專利名稱：蔬菜大棚監測系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種監測系統，尤其是蔬菜大棚監測系統。
背景技術：
"冬暖式"大棚種植蔬菜一經出現，便被廣大蔬菜種植者所接受，現已成為種植蔬菜的公知方法。悉知的蔬菜大棚需要每天有專人監護，以便及時掌握蔬菜的生長情況和大棚內氣溫，濕度等信息的變化，在一定程度上造成了人力的浪費。 一種高科技的可實現無人監管的蔬菜大棚監測系統成為目前重要的開發課題之一。
發明內容
本發明的目的在于提供一種可以解決上述問題的蔬菜大棚監測系統。 本發明采用如下技術方案一種蔬菜大棚監測系統，其特征在于，包括溫度、濕度
傳感器組、節點模塊、基站模塊和WEB發布模塊。 溫度、濕度傳感器組與節點相連。溫度、濕度傳感器組采用的數字傳感器，可與節點的信號采集板上預留的接口相連 節點模塊由數據采集節點由2.4G無線收發模塊、中央處理器CPU、數據采集通道組成。 基站模塊是整個系統的核心，由中央處理器CPU、GPRS遠程通信模塊、2. 4G無線收發模塊、彩色液晶顯示組成。 WEB發布模塊可以安裝在任何具有固定IP接有GPRS接收模塊的計算機內。
所述的節點模塊其系統的數據采集通道Jl-J8提供了多路4 20mA的模擬信號標準接口 ，多種數據信號接口 (包括232接口 ， 485接口 ， SPI接口 ，以及可定制的串行10)。擴展接口是為了方便加接傳感器時預留的電源擴展口 。 所述的2.4G無線收發模塊用于實現與基站之間的數據交換，與基站之間組成無線數據采集內網。 所述的2. 4G無線收發模塊，中央處理器CPU集成為JN5139。如果此模塊作為接收模塊應用，那么RS232③與基站相連接。位于節點CPU中的嵌入式操作系統將所有事務分成4個任務來處理 任務1.定時(10us以上，可設定)對所有模擬通道進行A/D轉化，再將轉化的數字量進行換算得到真實值。 任務2.定時(0. lms以上，可設定)對所有數據通道進行一次通信得到數據傳感器的采樣數據。 任務3.定時(1分鐘以上，可設定)將采集到的數據打包通過2. 4無線收發模塊傳送到基站。 任務4.等待基站更新配置信息，根據配置信息設定各個傳感器的開關狀態以及采集時間間隔等。完成一次任務后進入休眠狀態。
所述的基站模塊中央處理器CPU內嵌嵌入式操作系統OS，在操作系統的調度下，對硬件進行控制以完成相關操作。嵌入式操作系統OS將所有事務分成4個任務來處理
任務1.定時(lOus以上，可設定)對所有模擬通道進行A/D轉化，再將轉化的數字量進行換算得到真實值。 任務2.定時(0. 1ms以上，可設定)對所有數據通道進行一次通信得到數據傳感器的采樣數據。 任務3.定時(l分鐘以上，可設定)將采集到的數據打包通過GPRS模塊傳送到遠程INTERNET服務器上。 任務4.等待GSM接收短信息并對信息內容進行解析。通過解析出的命令來設定系統的工作方式或執行相應動作。 本發明蔬菜大棚監測系統是基于無線傳感器網絡和移動通訊平臺研制的農業生態環境監測系統.可以較好的解決農民需要全天候的待在大棚內監測溫、濕度的困難.放置在公共活動區域的液晶屏顯示系統可實時顯示用戶設置的時間間隔內大棚內外和土壤環境參數.在環境參數超過用戶設置的范圍時(濕度過大或溫度過高)，系統可通過短信的方式對用戶進行報警.同時用戶可利用手機短信獲取大棚內實時的溫、濕度(本系統為中科GG發至手記號)或是登陸Internet瀏覽網頁查看.
