MAC層和物理層協(xié)議，因此Zigbee聯(lián)盟擴(kuò)展了 IEEE，對(duì)其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和API進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。ZigBee協(xié)議棧由各種軟件代碼分層組成，依次為應(yīng)用程層、應(yīng)用安全層、網(wǎng)絡(luò)層、MAC層等。
[0043]本發(fā)明主要針對(duì)農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)的實(shí)際需要，采用樹狀的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。根據(jù)功能的不同，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被分為終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)3種類型。終端節(jié)點(diǎn)主要完成環(huán)境數(shù)據(jù)的采集；路由節(jié)點(diǎn)主要完成路由的功能；協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)將傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚。當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，不同的終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過無線的方式傳遞給路由節(jié)點(diǎn)，由路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并沿動(dòng)態(tài)路由將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，最終由協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)通過串口將數(shù)據(jù)匯總發(fā)送給嵌入式網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。
[0044]對(duì)于節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)，主要通過調(diào)用ZigBee協(xié)議棧的API函數(shù)，實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自組織組網(wǎng)和數(shù)據(jù)的采集。本發(fā)明通過采用動(dòng)態(tài)配置定時(shí)采集數(shù)據(jù)、定時(shí)休眠以及喚醒的方法，進(jìn)一步降低整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的功耗。
[0045]2.1.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層軟件
[0046]應(yīng)用層軟件開發(fā)主要是各種傳感器驅(qū)動(dòng)程序的編寫和自動(dòng)控制程序的編寫。
[0047](I)溫濕度傳感器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
[0048]CC2530微控制器與SHT75溫濕度傳感器進(jìn)行通信時(shí)，首先要對(duì)傳感器進(jìn)行初始化，然后寫入命令(讀/寫狀態(tài)寄存器、溫度測(cè)量、濕度測(cè)量)，最后將數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換完成測(cè)量數(shù)據(jù)的讀出。
[0049](2)光照度傳感器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
[0050]本系統(tǒng)采用HA2003來采集光照度信息。當(dāng)光照度發(fā)生變化時(shí)，將光照強(qiáng)度值轉(zhuǎn)化為電壓值，再經(jīng)調(diào)理電路將此電壓值轉(zhuǎn)換為0-2V或4-20mA，所以需要利用CC2530內(nèi)部集成的A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號(hào)。
[0051](3)氣體濃度傳感器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
[0052]氣體濃度傳感器是一種將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。探測(cè)頭通過氣體傳感器對(duì)氣體樣品進(jìn)行調(diào)理，通常包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體、干燥或制冷處理、樣品抽吸，甚至對(duì)樣品進(jìn)行化學(xué)處理，以便化學(xué)傳感器進(jìn)行更快速的測(cè)量。
[0053](4)控制節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
[0054]控制節(jié)點(diǎn)主要通過將傳感器采集的環(huán)境實(shí)時(shí)溫濕度、光照度、以及氣體濃度等數(shù)據(jù)與系統(tǒng)設(shè)定的閾值比較，來控制設(shè)備的開啟與關(guān)閉，以保證農(nóng)產(chǎn)品存儲(chǔ)在最佳的環(huán)境條件下，延長(zhǎng)農(nóng)產(chǎn)品的保質(zhì)期。
[0055]2.2嵌入式網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計(jì)
[0056]嵌入式網(wǎng)關(guān)架起了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)3G網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通訊渠道，將物聯(lián)網(wǎng)連入了互聯(lián)網(wǎng)。通過網(wǎng)關(guān)可以使用戶通過PC或手機(jī)遠(yuǎn)程訪問無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所采集的一切數(shù)據(jù)信息，也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)置系統(tǒng)的平衡參數(shù)，向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制命令，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制與監(jiān)測(cè)。
[0057]網(wǎng)關(guān)是整個(gè)系統(tǒng)的主控中心，它通過標(biāo)準(zhǔn)串口與ZigBee協(xié)調(diào)器連接，收集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上傳的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后一方面提供給用戶使用，另一方面可以作為維護(hù)系統(tǒng)平衡與穩(wěn)定的數(shù)據(jù)依據(jù)保存下來。
[0058]嵌入式系統(tǒng)是構(gòu)成網(wǎng)關(guān)的核心部分。它負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)其他設(shè)備正常有序的工作。無線網(wǎng)卡與無線路由器為物聯(lián)網(wǎng)能夠接入互聯(lián)網(wǎng)建立起穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通訊渠道。3G模塊則是手機(jī)訪問物聯(lián)網(wǎng)的中轉(zhuǎn)站。攝像頭負(fù)責(zé)向嵌入式系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳輸監(jiān)控畫面，這樣用戶可以在嵌入式系統(tǒng)的觸屏顯示器、上位機(jī)、互連網(wǎng)、以及手機(jī)終端上看到各種監(jiān)控信息。GPS模塊主要負(fù)責(zé)為系統(tǒng)提供導(dǎo)航和地理位置信息，通過此模塊可以解決農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯的問題。嵌入式網(wǎng)關(guān)的控制方法流程圖如圖4所示。
[0059]為了現(xiàn)實(shí)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的功能，嵌入式網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序的開發(fā)主要分為人機(jī)交互界面開發(fā)、數(shù)據(jù)通信開發(fā)和網(wǎng)絡(luò)開發(fā)三部分。為方便用戶使用，本系統(tǒng)采用QT來開發(fā)人機(jī)交互界面，操作系統(tǒng)為linux，采用串口通信方式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器之間的數(shù)據(jù)通信，采用TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)開發(fā)，嵌入式網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序架構(gòu)如圖5所示。
