专利名称：温室大棚环境监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及环境监控技术领域，尤其涉及ー种温室大棚环境监控系统。
背景技术：
近年来，随着电子技术、信息技术的蓬勃发展与广泛应用，农业温室技术也在向自动化、信息化方向发展。温度、湿度监控技术已经在农业大棚、畜牧业和食品加工业等领域得到了广泛的应用。 专利《一种用于温室大棚的无线环境监控装置》(专利号ZL201020636459. 8，公开号CN202120426U，公告日2012.01. 18)公开了ー种用于温室大棚的无线数据采集装置，属于低功耗无线传感器技木。该传感器项目采用单片机作为核心控制模块，设置了多路信号输入通道以挂接多路传感器。该装置的弊端在于传感器设置在装置的内部，当需要更换传感器时，需要拆卸装置才能进行更换，使用不方便，而且不好解决该装置的防水、防锈问题。另外，该装置只使用了ー个CPU，不便于数据采集、数据发送等工作在保证产品低功耗的要求下，能够正常工作。当单CPU吋，为保障低功耗，必须使CPU处于休眠状态，同时传感器无法工作，使传感器无法进行实时数据采集。专利《温湿度监控和监测方法、終端设备及系统》(专利号ZL201110023305. O,公开号CN102122184A，公告日2011. 07. 13)公开了ー种温湿度监控和监测方法、終端设备及系统，其中温湿度监控方法，包括接收远程监测系统采集获取现场温度信息和湿度信息之后发送的告警信息；根据所述告警信息启动本地视频监控，向所述远程监测系统发送远程视频监控启动信号，并接收所述远程监测系统发送的现场视频监控信息；根据所述告警信息和所述现场视频监控信息进行现场控制。该发明的弊端在于没有提供ー个中心网络平台，数据不能集中统一存储、处理，设备无法进行统ー管理，降低了终端产品的可管理性，不能统ー对产品终端进行升级处理，提高了用户产品使用成本，同时也无法形成数据集中平台，建立规模数据优势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以及时采集和上传数据、具有数据集中平台、便于对用户終端设备进行集中管理的温室大棚环境监控系统。为实现上述目的，本发明采取的技术方案是
ー种温室大棚环境监控系统，包括环境监控装置、手机用户终端和控制器，还包括智能支撑平台，所述智能支撑平台与所述环境监控装置通过中国电信CDMA2000通讯技术覆盖的通讯基站网络连接，所述智能支撑平台与所述手机用户终端通过电信短信网关短信连接，用户访问端通过Internet互联网与所述智能支撑平台网络连接，所述控制器通过所述环境监控装置接收所述手机用户终端的下发指令。所述智能支撑平台包括依次连接的协议接收模块、权限校验模块和协议处理模块，所述协议接收模块通过3G网络与所述环境监控装置中的所述CDMA2000模块网络连接，所述协议处理模块分别与存储模块、查询模块和短信模块相连接；所述短信模块通过所述电信短信网关与所述手机用户終端短信连接。呼叫中心通过所述Internet互联网访问所述用户访问端。所述环境监控装置包括MIPS CPU模块、电源模块、温湿度传感器、按键、指示灯和显示屏，还包括与所述MIPS CPU模块相连接的低功耗无线单片机，所述低功耗无线单片机分别与所述电源模块、按键、指示灯和显示屏相连接，所述低功耗无线单片机与所述温湿度传感器采用mini U 口外接方式连接；所述MIPS CPU模块与CDMA2000模块连接。所述低功耗无线单片机通过2. 4G无线传输与温室大棚环境中的备选传感器近程无线网络连接。所述低功耗无线单片机通过2. 4G无线传输与温室大棚的所述控制器近程无线网络连接。
所述CDMA2000模块通过3G网络将数据利用Internet互联网上传至智能支撑平台。所述电源模块与外接电源或者电池相连接。所述MIPS CPU模块通过USB接ロ与所述CDMA2000模块相连接。所述备选传感器包括依次连接的传感器、低功耗无线单片机、电源模块和电池。所述控制器包括依次连接的接触器、低功耗无线单片机、电源模块和外接电源。所述备选传感器是土壤温湿度传感器、CO2传感器或光照強度传感器。本发明提供的温室大棚环境监控系统，主要采用了 CDMA2000的3G移动通讯技木、2. 