一种用于盆栽植物的无线传感器网络通信系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型揭示了一种用于盆栽植物的无线传感器网络通信系统。该系统包括无线传感节点、数据汇聚网关和数据交互中心。无线传感节点，包括用于采集盆栽植物的生长环境参数的传感器模块组，将采集到的生长环境参数传送到数据汇聚网关的通讯模块；数据汇聚网关，包括接收无线传感节点传送的生长环境参数的传感网通讯模块，向数据交互中心传送生长环境参数的中心通讯模块，显示生长环境参数的显示模块；数据交互中心，包括接收数据汇聚网关传送的生长环境参数的无线通信单元，显示生长环境参数的显示单元。通过该系统，可以灵活设置监测点，并且用户可以通过数据汇聚网关或数据交互中心而不需到现场察看就能得到监测数据，了解盆栽植物的生长环境情况。
【专利说明】一种用于盆栽植物的无线传感器网络通信系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及测控领域，特别涉及一种用于盆栽植物的无线传感器网络通信系统。
【背景技术】
[0002]家居盆栽植物，包括盆栽花卉和盆栽果蔬，需要使用正确的方法管理，才能茁壮生长、定期开花和正常结果。其中最重要的指标包括环境温湿度、土壤温湿度、光照强度及时长以及土壤肥力，现在已经开始采用传感器采集这些数据来为培育盆栽植物提供数据支持。
[0003]目前，出现了一种用于家居盆栽植物的智能花盆，其在其底部装有水分及温度传感装置，在外部还有光照传感器。这些传感装置能随时监测植物生长环境变化，在植物所处环境未达到其生长所需标准时，花盆外的指示灯就会闪烁，一旁的温度计和湿度计则会显示所需数值，让主人及时对其实施有效的照顾。
[0004]但是，这种智能花盆的造价很高，灵活性较差，当主人不去现场观看时也无法得知盆栽植物的生长环境情况。
实用新型内容
[0005](一)要解决的技术问题
[0006]本实用新型要解决的技术问题是:监测盆栽植物生长环境的设备灵活性差，需现场察看才能知道监测数据。
[0007](二)技术方案
[0008]为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种用于盆栽植物的无线传感器网络通信系统，包括无线传感节点、数据汇聚网关和数据交互中心，
[0009]无线传感节点，包括用于采集盆栽植物的生长环境参数的传感器模块组，将采集到的生长环境参数传送到数据汇聚网关的通讯模块；
[0010]数据汇聚网关，包括接收无线传感节点传送的生长环境参数的传感网通讯模块，向数据交互中心传送生长环境参数的中心通讯模块，显示生长环境参数的显示模块；
[0011]数据交互中心，包括接收数据汇聚网关传送的生长环境参数的无线通信单元，显示生长环境参数的显示单元。
[0012]优选地，无线传感节点还包括运算控制模块，连接在所述传感器模块组和通讯模块之间，将传感器模块组采集到的盆栽植物的生长环境参数从模拟信号变为数字信号，然后传给通讯模块。
[0013]优选地，所述传感器模块组包括空气温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器和光照强度传感器中的任意一个或多个。
[0014]优选地，，当所述传感器模块组包括土壤湿度传感器时，土壤湿度传感器包括三个灵敏度各异的土壤湿度传感器元件。[0015]优选地，无线传感节点还包括电池模块，电池模块具有太阳能充电装置。
[0016]优选地，数据汇聚网关的中心通讯模块包括W1-Fi通讯子模块、2G通讯子模块和3G通讯子模块中的任意一个或多个。
[0017]优选地，包括多个数据汇聚网关，其中一个为通过内置网卡物理地址散列化后生成通信密钥的主网关，其他的为辅助网关。
[0018]优选地，数据交互中心还包括控制存储单元，用于存储数据汇聚网关传输过来的盆栽植物的生长环境参数。
[0019]优选地，数据交互中心还包括利用盆栽植物的生长环境参数进行灌溉提醒和病害预警及诊断的分析单元。
[0020]优选地，数据交互中心还包括移动通信单元，将盆栽植物的生长环境参数以短信的形式发送到用户的移动设备。
[0021](三)有益效果