圖1是本發明原理結構示意 圖2為本發明節點模塊系統結構 圖3為本發明節點模塊電子電路 圖4為本發明基站模塊的原理結構示意 圖5為本發明基站模塊的電子電路圖。 本發明的目的、功能及優點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。
具體實施例方式
參考圖1-5所示，本發明的具體實施步驟為溫度、濕度傳感器組和節點模塊是安置在大棚內的，基站模塊可放置大棚群外的公共區域，這里有個10寸左右的液晶顯示屏幕對當前的大棚內外的溫度濕度和土壤的濕度進行實時的顯示。目前節點與基站的距離最遠的實驗距離可達到2公里左右。WEB發布模塊可以安裝在任何有固定IP的計算機內。
本系統采用了兩種網絡通訊形式，一種是由節點和基站之間通過802. 15. 4協議形成的無線網絡。另一個是基站的GPRS發射模塊與WEB發布端GPRS接收模塊形成的中國移動的GPRS網絡。 節點模塊上的傳感器組一直處于等待狀態，當2. 4G無線收發模塊收到基站發來的需要溫度濕度信息的信號后，傳感器組開始工作采集相應的溫度濕度，并以數字信號的形式發給JN5139中CPU。中央處理器將采集數據打包通過2. 4G無線收發模塊傳送至基站。
基站模塊的OS內包含有一個定時器( 一段程式)，會定時(這個時間可以根據用戶的需要修改程式獲得)通過串口給2. 4G無線收發模塊一個傳輸當前溫度和濕度的命令，收發模塊將此命令傳給節點的收發模塊后，就處于等待狀態。收到節點傳來的當前溫度濕
4度后會把液晶顯示屏上的數值刷新，顯示最新的數值。同時OS對這些數據按照TCP/IP協議棧進行打包處理后，經過一定的時間間隔后發給GPRS模塊，經由中國移動網到達接收GPRS模塊，在這里會進行相反的操作，將數據包拆解。交給WEB發布模塊。同時基站還設計有鍵盤可以對基站的工作進行設置，比方說手動設置節點采集的時間間隔，GPRS的傳輸間隔，GPRS的卡號，尤其是其中對于蔬菜大棚內的溫度濕度進行報警的設置，可以設置報警的溫度濕度，報警短信的接收手機號等等。液晶顯示屏的狀態也可以進行相應的設置。
短消息發送命令格式密碼+命令+參數。例如獲取當前采樣數據中科(密碼)G(命令)(參數無)設定定時發送數據時間間隔中科(密碼)ST(命令)10(參數定時時間)這所有的項(密碼，命令，參數)都可以根據實際需要進行定制，也可以根據實際需求對其功能進行添加，刪除。 短信的功能實現如下所述在OS中，系統定義的數據格式為密碼+命令字+參數，這里設置密碼是為了屏蔽垃圾短信，凡是字段中沒有密碼的，經OS判斷后會立即被拋棄，合格的數據進入OS后，OS會通過命令字來判斷用戶需要進行怎樣的操作，如果解析出來的是G那么就是要獲得當前的數據，OS會給無線收發模塊一個命令要求節點給出當前節點數據，等到接到數據后，按照TCP/IP協議棧打包后發給GSM模塊，經由中國移動網發到用戶手機上。如果解析出的命令字是ST，那么OS會繼續向后詢問，在獲得后面的參數后再進行前面的操作。其余的處理類似。 WEB發布模塊可以安裝在任何具有固定IP的計算機內，這里還需要涉及的硬件包括一個GPRS接收模塊和計算機PC。 GPRS接收模塊是用來協助實現數據發布顯示的通訊設備。用戶在遠端計算機上接上接收模塊后，運行PC機上的接收后臺程式，這個后臺程式是與WEB端對應的。主要負責從串口設備中或者并且解析數據。經過解析的數據將被存放在SQL數據庫中。PC機通過串口接收到來自GPRS的采集數據(設置串口的"端口 "，"波特率"，"奇偶效驗"與接收模塊一致)。當用戶點擊"打開端口"時，系統將獲取用戶設置的串口相關屬性，實現與串口設備連接，設備如果就緒，"GPRS狀態"將以草綠色字體顯示"在線"，程式接收到數據之后，將數據寫入數據庫。以備WEB程式使用。如果設備出現異常，無法連接到PC機，則給出對應的提示。 〃 最新數據顯示〃 可以實時顯示數據庫中的最新數據。根據〃 開始時間〃 和〃 結束時間〃 可以查詢所有這個時間段的數據，并且以分頁的形式顯示在數據表格中。 接收后臺程式具體的數據解析方法為 使用一個1024位的BYTE數組，通過線程開始一個寫入流，將從串口中的數據寫入這個數組中，當寫到這個數組的末尾(第1024位)的時候，再從第一位開始寫，新寫的數據將覆蓋掉原來的數據。這個線程開始的同時，系統還將創建另外一個線程，這個線程負責從這個BYTE數組中讀取傳過來的數據。當讀到最后一位(第1024位)的時候，再從第一位開始讀。同時系統還要確定這兩個線程不能碰頭，(例寫入流寫到300位的時候，讀取流讀的位置不能超過它，否則將引發異常，或者讀取到空數據)快要碰頭的時候將會使對應的線程休眠一會。以確保程序的正常運行。這樣通過一系列的判斷操作，解析出對應的數據，然后轉換成十進制數據寫入數據庫中。 軟件方面本系統采用Microsoft今年3月份推出的最新MVC框架結合工廠模式和三層架構開發而成。功能主要分為兩部分前臺功能和后臺功能。
