本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種中藥材生長(zhǎng)環(huán)境信息采集裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用多數(shù)是以設(shè)施農(nóng)業(yè)為環(huán)境進(jìn)行應(yīng)用，缺少針對(duì)大田、露天環(huán)境中藥材的研究和應(yīng)用。現(xiàn)有無(wú)線環(huán)境采集網(wǎng)絡(luò)大多基于集群通信系統(tǒng)、GSM短消息以及CDMA/GPRS等技術(shù)，存在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本高、公共網(wǎng)絡(luò)接入速率低、操作復(fù)雜、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍小、信息難以共享等缺點(diǎn)，一定程度上影響到田間環(huán)境信息采集的效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種中藥材生長(zhǎng)環(huán)境信息采集裝置，通過(guò)無(wú)線傳感器對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，采用關(guān)聯(lián)分析、聚類方法等數(shù)據(jù)挖掘方法對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，利用嵌入式技術(shù)、Android平臺(tái)技術(shù)和.NET技術(shù)等，構(gòu)建上位機(jī)和下位機(jī)系統(tǒng)，為中藥材生長(zhǎng)環(huán)境信息采集與數(shù)據(jù)挖掘提供理論與技術(shù)依據(jù)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下的技術(shù)方案：一種中藥材生長(zhǎng)環(huán)境信息采集裝置，其特征在于：所述中藥材生長(zhǎng)環(huán)境信息采集裝置包括通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)連接的上位機(jī)系統(tǒng)和下位機(jī)系統(tǒng)，上位機(jī)系統(tǒng)為系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理平臺(tái)，實(shí)施對(duì)中藥材生長(zhǎng)環(huán)境信息參數(shù)的采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析；下位機(jī)系統(tǒng)包括傳感器模塊，傳感器模塊通過(guò)無(wú)線網(wǎng)與數(shù)據(jù)控制模塊連接，數(shù)據(jù)控制模塊通過(guò)網(wǎng)關(guān)與下位機(jī)連接；中藥材生長(zhǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了對(duì)中藥材生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采用嵌入式ARM微控制器及Linux下的嵌入式GUI開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，將匯總的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理打包、AD轉(zhuǎn)換后通過(guò)4G路由器發(fā)送到服務(wù)器，針對(duì)中藥材生長(zhǎng)環(huán)境因子多維、動(dòng)態(tài)、不確定等特性，擬采用Apriori 算法和kmeans算法等數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，對(duì)因子數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，以支持環(huán)境調(diào)控與綜合管理決策，基于Web中藥材生長(zhǎng)數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢、分析及個(gè)性化推薦。

優(yōu)選的，所述傳感器模塊包括環(huán)境的溫度傳感器、環(huán)境的濕度傳感器、土壤水分傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器，傳感器模塊的模擬信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，濕度傳感器是數(shù)字傳感器，可直接傳輸給單片機(jī)，主控芯片對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行波過(guò)濾處理后打包送至網(wǎng)絡(luò)中的子節(jié)點(diǎn)。

采用以上技術(shù)方案的有益效果是：該中藥材生長(zhǎng)環(huán)境信息采集裝置運(yùn)用不同傳感器作為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，采集中藥材生長(zhǎng)環(huán)境的溫度、濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度、水分、以及其他養(yǎng)分等主要信息。通過(guò)Zigbee無(wú)線通信技術(shù)把采集的數(shù)據(jù)匯聚到下位機(jī)的網(wǎng)關(guān)上，下位機(jī)再根據(jù)需要利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、4G技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸給位于上位機(jī)的中藥材生長(zhǎng)環(huán)境挖掘系統(tǒng)中。通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、Android平臺(tái)技術(shù)及.NET等技術(shù)構(gòu)建中藥材生長(zhǎng)環(huán)境挖掘系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)、查詢、分析及個(gè)性化推薦等功能。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

圖1是下位機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊框架圖；

圖2是數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)框圖；

圖3是CC2530外圍電路圖；

圖4是傳感器節(jié)點(diǎn)程序流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明一種中藥材生長(zhǎng)環(huán)境信息采集裝置的優(yōu)選實(shí)施方式。

結(jié)合圖1、圖2、圖3和圖4出示本發(fā)明一種中藥材生長(zhǎng)環(huán)境信息采集裝置的具體實(shí)施方式：該中藥材生長(zhǎng)環(huán)境信息采集裝置包括通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)連接的上位機(jī)系統(tǒng)和下位機(jī)系統(tǒng)，上位機(jī)系統(tǒng)為系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理平臺(tái)，實(shí)施對(duì)中藥材生長(zhǎng)環(huán)境信息參數(shù)的采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析；下位機(jī)系統(tǒng)包括傳感器模塊，傳感器模塊通過(guò)無(wú)線網(wǎng)與數(shù)據(jù)控制模塊連接，數(shù)據(jù)控制模塊通過(guò)網(wǎng)關(guān)與下位機(jī)連接；中藥材生長(zhǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了對(duì)中藥材生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采用嵌入式ARM微控制器及Linux下的嵌入式GUI開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，將匯總的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理打包、AD轉(zhuǎn)換后通過(guò)4G路由器發(fā)送到服務(wù)器，針對(duì)中藥材生長(zhǎng)環(huán)境因子多維、動(dòng)態(tài)、不確定等特性，擬采用Apriori算法和kmeans算法等數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，對(duì)因子數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，以支持環(huán)境調(diào)控與綜合管理決策，基于Web中藥材生長(zhǎng)數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢、分析及個(gè)性化推薦。

通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查、走訪、數(shù)據(jù)分析、實(shí)地觀察等形式進(jìn)行。分析調(diào)查數(shù)據(jù)，提煉服務(wù)主體的主要信息化需求。根據(jù)該需求，提出該服務(wù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)與主要內(nèi)容；為系統(tǒng)構(gòu)建提供可靠依據(jù)。