[0022]本实用新型的技术方案通过采用无线传感节点、数据汇聚网关和数据交互中心三级结构，可以灵活设置监测点，并且用户可以通过数据汇聚网关或数据交互中心甚至手机短信而不需到现场察看就能得到监测数据，了解盆栽植物的生长环境情况。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为根据本实用新型一个实施例的用于盆栽植物的无线传感器网络通信系统的结构框图。
[0024]图2为根据本实用新型一个实施例的无线传感器节点的结构框图。
[0025]图3为根据本实用新型一个实施例的数据汇聚网关结构的结构框图。
[0026]图4为根据本实用新型一个实施例的数据交互中心的结构框图。
【具体实施方式】
[0027]为更进一步阐述本实用新型所采取的技术手段及功能，以下结合附图及较佳实施例，对本实用新型的具体组成、结构及其特征、功能，详细说明如后。
[0028]管理盆栽植物的传感器无线网络系统包括无线传感节点1、数据汇聚网关2和数据交互中心3，其组成如图1所示。
[0029]无线传感节点1，用于采集盆栽环境信息，包括传感器模块组11、通讯模块12、电池模块13和运算控制模块14，其组成如图2所示。
[0030]传感器模块组11可以包括空气温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器和光照强度传感器这四种传感器。用户可使用全部或部分种类的传感器。每个无线节点可以同时采集5种传感器值(空气温湿度传感器包括两种传感器值)。土壤温湿度传感器直接插入目标花盆，空气温湿度和光照强度传感器元件置于盆栽植物附近，与植物高度相仿。
[0031]空气温湿度传感器可以采用SHTll传感器；光照度传感器可以采用BH1750FVI传感器；土壤温度传感器可以采用DS18B20传感器；土壤湿度传感器可以采用三个YL69 土壤湿度传感器元件，通过不同的上拉电阻产生3种不同的灵敏度，从而可以通过采用准线性拟合方法计算土壤湿度，结构简单、成本低廉，而得到的测量精度可比拟结构复杂、成本昂贵的高精度土壤湿度传感器元件。[0032]无线传感节点I的通讯模块12的通讯芯片采用Chipcon CC1020，工作频带设定在433MHz，MAC层采用CSMA/CA协议通信。无线通讯时采用DES对称加密算法对数据包进行编码，密钥由数据汇聚网关2中的主网关发布，以在通讯时隔离不同网络。
[0033]电池模块13采用锂电池作为供电电源，同时提供充电接口，可以使用外置电源或使用太阳能充电装置为电池充电。
[0034]运算控制模块14采用32位Atmel 128L处理器单元，控制协调无线传感节点I各个模块的工作，集成了 10位数模转换单元，可以将传感器模块组11采集到的盆栽植物的生长环境参数从模拟信号变为数字信号。
[0035]无线传感节点I有两种工作模式:密钥获取模式和工作模式。用户可通过硬件开关进行切换。所述密钥获取模式用于接收数据汇聚网关2发来的密钥。所述工作模式用于采集生长环境参数并将之发送到数据汇聚网关2。
[0036]数据汇聚网关2的组成结构如图3所示，包括传感网通讯模块21、显示模块22、运算控制模块23和电源模块24，以及中心通讯模块25。中心通讯模块25可包括W1-Fi子通讯单元、2G子通讯单元和3G子通讯单元中的一个或多个，根据网络环境使用对应的子通讯单元，用于跟数据交互中心3通信。
[0037]数据汇聚网关2的运算控制模块23可使用32位低功耗ARM920T高速处理器内核，400MHz主频。显示模块22可以使用4.3寸触控屏，显示分辨率为480x272，LED背光可调节。传感网通讯模块21与无线传感节点I通信，中心通讯模块25通过W1-Fi通讯子模块、2G通讯子模块或3G通讯子模块中的一种与数据交互中心3通信。
[0038]管理盆栽植物的无线传感器网络系统可包含多个数据汇聚网关2。多个数据汇聚网关2之中有且仅有一个网关为主网关，其它网关为辅助网关。主网关通过主网关内置网卡物理地址散列化后生成密钥，所有辅助网关和传感器节点I开始工作前必须经从主网关获取密钥。除密钥发布或密钥获取外其它传感器网络内部通讯均需使用密钥进行加密，力口密方式为对称加密，加密后的数据其它网络收到后无法解析，以此与其他具有不同主网关的网络隔离。数据汇聚网关2有三种工作模式:密钥发布模式、密钥获取模式和工作模式，用户可通过硬件开关进行切换。
[0039]密钥发布模式用于主网关向辅助网关和传感器节点I发布密钥。密钥获取模式用于辅助网关从主网关获取密钥。
