基于Web服务器和ZigBee的大棚远程监控系统的制作方法

本实用新型涉及智能农业技术领域，特别是涉及一种基于Web服务器和ZigBee的大棚远程监控系统。

背景技术：

近年来随着大棚农业的蓬勃发展，对农业生产的信息化管理成为了一个重要的研究领域，大棚温室内的土壤湿度、环境温湿度、叶面湿度等环境因素对农作物的质量以及稳产、高产有很大的影响，如何实时、有效地获取内部各种环境参数，为种植过程的科学灌溉提供数据支持，进而提高作物产量，增加经济收益，具有重大的意义。

针对上述问题，目前常用的方法是人工巡查和有线数据采集两种，人工巡查方式消耗人力、工作量大，且难以保证数据的实时性与有效性，另一种是采用有线通讯的数据采集方式监测系统，其布线复杂，且受物理线路和环境因素影响大，成本高，不适于扩展。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种基于Web服务器和ZigBee的大棚远程监控系统。

为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是：

一种基于Web服务器和ZigBee的大棚远程监控系统，包括Web服务器、网关以及通过所述的网关与所述的Web服务器通讯的ZigBee终端，

网关包括路由器、与所述的路由器通讯连接的USB摄像头，与所述的路由器连接的Zigbee协调器以及电源；

所述的ZigBee终端包括传感器节点和继电器节点，

所述的传感器节点包括承载在微控制器底板上的CC2530芯片、与所述的CC2530芯片通讯连接且设置在扩展板上的传感器模块，以及传感器节点电源，

所述的继电器节点包括CC2530芯片、与所述的CC2530芯片控制连接的继电器，以及继电器节点电源。

还包括与网关通讯的7寸触摸显示屏用于在本地对整个系统的工作状态进行控制及显示。

所述的传感器节点电源包括锂离子电池、锂离子电池充电模块、DC-DC升压模块，以及DC-DC降压模块，所述的DC-DC升压模块为传感器供电，所述的DC-DC降压模块为CC2530供能。

，所述的继电器节点电源包括隔离电源模块，与所述的隔离电源模块输出连接的线性稳压芯片，所述的线性稳压芯片为CC2530芯片供电，所述的隔离电源模块同时为继电器供电。

所述的传感器节点包括光照度传感器、空气温湿度传感器、土壤温度传感器土壤和二氧化碳浓度传感器。

所述的继电器用于通风窗、遮光帘、保温帘、滴灌以及补光器的动作控制。

所述的传感器节点还包括通过SPI总线与CC2530芯片互相通信的OLED显示屏以用于显示传感器采集的信息。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型的各传感器节点通过ZigBee协调器及网关将采集到的数据上传到网络云服务器进行分析处理和存储，同时Web服务器提供人机交互界面，用户可利用浏览器远程查看大棚内各传感器参数及对农业电气设备控制。整套系统无需现场布线、采集点设置自由灵活、覆盖面积广阔，使传统大棚的种植管理数字化、精确化，有效的保证农作物良好的生长环境。

附图说明

图1所示为本实用新型的基于Web服务器和ZigBee的大棚远程监控系统的结构示意图。

图2所示为网关结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1、2所示，本实用新型的基于Web服务器和ZigBee的大棚远程监控系统，包括Web服务器、网关以及通过所述的网关与所述的Web服务器通讯的ZigBee终端，所述的ZigBee终端包括传感器节点和继电器节点，所述的传感器节点包括承载在微控制器底板上的CC2530芯片、与所述的CC2530芯片通讯连接且设置在扩展板上的传感器模块，以及传感器节点电源，以CC2530芯片为主核心的模块；其内部运行TI公司的Z-Stack协议栈，控制射频部分组网和实现无线通信，而且所述的CC2530芯片采用鞭状天线，数据稳定传输达1000米。所述的传感器节点包括光照度传感器、空气温湿度传感器、土壤温度传感器土壤和二氧化碳浓度传感器。传感器终端节点采用传感器盾板与微控制器集中的微控制器底板相分离的设计，方便维护及后续扩展。

所述的继电器节点包括CC2530芯片、与所述的CC2530芯片通讯连接的继电器，以及继电器节点电源。所述的继电器用于通风窗、遮光帘、保温帘、滴灌以及补光器的动作控制。如，继电器采用SLA-5VDC-SL-A型继电器，最大允许电流高达30A，在电路上通过光耦实现强弱电隔离，既能消除继电器动作对单片机的影响，又能防止触电事故的发生。控制节点的软件设计与传感器节点类似，启动完成后等待协调器发来的控制命令并执行。

