专利名称：一种用于农业环境监测的无线传感器网络系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于农业环境监测的无线传感器网络系统。 技术背景目前农业环境监测系统中，大多为有线环境监测系统，测量的传感器采用有线连接的方式与数据采集器相连，数据采集器通过有线网络与监控中心相连。在这样的系统中， 存在较多的局限性1.系统部署监测区域大小有限，采用有线方式连接的传感器仅能够在通信电缆或电源电缆所能连接到的范围内，而不能布置在农业种植环境中的任何位置； 2.监测点的数量有限，由于现场线缆以及空间的限制，只能采用有限数目的监测点对有限的监测位置进行监测，而不能布置任意多个监测点；3.现有的有线监测点成本高，线缆会耗费大量的施工和部署成本。
实用新型内容本实用新型的目的是克针对以上所述有线农业环境监测系统中数据采集困难、部署成本高、维护成本高等的不足，提供节省施工成本，不用再系统中实施电缆布设，监测节点个数不受限制的一种用于农业环境监测的无线传感器网络系统。本系统主要是基于无线传感器网络技术对农田的环境参数进行检测，并将感知的环境数据通过网络返回后台管理系统。该系统采用无线传感器网络技术，解决了现有监测系统中部署区域受限、通信困难以及节约线缆的部署成本的问题。本实用新型是通过以下技术方案来实现一种用于农业环境监测的无线传感器网络系统，包括低速采集节点、中高速传输节点、基站和服务器，所述低速采集节点与所述中高速传输节点为无线连接，所述中高速传输节点通过基站与所述服务器无线连接，所述服务器配设有数据库，用于存储数据。所述服务器通过因特网与设置有客户端软件的客户端连接。所述低速采集节点有实现Zigbee协议的节点和与所述节点无线连接若干环境参数传感器组成，所述低速采集节点将数据通过Zigbee的组网协议将数据传送到中高速传输节点。所述环境参数传感器包括空气温湿度传感器(SHTll)、空气光照传感器 (Tsl2561)、土壤温度传感器(STlO)和土壤水分传感器(FDS100)。主要用于完成环境参数的采集，环境参数包括土壤水分含量、土壤温度、空气温湿度和空气光照度等。所述中高速传输节点包括接收从低速采集节点传输过来的数据的Zigbee协议的射频模块、控制模块和将数据传输至服务器的WiFi模块。考虑到中高速传输节点性能高、 传输距离远、功耗大等特点。我们采用太阳能和蓄电池配合为其供电，并且通过编程对WiFi 模块进行电源控制和管理。所述中高速传输节点到服务器端的网络传输基站为直接架设WiFi路由器，如果服务器架设在系统部署区域内，WiFi路由器、中高速节点和服务器组成一个局域网进行数据传输。
3[0009]本实用新型虚线内的节点组成一簇子网络，区域内黄色的圈代表低速采集节点， 绿色的三角图案代表中高速传输节点，在子网中起到簇头的作用。低速采集节点主要完成定时采集空气温湿度、土壤温度、土壤水分和光照度等环境参数信息，再将数据通过自组织的Zigbee网络协议传输至中高速传输节点。中高速传输节点收集感知区域的所有采集节点感知的数据，再通过WiFi网络将数据一起上传给到服务器端。服务器端运行系统管理软件，将传感器数据和相关信息存入数据库中。用户可以在客户端通过访问数据库，完成一些数据浏览和系统管理等功能。本实用新型主要采用可以采集数据的无线传感器节点，通过传感器节点上的处理器控制传感器进行数据采集，之后通过低速或中高速射频通信的方法，在网络内以多跳传输的方式，将传感数据传输到管理中心的服务器，从而能够避免上述的缺点。本实用新型的总目标是基于无线传感器网络技术对农田的环境参数进行检测，并将感知的环境数据通过网络返回后台系统。监测的主要指标为土壤水分含量、土壤温度、 空气温湿度和空气光照度等。与现有技术相比，本实用新型的优点在于系统可以部署在农业环境监测区域中的任何位置；系统中可以部署任意多个数量的监测节点；节省施工成本，不用再系统中实施电缆布设。
图1是本实用新型一种用于农业环境监测的无线传感器网络系统的系统架构图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型一种用于农业环境监测的无线传感器网络系统作进一步描述。一种用于农业环境监测的无线传感器网络系统，如图1所示，包括低速采集节点 5、中高速传输节点4、基站3和服务器1，所述低速采集节点5与所述中高速传输节点4为无线连接，所述中高速传输节点4通过基站3与所述服务器1无线连接，所述服务器1配设有数据库2，用于存储数据。所述服务器1通过因特网与设置有客户端软件的客户端6连接。所述低速采集节点4有实现Zigbee协议的节点和与所述节点无线连接若干环境参数传感器组成，所述低速采集节点5将数据通过Zigbee的组网协议将数据传送到中高速传输节点4。所述环境参数传感器包括空气温湿度传感器(SHTll)、空气光照传感器(Tsl2561)、 土壤温度传感器(STlO)和土壤水分传感器(FDS100)。主要用于完成环境参数的采集，环境参数包括土壤水分含量、土壤温度、空气温湿度和空气光照度等。考虑到中高速传输节点4 性能高、传输距离远、功耗大等特点。我们采用太阳能和蓄电池配合为其供电，并且通过编程对WiFi模块进行电源控制和管理。