一种面向农业物联网的无线传感数据采集装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种无线传感数据采集装置，更具体地说涉及一种面向农业物联网的无线传感数据采集装置。
【背景技术】
[0002]近年来，随着科技的快速发展，自动化和智能化已经成为社会发展的必然趋势；众所周知，信号的采集技术是自动化和智能化的关键；目前，信号的采集工作主要由各类传感器完成，温度传感器采集温度信号，湿度传感器采集湿度信号，压力传感器采集压力信号等等。
[0003]传统的信号采集过程是利用数据线将传感器采集到的数据传输给控制器；然后利用控制器接受传感器的数据；通过实践环节发现，在特殊场所特别是农业环境(例如温室)布线会比较麻烦，同时，数据线容易老化或者是损坏，进而造成信号的丢失，而且成本高而受到很大限制。智能化的数据采集处理与无线传输是设施农业装备的重要发展趋势。
[0004]农业物联网是近年来发展比较迅猛的一项技术，利用农业物联网可以快速的将相关信息实现共享，因此，设计一种面向农业物联网的无线传感数据采集装置尤为重要。
[0005]而ZigBee标准的特点是低速率、低功耗、低成本、短距离、安全、可靠、稳定。由于ZigBee标准具有通信距离短、数据传输速率低的特点，因此ZigBee标准在精准农业中非常适用。因为精准农业中很多应用都只需要传输比较少的数据量。
【发明内容】
[0006]本实用新型所要解决的技术问题是:提供一种面向农业物联网的无线传感数据采集装置。
[0007]为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案:
[0008]一种面向农业物联网的无线传感数据采集装置，其特征在于它包括一个物联网远程无线ZigBee-GPRS网关、一个物联网多通道数据融合ZigBee-WiFi网关和一个多通道无线传感采集节点串口模块，所述多通道无线传感采集节点串口模块通过ZigBee近距离通信技术与ZigBee-GPRS网关及ZigBee-WiFi网关通信连接，ZigBee-GPRS网关通过GPRS将数据远距离传送给上位机，ZigBee-WiFi网关通过无线路由器与上位机通信连接。
[0009]所述多通道无线传感采集节点串口模块:包含多个用于与光照强度传感器、空气温湿度传感器、二氧化碳传感器、土壤温度传感器和土壤水分传感器进行连接进而获得采集信号的串口，内置工业级远距离ZigBee模块，兼容无线采集与无线路由功能。
[0010]所述物联网远程无线ZigBee-GPRS网关包括ARM处理器、ZigBee模块、GPRS模块、IXD显示器、键盘，ZigBee模块、GPRS模块、IXD显示器、键盘分别与ARM处理器相连接。
[0011]所述物联网多通道数据融合ZigBee-WiFi网关既是ZigBee网络的协调器，负责构建和配置整个ZigBee无线传感器网络，又是WiFi的无线节点，负责收集分发ZigBee节点数据、协议转换。
[0012]本发明研制的面向农业物联网的无线传感数据采集装置具有以下优点和积极效果:
[0013]I) 一方面可以实现对传感器数据的采集，另一方面也可以下达服务器发送的控制命令，以实现与物联网之间的信息交换；
[0014]2)ZigBee网络面向短距离通信，而GPRS网络面向远距离的通信，两者能够优势互补，通过网关将2个网络联系到一起，实现了数据的远距离传输；
[0015]3)能够满足ZigBee与WiFi两种不同网络间的数据互联要求，实现了 ZigBee网络与WiFi网络的无缝连接，拓展了 ZigBee网络的覆盖范围；
[0016]4)功耗低、结构简单、布线简单、组网方便；
[0017]5)系统安装、调试、使用极为便捷，可以像搭积木一样部署物联网系统实现系统便携式，无线化，规模化；
[0018]6)传感数据采集类型丰富，包括光照强度、空气温湿度、二氧化碳、土壤温度和土壤水分。
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型的系统组成结构框图；
[0020]图2是ZigBee-GPRS网关结构和功能图；
[0021]图3是ZigBee-WiFi网关结构和功能图；
[0022]图4是ZigBee协调器工作流程；
[0023]图5是WiFi模块工作流程图。
【具体实施方式】
[0024]图1是本实用新型系统组成结构框图。本实用新型主要包括以下三个部分:一个物联网远程无线ZigBee-GPRS网关、一个物联网多通道数据融合ZigBee-WiFi网关和一个多通道无线传感采集节点串口模块。多通道无线传感采集节点串口模块通过ZigBee近距离通信技术与ZigBee-GPRS网关及ZigBee-WiFi网关通信连接，ZigBee-GPRS网关通过GPRS将数据远距离传送给上位机，ZigBee-WiFi网关通过无线路由器与上位机通信连接。
[0025]多通道无线传感采集节点串口模块:包含多个用于与光照强度传感器、空气温湿度传感器、二氧化碳传感器、土壤温度传感器和土壤水分传感器进行连接进而获得采集信号的串口，内置工业级远距离ZigBee模块，兼容无线采集与无线路由功能。
[0026]ZigBee传感节点采集到的数据按照IEEE802.15.4协议传送到网关，网关解析出数据的有效载荷并转发给GPRS和WiFi网络。当WiFi网络需要发送数据给ZigBee中节点时，网关会根据TCP/IP数据包中含有的ZigBee节点地址将有效数据转发到指定节点。或者通过GPRS将数据远距离传送给上位机。服务器端数据处理之后发送控制指令(反馈)再通过GPRS网关下达给执行器。
