息对温室信息做出分类、分析、处理，最后给出控制，所述网格状目标区域中的zigbee子节点的分布是采用遗传算法和模拟退火算法相结合的方法对zigbee子节点的组网算法进行优化，所述传感器部分集成在网格状目标区域内的zigbee子节点上，所述网格状目标区域的组网算法具体为:可根据区域大小设置节点布置方案，并确定网格的疏密度；当目标区域大，网格可以划分的相对稀疏，当目标区域小，可以划分的密度较大，划分的越密越好；考虑到越密，计算量越大，所以可自行调整疏密度；将目标区域划分成若干网格，最初在每个格点上放置zigbee子节点，按照组网算法对每个zigbee子节点进行判断，若该节点去掉后目标区域仍然被其他zigbee子节点所覆盖，则去掉该zigbee子节点，否则保留，然后按顺序对每个格点进行编号，在每个zigbee子节点上集成有湿度传感器、温度传感器、光照传感器和土壤湿度传感器，每个zigbee子节点由一组矢量表示，当目标区域中的一个节点接收信号，即这个节点就能覆盖到其周围临近的其它zigbee子节点上，这些被覆盖的zigbee子节点对应的矢量分量数值均为1，目标区域中没有覆盖的zigbee子节点的矢量分量数值即为O，当所有的节点用矢量的方式表示完毕后，在普通遗传算法中引入模拟退火机制，采用METROPOLIS准则随机接受适应值降低的解，当遗传算法当代解可以使全部传感器节点得到覆盖并且满足成本要求时，认为是最优解，当适应值在几代都保持不变或超过最大进化代数式，也认为算法收敛，最终产生的效果是能够在任意形状，任意面积的区域上产生节点布置方案，通过对于网格疏密的划分来找到一个最优方案，以实现最少的zigbee子节点最大面积的覆盖目标区域，大大节省了成本，降低了功耗，本发明所述zigbee子节点只具有信息采集和传递功能，不具备智能性，通过所述湿度传感器、温度传感器、光照传感器和土壤湿度传感器采集数据，经通过I2C总线和无线传感网执行内部的z-stack协议来传递转发数据，汇聚到协调器中，再通过协调器中的cc2530射频模块接收zigbee子节点发来的数据，通过stm32单片机在wifi条件下与上位机进行通信，上位机结合数据库的信息对温室信息做出分类、分析、处理，最后给出控制，再通过物联网云服务器内设有的事件触发机制传递给多终端，再通过继电器控制补光设备和浇水设备，以实现低价位、低成本的远程遥测和控制的功能，当数据达到某个设定预值的时候，会自动调用预先设定的规则，发送短信或微博，或邮件，方便用户访问并在云端设置异常检测，如果传感器状态异常或数据不在允许范围内，用户可以设置电子邮件、或POST微博推送、或app等多种警告方式，还可以充分利用平台的计算能力，定期将统计分析数据发送到邮箱内，也可根据物联网云服务器中设有双向传输和控制功能模块，将数据网络与社交网络融合，将存储在云端的数据快速的被API取回，放置到个人博客上，或者根据规则自动转发到指定的微博，使本发明工作在无线条件下，设备方便安装且后期维护较简单，在满足系统正常工作的条件下，最大程度的节省了 zigbee子节点数量，实现了超低功耗、超低成本。
[0032]本发明所述组网算法具体实施步骤为:首先将每个节点被zigbee子节点的覆盖情况进行编码:
初始值如图5所示，每个节点均为1111111111111111作为群体I，经过遗传算法运算去掉一个zigbee子节点(去掉的节点不会使任意一个编码为全O)作为群体2，判断群体2是否满足:每个节点只有一个zigbee子节点覆盖，即每个节点的12位编码中有且只有一位为1，或者节点成本已经降到预设成本或者群体2与群体I相同这个条件，若不满足条件，则群体2作为群体1，参加上述的运算，直到满足条件，输出最后的每个节点的编码，按照编码确定最后zigbee子节点的位置；如图6所示，第一个节点被两个zigbee子节点覆盖，则它的编码为0100100000000000，
所有zigbee子节点的传输范围能覆盖到节点I的所对应的编码位为1，zigbee子节点传输范围不能覆盖到节点I的对应编码位为O。