前臺主要功能 登陸用戶等級分為三等，權限最高的為管理員，可以對一切數據進行操作。其次是會員，登陸以后可以對數據經行下載，最后的是游客，可以進入系統查看數據，但是不能下載。(默認登陸為游客) 數據顯示采用數據表格(DataTablel)分頁顯示數據庫中的數據，并以倒敘的方式顯示出來。 實時數據顯示頁面每1分鐘(這個時間管理員可以通過Web. config文件更改)
刷新一次，并在另一個數據表中(DataTable2)中顯示數據庫中的最新數據。 查詢有個接連下拉，站點下拉和節點下拉。當站點下拉的選擇改變時，節點下拉
中的數據會因為站點下拉中選擇的值改變而重新訪問數據得到對應站點中包含的節點，再
顯示在節點下拉中，用戶可以通過需要選擇站點和對應的節點，再根據開始時間和結束時
間查詢用戶想要查看的數據。(即用戶可以通過選擇站點和節點查找數據庫中某一時間
段的所有數據) 后臺主要功能 管理員用于站點和節點還有用戶信息的增、刪、查、改操作。此后臺程序也是在Web中實現的，用戶輸入管理員賬號并選擇登陸管理員系統后系統將登陸此后臺管理系統。管理員對系統的操作將不受地理位置限制。
該模塊在安全性上的考慮 考慮到安全性和穩定性，此系統盡量減少用戶輸入，而讓用戶選擇，唯一需要用戶輸入的時間也做了一個日期控件。免除了用戶對日期格式的限制。從而讓程序更加人性化。
以上所述僅為本發明的優選實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明專利保護范圍內。
權利要求
一種蔬菜大棚監測系統，其特征在于，包括溫度、濕度傳感器組、節點模塊、基站模塊和WEB發布模塊。溫度、濕度傳感器組與節點相連。溫度、濕度傳感器組采用的數字傳感器，可與節點的信號采集板上預留的接口相連節點模塊由2.4G無線收發模塊、中央處理器CPU、數據采集通道組成。基站模塊是整個系統的核心，由中央處理器CPU、GPRS遠程通信模塊、2.4G無線收發模塊、彩色液晶顯示組成。WEB發布模塊可以安裝在任何具有固定IP接有GPRS接收模塊的計算機內。
2. 如權利要求1所述的蔬菜大棚監測系統，其特征在于所述的節點模塊其系統的數據采集通道Jl-J7提供了多路4 20mA的模擬信號標準接口 ，多種數據信號接口 (包括232接口，485接口， SPI接口，以及可定制的串行IO)。擴展接口是為了方便加接傳感器時預留的電源擴展口。
3. 如權利要求1或2所述的蔬菜大棚監測系統，其特征在于所述的2. 4G無線收發模塊用于實現與基站之間的數據交換，與基站之間組成無線數據采集內網。
4. 如權利要求1或2或3所述的蔬菜大棚監測系統，其特征在于所述的2. 4G無線收發模塊，中央處理器CPU集成為JN5139。如果此模塊作為接收模塊應用，那么RS232③與基站相連接。位于節點CPU中的嵌入式操作系統將所有事務分成4個任務來處理任務l.定時(10us以上，可設定)對所有模擬通道進行A/D轉化，再將轉化的數字量進行換算得到真實值。任務2.定時(0. lms以上，可設定)對所有數據通道進行一次通信得到數據傳感器的采樣數據。任務3.定時(l分鐘以上，可設定)將采集到的數據打包通過2.4G無線收發模塊傳送到基站。任務4.等待基站更新配置信息，根據配置信息設定各個傳感器的開關狀態以及采集時間間隔等。完成一次任務后進入休眠狀態。
5. 如權利要求1所述的蔬菜大棚監測系統，其特征在于所述的基站模塊中央處理器CPU內嵌嵌入式操作系統OS，在操作系統的調度下，對硬件進行控制以完成相關操作。嵌入式操作系統OS將所有事務分成4個任務來處理任務l.定時(10us以上，可設定)對所有模擬通道進行A/D轉化，再將轉化的數字量進行換算得到真實值。任務2.定時(0. lms以上，可設定)對所有數據通道進行一次通信得到數據傳感器的采樣數據。任務3.定時(l分鐘以上，可設定)將采集到的數據打包通過GPRS模塊傳送到遠程INTERNET服務器上。任務4.等待GSM接收短信息并對信息內容進行解析。通過解析出的命令來設定系統的工作方式或執行相應動作。
全文摘要
本發明涉及一種監測系統，尤其是蔬菜大棚監測系統。其特征在于，包括溫度、濕度傳感器組、節點模塊、基站模塊和WEB發布模塊。本發明蔬菜大棚監測系統是基于無線傳感器網絡和移動通訊平臺研制的農業生態環境監測系統，可以較好的解決農民需要全天候的待在大棚內監測溫、濕度的困難。放置在公共活動區域的液晶屏顯示系統可實時顯示用戶設置的時間間隔內大棚內外和土壤環境參數。在環境參數超過用戶設置的范圍時，系統可通過短信的方式對用戶進行報警。同時用戶可利用手機短信獲取大棚內實時的溫、濕度或是登陸Internet瀏覽網頁查看。
文檔編號H04W84/18GK101769767SQ200810246790
公開日2010年7月7日 申請日期2008年12月31日 優先權日2008年12月31日
發明者嚴科, 宮鵬, 李秀紅, 程曉 申請人:中國科學院遙感應用研究所;北京秀英環境信息技術發展有限公司