一種用于盆栽植物的無線傳感器網絡通信系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型揭示了一種用于盆栽植物的無線傳感器網絡通信系統。該系統包括無線傳感節點、數據匯聚網關和數據交互中心。無線傳感節點，包括用于采集盆栽植物的生長環境參數的傳感器模塊組，將采集到的生長環境參數傳送到數據匯聚網關的通訊模塊；數據匯聚網關，包括接收無線傳感節點傳送的生長環境參數的傳感網通訊模塊，向數據交互中心傳送生長環境參數的中心通訊模塊，顯示生長環境參數的顯示模塊；數據交互中心，包括接收數據匯聚網關傳送的生長環境參數的無線通信單元，顯示生長環境參數的顯示單元。通過該系統，可以靈活設置監測點，并且用戶可以通過數據匯聚網關或數據交互中心而不需到現場察看就能得到監測數據，了解盆栽植物的生長環境情況。
【專利說明】一種用于盆栽植物的無線傳感器網絡通信系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及測控領域，特別涉及一種用于盆栽植物的無線傳感器網絡通信系統。
【背景技術】
[0002]家居盆栽植物，包括盆栽花卉和盆栽果蔬，需要使用正確的方法管理，才能茁壯生長、定期開花和正常結果。其中最重要的指標包括環境溫濕度、土壤溫濕度、光照強度及時長以及土壤肥力，現在已經開始采用傳感器采集這些數據來為培育盆栽植物提供數據支持。
[0003]目前，出現了一種用于家居盆栽植物的智能花盆，其在其底部裝有水分及溫度傳感裝置，在外部還有光照傳感器。這些傳感裝置能隨時監測植物生長環境變化，在植物所處環境未達到其生長所需標準時，花盆外的指示燈就會閃爍，一旁的溫度計和濕度計則會顯示所需數值，讓主人及時對其實施有效的照顧。
[0004]但是，這種智能花盆的造價很高，靈活性較差，當主人不去現場觀看時也無法得知盆栽植物的生長環境情況。
實用新型內容
[0005](一)要解決的技術問題
[0006]本實用新型要解決的技術問題是:監測盆栽植物生長環境的設備靈活性差，需現場察看才能知道監測數據。
[0007](二)技術方案
[0008]為了解決上述技術問題，本實用新型提出了一種用于盆栽植物的無線傳感器網絡通信系統，包括無線傳感節點、數據匯聚網關和數據交互中心，
[0009]無線傳感節點，包括用于采集盆栽植物的生長環境參數的傳感器模塊組，將采集到的生長環境參數傳送到數據匯聚網關的通訊模塊；
[0010]數據匯聚網關，包括接收無線傳感節點傳送的生長環境參數的傳感網通訊模塊，向數據交互中心傳送生長環境參數的中心通訊模塊，顯示生長環境參數的顯示模塊；
[0011]數據交互中心，包括接收數據匯聚網關傳送的生長環境參數的無線通信單元，顯示生長環境參數的顯示單元。
[0012]優選地，無線傳感節點還包括運算控制模塊，連接在所述傳感器模塊組和通訊模塊之間，將傳感器模塊組采集到的盆栽植物的生長環境參數從模擬信號變為數字信號，然后傳給通訊模塊。
[0013]優選地，所述傳感器模塊組包括空氣溫濕度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器和光照強度傳感器中的任意一個或多個。
[0014]優選地，，當所述傳感器模塊組包括土壤濕度傳感器時，土壤濕度傳感器包括三個靈敏度各異的土壤濕度傳感器元件。[0015]優選地，無線傳感節點還包括電池模塊，電池模塊具有太陽能充電裝置。
[0016]優選地，數據匯聚網關的中心通訊模塊包括W1-Fi通訊子模塊、2G通訊子模塊和3G通訊子模塊中的任意一個或多個。
[0017]優選地，包括多個數據匯聚網關，其中一個為通過內置網卡物理地址散列化后生成通信密鑰的主網關，其他的為輔助網關。
[0018]優選地，數據交互中心還包括控制存儲單元，用于存儲數據匯聚網關傳輸過來的盆栽植物的生長環境參數。
[0019]優選地，數據交互中心還包括利用盆栽植物的生長環境參數進行灌溉提醒和病害預警及診斷的分析單元。
[0020]優選地，數據交互中心還包括移動通信單元，將盆栽植物的生長環境參數以短信的形式發送到用戶的移動設備。
[0021](三)有益效果
[0022]本實用新型的技術方案通過采用無線傳感節點、數據匯聚網關和數據交互中心三級結構，可以靈活設置監測點，并且用戶可以通過數據匯聚網關或數據交互中心甚至手機短信而不需到現場察看就能得到監測數據，了解盆栽植物的生長環境情況。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為根據本實用新型一個實施例的用于盆栽植物的無線傳感器網絡通信系統的結構框圖。
