一种适用于温室集群的智能监控系统的制作方法

本实用新型属于自动控制技术领域，尤其涉及一种适用于温室集群的智能监控系统。

背景技术：

随着电子技术、通讯技术、遥感技术和计算技术的快速发展,农业信息化和自动化将成为必然的趋势。智能定点灌溉、种子饱满程度的智能检测、智能机器人采摘等，均体现了农业在电子、信息和自动化领域的迅速发展。阳光温室大棚因其可以最大程度上保证农作物避免低温和干旱的影响而倍受农民的喜爱。然而，温室固然能保证内部环境的温湿度最大程度上不受外界影响，但却无法使其稳定在理想范围内。这就提示我们，仅依靠温室本身并不能为植物创造理想的生长环境。为了有效地抑制病虫害的发生，达到优质高产的目标，利用电子通讯技术实时采集温室环境信息，利用计算机技术分析处理数据，并利用自动控制技术及时调控温室温湿度，将是阳光温室大棚生产的发展方向。

目前现有的温室监控基于单个温室设计，属于单层无线传感器网络结构，在温室数量少时没有问题，但在温室数据较多时进行分布式管理就十分无力，无法用于温室集群管理。

利用无线传感器节点进行数据采集以及控制所以系统可靠性较低，未来面对大数据时通信带宽速度等也是瓶颈。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型提供了一种适用于温室集群的智能监控系统，包括依次相连的：服务器、主温室智能控制模块和从温室智能控制模块，从温室智能控制模块的数量为若干个，且均与主温室智能控制模块相连；

其中，主温室智能控制模块包括依次相连的：3G模块、主ZigBee协调器、主PLC、主温室间无线模块，主温室内无线传感器网络与主ZigBee协调器相连；

从温室智能控制模块包括依次相连的：从温室内无线传感器网络、从ZigBee协调器、从PLC、从温室间无线模块；

主温室间无线模块与从温室间无线模块相连。

所述从温室智能控制模块可作为主温室智能控制模块与下一级的若干个从温室智能控制模块相连，且所述下一级的若干个从温室智能控制模块也均可作为主温室智能控制模块与其他级的若干个从温室智能控制模块相连。

所述主温室内无线传感器网络和从温室内无线传感器网络分别通过外围电路与主ZigBee协调器和从ZigBee协调器相连。

所述外围电路包括：传感器节点外围电路和ZigBee协调器节点外围电路，其中，传感器节点外围电路包括：串行口电路、A/D转换电路、稳压芯片；ZigBee协调器节点外围电路包括：串行口电路、LCD显示电路。

所述主温室内无线传感器网络或从温室内无线传感器网络用于监测温室内空气温度和湿度以及土壤的水分和导电率。

所述3G模块、主ZigBee协调器、主PLC、从ZigBee协调器、从PLC加装屏蔽罩，实现屏蔽电磁场干扰功能。

所述主温室智能控制模块或从温室智能控制模块为模块化封装系统，可实现模块化快速组合。

所述温室包括：卷帘门、风扇，根据控制指令开启或闭合实现调节温室环境的作用。

所述主ZigBee协调器或从ZigBee协调器采用JN5139芯片。

所述稳压芯片采用SP6201。

本实用新型的有益效果在于：

利用无线通信技术与工业控制技术进行温室群的分布式智能化监管。基于ZigBee的无线传感器网络，避免了温室中因为有线带来的布线困难以及传输距离受限，适合组建多个温室无线传感器网络。PLC与ZigBee集成化为一个模块，集成的模块能够与多点的ZigBee节点通信。利用这样的集成模块不仅能够有效可靠地控制温室各项设备，还能够实现对特定的节点进行特定的调节，能够多元化的实现控制，实现具有主-从结构的温室群控制系统。安装的3G无线模块将环境数据实时传送到服务器进行处理，网络速度快，稳定性高，能够实现远距大量数据的快速传输。

附图说明

图1是本实用新型的适用于温室集群的智能监控系统结构图。

图2是传感器节点外围电路中的串行口电路图。

图3是A/D转换电路图。

图4(a)～4(b)是稳压芯片电路图。

图5是ZigBee协调器节点外围电路中的串行口0电路图。

图6是ZigBee协调器节点外围电路中的串行口1电路图。

图7是LCD显示电路图。

图8是可扩展式的温室主从系统连接示意图。

其中，1-服务器、2-主温室智能控制模块、3-从温室智能控制模块、21-主温室内无线传感器网络、22-3G模块、23-主ZigBee协调器、24-主PLC、25-主温室间无线模块、31-从温室内无线传感器网络、32-从ZigBee协调器、33-从PLC、34-主温室间无线模块、000～232-从温室智能控制模块。

具体实施方式

下面结合附图，对实施例作详细说明。

本实用新型提供了一种适用于温室集群的智能监控系统，如图1所示，包括依次相连的：服务器1、主温室智能控制模块2和从温室智能控制模块3，

从温室智能控制模块的数量为若干个，且均与主温室智能控制模块相连；

其中，主温室智能控制模块2包括依次相连的：3G模块22、主ZigBee 协调器23、主PLC24、主温室间无线模块25，主温室内无线传感器网络21与主ZigBee协调器相连；

