食用菌栽培環(huán)境無線遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置的制造方法
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域:
[0002]本實(shí)用新型屬于無線傳感網(wǎng)絡(luò)自動控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及農(nóng)作物栽培環(huán)境監(jiān)控技術(shù)，特別涉及食用菌栽培環(huán)境因子無線遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置。
[0003]【背景技術(shù)】:
[0004]珍稀食用菌杏鮑菇是一種低溫結(jié)實(shí)菌類，它的生長繁殖過程是一個高級的物質(zhì)生命運(yùn)動過程，原基形成階段，杏鮑菇對栽培環(huán)境中的溫度、濕度以及CO2濃度等關(guān)鍵環(huán)境因子尤為敏感。因此，生長環(huán)境直接影響了杏鮑菇的生長品質(zhì)及其產(chǎn)量。目前，先進(jìn)的食用菌栽培環(huán)境監(jiān)控技術(shù)主要有兩大類:(I)串行總線、現(xiàn)場總線自動監(jiān)測系統(tǒng)；(2)基于GPRS的無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。這兩種技術(shù)，前者需要鋪設(shè)大量的電纜線、布線困難、施工難度大，且線路易受破壞和腐蝕、維護(hù)成本高、監(jiān)測范圍有限。后者基于DTU實(shí)現(xiàn)了無線遠(yuǎn)程監(jiān)測，但目前均是采用采集器一體化設(shè)備或PLC技術(shù)進(jìn)行環(huán)境數(shù)據(jù)采集，利用組態(tài)軟件現(xiàn)成的通訊協(xié)議進(jìn)行上位機(jī)監(jiān)測，具有成本高的缺陷。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0006]本實(shí)用新型的目的在于:針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷與不足，基于無線射頻模塊和GPRS無線遠(yuǎn)程傳輸模塊開發(fā)一種成本低，且能夠?qū)κ秤镁L環(huán)境中的溫濕度、二氧化碳濃度進(jìn)行分布式的無線遠(yuǎn)程、自動和精準(zhǔn)的監(jiān)測，并對相應(yīng)環(huán)境調(diào)控設(shè)備進(jìn)行反向控制和對實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行EXCEL文件自動存儲。
[0007]本實(shí)用新型食用菌栽培環(huán)境無線遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置，包括單片機(jī)、溫濕度傳感器、二氧化碳濃度傳感器、無線射頻模塊、環(huán)境調(diào)控設(shè)備、傳感器節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)；單片機(jī)與無線射頻模塊之間通過SPI通訊協(xié)議進(jìn)行通訊，傳感器節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)之間通過無線射頻模塊進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸；其中傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時采集、判斷遠(yuǎn)程監(jiān)控終端PC機(jī)發(fā)來的環(huán)境調(diào)控設(shè)備控制指令，并開啟或關(guān)閉相應(yīng)的設(shè)備；上位機(jī)LabVIEW軟件，向下位機(jī)的匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)接收請求，使PC機(jī)與匯聚節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠，接收匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)，同時實(shí)現(xiàn)環(huán)境調(diào)控設(shè)備的手動和自動控制；匯聚節(jié)點(diǎn)接收傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)來的實(shí)時環(huán)境數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，在接到上位機(jī)的數(shù)據(jù)接收請求時將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)給DTU，DTU將數(shù)據(jù)發(fā)到GPRS網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)關(guān)進(jìn)入Internet，最終建立與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸通道。遠(yuǎn)程監(jiān)控終端PC機(jī)經(jīng)匯聚節(jié)點(diǎn)向傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送環(huán)境調(diào)控設(shè)備控制指令。環(huán)境調(diào)控設(shè)備組裝有風(fēng)機(jī)、噴淋器、加熱器和制冷機(jī)。從DTU內(nèi)部重新接出VCC、GND、TXD、RXD四根線，接到匯聚節(jié)點(diǎn)單片機(jī)的串行通信口的對應(yīng)位置；匯聚節(jié)點(diǎn)的單片機(jī)串行通信口為TTL，上位機(jī)是基于LabVIEW軟件開發(fā)出的。
[0008]本實(shí)用新型食用菌栽培環(huán)境無線遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置的有益效果是成本低，利用無線射頻模塊和GPRS無線遠(yuǎn)程傳輸模塊實(shí)現(xiàn)對食用菌生長環(huán)境中的溫濕度、二氧化碳濃度進(jìn)行分布式的無線遠(yuǎn)程、自動和精準(zhǔn)的監(jiān)測，并對相應(yīng)環(huán)境調(diào)控設(shè)備進(jìn)行反向控制和對實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行EXCEL文件自動存儲，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化信息監(jiān)控平臺的管理。
[0009]【附圖說明】:
[0010]附圖1是食用菌栽培環(huán)境無線遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖中:單片機(jī)I ;溫濕度傳感器2 ;二氧化碳濃度傳感器3 ;無線射頻模塊4 ;環(huán)境調(diào)控設(shè)備5 ;傳感器節(jié)點(diǎn)6 ;匯聚節(jié)點(diǎn)7 ;風(fēng)機(jī)8 ;噴淋器9 ;加熱器10 ;制冷機(jī)11 ；DTU12 ;上位機(jī)13。
[0012]【具體實(shí)施方式】:
[0013]結(jié)合附圖1加以說明，本實(shí)用新型食用菌栽培環(huán)境無線遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置，包括單片機(jī)1、溫濕度傳感器2、二氧化碳濃度傳感器3、無線射頻模塊4、環(huán)境調(diào)控設(shè)備5、傳感器節(jié)點(diǎn)
6、匯聚節(jié)點(diǎn)7、DTU12和上位機(jī)13 ;單片機(jī)I與無線射頻模塊4之間通過SPI通訊協(xié)議進(jìn)行通訊，傳感器節(jié)點(diǎn)6和匯聚節(jié)點(diǎn)7之間通過無線射頻模塊4進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸；其中傳感器節(jié)點(diǎn)6負(fù)責(zé)環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時采集、判斷遠(yuǎn)程監(jiān)控終端PC機(jī)發(fā)來的環(huán)境調(diào)控設(shè)備5控制指令，并開啟或關(guān)閉相應(yīng)的設(shè)備；上位機(jī)13向下位機(jī)的匯聚節(jié)點(diǎn)7發(fā)送數(shù)據(jù)接收請求，使PC機(jī)與匯聚節(jié)點(diǎn)7數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠，接收匯聚節(jié)點(diǎn)7發(fā)來的數(shù)據(jù)，同時實(shí)現(xiàn)環(huán)境調(diào)控設(shè)備5的手動和自動控制；匯聚節(jié)點(diǎn)7接收傳感器節(jié)點(diǎn)6發(fā)來的實(shí)時環(huán)境數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，在接到上位機(jī)13的數(shù)據(jù)接收請求時將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)給DTU12，DTU12將數(shù)據(jù)發(fā)到GPRS網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)關(guān)進(jìn)入Internet，最終建立與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸通道。遠(yuǎn)程監(jiān)控終端PC機(jī)經(jīng)匯聚節(jié)點(diǎn)7向傳感器節(jié)點(diǎn)6發(fā)送環(huán)境調(diào)控設(shè)備控制指令。環(huán)境調(diào)控5設(shè)備組裝有風(fēng)機(jī)8、噴淋器9、加熱器10和制冷機(jī)11。從DTU12內(nèi)部重新接出VCC、GND、TXD、RXD四根線，接到匯聚節(jié)點(diǎn)7單片機(jī)I的串行通信口的對應(yīng)位置；匯聚節(jié)點(diǎn)7的單片機(jī)I串行通信口為TTL ；上位機(jī)13是基于LabVIEW軟件開發(fā)出的。
[0014]傳感器按照設(shè)定的時間間隔周期性的采集菌棚內(nèi)不同區(qū)域的溫濕度和二氧化碳濃度值，并將檢測到的數(shù)據(jù)輸入相應(yīng)從機(jī)的單片機(jī)1，單片機(jī)I內(nèi)部集成有8路10位A/D轉(zhuǎn)換器，將檢測到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，為了確保其穩(wěn)定傳輸，采用均值濾波技術(shù)對其進(jìn)行處理。接著單片機(jī)I將處理好的數(shù)據(jù)加上從機(jī)號，寫入無線射頻模塊4，并將數(shù)據(jù)通過天線傳輸給匯聚節(jié)點(diǎn)7的無線射頻模塊4，匯聚節(jié)點(diǎn)7的單片機(jī)I從無線射頻模塊4將數(shù)據(jù)讀取出來，存入數(shù)據(jù)寄存器。此時，如果匯聚節(jié)點(diǎn)7收到上位機(jī)13發(fā)來的數(shù)據(jù)接收請求，且通訊正常，則匯聚節(jié)點(diǎn)7將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給GPRS-DTU，DTU12將數(shù)據(jù)發(fā)到GPRS網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器端通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)建立數(shù)據(jù)傳輸通道。最終數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)無線遠(yuǎn)程傳送到用戶監(jiān)控中心的上位機(jī)13。基于LabVIEW進(jìn)行了上位機(jī)13程序開發(fā)，將匯聚節(jié)點(diǎn)7發(fā)來的16個字節(jié)數(shù)據(jù)創(chuàng)建成一個一維數(shù)組，按對應(yīng)位置分別截取傳感器節(jié)點(diǎn)6的溫濕度、二氧化碳濃度值并將它們按一定方式轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)，連接相應(yīng)的前面板控件進(jìn)行直觀顯示，按設(shè)定路徑對實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行EXCEL文件存儲，方便用戶訪問數(shù)據(jù)。
