[发明专利]基于Zigbee网络的农业大棚温湿度监测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境监测系统，具体涉及一种用于农业大棚温湿度监测的监测系统及监测方法。

背景技术

随着我国国民经济的发展和人民生活水平的日益提高，大棚蔬菜市场日益扩大。在利用蔬菜大棚生产中，温度、湿度等因素直接关系到大棚作物的生长。因此，对大棚温湿度进行及时、精准的监测是实现大棚蔬菜生产优质、高效益的重要环节。

目前对农业大棚进行监测主要采用三种方式：第一是人工直接监测方式，这种方式效率较低；第二是仪器直接监测方式，这种方式自动化程度不高；第三是分布式监测方式，这种方式已经成为当前大棚监测方式的发展方向。然而现有的分布式监测系统大多采用工业总线和工控设备，使用这种系统存在着成本较高、布线困难和缺少灵活性等缺点。而目前少数几个基于无线传感器网络的农业大棚监测系统存在着网络结构不合理，节点之间需要动态构建路由表，节点能量消耗过快的问题。

鉴于现有技术的不足，较为理想的是建立一种合理的用于农业大棚温湿度监测的无线传感网络系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于Zigbee网络的农业大棚温湿度监测系统。

作为无线传感网络标准之一的Zigbee，由于具有适中的传输距离和简单的协议内容，越来越得到广泛应用。基于Zigbee标准的无线传感网络由协调器、路由器和终端节点构成，可以采用树型、星型等拓扑结构，而最常采用的是树型拓扑结构，这种结构一方面有利于通过信标技术实现父子节点之间的同步，减少节点的功率消耗，对延长网络的生存时间起到了积极作用；另一方面有利于消除节点因构建路由表带来的各种资源消耗，有利于降低传感器节点的成本。

本发明的思路是利用Zigbee网络的优点来达到本发明的目的，具体的说，本发明的技术方案如下：

一种基于Zigbee网络的农业大棚温湿度监测系统，其特征在于，包括测量节点、路由器、协调器及监控终端；测量节点、路由器、协调器构成树型拓扑结构的Zigbee无线网络，并按照Zigbee树型路由协议进行无线通信；协调器与监控终端之间通过有线形式连接并进行通信。

所述测量节点包括：用于测量温度和湿度信息的温湿度传感器，用于和路由器进行无线通信的无线收发电路，控制测量节点工作的微控制器，用于暂时存放测量所得的温湿度信息的数据存储模块，以及提供各部分所需电能的电源；微控制器分别与温湿度传感器、数据存储模块、无线收发电路连接；

所述路由器包括：用于和测量节点、其它路由器、协调器进行无线通信的无线收发电路，控制路由器工作的微控制器，用于暂时存放接收到的来自于测量节点或其它路由器的温湿度信息的数据存储模块，以及提供各部分所需电能的电源；微控制器分别与无线收发电路、数据存储模块连接；

所述协调器包括：用于和路由器进行无线通信的无线收发电路，控制协调器工作的微控制器，用于暂时存放接收到的来自于路由器的温湿度信息的数据存储模块，用于和监控终端进行有线通信的主机接口电路，以及提供各部分所需电能的电源；微控制器分别与主机接口电路、数据存储模块、无线收发电路连接。

所述监控终端是具有显示功能的计算机，以便工作人员能够直观的了解监测信息，可以根据实际情况采用PC机或工控计算机。监控终端主要实现三个功能：第一、定时或临时根据操作人员的指令从协调器中读取温湿度信息，并进行显示；第二、负责为整个无线传感器网络中的协调器、路由器和测量节点之间建立以协调器作为根节点、以测量节点为叶子节点的树型关系，并将该关系表通过协调器采用广播方式发送到每个路由器和测量节点上，以便每个设备了解自己的父设备的地址值和子设备的地址值；第三、负责为无线传感器网络中的协调器和路由器分配信标时隙，以便协调器和路由器定时发送信标帧，实现树型网络结构中的父子设备之间的同步。这有利于路由器和测量节点在大部分时间内处于睡眠状态，以减少电能的消耗。

考虑到系统布置的便利性，本发明的温湿度监测系统中，测量节点、路由器中的电源均为电池，协调器中的电源为电网供电。

本发明的监测系统进行温湿度监测时，按照以下方法进行：

1)测量节点：

1.1测量节点每隔时间从睡眠状态进入到工作状态后，采集一次周围环境的温湿度信息，并将该信息存放到数据存储模块中；从本次进入工作状态开始，经历时间后进入睡眠状态；