系統(tǒng)擬采用上、下位機(jī)控制方案。下位機(jī)方案主要是數(shù)據(jù)采集模，它負(fù)責(zé)對(duì)中藥材生長(zhǎng)環(huán)境信息的數(shù)據(jù)采集。上位機(jī)為系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理平臺(tái)，實(shí)施對(duì)中藥材生長(zhǎng)環(huán)境信息參數(shù)的采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析等功能；采用可視化編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)界面友好的中藥材生長(zhǎng)環(huán)境信息采集與挖掘系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)采集控制模塊是下位機(jī)系統(tǒng)的核心，可以采集傳感器的輸出的信號(hào)，并能輸出控制信號(hào)進(jìn)行智能控制，該模塊的穩(wěn)定程度決定了整個(gè)項(xiàng)目的好壞。環(huán)境的數(shù)據(jù)采集是通過(guò)單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，溫度、土壤水分、大氣壓力、風(fēng)速風(fēng)向等傳感器的模擬信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，濕度傳感器是數(shù)字傳感器，可直接傳輸給單片機(jī)，主控芯片對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行波過(guò)濾處理后打包送至網(wǎng)絡(luò)中的子節(jié)點(diǎn)。

硬件的設(shè)計(jì)以模塊化的設(shè)計(jì)思想為核心，將終端節(jié)點(diǎn)主要分成數(shù)據(jù)處理模塊、功放模塊和數(shù)據(jù)采集模塊等，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)包括數(shù)據(jù)處理模塊、射頻部分和電源模塊等；電路圖設(shè)計(jì)部分對(duì)各模塊進(jìn)行了相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)，使得協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、終端節(jié)點(diǎn)及路由器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)緊湊、功能集成、自組網(wǎng)能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，支持多級(jí)休眠和喚醒模式，最大限度的降低功耗。

擬采用CC2530處理芯片，它是TI公司在2.4GHz頻段推出的第二代支持IEEE802.15.4/ZigBee協(xié)議的片上系統(tǒng)(System On a Chip，SOC)芯片。CC2530的應(yīng)用比較簡(jiǎn)單，只需要外接少數(shù)的電路即可實(shí)現(xiàn)。因?yàn)镃C2530本身帶有射頻的功能，一般對(duì)于小功率網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)不需要外加額外的射頻芯片，CC2530外加一些簡(jiǎn)單電路即可實(shí)現(xiàn)射頻功能。但是在設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)時(shí)，對(duì)于發(fā)射功率會(huì)有一定的求，一般要求傳輸較遠(yuǎn)距離時(shí)需要加功放芯片，如CC2591。CC2530的外接電路如圖3所示。

上位機(jī)的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)擬實(shí)現(xiàn)的功能模塊有戶管理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、數(shù)據(jù)挖掘模塊等。

用戶管理模塊：通過(guò)該模塊可設(shè)置不同用戶的使用權(quán)限，不同監(jiān)控點(diǎn)的職權(quán)對(duì)用戶權(quán)限進(jìn)行分級(jí)。

數(shù)據(jù)管理模塊：包括創(chuàng)建數(shù)據(jù)表、數(shù)據(jù)的編輯、刪除、添加等實(shí)現(xiàn)。

據(jù)挖掘模塊：對(duì)待挖掘的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，分析數(shù)據(jù)挖掘出有價(jià)值的信息，為中藥材生長(zhǎng)智能決策提供幫助。

下位位機(jī)的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，擬采用嵌入式ARM微控制器及Linux下的嵌入式GUI開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。下位機(jī)中傳感器的數(shù)據(jù)采集與控制是整個(gè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，系統(tǒng)上電后首先初始化硬件及ZigBee協(xié)議棧，建立傳感器網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)有新的終端節(jié)點(diǎn)向協(xié)調(diào)器發(fā)送一個(gè)64bit的物理地址入網(wǎng)請(qǐng)求時(shí)，協(xié)調(diào)器首先檢查該終端節(jié)點(diǎn)初始化信息是否在傳感網(wǎng)絡(luò)緩存表中，若不在，則在緩存表中記錄該終端節(jié)點(diǎn)信息，并分配一個(gè)16bit的網(wǎng)絡(luò)地址，完成終端節(jié)點(diǎn)的加入以及網(wǎng)絡(luò)的建立。當(dāng)終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)經(jīng)ZigBee協(xié)議棧應(yīng)用層加工封裝在網(wǎng)絡(luò)層形成數(shù)據(jù)幀，并發(fā)送給MAC層，MAC層采用帶載波檢測(cè)多址與碰撞避免(CSMA/CA)算法接人網(wǎng)絡(luò)通信信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳播。當(dāng)協(xié)調(diào)器接收數(shù)據(jù)時(shí)，ZigBee協(xié)議棧PHY層的數(shù)據(jù)幀經(jīng)MAC層到達(dá)網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行拆分，經(jīng)過(guò)幀控制信息和幀校驗(yàn)信息的檢查，取出幀有效載荷部分發(fā)送給應(yīng)用層處理。傳感器節(jié)點(diǎn)程序流程圖如圖4所示。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后將對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行各個(gè)功能模塊及性能的測(cè)試與分析。如發(fā)現(xiàn)不良效果或問(wèn)題將及時(shí)分析檢查修改和完善，經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，直至系統(tǒng)良好運(yùn)行。

通過(guò)系統(tǒng)的運(yùn)行，通過(guò)中藥材生長(zhǎng)信息挖掘系統(tǒng)讓用戶了解到中藥材生長(zhǎng)環(huán)境信息的重要性，制定相關(guān)推廣、爭(zhēng)取與企業(yè)合作。

以上的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。