[0040]工作模式又分为一般工作模式和节能模式，用户可通过接通/断开电源供应进行切换。一般工作模式用于接收传感器节点I发送的数据，并根据需要向传感器节点I发送配置指令，以及向数据交互中心3发布数据或从数据交互中心3获取指令。节能模式用于电池供电下接收传感器节点I发送的数据，并根据需要向传感器节点I发送配置指令，此状态下W1-Fi模块和2G/3G通讯子模块不工作，显示单元自动关闭。
[0041]数据交互中心3如图4所示，包括分析单元31、无线通信单元32、控制存储单元33、显示单元34以及移动通信单元35。无线通信单元32接受数据汇聚网关2从各个传感器节点I采集到的盆栽植物的生长环境参数，存储到控制存储单元33。分析单元31可以利用控制存储单元33提供的土壤湿度的当前数据和历史数据进行灌溉提醒，利用空气温湿度、土壤温度和光照强度的当前数据和历史数据进行病害预警及诊断，控制存储单元33将灌溉提醒和病害预警及诊断结果通过无线通信单元32发送到各个数据汇聚网关。显示单元34可以显示盆栽植物的生长环境参数，也可以显示灌溉提醒和病害预警及诊断。数据交互中心3还可以包括移动通信单元35，可以将盆栽植物的生长环境参数以及灌溉提醒和病害预警及诊断结果通过移动网络服务以短信的形式发送到用户的移动设备。用户可通过访问数据交互中心3或移动设备查看盆栽植物的生长环境参数、灌溉提醒和病害预警及诊断结果。无线通信单元32和移动通信单元35可以为同一个部件，也可以为不同的分置部件。
[0042]本实用新型的技术方案通过采用无线传感节点、数据汇聚网关和数据交互中心三级结构，可以灵活设置监测点，并且用户可以通过数据汇聚网关或数据交互中心而不需到现场察看就能得到监测数据，了解盆栽植物的生长环境情况。
[0043]以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型权利要求限定的范围内。
【权利要求】
1.一种用于盆栽植物的无线传感器网络通信系统，其特征在于，包括无线传感节点、数据汇聚网关和数据交互中心， 无线传感节点，包括用于采集盆栽植物的生长环境参数的传感器模块组，将采集到的生长环境参数传送到数据汇聚网关的通讯模块； 数据汇聚网关，包括接收无线传感节点传送的生长环境参数的传感网通讯模块，向数据交互中心传送生长环境参数的中心通讯模块，显示生长环境参数的显示模块； 数据交互中心，包括接收数据汇聚网关传送的生长环境参数的无线通信单元，显示生长环境参数的显示单元。
2.权利要求1所述的用于盆栽植物的无线传感器网络通信系统，其中，无线传感节点还包括运算控制模块，连接在所述传感器模块组和通讯模块之间，将传感器模块组采集到的盆栽植物的生长环境参数从模拟信号变为数字信号，然后传给通讯模块。
3.权利要求1所述的用于盆栽植物的无线传感器网络通信系统，其中，所述传感器模块组包括空气温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器和光照强度传感器中的任意一个或多个。
4.权利要求3所述的用于盆栽植物的无线传感器网络通信系统，当传感器模块组包括土壤湿度传感器时，土壤湿度传感器包括三个灵敏度各异的土壤湿度传感器元件。
5.权利要求1所述的用于盆栽植物的无线传感器网络通信系统，其中，无线传感节点还包括电池模块，电池模块具有太阳能充电装置。
6.权利要求1所述的用于盆栽植物的无线传感器网络通信系统，其中，数据汇聚网关的中心通讯模块包括W1-Fi通讯子模块、2G通讯子模块和3G通讯子模块中的任意一个或多个。
7.权利要求1所述的用于盆栽植物的无线传感器网络通信系统，其中，数据交互中心还包括控制存储单元，用于存储数据汇聚网关传输过来的盆栽植物的生长环境参数。
8.权利要求1至7中任一所述的用于盆栽植物的无线传感器网络通信系统，其中，数据交互中心还包括移动通信单元，将盆栽植物的生长环境参数以短信的形式发送到用户的移动设备。
【文档编号】G08C17/02GK203504765SQ201320533581
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月29日 优先权日:2013年8月29日
【发明者】徐刚, 陈立平, 张瑞瑞 申请人:北京农业智能装备技术研究中心