一种基于无线传感网络的温室环境监测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于无线传感网络的温室环境监测系统，包括监控中心、ZigBee主节点、ZigBee终端节点，监控中心通过ZigBee主节点控制ZigBee终端节点，ZigBee主节点中的单片机采用高集成度的C8051F310芯片大大降低了整体系统成本，ZigBee终端节点中的数据处理模块和无线通信模块采用CC2430芯片，具有小尺寸、低功耗、适用性强的特点，ZigBee终端节点电源供给模块采用太阳能充电电池模块，合理地利用了太阳能，节约资源，本实用新型整个系统通过ZigBee无线传感，其网络容量大、功耗低，部署方便，易于维护，成本低廉，通信数据可靠安全，能保证作物生长处于最佳状态。
【专利说明】
一种基于无线传感网络的温室环境监测系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及温室环境监测技术领域，具体的说是一种基于无线传感网络的温室环境监测系统。
【背景技术】
[0002]无线传感器网络是由部署在监测区域内的大量的带有传感器的无线节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其作用是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观测者，目前，温室生产中广泛存在数量大、分布广的电子检测装置和执行机构，由此造成温室内线缆纵横交错，而且，当作物更替时，相应装置和机构位置常常需要调整，连接各个装置与机构的线缆有时也需要重新布置，这不仅增加了温室的投资成本和安装维护的难度，不利于系统布局变动，有时也影响作物生长。
[0003]因此，为克服上述技术的不足而设计出一款部署方便、易于维护、成本低廉、通信数据可靠安全、能保证作物生长处于最佳状态的一种基于无线传感网络的温室环境监测系统，正是发明人所要解决的问题。
【实用新型内容】
[0004]针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种基于无线传感网络的温室环境监测系统，其结构简单，部署方便，易于维护，成本低廉，通信数据可靠安全，能保证作物生长处于最佳状态。
[0005]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于无线传感网络的温室环境监测系统，其包括监控中心、ZigBee主节点、ZigBee终端节点，所述监控中心通过ZigBee主节点控制ZigBee终端节点；
[0006]所述ZigBee主节点包括单片机、电源、时钟显示模块、按键模块、Internet接口、ZigBee接口、RAM存储模块、USB接口、JTAG接口，所述单片机分别与电源、时钟显示模块、按键模块、Internet接口、ZigBee接口、RAM存储模块、USB接口、JTAG接口连接，所述Internet接口与ZigBee接口双向连接；
[0007]所述ZigBee终端节点包括数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块和电源供给模块，所述数据采集模块与数据处理模块连接，所述数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块分别与电源供给模块连接，所述数据采集模块包括温度传感器、湿度传感器、光敏电阻、A/D转换器，所述温度传感器、湿度传感器、光敏电阻分别与A/D转换器连接，所述数据处理模块包括处理器、存储器、通信协议操作模块，所述通信协议操作模块与存储器连接，所述存储器与处理器连接，所述数据处理模块中的处理器与无线通信模块连接。
[0008]进一步，所述ZigBee主节点与监控中心通过串口直接连接或通过使用GPRS将数据发送至连接有GPRS接收装置的监控中心。
[0009]进一步，所述ZigBee主节点中的单片机采用C8051F310芯片。
[0010]进一步，所述ZigBee终端节点中的数据处理模块和无线通信模块采用CC2430芯片。
[0011]进一步，所述电源供给模块采用太阳能充电电池模块。
[0012]本实用新型的有益效果是:
[0013]1、本实用新型可以实现对温室各参数快速、准确的监测，对提高温室监测系统的可维护性、温室的空间利用率和单位面积产出率具有重要的应用价值，C8051F310芯片的高集成度大大降低了整体系统成本，ZigBee终端节点具有小尺寸、低功耗、适用性强的特点，电源供给模块采用太阳能充电电池模块，合理地利用了太阳能，节约资源。
[0014]2、本实用新型系统通过ZigBee无线传感，其网络容量大、功耗低，部署方便，易于维护，成本低廉，通信数据可靠安全，能保证作物生长处于最佳状态。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型结构不意图。
[0016]图2是本实用新型ZigBee终端节点硬件结构示意图。
[0017]图3是本实用新型ZigBee主节点硬件结构示意图。
[0018]附图标记说明:1_监控中心；2-GPRS接收装置;3-ZigBee主节点；4-ZigBee终端节点。
【具体实施方式】
[0019]下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型，应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落在申请所附权利要求书所限定的范围。
[0020]参见图1是本实用新型结构示意图，该结构一种基于无线传感网络的温室环境监测系统，其包括监控中心1、218866主节点3、218866终端节点4，监控中心2通过218866主节点3控制ZigBee终端节点4 ,ZigBee主节点3与监控中心I通过串口直接连接或通过使用GPRS将数据发送至连接有GPRS接收装置2的监控中心I。
[0021]本实用新型是一个层次型网络结构，最底部为ZigBee终端节点4，向上依次是ZigBee主节点3和监控中心I，监控中心I为一台计算机，用来显示环境监测的数据，对网络发送命令，ZigBee网络负责环境数据的采集，它由ZigBee主节点3和ZigBee终端节点4组成，ZigBee终端节点4包括传感器节点，在每个网络中必须要有一个ZigBee主节点3，负责发起网络并对其管理和维护，包括对新加入的设备分配网络地址，节点的加入和离开，网络的安全密钥的分发更新等，为避免节点加入任意组网，造成网络节点的功耗分布不均，本实用新型网络内部分为若干个小的星形网络，每个星形网络定义为一个组，星形网络的中心节点通过将终端设备上传的信息整合处理，再将数据发送给ZigBee主节点3，ZigBee主节点3与监控中心I连接的方式有两种，通常可将ZigBee主节点3与监控中心I通过串口直接连接，当不便于监控中心I长期在现场使用时，可使用GPRS将数据发送至连接有GPRS接收装置2的监控中心I，监控中心I需监控传感器节点的工作状态及健康情况，传感器包括温度传感器、湿度传感器、光敏电阻等，显示所有数据的源地址、传感器采集的数据及数据的变化趋势，并据此调整节点的工作任务，节点的健康状况包括剩余能量、传感器、通信部件的工作情况等，通过监控传感器状态，可及时调整传感器节点的工作周期，重新分配任务，从而避免节点过早失效延长整个网络的生命期，目前主要通过节点的工作电压判断节点的剩余能量信息，若电压值过低，该节点读取传感器数据的可靠性也降低，此时就需延长电压过低节点的休眠时间并减少采样频率。
[0022]参见图2是本实用新型ZigBee终端节点硬件结构示意图，ZigBee终端节点包括数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块和电源供给模块，数据采集模块与数据处理模块连接，数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块分别与电源供给模块连接，数据采集模块包括温度传感器、湿度传感器、光敏电阻、A/D转换器，温度传感器、湿度传感器、光敏电阻分别与A/D转换器连接，数据处理模块包括处理器、存储器、通信协议操作模块，通信协议操作模块与存储器连接，存储器与处理器连接，数据处理模块中的处理器与无线通信模块连接，数据处理模块和无线通信模块采用CC2430芯片，电源供给模块采用太阳能充电电池模块，合理的利用了太阳能，数据采集模块采用温度传感器、湿度传感器、光敏电阻，其中光敏电阻输出模拟信号，经过MCU 12位ADC变换后输入到MCU，温度传感器、湿度传感器采集的数字信号输出通过I/O 口输入到MCU，再将信号经过扩频O-QPSK调制到载波后通过发射器从天线发送给主节点。
