CN103956037A - 植物工厂的无线监控方法及*** - Google Patents

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李尧
周鸣波
贺宏伟
张浚灏
廖汉忠
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Abstract

本发明提供了一种植物工厂的无线监控方法及***，该无线监控方法包括如下步骤：数据采集和控制步骤：通过监测单元进行数据采集及设备的控制；数据传输步骤：建立数据传输路径，用于监测单元与数据处理单元进行数据的传输；数据处理步骤：通过数据处理单元接收监测单元发出的数据并进行处理，同时所述数据处理单元向所述监测单元发出控制指令进行控制。本发明的有益效果是本发明的无线监控方法及***提供低成本的数据采集、传输和环境控制的设施设备，线路连接简单，设备成本低，体积小，设备之间干扰较小，可靠性高、稳定性强，不易出故障，而且还能进行数据实时传输。

Description

植物工厂的无线监控方法及***
技术领域
本发明涉及植物培育领域，尤其涉及植物工厂的无线监控方法及***。
背景技术
随着温室大棚的生产和种植技术普及和广泛应用，温室环境监测和控制技术也在不断进步和发展，但是密闭式植物工厂的环境监测和控制仍然没有相对完善和成熟技术方案，而正是这种监控技术的缺乏阻碍了植物工厂的规模大型化建设和发展。随着计算机技术、传感器技术、网络和通信技术的逐渐发展和成熟，植物工厂的环境监测和控制技术得到很好的提高和完善。虽然在对温室里植物生长和环境的关系、环境预测和植物栽培等研究很多，但是在国内还未形成对密闭植物工厂中的光照、温度、CO2等环境因素综合考虑和实行全面的最优化控制管理技术体系，还是缺少低成本的数据采集、传输和环境控制的设施设备，所以传统的温室环境监控***通常采用复杂的线路连接各个数据采集和传输设备，并且设备成本较高，体积庞大，设备之间干扰较大，造成可靠性差、稳定性差，容易出故障，而且不能进行数据实时传输。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种植物工厂的无线监控方法。
本发明提供了一种植物工厂的无线监控方法，包括如下步骤：
数据采集和控制步骤：通过监测单元进行数据采集及设备的控制；
数据传输步骤：建立数据传输路径，用于监测单元与数据处理单元进行数据的传输；
数据处理步骤：通过数据处理单元接收监测单元发出的数据并进行处理，同时所述数据处理单元向所述监测单元发出控制指令进行控制。
作为本发明的进一步改进，在所述数据传输步骤中，采用无线传感网络，在无线传感网络中包括主节点、路由节点、终端节点，主节点用于接收数据处理单元发送的数据包，对其进行数据校验，同时根据数据包中的地址字节将其发送到指定地址的终端节点。
作为本发明的进一步改进，在所述数据采集和控制步骤中，采用RS485网络结构，RS485从机进行数据采集和设备的控制，所述RS485从机将采集的数据进行打包发给主控单元；无线传感网络中的终端节点作为RS485网络的主控单元，终端节点将收到的数据包解析成相应的控制或查询命令，然后再封装成数据包，根据RS485从机的地址通过RS485网络发送到相应的RS485从机；所述终端节点用于将Zigbee应用层协议转换成RS485通信协议。
作为本发明的进一步改进，在所述数据采集和控制步骤中，通过CMOS图像传感器采集图像数据，并将采集的图像数据压缩成JPEG格式，将PEG格式的图像数据传输给主控单元，由主控单元将图像数据进行分包传输给数据处理单元，由数据处理单元进行数据包的重组；
所述无线传感网络采用树型拓扑结构，无线传感网络中的各节点均采用带有RF收发器、支持2.4GHz IEEE802.15.4以及具有低功耗8051微控制器的片上***，主节点和终端节点带有RS232接口，终端节点还带有RS485接口；各节点的软件***移植Zigbee协议栈，运行应用层协议程序。
作为本发明的进一步改进，在所述数据处理单元中包括web服务器程序，web服务器程序等待用户浏览器或远程请求，若浏览器网页程序登陆服务器，那么通过发送HTTP请求给web服务器，web服务器将HTTP请求转换成相应的控制命令，封装成一定格式的数据包，通过RS232串口将数据包发送到无线传感网络中，再通过无线传感网络传输至所述监测单元；同时web服务器程序定时等待无线传感网络的回复数据包，并将其解析成HTTP响应发送给客户端的浏览器，如果定时时间未收到回复数据包，则发送错误响应报告。
本发明还提供了一种植物工厂的无线监控***，包括：
数据采集和控制单元：通过监测单元进行数据采集及设备的控制；
