[发明专利]一种温室群无线传感器网络控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及农业生产技术领域，尤其是涉及一种温室群无线传感器网络控制系统及其控制方法。

背景技术

温室是利用人工建筑的设施，通过可以调控的技术手段实施高产且高效的现代农业生产方式。它是一个改变植物生长的外部环境、为植物生长发育创造最佳条件，以及避免外界四季变化和恶劣气候对其生长发育产生影响的场所。日光温室是我国改革开放后大面积快速发展起来的设施农业，现已成为农业产业结构调整的重要内容。目前，温室环境控制主要有基于单片机、工业控制机或可编程控制器的计算机控制系统。基于单片机的控制系统虽然价格低廉、操作简单，但是其缺点是系统灵活性差、布线复杂、难以维护与扩展。基于工业控制机的系统同样存在着布线复杂，难于维护的问题，而且工业控制机及相应的组态软件都需要购买，成本较高。基于可编程控制器的系统具有较强的灵活性，可编程控制器具有各种组态模块功能，通过先进的现场总线技术，可以实现多个设备、多个温室的网络化分布式控制，同时还可接入互联网，以及对控制算法进行优化与生成，其缺点是投资大，农户难以接受。

发明内容

为了克服现有技术系统布线成本高、安装不方便的不足，本发明提供一种基于无线传感器网络的温室群控制系统，其设计合理且使用简便。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括多个无线传感器网络、一个通信服务器、网关节点和控制计算机。温室群中的每一个温室根据需求安装多个无线传感器节点和一个簇头节点，能够多方位地采集温室环境因子，无线传感器节点和簇头节点通过无线通信自主形成无线传感器网络，无线传感器节点将监测数据以多跳方式发送到簇头节点，由簇头节点将数据传输到到网关节点，通过网关节点上传至通信服务器。通信服务器与控制计算机之间进行双向通信，控制计算机根据无线传感器网络实时所监测数据做出相应指导方案，根据指导方案同步向无线传感器网络发送控制指令。本系统无需布线，而且成本较低，安装维护方便。与WiFi等现有无线网络相比，具有自行组网，无需手工配置，而且支持多跳路由，能够应用于较大的日光温室环境。

所述传感器节点主要监测温室内部的大气温度、大气湿度、土壤温度、土壤湿度、二氧化碳浓度和光照强度六种环境因子。

本发明还包括一个与通信服务器相接的GSM无线通信模块，将经通信服务器封装和编码后的预警短信息或监测数据短信息发送至农户手机。

本发明还提供一种上述系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、打开布设在温室群中各温室内的所有传感器节点，并使得所有传感器节点均处于侦听模式；

步骤二、打开网关节点，所有传感器节点进入协商阶段，网关节点以广播消息的方式向所有传感器节点发送数据采集周期，消息广播过程中，传感器节点建立邻居表，自主形成网络，并建立路由，同时传感器节点以簇头为单位组织成多个无线传感器网络，并同步向网关节点发送反馈信息；

步骤三、网关节点接收到所有传感器节点的反馈信息后，协商阶段结束，网关节点通知所有传感器节点关闭并进入工作阶段；

步骤四、进入工作阶段后，所有传感器节点均按照协商阶段所确定的数据采集周期，定期醒来进行数据采集，并将所采集的相应监测数据同步发送给各自的簇头节点；簇头收集簇内各传感器节点所采集的监测数据并对所收集的所有监测数据打包，提交至网关节点；网关节点接收到所述所有传感器节点的监测数据后，再通知所述所有传感器节点关闭，进入下一数据采集周期；

步骤五、网关节点将所有传感器节点的监测数据发送至通信服务器，通信服务器对数据进行解包，并存入数据库供用户或专家系统查询；

步骤六、专家系统根据温室作物生长模型对存入数据库的所有监测数据进行分析，具体根据温室具体作物在不同生长期对水份、温度、湿度和CO₂浓度需要，做出是否灌水、降温或加温、增加CO₂浓度的相应指导方案，专家系统通过通信服务器向无线传感器网络发送生产指导信息和/或预警信息。

步骤五中所述的通信服务器接收到所有传感器节点的监测数据后，将所收到的监测数据经封装和编码处理后，通过GSM无线通信模块向农户手机发送监测数据短信息。

步骤六中所述的通信服务器收到专家系统发送的预警条件管理信息并对无线传感器网络进行相应预警设置后，当实时监测数据达到预警条件管理信息所设定的阈值时，通信服务器将预警信息封装和编码后的预警短信息通过GSM无线通信模块发送至农户手机。