[发明专利]一种面向农业大棚的集成WSN智能传感器统一接口系统

摘要

本发明提供了一种面向农业大棚的集成WSN智能传感器统一接口系统，包括由集成WSN智能传感器节点构成的无线传感器网络；所述集成WSN智能传感器节点包括主控单元和外围单元；所述主控单元用于配置本节点的传感器模块并且对传感器模块提供的采集数据以统一数据接口协议进行数据格式转换生成传感器数据，以及基于传感器网络通信协议进行无线传感器网络组网以及传感器数据的无线传输；所述外围单元包括至少一种类型的传感器模块以及相应的数据接口电路。本系统使多类型且异构的传感器模块融合为具有统一数据和网络通信接口的传感器节点，基于统一的数据和通信接口协议实现网络组织和数据传输，有利于提高网络运行效率，易于实现传感器监测数据的整合和应用，降低系统开发的成本和难度。

主权项

一种面向农业大棚的集成WSN智能传感器统一接口系统，其特征在于，该系统包括由集成WSN智能传感器节点构成的无线传感器网络；所述集成WSN智能传感器节点包括核心板和扩展板，所述核心板上集成主控单元，所述扩展板上集成外围单元；所述主控单元包括微处理器和无线通信模块；所述微处理器用于配置本节点的传感器模块并且对传感器模块提供的采集数据以统一数据接口协议进行数据格式转换生成传感器数据，并且提供统一数据接口；所述无线通信模块用于基于传感器网络通信协议进行无线传感器网络组网以及传感器数据的无线传输，所述无线传输基于ZigBee通信方式；无线通信模块包含可在2.4GHz频率上进行无线传输的射频电路；所述外围单元包括至少一种类型的传感器模块以及相应的数据接口电路；其中，所述统一数据接口协议使集成WSN智能传感器节点对外提供统一格式的传感器数据，所述统一格式的传感器数据具有统一数据长度，并且预留足够多的字节长度；所述传感器数据包括以下字段:表示传感器类型的标识字段，长度为一个字节；用于表示传感器模块采样瞬时值的可靠性的质量控制标识，长度为一个字节；所述质量控制标识通过不同的标识值描述不同类型的采样值质量状况，所述质量状况包括以下至少一种：数据正确、数据存疑、数据错误、数据不一致、数据缺失、未经数据控制检查以及无数据；根据传感器模块采样瞬时值是否处于正常测量范围以内以及采样瞬时值与前一个采样值相比较的变化量是否超过允许变化的速率，判断传感器模块采样瞬时值的可靠性并生成相应的质量控制标识；传感器模块的通道号及相应通道号的采样值，其中所述采样值包括直接采样值和计算出来的理论采样值；其中，所述传感器网络通信协议包括物理层、MAC层、网络协议层以及高端应用层；所述物理层用于通过无线射频物理信道进行数据流收发、调制解调以及执行相关控制检测功能；所述MAC层用于为集成WSN智能传感器节点生成适于ZigBee传输的MAC地址以及基于MAC地址进行数据帧的传输；所述MAC层提供MAC层数据服务和MAC层管理服务，用于保证MAC协议数据单元正确收发，并且通过维护一个存储MAC子层协议状态相关信息的表来维持整个系统的运行；所述网络协议层用于对由射频电路在固定的频段接收到数据，根据数据中设定的目标地址和目标网络号进行有效的判断该数据帧是应该转发还是接收，以及对从应用层接收的数据包，进行数据的封装和处理，将源网络和源地址以及目标地址和目标网络号添加到数据帧中，然后交给射频电路发送出去；所述网络协议层为集成WSN智能传感器节点生成网络地址及网内节点地址，并形成网络协议层通信帧格式，并且基于网络协议层通信帧格式控制数据的发送、接收及路由；所述网络协议层通信帧格式包括帧长度、应用号返回、网络地址、网内节点地址、命令字、命令内容和校验字，其中网内节点地址包括路由字段、预留字和网内节点地址L；所述路由字段用于指示集成WSN智能传感器节点对接收到的通信帧的路由方式；所述应用层用于对网络协议层提供的数据进行解析，确定数据相关的应用及应用命令。