具体来说，空气温湿度传感器：DHT11,测量范围0－50℃，测温精度为2℃。采用1-Ware总线方式与CC2530通信。土壤温度传感器不锈钢防水型的18b20温度传感器埋入土壤中检测土壤中的温度，其测温范围为－55℃～+125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃；利用1-Ware总线与cc2530通信。土壤湿度传感器利用大连祺峰科技有限公司生产的土壤水分传感器埋入土壤当中进行检测，这种传感器探头为优质不锈钢制作的钢针，隔离设计，不易电解，可耐土壤中酸碱盐的腐蚀，适合长期工作于土壤之中。水分测量范围为体积含水量的0-50％，误差小于2％。输出信号为0-2V的电压信号，通过CC2530的ADC功能进行数据采集。二氧化碳浓度传感器采用GE红外二氧化碳(CO2)T6603-5型传感器和采集二氧化碳浓度、相对于敏感体化学材料制成的气体传感器T6603-5型利用红外光学原理采集数据的传感器更具有气体选择性，其测量范围为0-2000ppm，测量精度±70ppm，使用串口与cc2530通信。光照度传感器采用以BH1750FVI芯片为核心的GY-30数字光照度器，测量范围为0-65535勒克斯，通过IIC总线与CC2530通信。

为实现Zigbee协调器和Web服务器的通讯，本实用新型的监控系统的网关包括由以AR9331为核心的路由器、与所述的路由器通讯连接的USB摄像头，Zigbee协调器以及电源，如采用HLK-PM01型AC-DC220V-5V的隔离电源模块和ASM1117电压转换芯片为网关系统供电，所述的摄像头采用UVC摄像头与路由器相连接,其中UVC指USB Video Class又称免驱摄像头，在Openwrt中安装mjpg-streamer开源监控软件将普通的摄像头变为流媒体的网络摄像头。同时还包括与所述的网关通讯的7寸触摸显示屏用于在本地对整个系统的工作状态进行控制及显示。网关的主要作用是将ZigBee内网中的数据转发到Internet中的Web服务器中。利用ZigBee协调器接收ZigBee终端发来的数据，协调器与路由器利用串口连接，从串口收数据的路由器在利用WiFi或网线(W703N自带网口和WiFi)连入到服务器中，反之亦然。

本实用新型的各传感器节点通过ZigBee协调器及网关将采集到的数据上传到网络云服务器进行分析处理和存储，同时Web服务器提供人机交互界面，用户可利用浏览器远程查看大棚内各传感器参数及对农业电气设备控制。整套系统无需现场布线、采集点设置自由灵活、覆盖面积广阔，使传统大棚的种植管理数字化、精确化，有效的保证农作物良好的生长环境。

由锂离子电池供电的多个传感器节点分布在大棚内部不同位置，与协调器使用ZigBee技术进行无线组网。网关由以AR9331为核心的路由器和ZigBee协调器组成，AR9331上运行有嵌入式Linux操作系统，在此系统上编写TCP客户端实现与Web服务器进行数据交互。Web服务器上搭建LAMP(Linux+Apache+MySql+PHP)环境，运行人机交互界面和后台服务脚本，一方面对网关上传的传感器数据进行分析存储，另一方面响应用户通过手机、电脑在浏览器上发出的控制命令并下发给网关直至控制设备。

其中，所述的传感器节点电源包括锂离子电池、锂离子电池充电模块、DC-DC升压模块，以及DC-DC降压模块，所述的DC-DC升压模块为传感器供能，所述的DC-DC降压模块为CC2530供能。同时，该传感器节点的底板中设置有锂电池充电电路和电源转换电路，如利用USBmicro接口通过TP4057对锂电池进行充电。

所述的继电器节点电源包括隔离电源模块，与所述的隔离电源模块输出连接的线性稳压芯片，线性稳压芯片为CC22530供电,所述的隔离电源模块同时为继电器供电。

所述的传感器节点还包括通过SPI总线与CC2530互相通信的OLED显示屏，如0.96寸OLED显示屏以用于显示传感器采集的信息。底板的OLED显示模块设计为可插拔组合的方式，根据需求进行配合。底板的OLED显示模块设计为可插拔组合的方式，根据需求进行配合。

本系统为适应大型大棚，采用了带功率放大的ZigBee模块，组网方式选择为星型结构。上电后，终端节点在完成硬件初始化后启动协议栈，搜寻附近协调器组建的网络并加入，组网成功后调用回调函数通过设置事件发生标志函数来设置用户自定义任务的周期运行。调度程序主循环函数一直在运行，一旦用户自定义任务的中某一事件触发生时，调度程序主函数自动调用相应的事件处理函数来进行事件处理。

自定义任务主要分两类。一类是用户设置的周期性对传感器采集的数据进行上传到Web服务器中，周期性事件处理函数每隔一段时间就执行一次，周而复始；另一类是无线接收到协调器发来的控制指令，传感器终端解析指令并执行，此类事件处理函数只执行一次。

与终端节点相同ZigBee协调器上同样运行Z-Stack协议栈，协调器主要作用是建立ZigBee网络供终端加入和维护网络的正常工作。上电之后，先进行硬件初始化，扫描附近信号最好的信道，按照用户设定的个域网标志符(PAN ID)来标识并建立一个网络以供终端节点加入。网络建立成功之后通过回调函数串口发送信息至Openwrt，使其与服务器建立TCP连接。当Openwrt的TCP连接成功后协调器发送控制命令到各个终端，启动传感器终端周期发送数据函数。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。