[0023]CC2430芯片集成了ZigBee射频前端、内存和微控制器，它包含一个8位的8051MCU，拥有32/64/128k的可编程Flash和8k的RAM存储，还包含ADC、定时器、AES-128安全协同处理器、看门狗定时器、上电复位电路、掉电检测电路、32kHz晶体休眠模式定时器和21个可编程I/O引脚，P0、P1 口是完全的8位口、P2 口只有5个可用的位，通过设定一组SFR寄存器的位和字节可使这些引脚作为通用的I/O 口或作为连接ADC、计时器或UART部件的外围I/O 口使用。
[0024]参见图3是本实用新型ZigBee主节点硬件结构示意图，ZigBee主节点包括单片机、电源、时钟显示模块、按键模块、Internet接口、ZigBee接口、RAM存储模块、USB接口、JTAG接口，单片机分别与电源、时钟显示模块、按键模块、Internet接口、ZigBee接口、RAM存储模块、USB接口、JTAG接口连接，Internet接口与ZigBee接口双向连接，ZigBee主节点中的单片机采用C8051F310芯片，C8051F310芯片具有与8051指令集完全兼容的CIP-51内核，它在单片机内集成了构成一个单片机数据采集或控制系统所需要的模拟和数字外设及其他功能部件，这些外设或功能部件包括:ADC、可编程增益放大器、DAC、电压比较器、电压基准、温度传感器、SMBus/I2C、UART、SP1、定时器、PCA、内部振荡器、看门狗定时器及电源监视器等，这些外设部件的高集成度为设计小体积、低功耗、高可靠性、高性能的单片机应用系统提供了很大的方便，同时也可以使整体系统成本大大降低。
[0025]本实用新型可以实现对温室各参数快速、准确的监测，对提高温室监测系统的可维护性、温室的空间利用率和单位面积产出率具有重要的应用价值，C8051F310芯片的高集成度大大降低了整体系统成本，ZigBee终端节点具有小尺寸、低功耗、适用性强的特点，电源供给模块采用太阳能充电电池模块，合理地利用了太阳能，节约资源。
【主权项】
1.一种基于无线传感网络的温室环境监测系统，其特征在于:其包括监控中心、ZigBee主节点、ZigBee终端节点，所述监控中心通过ZigBee主节点控制ZigBee终端节点； 所述ZigBee主节点包括单片机、电源、时钟显示模块、按键模块、Internet接口、ZigBee接口、RAM存储模块、USB接口、JTAG接口，所述单片机分别与电源、时钟显示模块、按键模块、Internet接口、ZigBee接口、RAM存储模块、USB接口、JTAG接口连接，所述Internet接口与ZigBee接口双向连接； 所述ZigBee终端节点包括数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块和电源供给模块，所述数据采集模块与数据处理模块连接，所述数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块分别与电源供给模块连接，所述数据采集模块包括温度传感器、湿度传感器、光敏电阻、A/D转换器，所述温度传感器、湿度传感器、光敏电阻分别与A/D转换器连接，所述数据处理模块包括处理器、存储器、通信协议操作模块，所述通信协议操作模块与存储器连接，所述存储器与处理器连接，所述数据处理模块中的处理器与无线通信模块连接。2.根据权利要求1所述的一种基于无线传感网络的温室环境监测系统，其特征在于:所述ZigBee主节点与监控中心通过串口直接连接或通过使用GPRS将数据发送至连接有GPRS接收装置的监控中心。3.根据权利要求1所述的一种基于无线传感网络的温室环境监测系统，其特征在于:所述ZigBee主节点中的单片机采用C8051F310芯片。4.根据权利要求1所述的一种基于无线传感网络的温室环境监测系统，其特征在于:所述ZigBee终端节点中的数据处理模块和无线通信模块采用CC2430芯片。5.根据权利要求1所述的一种基于无线传感网络的温室环境监测系统，其特征在于:所述电源供给模块采用太阳能充电电池模块。
【文档编号】G01D21/02GK205541394SQ201620250312
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年3月28日
【发明人】史建华
【申请人】山西大同大学