所述中高速传输节点4包括接收从低速采集节点传输过来的数据的Zigbee协议的射频模块、控制模块和将数据传输至服务器1的WiFi模块。考虑到中高速传输节点4性能高、传输距离远、功耗大等特点。我们采用太阳能和蓄电池配合为其供电，并且通过编程对WiFi模块进行电源控制和管理。所述中高速传输节点到服务器端的网络传输基站为直接架设WiFi路由器，如果服务器架设在系统部署区域内，WiFi路由器、中高速节点和服务器组成一个局域网进行数据传输。如果服务器1架设在远离系统部署区，但是系统部署区有有线接入设备，则需要将WiFi路由器作为一个AP接入到公网，中高速传输节点WiFi模块作为客户端同做为服务器端的服务器就可以进行连接。如果服务器架设在系统部署区域内，周围也没有公网有线接入方式，则需要架设 3G路由器，将其作为AP进入公网，同样也可以在中高速节点和服务器端建立网络连接。所述服务器主要负责数据的接收、处理、存储、等管理功能。并将数据解析、显示并保持在数据库中，为对监测数据进行分析、图形化显示以及报警等功能提供了数据支持。客户端通过BS或CS架构，用户可通过浏览器访问服务器的数据库，查询、显示和处理数据等。本实用新型实现过程如下低速采集节点5每隔15分钟工作一次，每次工作3分钟左右，其他时间进入休眠模式。在工作时间内，依次采集传感器数据，并将数据打包通过ZigBee网络协议传输至中高速传输节点，并和中高速节点进行时间同步，完成任务后进入深度休眠。考虑到部署区域面积可能比较大，而Zigbee设备一般的传输距离比较短，大约80 米左右，所以需要节点上实现路由转发功能，这样可以覆盖更大的面积。中高速传输节点4同采集节点同步工作，收集本簇中低速传输节点采集的数据， 将数据处理、组合打包为一组数据，并且同步本簇中的采集节点时间，然后控制开启WiFi 模块，作为客户端与服务器建立连接，相互握手后再传输采集的数据，得到数据传输正确确认后关闭WiFi模块，自己再进入休眠模式。中高速传输节点4到服务器端的网络传输实现方式如下根据实地设备和部署情况再做决定。方案请见系统设计。具体实现方式为中高速节点作客客户端，设定服务器端开放的的IP地址和端口作为目标地址和端口，服务器端运行后台监听端口程序，中高速节点上电后自动连接服务器端，连接成功后再进行握手协议，开始向服务器传输数据，进行有效的确认机制，完成传输后中高速节点关闭WiFi模块。这样就完成了一次数据传输。服务器端数据采集系统，能够与系统中的中高速传输节点进行通讯，读取一个或多个网关节点收集到的数据，将数据解析、显示并保存在数据库中，为对监测数据进行分析、图形化显示以及报警等功能提供了数据支持。客户端为系统用户提供用户界面，可以对监测数据进行分析、图形化显示以及报警等功能。以上所述者，仅为本实用的较佳实施例而已，当不能以此限定本实用实施的范围， 即大凡依本实用申请专利范围及实用说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本实用专利涵盖的范围内。
权利要求1.一种用于农业环境监测的无线传感器网络系统，其特征在于包括低速采集节点、 中高速传输节点、基站和服务器，所述低速采集节点与所述中高速传输节点为无线连接，所述中高速传输节点通过基站与所述服务器无线连接，所述服务器配设有数据库。
2.如权利要求1所述的一种用于农业环境监测的无线传感器网络系统，其特征在于 所述服务器通过因特网与设置有客户端软件的客户端连接。
3.如权利要求2所述的一种用于农业环境监测的无线传感器网络系统，其特征在于 所述低速采集节点有实现Zigbee协议的节点和与所述节点无线连接若干环境参数传感器组成，所述低速采集节点将数据通过Zigbee的组网协议将数据传送到中高速传输节点。
4.如权利要求3所述的一种用于农业环境监测的无线传感器网络系统，其特征在于 所述环境参数传感器包括空气温湿度传感器、空气光照传感器、土壤温度传感器和土壤水分传感器。
5.如权利要求3所述的一种用于农业环境监测的无线传感器网络系统，其特征在于 所述中高速传输节点包括接收从低速采集节点传输过来的数据的Zigbee协议的射频模块、控制模块和将数据传输至服务器的WiFi模块。
6.如权利要求5所述的一种用于农业环境监测的无线传感器网络系统，其特征在于 所述中高速传输节点到服务器端的网络传输基站为直接架设WiFi路由器。
专利摘要本实用新型公开一种用于农业环境监测的无线传感器网络系统，包括低速采集节点、中高速传输节点、基站和服务器，所述低速采集节点与所述中高速传输节点为无线连接，所述中高速传输节点通过基站与所述服务器无线连接，所述服务器配设有数据库；所述服务器通过因特网与设置有客户端软件的客户端连接。本实用新型的优点在于系统可以部署在农业环境监测区域中的任何位置；系统中可以部署任意多个数量的监测节点；节省施工成本，不用再系统中实施电缆布设。
文档编号G08C17/02GK202261821SQ20112042898
公开日2012年5月30日 申请日期2011年11月2日 优先权日2011年11月2日
发明者催莉, 刘毅勇, 朱健文, 李栋, 苏光, 葛仁北, 赵泽 申请人:中国科学院计算技术研究所, 肇庆软件国际化中心有限公司