[0024]圖2為根據本實用新型一個實施例的無線傳感器節點的結構框圖。
[0025]圖3為根據本實用新型一個實施例的數據匯聚網關結構的結構框圖。
[0026]圖4為根據本實用新型一個實施例的數據交互中心的結構框圖。
【具體實施方式】
[0027]為更進一步闡述本實用新型所采取的技術手段及功能，以下結合附圖及較佳實施例，對本實用新型的具體組成、結構及其特征、功能，詳細說明如后。
[0028]管理盆栽植物的傳感器無線網絡系統包括無線傳感節點1、數據匯聚網關2和數據交互中心3，其組成如圖1所示。
[0029]無線傳感節點1，用于采集盆栽環境信息，包括傳感器模塊組11、通訊模塊12、電池模塊13和運算控制模塊14，其組成如圖2所示。
[0030]傳感器模塊組11可以包括空氣溫濕度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器和光照強度傳感器這四種傳感器。用戶可使用全部或部分種類的傳感器。每個無線節點可以同時采集5種傳感器值(空氣溫濕度傳感器包括兩種傳感器值)。土壤溫濕度傳感器直接插入目標花盆，空氣溫濕度和光照強度傳感器元件置于盆栽植物附近，與植物高度相仿。
[0031]空氣溫濕度傳感器可以采用SHTll傳感器；光照度傳感器可以采用BH1750FVI傳感器；土壤溫度傳感器可以采用DS18B20傳感器；土壤濕度傳感器可以采用三個YL69 土壤濕度傳感器元件，通過不同的上拉電阻產生3種不同的靈敏度，從而可以通過采用準線性擬合方法計算土壤濕度，結構簡單、成本低廉，而得到的測量精度可比擬結構復雜、成本昂貴的高精度土壤濕度傳感器元件。[0032]無線傳感節點I的通訊模塊12的通訊芯片采用Chipcon CC1020，工作頻帶設定在433MHz，MAC層采用CSMA/CA協議通信。無線通訊時采用DES對稱加密算法對數據包進行編碼，密鑰由數據匯聚網關2中的主網關發布，以在通訊時隔離不同網絡。
[0033]電池模塊13采用鋰電池作為供電電源，同時提供充電接口，可以使用外置電源或使用太陽能充電裝置為電池充電。
[0034]運算控制模塊14采用32位Atmel 128L處理器單元，控制協調無線傳感節點I各個模塊的工作，集成了 10位數模轉換單元，可以將傳感器模塊組11采集到的盆栽植物的生長環境參數從模擬信號變為數字信號。
[0035]無線傳感節點I有兩種工作模式:密鑰獲取模式和工作模式。用戶可通過硬件開關進行切換。所述密鑰獲取模式用于接收數據匯聚網關2發來的密鑰。所述工作模式用于采集生長環境參數并將之發送到數據匯聚網關2。
[0036]數據匯聚網關2的組成結構如圖3所示，包括傳感網通訊模塊21、顯示模塊22、運算控制模塊23和電源模塊24，以及中心通訊模塊25。中心通訊模塊25可包括W1-Fi子通訊單元、2G子通訊單元和3G子通訊單元中的一個或多個，根據網絡環境使用對應的子通訊單元，用于跟數據交互中心3通信。
[0037]數據匯聚網關2的運算控制模塊23可使用32位低功耗ARM920T高速處理器內核，400MHz主頻。顯示模塊22可以使用4.3寸觸控屏，顯示分辨率為480x272，LED背光可調節。傳感網通訊模塊21與無線傳感節點I通信，中心通訊模塊25通過W1-Fi通訊子模塊、2G通訊子模塊或3G通訊子模塊中的一種與數據交互中心3通信。
[0038]管理盆栽植物的無線傳感器網絡系統可包含多個數據匯聚網關2。多個數據匯聚網關2之中有且僅有一個網關為主網關，其它網關為輔助網關。主網關通過主網關內置網卡物理地址散列化后生成密鑰，所有輔助網關和傳感器節點I開始工作前必須經從主網關獲取密鑰。除密鑰發布或密鑰獲取外其它傳感器網絡內部通訊均需使用密鑰進行加密，力口密方式為對稱加密，加密后的數據其它網絡收到后無法解析，以此與其他具有不同主網關的網絡隔離。數據匯聚網關2有三種工作模式:密鑰發布模式、密鑰獲取模式和工作模式，用戶可通過硬件開關進行切換。
[0039]密鑰發布模式用于主網關向輔助網關和傳感器節點I發布密鑰。密鑰獲取模式用于輔助網關從主網關獲取密鑰。