[0015]同時，上位機(jī)13以相反的傳輸方向，向匯聚節(jié)點(diǎn)7發(fā)送信息，此信息包含兩個字節(jié)，第一個字節(jié)的8位作為上位機(jī)13與匯聚節(jié)點(diǎn)7的通信協(xié)議，同時也是上位機(jī)13的數(shù)據(jù)接收請求，匯聚節(jié)點(diǎn)7收到上位機(jī)13發(fā)來的信息時，對第一個字節(jié)的8位，按位進(jìn)行判斷，如果這8位均能匹配，則匯聚節(jié)點(diǎn)7與上位機(jī)13正常通信，否則通信失敗。上位機(jī)13發(fā)送的第二個字節(jié)是環(huán)境調(diào)控設(shè)備5的控制指令。每個設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)由手動控制按鈕狀態(tài)和實(shí)測值與設(shè)定值的比較狀態(tài)取邏輯運(yùn)算“或”來決定。上位機(jī)13通過Internet網(wǎng)絡(luò)，將此信息傳入GPRS網(wǎng)絡(luò)，回到DTU12，再經(jīng)過串口送入?yún)R聚節(jié)點(diǎn)7。匯聚節(jié)點(diǎn)7收到信息后，將第二個字節(jié)通過無線射頻模塊4發(fā)給傳感器節(jié)點(diǎn)6，傳感器節(jié)點(diǎn)6的各個從機(jī)經(jīng)過判斷來控制相應(yīng)調(diào)控設(shè)備繼電器的狀態(tài)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.食用菌栽培環(huán)境無線遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置，其特征在于:包括單片機(jī)(I)、溫濕度傳感器(2)、二氧化碳濃度傳感器(3)、無線射頻模塊(4)、環(huán)境調(diào)控設(shè)備(5)、傳感器節(jié)點(diǎn)(6)、匯聚節(jié)點(diǎn)(7)、DTU (12)和上位機(jī)(13);單片機(jī)(I)與無線射頻模塊(4)之間通過SPI通訊協(xié)議進(jìn)行通訊，傳感器節(jié)點(diǎn)(6)和匯聚節(jié)點(diǎn)(7)之間通過無線射頻模塊(4)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸；上位機(jī)(13)向下位機(jī)的匯聚節(jié)點(diǎn)(7)發(fā)送數(shù)據(jù)接收請求，使PC機(jī)與匯聚節(jié)點(diǎn)(7)數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠，接收匯聚節(jié)點(diǎn)(7)發(fā)來的數(shù)據(jù)，同時實(shí)現(xiàn)環(huán)境調(diào)控設(shè)備(5)的手動和自動控制；匯聚節(jié)點(diǎn)(7)接收傳感器節(jié)點(diǎn)(6)發(fā)來的實(shí)時環(huán)境數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，在接到上位機(jī)(13)的數(shù)據(jù)接收請求時將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)給DTU (12)，DTU (12)將數(shù)據(jù)發(fā)到GPRS網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)關(guān)進(jìn)入Internet，最終建立與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的食用菌栽培環(huán)境無線遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置，其特征在于:遠(yuǎn)程監(jiān)控終端PC機(jī)經(jīng)匯聚節(jié)點(diǎn)(7)向傳感器節(jié)點(diǎn)(6)發(fā)送環(huán)境調(diào)控設(shè)備(5)控制指令。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的食用菌栽培環(huán)境無線遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置，其特征在于:環(huán)境調(diào)控設(shè)備組裝有風(fēng)機(jī)(8 )、噴淋器(9 )、加熱器(10 )和制冷機(jī)(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的食用菌栽培環(huán)境無線遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置，其特征在于:從DTU(12)內(nèi)部重新接出VCC、GND、TXD、RXD四根線，接到匯聚節(jié)點(diǎn)(7)單片機(jī)(I)的串行通信口的對應(yīng)位置；匯聚節(jié)點(diǎn)(7)的單片機(jī)(I)串行通信口為TTL。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的食用菌栽培環(huán)境無線遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置，其特征在于:上位機(jī)(13)是基于LabVIEW軟件開發(fā)出的。
【專利摘要】本實(shí)用新型特別涉及食用菌栽培環(huán)境因子無線遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置；單片機(jī)1與無線射頻模塊4之間通過SPI通訊協(xié)議進(jìn)行通訊，傳感器節(jié)點(diǎn)6和匯聚節(jié)點(diǎn)7之間通過無線射頻模塊4進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸；上位機(jī)13向下位機(jī)的匯聚節(jié)點(diǎn)7發(fā)送數(shù)據(jù)接收請求，使PC機(jī)與匯聚節(jié)點(diǎn)7數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠，接收匯聚節(jié)點(diǎn)7發(fā)來的數(shù)據(jù)，同時實(shí)現(xiàn)環(huán)境調(diào)控設(shè)備5的手動和自動控制；匯聚節(jié)點(diǎn)7接收傳感器節(jié)點(diǎn)6發(fā)來的實(shí)時環(huán)境數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，在接到上位機(jī)13的數(shù)據(jù)接收請求時將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)給DTU12；本實(shí)用新型的有益效果是實(shí)現(xiàn)了對食用菌生長環(huán)境的自動和精準(zhǔn)的監(jiān)測，并對相應(yīng)實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行EXCEL文件自動存儲。
【IPC分類】G05D27-02, G08C17-02
【公開號】CN204360254
【申請?zhí)枴緾N201520054215
【發(fā)明人】朱學(xué)軍, 趙麗, 賴惠鴿, 丁文捷, 祁登明, 趙晨晨, 白雪萍, 田鑫
【申請人】寧夏大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年1月27日