数据传输单元：建立数据传输路径，用于监测单元与数据处理单元进行数据的传输；
数据处理单元：通过数据处理单元接收监测单元发出的数据并进行处理，同时所述数据处理单元向所述监测单元发出控制指令进行控制。
作为本发明的进一步改进，在所述数据传输单元中，采用无线传感网络，在无线传感网络中包括主节点、路由节点、终端节点，主节点用于接收数据处理单元发送的数据包，对其进行数据校验，同时根据数据包中的地址字节将其发送到指定地址的终端节点。
作为本发明的进一步改进，在所述数据采集和控制单元中，采用RS485网络结构，RS485从机进行数据采集和设备的控制，所述RS485从机将采集的数据进行打包发给主控单元；无线传感网络中的终端节点作为RS485网络的主控单元，终端节点将收到的数据包解析成相应的控制或查询命令，然后再封装成数据包，根据RS485从机的地址通过RS485网络发送到相应的RS485从机；所述终端节点用于将Zigbee应用层协议转换成RS485通信协议。
作为本发明的进一步改进，在所述数据采集和控制单元中，通过CMOS图像传感器采集图像数据，并将采集的图像数据压缩成JPEG格式，将PEG格式的图像数据传输给主控单元，由主控单元将图像数据进行分包传输给数据处理单元，由数据处理单元进行数据包的重组；
所述无线传感网络采用树型拓扑结构，无线传感网络中的各节点均采用带有RF收发器、支持2.4GHz IEEE802.15.4以及具有低功耗8051微控制器的片上***，主节点和终端节点带有RS232接口，终端节点还带有RS485接口；各节点的软件***移植Zigbee协议栈，运行应用层协议程序。
作为本发明的进一步改进，在所述数据处理单元中包括web服务器程序，web服务器程序等待用户浏览器或远程请求，若浏览器网页程序登陆服务器，那么通过发送HTTP请求给web服务器，web服务器将HTTP请求转换成相应的控制命令，封装成一定格式的数据包，通过RS232串口将数据包发送到无线传感网络中，再通过无线传感网络传输至所述监测单元；同时web服务器程序定时等待无线传感网络的回复数据包，并将其解析成HTTP响应发送给客户端的浏览器，如果定时时间未收到回复数据包，则发送错误响应报告。
本发明的有益效果是：本发明的无线监控方法及***提供低成本的数据采集、传输和环境控制的设施设备，线路连接简单，设备成本低，体积小，设备之间干扰较小，可靠性高、稳定性强，不易出故障，而且还能进行数据实时传输。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
图2是本发明的***原理框图。
图3是本发明的无线传感网络拓扑图。
图4是本发明的RS485网络结构图。
具体实施方式
如图1所示，本发明公开了一种植物工厂的无线监控方法，包括如下步骤：
数据采集和控制步骤：通过监测单元进行数据采集及设备的控制；
数据传输步骤：建立数据传输路径，用于监测单元与数据处理单元进行数据的传输；
数据处理步骤：通过数据处理单元接收监测单元发出的数据并进行处理，同时所述数据处理单元向所述监测单元发出控制指令进行控制。
在所述数据传输步骤中，采用无线传感网络，在无线传感网络中包括主节点、路由节点、终端节点，主节点用于接收数据处理单元发送的数据包，对其进行数据校验，如数据包的起始位和停止位，同时根据数据包中的地址字节将其发送到指定地址的终端节点。
在所述数据采集和控制步骤中，采用RS485网络结构，RS485从机进行数据采集和设备的控制，所述RS485从机将采集的数据进行打包发给主控单元；无线传感网络中的终端节点作为RS485网络的主控单元，终端节点将收到的数据包解析成相应的控制或查询命令，然后再封装成数据包，根据RS485从机的地址通过RS485网络发送到相应的RS485从机；所述终端节点用于将Zigbee应用层协议转换成RS485通信协议，提供数据端到端可靠准确的服务。
如图4所示，RS485网络结构采用总线式的一对多主从结构，数据传输速率高，实现简单，信道利用率高。设备包括微控制器、传感器、控制器接口、LED照明灯等；RS485从机单元收到RS485网络的数据包，验证数据包之后，解析成相应命令，然后通过传感器采集环境参数，或通过控制器接口控制LED灯的亮度、水泵的开关等。如果是采集数据，则将数据打包发给主控单元。
在所述数据采集和控制单元中，通过控制器接口连接LED照明灯、水泵、风机等，通过命令控制相应的参数。
在所述数据采集和控制步骤中，通过CMOS图像传感器采集图像数据，并将采集的图像数据压缩成JPEG格式，将PEG格式的图像数据传输给主控单元，由主控单元将图像数据进行分包传输给数据处理单元，由数据处理单元进行数据包的重组。CMOS图像传感器款集图像采集、拍摄控制、数据压缩、串口传输于一体的图像采集处理模块，图像输出采用标准JPEG格式。