[0027]图2是物联网远程无线ZigBee-GPRS网关结构和功能图。该无线传感器网络网关的硬件设计建立ARM微处理器的基础上，通过扩展ZigBee和GPRS模块实现了对无线传感器网络节点的数据采集与传输。物联网远程无线ZigBee-GPRS网关包括ARM处理器、ZigBee模块、GPRS模块、LCD显示器、键盘，ZigBee模块、GPRS模块、LCD显示器、键盘分别与ARM处理器相连接。网络节点在采集数据后利用ZigBee近距离通信技术将数据传输给网关，网关通过GPRS将数据远距离传送给上位机，服务器端处理之后发送控制指令再通过GPRS网关下达给执行器，从而构建了一个基于ZigBee和GPRS技术的无线传感器网络网关。
[0028]网关支持Zigbee-WSN(无线传感器网络)协调器功能，可以自动创建网络、自主维护网络；支持GSM/GPRS，集成TCP/IP协议，可以无缝连接移动或联通基站；还支持Zigbee与GPRS双通道数据融合。
[0029]WSN-WiFi网关既可以采用USB数据电缆连接到PC机也可以采用网线或WiFi无线方式与Ethernet或Internet互联，即该网关既可以当作USB网关也可以当作WiFi网关和Ethernet网关。
[0030]在整个网关中，无线传感器网络网关负责ZigBee网络和GPRS网络的数据传输，同时还负责ZigBee网络的组建、节点的加入和删除等网络维护工作，需要较强的处理能力。因此，主控芯片采用SAM SUNG公司的S3C2410微处理器。无线通信模块采用了 CC2430芯片实现近距离通信功能。由于CC2430已固化了 ZigBee协议栈，因此只需加上简单的外围电路即可构成网关的收发模块。远程通信的GPRS模块采用了 MC35i，其稳定性比较高。
[0031]图3是物联网多通道数据融合ZigBee-WiFi网关结构和功能图。ZigBee-WiFi无线网关位于ZigBee网络和WiFi网络之间，实现两种不同协议的转换。网关既是ZigBee网络的协调器，负责构建和配置整个ZigBee无线传感器网络，又是WiFi的无线节点，具有收集分发ZigBee节点数据、协议转换功能。
[0032]ZigBee部分以STM32W108CBU61为核心芯片，并选用外部功率放大器SE2432L。网关中WiFi的主控核心芯片AX22001是双CPU架构的微处理器(MCPU和WCPU)，其中MCPU负责应用程序和TCP/IP协议处理，WCPU则负责WLAN协议处理以及以太网封包格式的转换。WiFi射频部分的核心芯片是AL2230S，STM32W108与AX22001间的数据交换通过UART (通用异步收发传输器)完成。
[0033]图4是ZigBee协调器工作流程。网关中ZigBee模块作为协调器，负责ZigBee网络的建立和信息接收、汇总及传输。协调器上电后扫描信道创建ZigBee网络，选定一个PAN ID作为协调器的网络标识，创建路由表并广播之，允许节点加入网络。
[0034]图5是WiFi模块工作流程图。WiFi模块负责WiFi网络中的数据收发，支持AD-HOC直连和基础网络模式两种通信模式。本实用新型将其配置成基础网络模式，通过无线路由与其他设备进行数据交换。WiFi模块上电后，初始化硬件和网络协议栈，设置模块参数，扫描信道加入无线局域网络。
【主权项】
1.一种面向农业物联网的无线传感数据采集装置，其特征在于它包括一个物联网远程无线ZigBee-GPRS网关、一个物联网多通道数据融合ZigBee-WiFi网关和一个多通道无线传感采集节点串口模块，所述多通道无线传感采集节点串口模块通过ZigBee近距离通信技术与ZigBee-GPRS网关及ZigBee-WiFi网关通信连接，ZigBee-GPRS网关通过GPRS将数据远距离传送给上位机，ZigBee-WiFi网关通过无线路由器与上位机通信连接。2.如权利要求1所述的一种面向农业物联网的无线传感数据采集装置，其特征在于所述多通道无线传感采集节点串口模块:包含多个用于与光照强度传感器、空气温湿度传感器、二氧化碳传感器、土壤温度传感器和土壤水分传感器进行连接进而获得采集信号的串口，内置工业级远距离ZigBee模块，兼容无线采集与无线路由功能。3.如权利要求1所述的一种面向农业物联网的无线传感数据采集装置，其特征在于所述物联网远程无线ZigBee-GPRS网关包括ARM处理器、ZigBee模块、GPRS模块、LCD显示器、键盘，ZigBee模块、GPRS模块、IXD显示器、键盘分别与ARM处理器相连接。4.如权利要求1所述的一种面向农业物联网的无线传感数据采集装置，其特征在于物联网多通道数据融合ZigBee-WiFi网关既是ZigBee网络的协调器，负责构建和配置整个ZigBee无线传感器网络，又是WiFi的无线节点，负责收集分发ZigBee节点数据、协议转换。
【专利摘要】一种面向农业物联网的无线传感数据采集装置，其特征在于它包括一个物联网远程无线ZigBee-GPRS网关、一个物联网多通道数据融合ZigBee-WiFi网关和一个多通道无线传感采集节点串口模块，所述多通道无线传感采集节点串口模块通过ZigBee近距离通信技术与ZigBee-GPRS？网关及ZigBee-WiFi网关通信连接，ZigBee-GPRS？网关通过GPRS将数据远距离传送给上位机，ZigBee-WiFi网关通过无线路由器与上位机通信连接。
【IPC分类】H04L29/08, H04W84/18, G08C17/02
【公开号】CN205029698
【申请号】CN201520787024
【发明人】郑增威, 朱剑峰, 陈汉群, 孙霖, 蔡建平, 陈丹, 吴剑钟
【申请人】浙江大学城市学院
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2015年10月13日