4G无线通讯技术和物联网传感器技术，将三种技术合理的融合在一起，使用CDMA2000的EVDO和IX两种通讯协议进行数据的远程传输，将环境监控数据远程上传至智能支撑平台，使用2. 4G无线通讯技术进行环境监控装置、传感器、控制器之间的近程通讯，通过短信方式对自动卷帘机等设备进行控制。通过智能支撑平台建立统ー的数据中心，可以对监控数据进行统ー处理，实现后期的功能拓展，统ー为所有环境监控装置实现功能升级，降低环境监控装置的升级成本，环境监控装置的參数还可以由智能支撑平台统ー调整或单独调整，简化了用户使用环境监控装置的工作。采用该系统，用户可以在任何有网络的地方获取监控地点的环境监控数据，并用手机对相关加温、除湿、遮阳等设备实现控制。可广泛应用于实验室、机房、エ业生产车间和农业温棚的监控。
图I是本发明的整体结构示意图。图2是智能支撑平台连接示意图。图3是智能支撑平台结构示意图。图4是智能支撑平台与环境监控装置的数据交互图。图5是环境监控装置结构示意图。图6是环境监控装置外形结构示意图。图7是低功耗无线单片机工作流程图。图8是MIPS CPU核心模块利用U盘进行升级流程图。图9是MIPS CPU核心模块利用智能支撑平台进行远程升级流程图。
图中，I-MIPS CPU模块，2_电源模块，3_温湿度传感器，4_按键，5_指示灯，6_低功耗无线单片机，7-备选传感器，8-CDMA2000模块，9-显示屏，10-外接电源，11-电池，12-Internet互联网，13-手机用户终端，14-外接电源插ロ，15-环境监控装置，16-智能支撑平台，17-控制器，18-通讯基站，19-电信短信网关，20-用户访问端，21-呼叫中心，22-协议接收模块，23-权限校验模块，24-协议处理模块，25-存储模块，26-查询模块，27-短信模块，28-传感器，29-接触器。
具体实施例方式 为进ー步阐述本发明在实现预定目的时所采用的技术手段和技术效果，下面结合具体实施例及其附图对本发明作进ー步说明。如图I和图2所示，本发明提供的温室大棚环境监控系统，包括环境监控装置15、手机用户终端13和控制器17，还包括智能支撑平台16，智能支撑平台16与环境监控装置15通过中国电信CDMA2000通讯技术覆盖的通讯基站18网络连接，智能支撑平台16与手机用户终端13通过电信短信网关19短信连接，用户访问端20通过Internet互联网12与智能支撑平台16网络连接，控制器17通过环境监控装置15接收手机用户终端13的下发指令进行动作。呼叫中心21通过Internet互联网12访问用户访问端20。如图3所示，智能支撑平台16包括依次连接的协议接收模块22、权限校验模块23和协议处理模块24，协议接收模块22通过3G网络与环境监控装置15中的CDMA2000模块8网络连接，协议处理模块24分别与存储模块25、查询模块26和短信模块27相连接；短信模块27通过电信短信网关19与手机用户终端13通讯网络连接。环境监控装置15毎次向智能支撑平台16请求3条协议，协议处理过程相同，在数据查询和数据保存时存在不同，根据每条协议的内容在查询模块26和存储模块25进行查询和存储的数据不同。协议接收模块22接收环境监控装置15发送的请求，将请求传递给协议处理模块24进行数据解析，使用查询模块26查询智能支撑平台16设置的环境监控装置15的參数，将參数返回协议接收模块22，再返回到环境监控装置15，同时将解析的有用数据存储在存储模块25。智能支撑平台16是基于JAVA技木、B/S架构的平台支撑系统，智能支撑平台16是为环境监控装置15提供服务支撑的平台，主要实现数据采集、数据存储、图表展现、数据分析、多台环境监控装置的集中管理、环境监控装置的MIPS CPU模块I和低功耗无线单片机6固件升级包自动下发和短信下发等功能，支撑环境监控装置15的正常运转。智能支撑平台16提供了统ー及个性化的环境监控装置数据采集、数据传送等的策略管理方式，进行远程策略下发。智能支撑平台16可以进行多种配置參数下发，统ー控制終端；还可以接收多种数据上传，统ー进行数据分析。智能支撑平台16可分别为每一台环境监控装置15设定温湿度采集、数据传送策略，无需从环境监控装置15进行调整。如图4所示，为智能支撑平台16、环境监控装置15的数据交互图。请求过程为由环境监控装置15的MIPS CPU模块I根据心跳频率向智能支撑平台16发起请求，首先发送请求0，通过发送MIPS CPU模块I和低功耗无线单片机6的固件版本号，进行固件版本校验，判断是否升级，智能支撑平台16返回固件升级程序地址(为空则不升级)、下次请求地址。