如图3所示，所述无线传感网络采用树型拓扑结构，该结构比较简单，易于扩展和实现，且容易隔离故障，节点之间不产生回路，寻找链路路径比较方便。
无线传感网络中的各节点均采用带有RF收发器、支持2.4GHzIEEE802.15.4以及具有低功耗8051微控制器的片上***，如CC2530。主节点和终端节点带有RS232接口，终端节点还带有RS485接口；各节点的软件***移植Zigbee协议栈，运行应用层协议程序，维持整个网络的正常运行，提供数据稳定准确传输的网络环境。Zigbee协议栈的一种应用层协议，该协议定义了***传输的各类数据帧格式。
如图2所示为本发明的软硬件框图，图的最左边是三层架构，图的中间部分对应三层架构的硬件框图，图的右边对应三层架构的软件框图。
在所述数据处理单元中包括PC端、及安装PC端内的web服务器程序，web服务器程序等待用户浏览器或远程请求(即，处于上层PC端的web服务器程序等待用户浏览器或远程请求，一旦浏览器网页程序登陆服务器，即可以通过发送HTTP请求给web服务器)，若浏览器网页程序登陆服务器，那么通过发送HTTP请求给web服务器，web服务器将HTTP请求转换成相应的控制命令，封装成一定格式的数据包，通过RS232串口将数据包发送到无线传感网络中，再通过无线传感网络传输至所述监测单元；同时web服务器程序定时等待无线传感网络的回复数据包，并将其解析成HTTP响应发送给客户端的浏览器，如果定时时间未收到回复数据包，则发送错误响应报告。
本发明还公开了一种植物工厂的无线监控***，包括：
数据采集和控制单元：通过监测单元进行数据采集及设备的控制；
数据传输单元：建立数据传输路径，用于监测单元与数据处理单元进行数据的传输；
数据处理单元：通过数据处理单元接收监测单元发出的数据并进行处理，同时所述数据处理单元向所述监测单元发出控制指令进行控制。
在所述数据传输单元中，采用无线传感网络，在无线传感网络中包括主节点、路由节点、终端节点，主节点用于接收数据处理单元发送的数据包，对其进行数据校验，同时根据数据包中的地址字节将其发送到指定地址的终端节点。
在所述数据采集和控制单元中，采用RS485网络结构，RS485从机进行数据采集和设备的控制，所述RS485从机将采集的数据进行打包发给主控单元；无线传感网络中的终端节点作为RS485网络的主控单元，终端节点将收到的数据包解析成相应的控制或查询命令，然后再封装成数据包，根据RS485从机的地址通过RS485网络发送到相应的RS485从机；所述终端节点用于将Zigbee应用层协议转换成RS485通信协议。
在所述数据采集和控制单元中，通过控制器接口连接LED照明灯、水泵、风机等，通过命令控制相应的参数。
在所述数据采集和控制单元中，通过CMOS图像传感器采集图像数据，并将采集的图像数据压缩成JPEG格式，将PEG格式的图像数据传输给主控单元，由主控单元将图像数据进行分包传输给数据处理单元，由数据处理单元进行数据包的重组；
所述无线传感网络采用树型拓扑结构，无线传感网络中的各节点均采用带有RF收发器、支持2.4GHz IEEE802.15.4以及具有低功耗8051微控制器的片上***，主节点和终端节点带有RS232接口，终端节点还带有RS485接口；各节点的软件***移植Zigbee协议栈，运行应用层协议程序。
在所述数据处理单元中包括PC端、及安装PC端内的web服务器程序，web服务器程序等待用户浏览器或远程请求，若浏览器网页程序登陆服务器，那么通过发送HTTP请求给web服务器，web服务器将HTTP请求转换成相应的控制命令，封装成一定格式的数据包，通过RS232串口将数据包发送到无线传感网络中，再通过无线传感网络传输至所述监测单元；同时web服务器程序定时等待无线传感网络的回复数据包，并将其解析成HTTP响应发送给客户端的浏览器，如果定时时间未收到回复数据包，则发送错误响应报告。
本发明的无线监控方法及***提供低成本的数据采集、传输和环境控制的设施设备，线路连接简单，设备成本低，体积小，设备之间干扰较小，可靠性高、稳定性强，不易出故障，而且还能进行数据实时传输。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种植物工厂的无线监控方法，其特征在于，包括如下步骤：
数据采集和控制步骤：通过监测单元进行数据采集及设备的控制；
数据传输步骤：建立数据传输路径，用于监测单元与数据处理单元进行数据的传输；
数据处理步骤：通过数据处理单元接收监测单元发出的数据并进行处理，同时所述数据处理单元向所述监测单元发出控制指令进行控制。
