CN102830676A - 基于无线网络与智能监控车的远程农业监管*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线网络与智能监控车的远程农业监管***，包括依次连接的上位机、第一无线网络设备、智能监控车以及Zigbee节点通信模块；所述上位机，通过第一无线网络设备对智能监控车发送控制指令，接收并存储智能监控车采集的数据或信息；所述第一无线网络设备，用于连接互联网，并发射无线网络信号；所述智能监控车，通过第一无线网络设备接收上位机的控制指令自动巡逻农场或采集农场数据，并将数据发送至上位机，包括Arduino微控制器和单片机微控制器；所述Zigbee节点通信模块，用于对智能监控车行驶范围之外的区域进行测量。本发明远程控制方便、功能齐全，而且可灵活设置环境测量节点。

Description

基于无线网络与智能监控车的远程农业监管***

技术领域

本发明涉及一种监管***，尤其是一种基于无线网络与智能监控车的远程农业监管***，属于控制技术领域。

背景技术

目前，在农场监管***相关技术中，农业生产的监管***大部分都采用单一的客户端/服务器（C/S）的网络构架，客户端根据来自客户端自身或服务器的指令采集农业生产的各种环境数据，并将采集到的环境数据发送给服务器，服务器对环境数据进行分析后向客户端发送控制命令，客户端将控制命令发送给各生产设备使生产设备根据控制命令进行相应的操作，这种农业生产测控***能够实现一定程度上的远程控制，还能实现一定的农业生产自动化。

但是，这种架构复杂、成本昂贵的***并不能很灵活地适用于多种范围的农业生产远程控制。如果是大型的农场，众多的测量节点将需要许多硬件，成本昂贵，传输带宽、节点供电以及维修都是难题。即使是现在比较流行的Zigbee传感器网络，也有其局限，比如传输速率小，不能实现视频的实时监控，也无法传输过多的传感数据。

综合现在的农业生产监管***，大部分的设计比较死板，没有灵活的控制监管方式，也没有灵活的传感数据测量方式，不能很好地体现远程监管的人性化，所以也难以真正实现远程监管。固定的节点设置尽管拥有刷新速率快，测量准确的特点，但是其不灵活的缺点也十分明显，而且农场的每个环境测量节点也不需要过快的刷新速率，环境的变化也不可能是突变的。另外，在物联网的趋势下，控制方式也需要人性化，需要有所改进，而以前单一的PC端控制已经不足以完成远程监控的要求。

发明内容

本发明的目的，是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种远程控制方便、功能齐全，可灵活设置环境测量节点的基于无线网络与智能监控车的远程农业监管***。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

基于无线网络与智能监控车的远程农业监管***，包括依次连接的上位机、第一无线网络设备、智能监控车以及包含环境传感器的Zigbee节点通信模块；

所述上位机，通过第一无线网络设备对智能监控车发送控制指令，接收并存储智能监控车采集的数据或信息；

所述第一无线网络设备，用于连接互联网，并发射无线网络信号；

所述智能监控车，通过第一无线网络设备接收上位机的控制指令自动巡逻农场和采集农场的数据或信息，并将数据或信息发送至上位机，包括用于环境传感、超声波测距以及GPS定位的Arduino微控制器和用于控制视频传输、车辆行驶以及继电器工作的单片机微控制器；

所述Zigbee节点通信模块，用于对智能监控车行驶范围之外的区域进行测量。

作为一种优选方案，所述智能监控车还包括第二无线网络设备、Arduino以太网服务器和Zigbee网关通信模块，所述Arduino微控制器通过Arduino以太网服务器连接第二无线网络设备，所述单片机微控制器连接第二无线网络设备，所述第二无线网络设备与第一无线网络设备之间采用桥接方式连接，所述Zigbee网关通信模块连接单片机微控制器并与Zigbee节点通信模块进行级联。

作为一种优选方案，在智能监控车上通过Arduino微控制器和单片机微控制器集成有多种硬件功能模块，所述硬件功能模块包括环境传感模块、超声波测距模块、GPS模块、陀螺仪模块、摄像头模块、继电器模块；所述环境传感模块、超声波测距模块、GPS模块和陀螺仪模块分别连接Arduino微控制器，所述摄像头模块和继电器模块分别连接单片机微控制器。