[0060]系統(tǒng)管理軟件由環(huán)境監(jiān)控模塊、3G模塊、視頻監(jiān)控模塊、以及GPS定位模塊共同組成。環(huán)境監(jiān)控模塊主要由參數(shù)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)管理模塊等組成。設(shè)置模塊主要實(shí)現(xiàn)各種系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，如每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的工作模式設(shè)置、數(shù)據(jù)采樣時(shí)間設(shè)置等。數(shù)據(jù)采集模塊主要實(shí)現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)同步采集，主要通過采用動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)曲線圖和表格的方式來顯示各個(gè)監(jiān)測(cè)指標(biāo)。數(shù)據(jù)處理模塊主要完成對(duì)所接收到的數(shù)據(jù)信息的處理，如數(shù)字濾波、數(shù)值計(jì)算等。數(shù)據(jù)管理模塊主要負(fù)責(zé)完成對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理，包括存儲(chǔ)、查詢、數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)等。本系統(tǒng)采用一款輕型數(shù)據(jù)庫SQLite來實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理，通過曲線圖和表格方式可以顯示各個(gè)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的歷史數(shù)據(jù)。嵌入式網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)信息可以通過WIF1、以太網(wǎng)接口傳送到本地上位機(jī)上，但不便于遠(yuǎn)程用戶的訪問，本系統(tǒng)通過增加3G模塊實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程收發(fā)，解決了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)受距離限制的問題，使得遠(yuǎn)程用戶可以通過電腦、移動(dòng)終端利用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)完成農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)信息的查詢。
[0061]以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明。本發(fā)明可以有各種合適的更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)控制系統(tǒng)，其特征在于: 所述系統(tǒng)包括無線傳感器節(jié)點(diǎn)和嵌入式網(wǎng)關(guān)管理平臺(tái)； 所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，以自組織的方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，環(huán)境信息采集節(jié)點(diǎn)將采集的環(huán)境數(shù)據(jù)通過Zigbee路由器傳送到協(xié)調(diào)器上，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)接收和處理網(wǎng)絡(luò)中的所有數(shù)據(jù)信息，并通過RS232串口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖镜氐那度胧骄W(wǎng)關(guān)上，嵌入式網(wǎng)關(guān)除了負(fù)責(zé)完成對(duì)數(shù)據(jù)的分析、處理、存儲(chǔ)、顯示、報(bào)警外，還負(fù)責(zé)將所采集的數(shù)據(jù)信息通過3G模塊傳送到遠(yuǎn)程的監(jiān)控中心和用戶手機(jī)上。
2.如權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)控制系統(tǒng)，其特征在于: 所述環(huán)境信息采集節(jié)點(diǎn)由數(shù)據(jù)采集模塊、處理器模塊、無線通信模塊和電源模塊組成，各模塊由電源模塊供電投入運(yùn)行，其中數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)預(yù)處理；處理器模塊作為節(jié)點(diǎn)的核心部分負(fù)責(zé)控制整個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作，同時(shí)處理并存儲(chǔ)其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)；無線通信模塊與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)控制系統(tǒng)，其特征在于: 所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)為基于CC2530的無線傳感器節(jié)點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)控制系統(tǒng)，其特征在于: 所述嵌入式網(wǎng)關(guān)管理平臺(tái)以S5PV210為核心，其核心板的資源有:4個(gè)UART，2個(gè)USB口，數(shù)據(jù)線和液晶顯示屏接口 ；底板包括電源電路、接口電路、觸摸屏、小鍵盤、USB存儲(chǔ)電路等。
5.如權(quán)利要求1或2所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)控制系統(tǒng)，其特征在于: 所述3G模塊采用MF210模塊。
6.如權(quán)利要求1或2所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)控制系統(tǒng)，其特征在于: 所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括GPS模塊和CMOS攝像頭，所述GPS模塊和CMOS攝像頭與所述嵌入式網(wǎng)關(guān)管理平臺(tái)連接。
7.如權(quán)利要求1或2所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)控制系統(tǒng)，其特征在于: 所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被分為終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)3種類型；終端節(jié)點(diǎn)主要完成環(huán)境數(shù)據(jù)的采集；路由節(jié)點(diǎn)主要完成路由的功能；協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)將傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚；當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，不同的終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過無線的方式傳遞給路由節(jié)點(diǎn)，由路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并沿動(dòng)態(tài)路由將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，最終由協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)通過串口將數(shù)據(jù)匯總發(fā)送給嵌入式網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。
8.如權(quán)利要求7所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)控制系統(tǒng)，其特征在于: 所述終端節(jié)點(diǎn)包括:冷藏控制節(jié)點(diǎn)、溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)、氣體濃度傳感器節(jié)點(diǎn)、光照度傳感器節(jié)點(diǎn)和/或換氣扇控制節(jié)點(diǎn)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括無線傳感器節(jié)點(diǎn)和嵌入式網(wǎng)關(guān)管理平臺(tái)；所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，以自組織的方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，環(huán)境信息采集節(jié)點(diǎn)將采集的環(huán)境數(shù)據(jù)通過zigbee路由器傳送到協(xié)調(diào)器上，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)接收和處理網(wǎng)絡(luò)中的所有數(shù)據(jù)信息，并通過RS232串口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖镜氐那度胧骄W(wǎng)關(guān)上，嵌入式網(wǎng)關(guān)除了負(fù)責(zé)完成對(duì)數(shù)據(jù)的分析、處理、存儲(chǔ)、顯示、報(bào)警外，還負(fù)責(zé)將所采集的數(shù)據(jù)信息通過3G模塊傳送到遠(yuǎn)程的監(jiān)控中心和用戶手機(jī)上。
【IPC分類】G06Q50-28, G06Q10-08, H04L29-08
【公開號(hào)】CN104767791
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510096150
【發(fā)明人】王鈞, 李廣
【申請(qǐng)人】甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年3月4日