请求O发送后，再发送请求1，上传环境监控装置15的电池容量、温湿度报警门限值，智能支撑平台16返回，本地报警时长、温湿度监控周期、温度报警门限、湿度报警门限、数据上传频率等参数数据。请求I发送后，再发送请求2，上传当前温湿度环境监控数据，智能支撑平台16返回是否接收成功的结果。每次请求都要进行环境监控装置15权限校验。智能支撑平台16可以实现的功能有环境监控装置15各项参数的统一设置、和单独设置，并通过环境监控装置15与智能支撑平台6的网络通讯，分批下发各项参数设置，实现环境监控装置15的参数集中控制。所有环境监控装置采集到的环境监控数据，通过3G网络上传至智能支撑平台，由智能支撑平台进行统一的数据存储，使智能支撑平台能够收集到所有的环境监控数据。智能支撑平台16可以对放置在不同地方的所有环境监控装置15进行统一管理，环境监控装置15的本地报警时长、温湿度监控监控周期、温度报警门限、湿度报警门限、数据上传频率等参数数据都可以通过智能支撑平台16进行远程设置，同时环境监控装置15还可通过智能支撑平台16进行环境监控装置15的MIPS CPU模块I和低功耗无线单片机6固件进行远程升级。 智能支撑平台16可以对多个环境监控装置15进行控制，进行多种配置参数下发，如本地报警时长、温湿度监控监控周期、传感器采集频率、温湿度报警门限等。环境监控装置15上传的多种数据，如温度、湿度、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、CO2传感器或光照强度传感器，由智能支撑平台16统一进行数据分析。如图5所示，环境监控装置15包括MIPS CPU模块I、电源模块2、温湿度传感器3、按键4、指示灯5和显示屏9，还包括与MIPS CPU模块I相连接的低功耗无线单片机6，低功耗无线单片机6分别与电源模块2、按键4、指示灯5和显示屏9通过PCB上的覆铜线相连接。低功耗无线单片机6与温湿度传感器3采用mini U 口外接方式连接，低功耗无线单片机6还可以通过2. 4G无线传输与温室大棚环境中的备选传感器7或控制器17近程无线网络连接，备选传感器7可以是土壤温湿度传感器、CO2传感器或光照强度传感器。备选传感器7包括依次通过PCB上的覆铜线连接的传感器28、低功耗无线单片机、电源模块和电池。控制器I 7包括依次通过PCB上的覆铜线连接的接触器29、低功耗无线单片机、电源模块和外接电源。电源模块2与外接电源10或者电池11相连接，分别给低功耗无线单片机6和核心模块I提供电源。MIPS CPU模块I通过USB接口与CDMA2000模块8连接，CDMA2000模块8通过3G网络将数据利用Internet互联网12上传至智能支撑平台16。MIPS CPU模块I的USB接口具有双功能，一个功能是连接CDMA2000模块8，采用嵌入式Linux系统拨号连接Internet互联网12，向智能支撑平台16提交经过处理的环境监控数据，下载环境监控装置15的参数数据、低功耗无线单片机6和MIPS CPU模块I的升级软件，完成低功耗无线单片机6和MIPS CPU模块I的固件升级；另一个功能是连接U盘，直接进行低功耗无线单片机6和MIPS CPU模块I的固件升级。环境监控装置15可以实现的功能有实时温湿度显示；终端报警门限值设置、上传、接收；温湿度数据发送；报警温湿度数据发送；通过2. 4G无线通讯与备选传感器进行数据传输；低功耗无线单片机6和MIPS CPU模块I可通过U盘升级或智能支撑平台16下发固件升级包进行升级。如图6所示，为环境监控装置15的外形结构示意图。环境监控装置15的自带温湿度传感器3，主要用来测量温室大棚的环境温湿度，用户在只使用一台终端设备的情况下，就可以监控环境温湿度。温湿度传感器3采用mini U 口外接方式连接传感器，方便拆卸，易于更换；外壳采用防水壁挂式设计，并配套防水硅胶外膜，便于安装使用。自带LCD段码显示屏9有6个设置按钮，用户可手动设置三组不同时段的温度、湿度报警门限。根据温室大棚监控的需要，还可以选择安装不同精度等级的温湿度传感器3。另外，需要连接多个备选传感器7时，如土壤温湿度传感器、CO2传感器或光照强度传感器，可通过近程无线网络连接，无需对本装置的外形、接口进行修改，就可实现无线连接拓展。