一種基于ZigBee的古樹名木健康狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是涉及一種基于ZigBee的古樹名木健康狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，一種能夠同時(shí)測(cè)量古樹名木生理生態(tài)參數(shù)的遠(yuǎn)程無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
【背景技術(shù)】
[0002]古樹名木一般是指在人類歷史進(jìn)程中留存下來的年代久遠(yuǎn)(樹齡一般在100年以上)，具有重要科學(xué)研究、歷史以及文化價(jià)值的樹木。
[0003]我國各級(jí)政府根據(jù)地方特點(diǎn)頒布了相應(yīng)的保護(hù)古樹名木的相關(guān)法律法規(guī)，為保護(hù)古樹名木提供了法律保障。但是在多方面因素的綜合影響下，如保護(hù)資金不足、管理不到位等，使得許多古樹沒有及時(shí)得到應(yīng)有的保護(hù)，導(dǎo)致生長(zhǎng)狀況下降，有些古樹甚至面臨死亡。因此如果不采取科學(xué)有效的保護(hù)措施，這遺留下的活的歷史文物將面臨嚴(yán)重的破壞。
[0004]目前，對(duì)古樹保護(hù)采取的技術(shù)措施主要分為地上和地下兩個(gè)部分。地上保護(hù)措施以樹體管理為主，包括樹體修剪、修補(bǔ)、靠接、樹干損傷處理、填洞、葉面施肥及病蟲害防治；地下保護(hù)措施包括古樹生長(zhǎng)土壤條件的改善，古樹根系活力誘導(dǎo)，通過地下系統(tǒng)創(chuàng)造適宜古樹根系生長(zhǎng)的營養(yǎng)物質(zhì)條件，土壤含水通氣條件，并施用植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，誘導(dǎo)根系發(fā)育。此外對(duì)于人流量較大的地方設(shè)置圍欄保護(hù)。
[0005]現(xiàn)有的保護(hù)措施需要在人為的條件下進(jìn)行監(jiān)測(cè)，不僅周期長(zhǎng)、檢測(cè)頻率低，而且不能實(shí)時(shí)采集古樹生長(zhǎng)狀況的信息，不利于及時(shí)地生成合理治理方案。而利用當(dāng)前的無線傳感器技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)古樹生長(zhǎng)狀況的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了解決現(xiàn)有古樹健康狀況參數(shù)采集周期長(zhǎng)、頻率低，耗費(fèi)人力的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于ZigBee的古樹名木健康狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)名木古樹健康狀況長(zhǎng)期在線的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。
[0007 ]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種基于ZigBee的古樹名木健康狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括:
監(jiān)控中心單元、無線通訊單元、傳感器單元以及太陽能供電單元，太陽能供電單元分別與傳感器單元和無線通訊單元相連，提供所需電能，傳感器單元通過無線通訊單元與監(jiān)控中心單元之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互通訊；
所述傳感器單元與所述無線通訊單元相連接，用于測(cè)量古樹的生理狀態(tài)和環(huán)境因子；所述無線通訊單元分別與所述監(jiān)控中心單元、傳感器單元相連接，用于向所述監(jiān)控中心單元發(fā)送所述傳感器單元采集的數(shù)據(jù)，以及接收所述監(jiān)控中心單元發(fā)送的無線網(wǎng)絡(luò)配置文件；
所述監(jiān)控中心單元與所述無線通訊單元相連接，用于接收所述無線通訊單元上傳的古樹生長(zhǎng)狀況的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以及向所述無線通訊單元發(fā)送無線網(wǎng)絡(luò)配置文件。
[0008]進(jìn)一步地，所述監(jiān)控中心單元包括接入Internet的監(jiān)測(cè)中心，所述監(jiān)測(cè)中心包括: 數(shù)據(jù)顯示模塊，用于顯示接收到的古樹健康狀況的參數(shù)；
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)每次接收到的古樹健康狀況的數(shù)據(jù)；
數(shù)據(jù)分析處理模塊，用于對(duì)每次接收到古樹健康狀況的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，通過與正常參數(shù)比較得出古樹的健康狀態(tài)，以及可以根據(jù)所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中所存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)古樹未來的生長(zhǎng)狀況的趨勢(shì)。
[0009]所述的監(jiān)控中心單元中的監(jiān)測(cè)中心可以是接入Internet的PC，并接收通過GPRS傳入Internet的古樹健康狀況數(shù)據(jù)。PC包括作為數(shù)據(jù)顯示模塊的顯示器，可及時(shí)顯示所接收到的古樹健康狀況參數(shù);作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的數(shù)據(jù)庫，將接收到的數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)庫以及查詢數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù);作為數(shù)據(jù)分析處理模塊的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，對(duì)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)分析處理得到古樹健康狀況的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)以及采取的保護(hù)措施。
[00?0] 進(jìn)一步地，所述無線通訊單元包括:
GPRS模塊，與所述的監(jiān)測(cè)中心以及所述的ZigBee網(wǎng)關(guān)相連，用于將所述的監(jiān)測(cè)中心發(fā)送的無線網(wǎng)絡(luò)配置文件傳輸給所述的ZigBee網(wǎng)關(guān)，以及將經(jīng)過所述的ZigBee網(wǎng)關(guān)的古樹狀況數(shù)據(jù)上傳給所述的監(jiān)測(cè)中心；
ZigBee網(wǎng)關(guān)，與GPRS網(wǎng)絡(luò)和ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)相連，用于根據(jù)所述無線網(wǎng)絡(luò)配置文件對(duì)不同通信協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換；
ZigBee協(xié)調(diào)器，與所述ZigBee網(wǎng)關(guān)以及所述的ZigBee終端節(jié)點(diǎn)相連，用于根據(jù)信道掃描的情況，選擇合適的參數(shù)建立一個(gè)ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)；
ZigBee終端節(jié)點(diǎn)，與所述傳感器單元中的各類型傳感器相連接，用于通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換接收所述各傳感器采集的古樹狀況數(shù)據(jù)信號(hào)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到所述的ZigBee協(xié)調(diào)器。
[0011]所述的ZigBee終端節(jié)點(diǎn)和ZigBee協(xié)調(diào)器具體采用CC2530芯片，可以以非常低的功耗以及成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，有利于對(duì)古樹健康狀況的各個(gè)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的采集以及傳輸。
[0012]所述的ZigBee網(wǎng)關(guān)采用高性能、低成本的ARM Cortex_M3嵌入式微處理器，與Z i gBee協(xié)調(diào)器和GPRS模塊采用有線的方式通訊。
[0013]進(jìn)一步地，所述無線通訊單元包括:
紅外葉溫傳感器，利用紅外線測(cè)量所述古樹葉片的溫度；
莖桿生長(zhǎng)傳感器，用于測(cè)量所述古樹莖桿的周長(zhǎng)生長(zhǎng)數(shù)據(jù)；
葉片濕度傳感器，用于測(cè)量所述古樹葉片的濕度；
光合有效輻射傳感器，用于測(cè)量所述古樹接收的太陽光的光合有效輻射；
葉綠素?zé)晒鈧鞲衅?，用于測(cè)量所述古樹葉片光合作用的效率；
土壤水分傳感器，用于測(cè)量所述古樹樹根附近土壤的水分含量；
土壤溫度傳感器，用于測(cè)量所述古樹樹根附近土壤的溫度。
[0014]為獲得較為完備準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，所述紅外葉溫傳感器、葉片濕度傳感器、光合有效輻射傳感器、葉綠素焚光傳感器的數(shù)量分別為多個(gè)，分別安裝在古樹樹枝不同方向和不同層次的樹葉上;所述莖桿生長(zhǎng)傳感器數(shù)量為多個(gè)，分別安裝在古樹主樹干以及其他從樹干上；所述土壤水分傳感器和土壤溫度傳感器數(shù)量為多個(gè)，根據(jù)古樹樹根的分布，插在古樹的根部附近，用于對(duì)古樹樹根的生存環(huán)境進(jìn)行有效測(cè)量。
[0015]進(jìn)一步地，所述監(jiān)控中心單元還用于將數(shù)據(jù)發(fā)送至連上Internet的手機(jī)、PDA以及平板電腦移動(dòng)終端上同步顯示，方便查閱。
[0016]相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過在古樹名木上安裝傳感器單元，利用低功耗的ZigBee短距離無線網(wǎng)絡(luò)與其相連，將采集到的古樹健康狀況數(shù)據(jù)發(fā)送給ZigBee網(wǎng)關(guān);ZigBee網(wǎng)關(guān)將對(duì)ZigBee協(xié)調(diào)器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)發(fā)送給與其相連的GPRS模塊;GPRS模塊通過Internet將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)測(cè)中心；監(jiān)測(cè)中心顯示所接收到的古樹健康狀況參數(shù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，分析得到古樹的健康狀況，有助于工作人員及時(shí)采取保護(hù)措施，實(shí)現(xiàn)了對(duì)古樹名木的長(zhǎng)期、自動(dòng)監(jiān)測(cè)。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于ZigBee的古樹名木健康狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中所示為:10_監(jiān)控中心單元，11-監(jiān)測(cè)中心，12-數(shù)據(jù)顯示模塊，13-數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，14-數(shù)據(jù)分析處理模塊，20-無線通訊單元，21-GPRS，22_ZigBee網(wǎng)關(guān)，23_ZigBee協(xié)調(diào)器，24-ZigBee終端節(jié)點(diǎn)，30-傳感器單元，31-紅外葉溫傳感器，32-莖桿生長(zhǎng)傳感器，33-葉片濕度傳感器，34-光合有效輻射傳感器，35-葉綠素?zé)晒鈧鞲衅鳎?6-土壤水分傳感器，37-土壤溫度傳感器，40-太陽能供電單元。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的目的作進(jìn)一步詳細(xì)地描述，實(shí)施例不能在此一一贅述，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不因此限定于以下實(shí)施例。
[0021]如圖1所示，一種基于ZigBee的古樹名木健康狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括:
監(jiān)控中心單元10、無線通訊單元20、傳感器單元30以及太陽能供電單元40，傳感器單元30通過無線通訊單元20與監(jiān)控中心單元10之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互通訊；
太陽能供電單元40分別與傳感器單元30和無線通訊單元20相連，提供各類傳感器以及無線通訊設(shè)備所需電能；
所述傳感器單元30與所述無線通訊單元20相連接，用于測(cè)量古樹的生理狀態(tài)和環(huán)境因子；
所述無線通訊單元20分別與所述監(jiān)控中心單元10、傳感器單元