[0033]本发明由于采用上述结构，具有结构新颖、成本低、功耗低、设备维护简单、上位机界面简单、人机交互方便、报警方案多样等优点。
【主权项】
1.一种基于Zigbee的智能温室环境遥测与控制系统，其特征在于包括传感器部分、zigbee无线传感网部分、带有跨平台监控与数据库管理部分的上位机、wifi协议和多终端，所述zigbee无线传感网部分是由zigbee子节点组成的网格状目标区域、内置的z-stack协议和协调器组成，所述传感器部分经I2C总线与zigbee无线传感网部分相连，通过所述传感器部分采集数据，由zigbee无线传感网部分传递转发数据，汇聚到协调器中，再通过协调器接收zigbee无线传感网部分发来的数据，并通过wifi协议与上位机进行通信，所述上位机接收和存储数据并通过上位机中的跨平台监控与数据库管理部分与多终端无线连接。2.根据权利要求1所述的一种基于zigbee的智能温室环境遥测与控制系统，其特征在于所述网格状目标区域中的zigbee子节点的分布是采用遗传算法和模拟退火算法相结合的方法对zigbee子节点的组网算法进行优化。3.根据权利要求1或2所述的一种基于zigbee的智能温室环境遥测与控制系统，其特征在于网格状目标区域内的zigbee子节点上集成有所述传感器部分。4.根据权利要求2所述的一种基于zigbee的智能温室环境遥测与控制系统，其特征在于所述网格状目标区域的组网算法具体方法为:将目标区域划分成若干网格，每个网格用网格点表示，若网格点被覆盖时，认为此区域被覆盖，用矢量的方式来表示网格点的覆盖，为达到目标区域的全覆盖，目标区域中的每个点都至少被一个传感器节点所覆盖，即能量矢量汇总至少有一位为I，将初始种群设置为均匀分布，在普通遗传算法中引入模拟退火机制，采用METROPOLIS准则随机接受适应值降低的解，当遗传算法当代解可以使全部传感器节点得到覆盖并且满足成本要求时，认为是最优解，当适应值在几代都保持不变或超过最大进化代数式，也认为算法收敛，最终产生的效果是能够在任意形状，任意面积的区域上产生节点布置方案，通过对于网格疏密的划分来找到一个最优方案，以实现最少节点最大面积的覆盖。5.根据权利要求1所述的一种基于zigbee的智能温室环境遥测与控制系统，其特征在于所述上位机的跨平台监控与数据库管理部分采用app应用程序报警方式，或采用物联网云服务器。6.根据权利要求1所述的一种基于zigbee的智能温室环境遥测与控制系统，其特征在于本发明所述传感器部分包括湿度传感器、温度传感器、光照传感器和土壤湿度传感器。7.根据权利要求1所述的一种基于zigbee的智能温室环境遥测与控制系统，其特征在于所述协调器是由CC2530射频模块和stm32单片机组成，cc2530射频模块用于接收zigbee子节点发来的数据，stm32单片机用于在wifi条件下与上位机进行通信。
【专利摘要】本发明公开了一种基于zigbee的智能温室环境遥测与控制系统，其特征在于包括传感器部分、zigbee无线传感网部分、带有跨平台监控与数据库管理部分的上位机、wifi协议和多终端，？zigbee无线传感网部分是由zigbee子节点组成的网格状目标区域、内置的z-stack协议和协调器组成，传感器部分经I2C总线与zigbee无线传感网部分相连，通过传感器部分采集数据，由zigbee无线传感网部分传递转发数据，汇聚到协调器中，再通过协调器接收zigbee无线传感网部分发来的数据，并通过wifi协议与上位机进行通信，具有结构新颖、成本低、功耗低、设备维护简单、上位机界面简单、报警方案多样等优点。
【IPC分类】G05B19/042
【公开号】CN105005234
【申请号】CN201510294795
【发明人】王新胜, 刘盟, 谭洪仕, 季晨鹏, 徐宽, 陈汉诚, 刘颖, 曲淼
【申请人】哈尔滨工业大学（威海）
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年6月2日