[0040]工作模式又分為一般工作模式和節能模式，用戶可通過接通/斷開電源供應進行切換。一般工作模式用于接收傳感器節點I發送的數據，并根據需要向傳感器節點I發送配置指令，以及向數據交互中心3發布數據或從數據交互中心3獲取指令。節能模式用于電池供電下接收傳感器節點I發送的數據，并根據需要向傳感器節點I發送配置指令，此狀態下W1-Fi模塊和2G/3G通訊子模塊不工作，顯示單元自動關閉。
[0041]數據交互中心3如圖4所示，包括分析單元31、無線通信單元32、控制存儲單元33、顯示單元34以及移動通信單元35。無線通信單元32接受數據匯聚網關2從各個傳感器節點I采集到的盆栽植物的生長環境參數，存儲到控制存儲單元33。分析單元31可以利用控制存儲單元33提供的土壤濕度的當前數據和歷史數據進行灌溉提醒，利用空氣溫濕度、土壤溫度和光照強度的當前數據和歷史數據進行病害預警及診斷，控制存儲單元33將灌溉提醒和病害預警及診斷結果通過無線通信單元32發送到各個數據匯聚網關。顯示單元34可以顯示盆栽植物的生長環境參數，也可以顯示灌溉提醒和病害預警及診斷。數據交互中心3還可以包括移動通信單元35，可以將盆栽植物的生長環境參數以及灌溉提醒和病害預警及診斷結果通過移動網絡服務以短信的形式發送到用戶的移動設備。用戶可通過訪問數據交互中心3或移動設備查看盆栽植物的生長環境參數、灌溉提醒和病害預警及診斷結果。無線通信單元32和移動通信單元35可以為同一個部件，也可以為不同的分置部件。
[0042]本實用新型的技術方案通過采用無線傳感節點、數據匯聚網關和數據交互中心三級結構，可以靈活設置監測點，并且用戶可以通過數據匯聚網關或數據交互中心而不需到現場察看就能得到監測數據，了解盆栽植物的生長環境情況。
[0043]以上所述僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型，任何熟悉本專業的技術人員在不脫離本實用新型技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型權利要求限定的范圍內。
【權利要求】
1.一種用于盆栽植物的無線傳感器網絡通信系統，其特征在于，包括無線傳感節點、數據匯聚網關和數據交互中心， 無線傳感節點，包括用于采集盆栽植物的生長環境參數的傳感器模塊組，將采集到的生長環境參數傳送到數據匯聚網關的通訊模塊； 數據匯聚網關，包括接收無線傳感節點傳送的生長環境參數的傳感網通訊模塊，向數據交互中心傳送生長環境參數的中心通訊模塊，顯示生長環境參數的顯示模塊； 數據交互中心，包括接收數據匯聚網關傳送的生長環境參數的無線通信單元，顯示生長環境參數的顯示單元。
2.權利要求1所述的用于盆栽植物的無線傳感器網絡通信系統，其中，無線傳感節點還包括運算控制模塊，連接在所述傳感器模塊組和通訊模塊之間，將傳感器模塊組采集到的盆栽植物的生長環境參數從模擬信號變為數字信號，然后傳給通訊模塊。
3.權利要求1所述的用于盆栽植物的無線傳感器網絡通信系統，其中，所述傳感器模塊組包括空氣溫濕度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器和光照強度傳感器中的任意一個或多個。
4.權利要求3所述的用于盆栽植物的無線傳感器網絡通信系統，當傳感器模塊組包括土壤濕度傳感器時，土壤濕度傳感器包括三個靈敏度各異的土壤濕度傳感器元件。
5.權利要求1所述的用于盆栽植物的無線傳感器網絡通信系統，其中，無線傳感節點還包括電池模塊，電池模塊具有太陽能充電裝置。
6.權利要求1所述的用于盆栽植物的無線傳感器網絡通信系統，其中，數據匯聚網關的中心通訊模塊包括W1-Fi通訊子模塊、2G通訊子模塊和3G通訊子模塊中的任意一個或多個。
7.權利要求1所述的用于盆栽植物的無線傳感器網絡通信系統，其中，數據交互中心還包括控制存儲單元，用于存儲數據匯聚網關傳輸過來的盆栽植物的生長環境參數。
8.權利要求1至7中任一所述的用于盆栽植物的無線傳感器網絡通信系統，其中，數據交互中心還包括移動通信單元，將盆栽植物的生長環境參數以短信的形式發送到用戶的移動設備。
【文檔編號】G08C17/02GK203504765SQ201320533581
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年8月29日 優先權日:2013年8月29日
【發明者】徐剛, 陳立平, 張瑞瑞 申請人:北京農業智能裝備技術研究中心