作为一种优选方案，所述环境传感模块包括光强传感器、温度传感器和土壤湿度传感器。

作为一种优选方案，所述第一无线网络设备与第二无线网络设备为WIFI无线路由器或3G网卡。

作为一种优选方案，所述上位机为监控室和客户端的PC机/手机。

作为一种优选方案，所述监控室的PC机/手机与第一无线网络设备信号连接，以实现监控软件或网页对智能监控车的控制。

作为一种优选方案，所述客户端的PC机/手机通过Internet与第一无线网络设备连接，以实现监控软件或网页对智能监控车的控制。

作为一种优选方案，所述硬件功能模块还包括GSM模块，所述GSM模块连接单片机微控制器，手机通过GSM模块以短信方式控制智能监控车。

作为一种优选方案，所述GSM模块连接有语音识别模块，所述语音识别模块同时连接单片机微控制器，手机通过GSM模块和语音识别模块以电话方式控制智能监控车。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明的智能监控车集成了多种硬件功能模块，上位PC机或手机不需添加任何外设，通过农场监控软件可以设定需要测量的环境节点数，并对智能监控车的巡逻路径进行设置就可以测量任意个节点的环境参数，而且智能监控车安装有Zigbee网关通信模块，若存在智能监控车难以进入的区域，则可以在该区域放置Zigbee节点通信模块，这样既可以收集到智能监控车不能到达地区的环境参量，还能扩大智能监控车的监管范围。

2、本发明融合了多种控制方式，可以通过农场监控软件或网页对智能监控车进行控制，而运用GSM模块和语音识别模块，还可以通过远程手机短信、通话对智能监控车进行控制，智能监控车还可以将数据或信息反馈到PC机和手机上，因此，控制与交互的方式非常多样，可以很好地满足不同情况下的控制需要。

3、本发明的GSM模块具有报警功能，事先通过在PC端和手机端的农场监控软件中设置好触发条件，然后在GSM模块里面放入一张SIM卡，一旦接收到智能监控车上的短信报警触发指令，就会自动发送报警短信提醒用户，提高了农业生产的预警能力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明农场监控软件控制智能监控车的示意图。

图3为本发明网页控制智能监控车的示意图。

图4为本发明微博发布状态的实现示意图。

图5为本发明微博控制智能监控车的示意图。

图6为本发明电话、短信方式控制智能监控车的示意图。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，本实施例包括上位机1、第一无线网络设备2、智能监控车3以及包含环境传感器的Zigbee节点通信模块4；

所述智能监控车3包括Arduino微控制器3-1、单片机微控制器3-2、第二无线网络设备3-3、Arduino以太网服务器3-4、Zigbee网关通信模块3-5、环境传感模块3-6、超声波测距模块3-7、GPS模块3-8、陀螺仪模块3-9、摄像头模块3-10、继电器模块3-11、GSM模块3-12和语音识别模块3-13；

所述Arduino微控制器3-1通过Arduino以太网服务器3-4与第二无线网络设备3-3连接，所述单片机微控制器3-2连接第二无线网络设备3-3，所述环境传感模块3-6、超声波测距模块3-7、GPS模块3-8和陀螺仪模块3-9分别连接Arduino微控制器3-1，所述Zigbee网关通信模块3-5、摄像头模块3-10、继电器模块3-11、GSM模块3-12和语音识别模块3-13分别连接单片机微控制器3-2，GSM模块3-12和语音识别模块3-13之间进行级联，Zigbee网关通信模块3-5与Zigbee节点通信模块4进行级联，所述Zigbee节点通信模块4设置在智能监控车行驶范围之外的区域，当智能监控车3行驶到Zigbee节点通信模块4所在节点附近时，Zigbee网关通信模块3-5才会开始收集Zigbee节点通信模块4所在环境的传感数据。

所述上位机1包括有监控室和客户端的PC机、Android手机，PC机和手机与第一无线网络设备2信号连接，所述第一无线网络设备2与第二无线网络设备3-3为WIFI无线路由器，它们之间采用桥接方式连接，所述单片机微控制器3-2采用STC90C52芯片，所述Arduino微控制器3-1采用Arduino MEGA2560，所述Arduino以太网服务器3-4采用的是Arduino Ethernet W5100，所述GSM模块3-12采用TC-35芯片，所述语音识别模块3-13采用ASRM08-A芯片，所述Zigbee网关通信模块3-5和Zigbee节点通信模块4采用TI CC2530芯片，所述GPS模块3-8采用Arduino GPS Shield，所述环境传感模块3-6包括光强传感器、温度传感器和土壤湿度传感器。