从温室智能控制模块3包括依次相连的：从温室内无线传感器网络31、从ZigBee协调器32、从PLC33、从温室间无线模块34；

主温室间无线模块与从温室间无线模块相连。

首先由各个温室中的无线传感器节点将环境监测数据发送到相应的协调器节点，从ZigBee协调器用于将从温室内无线传感器网络所采集的温室环境监测数据进行数据格式处理后经过从PLC、从温室间无线模块、主温室间无线模块发送至主PLC，由主PLC端将数据转送至主温室传感器网络ZigBee协调器节点。由协调器节点将数据整合打包后由3G模块发送至服务器进行解析存储和分析。由服务器根据以后的数据进行控制决策生成。生成的控制指令由上位机发送至相应的网络端口，3G模块将数据从网络端口读取后传输至ZigBee协调器节点，由协调器节点转送至主温室PLC，由主温室PLC无线传输模块利用广播模式传送至从温室的无线接收模块，有从温室PLC进行控制指令解析判断。若所接受的指令与预设从温室地址相符则继续解析数据内容，若不符则舍弃此次控制指令。从温室一旦成功解析控制指令后将控制相应控制设备或者继续传送控制指令经由相应从温室ZigBee协调器最终至无线传感器节点并进行传感器节点的强制数据采集或休眠。

传感器节点外围电路中的串行口电路设计：

JN5139芯片提供了两个端口，但路由器串口仅限于下载程序数据，为节省空间只实现一个串口的电路建设。JN5139的DIO6、DIO7是J串口0的TXD和RXD，DIO4、DIO5是串口0的CTS、RTS。MAX3232E的有效输出端的TXD、RXD、GND、CTS、RTS分别连九孔串口母头DB-9的2、3、5、7、8端。PGM端为下载程序、调试程序和烧写MAC地址时使用。DIO4端是JN5139的CTS0，连接后进入运行模式。串口通信模块如图2所示。

传感器节点外围电路中的A/D转换电路设计：

JN5139提供4个模数转换接口，可分析最多四个模拟信号。因JN5139只能有效的对0～1.2V或0～2.4V的模拟电压进行有效转变，所以为了提高数据的价值和利用率在这里设置了减压模块，可将过大的电压降至有效范围值，增加数据的准确度。传感器接口如图3所示。

传感器节点外围电路中的稳压芯片：

终端节点需要给JN5139供电同时给传感器供电，所以设计思路是将总电压输入后分成两部分一部分通过降压给JN5139供电，而另一部分则是通过传感器电源控制模块给传感器供电。以下是JN5139的供电电源稳定模块,通过查阅SP6201的说明书建立外围电路使该电路具备将外接电源控制在3V稳定输出。D2为电源指示灯当电源接通的时候灯亮。D8、D9为数据传输信息指示灯，在给NCP500使能信号的时候D8灯亮，在传感器向路由器传送数据的时候D9灯亮。JN5139供电电源如图4所示，其中图4(a)为电池接口，图4(b)为供电电路。

ZigBee协调器节点外围电路中的串行口电路设计：

协调器的JN5139芯片的DIO4(CTS0)、DIO5(RTS0)、DIO6(TXD0)、DIO7(RXD0)管脚经MAX3232芯片由TTL转换为RS232后对应CTS0，RTS0、TXD0。ZigBee协调器串口0电路图图5所示。协调器的JN5139芯片的DIO4(CTS1)、DIO5(RTS1)、DIO6(TXD1)、DIO7(RXD1)管脚经MAX3232芯片由TTL转换为RS232后对应CTS1，RTS1、TXD1。ZigBee协调器串口1电路图如图6所示。

ZigBee协调器节点外围电路中的LCD显示电路：

通过对S1对显示器进行控制是否显示。ZigBee的DIO2和DIO3端口对显示数据的控制。液晶显示电路模块图如图7所示。

如图8所示，从温室智能控制模块可作为主温室智能控制模块与下一级的若干个从温室智能控制模块相连，且所述下一级的若干个从温室智能控制模块也均可作为主温室智能控制模块与其他级的若干个从温室智能控制模块相连。

ZigBee协调器节点与3G模块通过RS232标准相连接。其中由ZigBee协调器进行对3G模块的控制。由PLC与无线串口模块利用RS-232连接，无线串口采用透明传输实现从PLC与主PLC的无线通信，利用较低的成本完成了通信任务。

系统由ZigBee终端节点接收传感器数据(空气温度、湿度)，传送至ZigBee汇聚节点，汇聚节点进行数据解析。一旦温、湿度数据超出预设范围则向PLC发送控制指令，PLC打开/关闭风扇/卷帘门进行调控。系统也可将汇聚到ZigBee协调器节点的数据通过3G网络传送至上位机，通过上位机进行数据解析和分析。一旦温、湿度数据超标，则可点击控制按钮发送相关控制指令。指令通过3G网传送至ZigBee汇聚节点，再由汇聚节点向PLC传送，最终打开/关闭风扇、卷帘门进行调控。

此实施例仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。