2.根据权利要求1所述的无线监控方法，其特征在于，在所述数据传输步骤中，采用无线传感网络，在无线传感网络中包括主节点、路由节点、终端节点，主节点用于接收数据处理单元发送的数据包，对其进行数据校验，同时根据数据包中的地址字节将其发送到指定地址的终端节点。
3.根据权利要求2所述的无线监控方法，其特征在于，在所述数据采集和控制步骤中，采用RS485网络结构，RS485从机进行数据采集和设备的控制，所述RS485从机将采集的数据进行打包发给主控单元；无线传感网络中的终端节点作为RS485网络的主控单元，终端节点将收到的数据包解析成相应的控制或查询命令，然后再封装成数据包，根据RS485从机的地址通过RS485网络发送到相应的RS485从机；所述终端节点用于将Zigbee应用层协议转换成RS485通信协议。
4.根据权利要求3所述的无线监控方法，其特征在于，在所述数据采集和控制步骤中，通过CMOS图像传感器采集图像数据，并将采集的图像数据压缩成JPEG格式，将PEG格式的图像数据传输给主控单元，由主控单元将图像数据进行分包传输给数据处理单元，由数据处理单元进行数据包的重组；
所述无线传感网络采用树型拓扑结构，无线传感网络中的各节点均采用带有RF收发器、支持2.4GHz IEEE802.15.4以及具有低功耗8051微控制器的片上***，主节点和终端节点带有RS232接口，终端节点还带有RS485接口；各节点的软件***移植Zigbee协议栈，运行应用层协议程序。
5.根据权利要求4所述的无线监控方法，其特征在于，在所述数据处理单元中包括web服务器程序，web服务器程序等待用户浏览器或远程请求，若浏览器网页程序登陆服务器，那么通过发送HTTP请求给web服务器，web服务器将HTTP请求转换成相应的控制命令，封装成一定格式的数据包，通过RS232串口将数据包发送到无线传感网络中，再通过无线传感网络传输至所述监测单元；同时web服务器程序定时等待无线传感网络的回复数据包，并将其解析成HTTP响应发送给客户端的浏览器，如果定时时间未收到回复数据包，则发送错误响应报告。
6.一种植物工厂的无线监控***，其特征在于，包括：
数据采集和控制单元：通过监测单元进行数据采集及设备的控制；
数据传输单元：建立数据传输路径，用于监测单元与数据处理单元进行数据的传输；
数据处理单元：通过数据处理单元接收监测单元发出的数据并进行处理，同时所述数据处理单元向所述监测单元发出控制指令进行控制。
7.根据权利要求6所述的无线监控***，其特征在于，在所述数据传输单元中，采用无线传感网络，在无线传感网络中包括主节点、路由节点、终端节点，主节点用于接收数据处理单元发送的数据包，对其进行数据校验，同时根据数据包中的地址字节将其发送到指定地址的终端节点。
8.根据权利要求7所述的无线监控***，其特征在于，在所述数据采集和控制单元中，采用RS485网络结构，RS485从机进行数据采集和设备的控制，所述RS485从机将采集的数据进行打包发给主控单元；无线传感网络中的终端节点作为RS485网络的主控单元，终端节点将收到的数据包解析成相应的控制或查询命令，然后再封装成数据包，根据RS485从机的地址通过RS485网络发送到相应的RS485从机；所述终端节点用于将Zigbee应用层协议转换成RS485通信协议。
9.根据权利要求8所述的无线监控***，其特征在于，在所述数据采集和控制单元中，通过CMOS图像传感器采集图像数据，并将采集的图像数据压缩成JPEG格式，将PEG格式的图像数据传输给主控单元，由主控单元将图像数据进行分包传输给数据处理单元，由数据处理单元进行数据包的重组；
所述无线传感网络采用树型拓扑结构，无线传感网络中的各节点均采用带有RF收发器、支持2.4GHz IEEE802.15.4以及具有低功耗8051微控制器的片上***，主节点和终端节点带有RS232接口，终端节点还带有RS485接口；各节点的软件***移植Zigbee协议栈，运行应用层协议程序。
10.根据权利要求9所述的无线监控***，其特征在于，在所述数据处理单元中包括web服务器程序，web服务器程序等待用户浏览器或远程请求，若浏览器网页程序登陆服务器，那么通过发送HTTP请求给web服务器，web服务器将HTTP请求转换成相应的控制命令，封装成一定格式的数据包，通过RS232串口将数据包发送到无线传感网络中，再通过无线传感网络传输至所述监测单元；同时web服务器程序定时等待无线传感网络的回复数据包，并将其解析成HTTP响应发送给客户端的浏览器，如果定时时间未收到回复数据包，则发送错误响应报告。
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