如图2所示，在PC机和手机上安装农场监控软件，农场监控软件利用第一无线路由器发射的无线网络信号对智能监控车上的第二无线路由器进行TCP/IP的传输，由于两台无线路由器以桥接形式工作，所以使用WIFI网络，整个WIFI无线网就是一个大型局域网，控制指令通过两台无线路由器进行传输，当到达单片机微控制器后，由单片机微控制器控制电机驱动智能监控车行驶。

视频传输中，摄像头模块以帧为单位采集图像数据，将数据传输到单片机微控制器后，由单片机微控制器进行图像压缩编码，利用无线路由器作为http服务器，然后传输到该http服务器上，这样所有连入局域网的PC机和手机都可以看到该监控视频。而PC机端和手机端的监控软件可以不断对该http服务器进行快速刷新，从而得到视频的效果，其帧速约在10帧/秒。

农场监控软件对智能监控车进行控制时，可以选择进入自动巡逻模式，或进入手动控制模式。

智能监控车的自动巡逻模式，通过GPS模块与陀螺仪模块辅助定位进行惯性导航，适用于各种情况下的路面环境。当工作在自动巡逻模式时，监控车会按照在监控软件中预设的路线进行自动巡航，并且在设定的环境监测节点利用环境传感器对环境参量进行采集，并由无线路由器发到PC机和手机，这样每个节点在一次巡逻的中就会更新一次环境参量，从而达到环境节点的监测效果。此时摄像头模块默认不启动以节能，可通过手工启动。

智能监控车的手动控制模式包括以下两种：

半自动行驶，即点击希望监控车到达的目的地，监控车便自动行驶至点击地点，其实现方法是：将各个节点抽象成坐标，在Arduino以太网服务器上存储监控车当前位置坐标，且通过无线路由器连上农场内覆盖的WIFI信号，点击目的地即将目的地坐标发至Arduino微控制器，然后判断监控车行走方向，先进行横坐标的移动，再进行纵坐标的移动。

手动驾驶，画面上显示上、下、左、右和停止五个按钮，按下按钮时监控车做出相应动作，用于微调监控车位置，其实现方法是：监控车的Arduino以太网服务器通过无线路由器连上农场内覆盖的WIFI信号，检测到哪个按钮被按下时，调用相应函数。

实施例2：

如图3所示，PC机和手机通过无线路由器访问智能监控车的Arduino以太网服务器，在Arduino以太网服务器上建立监控平台，通过在PC机或手机的浏览器登陆该监控平台，输入帐号和密码后即可看见主页面，可点击选择进入自动控制页面，或进入手动控制页面，通过任一种页面控制监控车；而Arduino微控制器收集传感器数据，将数据存储在Arduino以太网服务器通过WIFI网络，以网页的形式回显到PC机或手机上，当PC机或手机的浏览器访问服务器网址，便可看到实时监测数据。

实施例3：

在上述实施例2的网页控制中，在主页面中选择点击进入自动控制页面，页面上有一个“发微博”的按钮，点击即可将附带监控车自身位置的信息发布到微博上。

如图4所示，Arduino以太网服务器通过发布一定格式的消息，以ROM内存存储好的微博帐号密码的名义，将特定信息发送至SAE服务器，然后SAE服务器通过自制的APP连接到微博公开的API接口，实现发布状态功能。

如图5所示，使用指定微博发布一条控制信息，信息内需要包含控制字符串，并且一下监控车的微博，即可实现控制功能，其实现方法是：Arduino以太网服务器每隔一定时间会检测自身帐号的被到的状态，若检测到有，会进一步检测发布此消息的帐号的UID信息，若是指定帐号，则再进一步检测消息内是否包含控制字符串，若有则执行相应动作，否则不予理会。若按被内容执行了命令之后，则会将这条到自己的消息进行转发，以此提醒发起命令的账户动作已完成。

实施例4：

若用户所在地上网信号差、没有GPRS信号覆盖或流量用完时，可通过手机短信或电话的方式实现控制与交互，如图6所示，将GSM模块置成自动接听模式，GSM模块的音频输入端和输出端分别接语音识别模块的输出端和输入端。音频信息由GSM模块SPK接口输出，输入到语音识别模块的MIC接口，然后进行处理，处理结果由串口以编码形式输入到单片机微控制器的输入端，单片机微控制器收到信息处理后，直接对GSM模块作出响应。比如当监控车在节点A时，手机拨通电话，并说“报告位置”，则听到“我在节点A，请指示”。