由于备选传感器7采用无线方式连接，各个备选传感器均为独立设计，解决了由于外部接口众多而导致的防水、防尘的问题。外接电源10通过外接电源插口 14给本装置供电，在不具备外接电源的情况下，可以采用电池供电。环境监控装置15与电机或电源控制器17通过2. 4G无线通讯模块相连接，电机控制器可以实现对卷帘机的顺转、逆转的控制，以达到实现卷帘的圈起、放下；电源控制器可以实现电源开关的闭合、断开控制，以达到对滴管等设备的电源控制。手机用户终端13接收到智能支撑平台16发送的温室大棚温湿度超标的短信 提示以后，手机用户终端13向环境监控装置15发送手机控制短信，环境监控装置15的CDMA2000模块8接收手机短信，将接收到的短信进行处理，通过对短信的特定编码格式的解析，通过2. 4G无线通讯模块向控制器17发送控制指令，启动或关闭通风、加温、除湿或遮阳等设备的控制器17，从而调节温室大棚温的温湿度环境。环境监控装置15采用双CPU设计。MIPS CPU模块I的型号是RT3052型，可以完成EVD0/CDMA1X的数据传输、软件升级、短信处理等，MIPS CPU模块I定时开启电源，实现数据收发，当没有数据发送时MIPS CPU模块I是不工作的。低功耗无线单片机6的型号是nRF24LEl，可以完成2. 4G的数据传输、显示控制、电源控制。低功耗无线单片机6在实时工作，获取温湿度传感器3或备选传感器7采集到的环境监控数据，并对采集到的数据进行数据比对和数据校验处理，当发生数据超标时，向MIPS CPU模块I发送指令开启电源，发送数据。低功耗无线单片机6采用心跳方式定时打开MIPS CPU模块1，完成数据传输后再关闭，以达到省电的目的。低功耗无线单片机6采用GPIO连接LED段码显示屏9和设置按键4，完成温湿度、日期、时间、电池电量、EVD0/CDMA1X信号强度的显示以及报警门限的设置。环境监控装置15具有实时温湿度显示功能，可以进行温湿度报警门限值设置，根据用户需要按照时间段分别可以设定三组温度、湿度报警门限值；与其他备选传感器7之间通过2. 4G无线通讯协议进行数据传输，并将采集、接收到的环境监控数据上传至智能支撑平台16。环境监控装置15可以提供本地、远程和呼叫中心三种温湿度报警值修改方式，方便用户设置温湿度报警值。I)本地方式用户直接通过环境监控装置15提供的按键对温湿度报警参数进行修改；2)远程方式用户通过访问用户访问端20，对环境监控装置15的温湿度报警参数进行修改；3)呼叫中心方式用户可以拨打呼叫中心的电话语音服务，要求设置环境监控装置15的温湿度报警参数，服务人员通过智能支撑平台16提供的环境监控装置15参数修改界面对相应的环境监控装置15进行参数调整。配置信息在终端智能大棚终端断电后仍然保存。低功耗无线单片机6与MIPS CPU模块I之间通过SPI和GPIO进行连接。低功耗无线单片机6通过2. 4G无线传输，接收温湿度传感器3或备选传感器7传送的环境监控数据，进行数据比对和数据校验处理，将处理后的数据传送给MIPS CPU模块1，MIPS CPU模块I将处理后的数据通过CDMA2000模块8利用3G网络上传至互联网12，实现设备之间的无线数据通讯，无人值守，可以进行不间断的环境监控，保证实时监控功能的实现。互联网12将接收到的数据经过处理以后，发送给手机用户终端13。互联网12通过中国电信短信公共服务接ロ向手机用户终端13发送短信。低功耗无线单片机6的工作流程如图7所示。可根据用户需要按照时间段分别可以设定三组温度、湿度报警门限值。当温室大棚内的环境温湿度超过或低于报警门限值时，环境监控装置15启动数据上传功能，通过通讯基站18向智能支撑平台16发送数据，然后智 能支撑平台16通过电信短信网关19向手机用户终端13 (即农户手机)发送报警短信。MIPS CPU核心模块I和低功耗无线单片机6利用U盘进行升级如图8所示。MIPS CPU核心模块I和低功耗无线单片机6利用智能支撑平台16进行远程设备升级的工作流程如图9所示。以上所述的仅是本发明的较佳实施例，并不局限本发明。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，还可以做出其它等同变型和改进，均可以实现本发明的目的，都应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.ー种温室大棚环境监控系统，包括环境监控装置(15)、手机用户终端(13)和控制器(I 7)，其特征在于，还包括智能支撑平台(16)，所述智能支撑平台(16)与所述环境监控装置(15)通过中国电信CDMA2000通讯技术覆盖的通讯基站(18)网络连接，所述智能支撑平台(16)与所述手机用户终端(13)通过电信短信网关(19)短信连接，用户访问端(20)通过Internet互联网(12)与所述智能支撑平台(16)网络连接，所述控制器(17)通过所述环境监控装置(15)接收所述手机用户终端(13)的下发指令。