GSM模块和语音识别模块，这两个模块设置的主要目的是增加用户与农场交互的方法，提高农场交互与农场管理的效率。GSM模块在其中承担的只要是交互与预警的功能，预警功能主要是当节点环境数据异常时，通过短信形式向用户进行报警，例如设定B节点的温度为50度，当B节点温度超过50度GSM模块就会自动向用户发送短信。

GSM模块、单片机微控制器以及语音识别模块的硬件连接方式为：GSM模块和语音识别模块均与单片机微控制器相连，同时GSM模块也与语音识别模块进行连接。GSM模块也与语音识别模块的连接可以让电话拨入的语音信号传输到语音识别模块，并通过语音识别模块的语音合成功能对其进行响应，实现电话控制与交互。而短信控制与交互则是通过GSM模块与单片机微控制器所实现的。

以上所述，仅为本发明优选的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.基于无线网络与智能监控车的远程农业监管***，其特征在于：包括上位机（1）、第一无线网络设备（2）、智能监控车（3）以及包含环境传感器的Zigbee节点通信模块（4）；

所述上位机（1），通过第一无线网络设备（2）对智能监控车（3）发送控制指令，接收并存储智能监控车（3）采集的数据或信息；

所述第一无线网络设备（2），用于连接Internet，并发射无线网络信号；

所述智能监控车（3），通过第一无线网络设备（2）接收上位机（1）的控制指令自动巡逻农场和采集农场的数据或信息，并将数据或信息发送至上位机（1），包括用于环境传感、超声波测距以及GPS定位的Arduino微控制器（3-1）和用于控制视频传输、车辆行驶以及继电器工作的单片机微控制器（3-2）；

所述Zigbee节点通信模块（4），用于对智能监控车（3）行驶范围之外的区域进行测量。

2.根据权利要求1所述的基于无线网络与智能监控车的远程农业监管***，其特征在于：所述智能监控车（3）还包括第二无线网络设备（3-3）、Arduino以太网服务器（3-4）和Zigbee网关通信模块（3-5），所述Arduino微控制器（3-1）通过Arduino以太网服务器（3-4）连接第二无线网络设备（3-3），所述单片机微控制器（3-2）连接第二无线网络设备（3-3），所述第二无线网络设备（3-3）与第一无线网络设备（2）之间采用桥接方式连接，所述Zigbee网关通信模块（3-5）连接单片机微控制器（3-2）并与Zigbee节点通信模块（4）进行无线级联。

3.根据权利要求2所述的基于无线网络与智能监控车的远程农业监管***，其特征在于：所述智能监控车（3）还包括环境传感模块（3-6）、超声波测距模块（3-7）、GPS模块（3-8）、陀螺仪模块（3-9）、摄像头模块（3-10）及继电器模块（3-11）；所述环境传感模块（3-6）、超声波测距模块（3-7）、GPS模块（3-8）和陀螺仪模块（3-9）分别连接Arduino微控制器（3-1），所述摄像头模块（3-10）和继电器模块（3-11）分别连接单片机微控制器（3-2）。

4.根据权利要求3所述的基于无线网络与智能监控车的远程农业监管***，其特征在于：所述环境传感模块（3-6）包括光强传感器、温度传感器和土壤湿度传感器。

5.根据权利要求3所述的基于无线网络与智能监控车的远程农业监管***，其特征在于：所述第一无线网络设备（2）与第二无线网络设备（3-3）为WIFI无线路由器或3G网卡。

6.根据权利要求3所述的基于无线网络与智能监控车的远程农业监管***，其特征在于：所述上位机（1）为监控室和客户端的PC机/手机。

7.根据权利要求6所述的基于无线网络与智能监控车的远程农业监管***，其特征在于：所述监控室的PC机/手机与第一无线网络设备（2）信号连接。

8.根据权利要求6所述的基于无线网络与智能监控车的远程农业监管***，其特征在于：所述客户端的PC机/手机通过Internet与第一无线网络设备（2）连接。

9.根据权利要求6所述的基于无线网络与智能监控车的远程农业监管***，其特征在于：所述智能监控车（3）还包括GSM模块（3-12），所述GSM模块（3-12）连接单片机微控制器（3-2），客户端的手机通过GSM模块（3-12）以短信方式控制智能监控车（3）。

10.根据权利要求9所述的基于无线网络与智能监控车的远程农业监管***，其特征在于：所述GSM模块（3-12）连接有语音识别模块（3-13），所述语音识别模块（3-13）同时连接单片机微控制器（3-2），手机通过GSM模块（3-12）和语音识别模块（3-13）以电话方式控制智能监控车（3）。

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