2.根据权利要求I所述温室大棚环境监控系统，其特征在于，所述智能支撑平台(16)包括依次连接的协议接收模块(22)、权限校验模块(23)和协议处理模块(24)，所述协议接收模块(22)通过3G网络与所述环境监控装置(15)中的所述CDMA2000模块(8)网络连接，所述协议处理模块(24)分别与存储模块(25)、查询模块(26)和短信模块(27)相连接；所述短信模块(27 )通过所述电信短信网关(19 )与所述手机用户终端(13 )短信连接。
3.根据权利要求I或2所述温室大棚环境监控系统，其特征在干，呼叫中心(21)通过所述Internet互联网(12)访问所述用户访问端(20)。
4.根据权利要求3所述温室大棚环境监控系统，所述环境监控装置(15) 包括MIPS CPU模块(I)、电源模块(2 )、温湿度传感器(3 )、按键(4)、指示灯(5 )和显示屏(9 )，其特征在于，还包括与所述MIPS CPU模块(I)相连接的低功耗无线单片机(6 )，所述低功耗无线单片机(6)分别与所述电源模块(2)、按键(4)、指示灯(5)和显示屏(9)相连接，所述低功耗无线单片机(6)与所述温湿度传感器(3)采用mini U 口外接方式连接；所述MIPS CPU模块(I)与CDMA2000模块(8)连接。
5.根据权利要求4所述的温室大棚环境监控装置，其特征在干，所述低功耗无线单片机(6)通过2. 4G无线传输与温室大棚环境中的备选传感器(7)近程无线网络连接。
6.根据权利要求4所述的温室大棚环境监控装置，其特征在干，所述低功耗无线单片机(6)通过2. 4G无线传输与温室大棚的所述控制器(I 7)近程无线网络连接。
7.根据权利要求4所述的温室大棚环境监控装置，其特征在干，所述CDMA2000模块(8)通过3G网络将数据利用Internet互联网(12)上传至智能支撑平台(16)。
8.根据权利要求4所述的温室大棚环境监控装置，其特征在于，所述电源模块(2)与外接电源(10)或者电池(11)相连接。
9.根据权利要求4所述的温室大棚环境监控装置，其特征在于，所述MIPSCPU模块(I)通过USB接ロ与所述CDMA2000模块(8)相连接。
10.根据权利要求5所述的温室大棚环境监控装置，其特征在于，所述备选传感器(7)包括依次连接的传感器(28)、低功耗无线单片机、电源模块和电池。
11.根据权利要求6所述温室大棚环境监控系统，其特征在于，所述控制器(17)包括依次连接的接触器(29 )、低功耗无线单片机、电源模块和外接电源。
12.根据权利要求10所述的温室大棚环境监控装置，其特征在于，所述备选传感器(7)是土壤温湿度传感器、CO2传感器或光照強度传感器。
全文摘要
本发明公开了一种温室大棚环境监控系统，包括环境监控装置、手机用户终端和控制器，还包括智能支撑平台，所述智能支撑平台与所述环境监控装置通过中国电信CDMA2000通讯技术覆盖的通讯基站网络连接，所述智能支撑平台与所述手机用户终端通过电信短信网关短信连接，用户访问端通过Internet互联网与所述智能支撑平台网络连接，所述控制器通过所述环境监控装置接收所述手机用户终端的下发指令。该温室大棚环境监控系统将环境监控数据远程上传至智能支撑平台，使用2.4G无线通讯技术进行环境监控装置、传感器、控制器之间的近程通讯，通过短信方式对自动卷帘机等设备进行控制。用户可以在任何有网络的地方获取监控地点的环境监控数据，并用手机对相关设备实现控制。
文档编号G01D21/02GK102692252SQ20121018406
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月6日 优先权日2012年6月6日
发明者徐茂文, 慕富强, 李忠, 温斌斌, 王军涛, 罗丽, 陈建军 申请人:甘肃万维信息技术有限责任公司