[发明专利]用于大田作物生长信息监测的无线传感网网关装置及方法

权利要求书

1. 一种用于大田作物生长信息监测的无线传感网网关装置，其特征在于：包括协调器模块、远程接入模块、管理控制模块和用于供电的电源模块；其中：

协调器模块，用于采用Zigbee技术建立并管理作物生长信息无线采集网络；

远程接入模块，用于管理远程接入，实现农田开放环境下作物生长信息收集与传输；

管理控制模块，用于当环境温度高于预设温度值时，降低环境温度。

2. 根据权利要求1所述的一种用于大田作物生长信息监测的无线传感网网关装置，其特征在于：所述协调器模块包括第一微处理器、数据存储器、无线ZigBee模块和第一吸盘天线；所述远程接入模块包括第二微处理器、GPRS模块、以太网模块、第二吸盘天线；

其中：所述第一微处理器通过串行SPI接口分别连接无线ZigBee模块和数据存储器；所述第一吸盘天线与无线ZigBee模块相连；所述第一微处理器通过无线ZigBee模块收集部署在农田中的作物生长信息监测节点的数据，然后将收集的数据存放至数据存储器，并同时提交给第二微处理器；

所述第二微处理器通过UART接口与GPRS模块串接；所述GPRS模块连接第二吸盘天线；所述第二微处理器通过串行SPI接口与以太网模块连接；所述以太网模块连接RJ45接口；第二微处理器将第一微处理器提交的数据通过GPRS模块或以太网模块发送至远程服务器。

3. 根据权利要求2所述的一种用于大田作物生长信息监测的无线传感网网关装置，其特征在于：所述作物生长信息监测节点为多光谱作物生长传感器。

4. 根据权利要求2所述的一种用于大田作物生长信息监测的无线传感网网关装置，其特征在于：所述无线ZigBee模块的通信频段为780MHz。

5. 根据权利要求2所述的一种用于大田作物生长信息监测的无线传感网网关装置，其特征在于：所述第一微处理器通过UART接口串接第二微处理器。

6. 根据权利要求1所述的一种用于大田作物生长信息监测的无线传感网网关装置，其特征在于：所述管理控制模块包括温度传感器、电流驱动模块、继电器、风扇；其中，所述温度传感器与第一微处理器、电流驱动模块、继电器线圈依次连接；所述继电器常开触点连接风扇开关；当农田环境温度超过第一微处理器预设温度值时，由第一微处理器输出相应信号，经电流驱动模块放大后驱动继电器，打开风扇开关，降低环境温度，保证网关可靠工作。

7. 一种用于大田作物生长信息监测的无线传感网络网关传输方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）网关启动，进行远程接入方式判断，确定数据上传方式：若确认为GPRS连接，由网关配置GPRS参数；若确认为以太网连接，则由网关配置以太网参数；

建立ZigBee网络、传输网络信标；

（3）由网关启动作物生长信息无线传感器网络路由算法，准备接收多光谱作物生长传感器节点数据；所述作物生长信息无线传感器网络路由算法采用功率动态管理机制，具体包括如下步骤：

（301）作物生长信息无线传感器网络中各个多光谱作物生长传感器节点以单跳形成连续发送N帧采集数据至网关，其中N≤4；

（302）由网关监听各个多光谱作生长传感器节点信号强度，寻求信号强度极大值的节点，筛选出1个工作节点，其余节点进入深度休眠状态； 

（303）工作节点在每个工作周期，定时向网关发送采集数据；网关收集到工作节点的数据，与上一个周期数据进行差值比较，若差值结果没有超过网关设定的阈值，网关则采用灰色预测深度休眠节点的方式采集数据；

（304）若差值结果超过网关设定的阈值，则网关向作物生长信息无线采集网络休眠节点发出激活命令，各节点采集作物生长信息发送至网关；同时，根据各节点信号强度，寻求信号强度极大值的节点，将其转换为工作节点，其余节点进入深度休眠状态；

（305）重复步骤（303）-（304），直至遍历作物生长信息无线采集网络中所有多光谱作物生传感器节点；

（4）监听多光谱作物生长传感器节点，判断是否收集到节点数据，如果收集到节点数据，对数据异常进行判断，如果没有收集到数据，继续监听多光谱作物生长传感器节点；

（5）若判读数据正常，则将收集到的节点数据存储于数据存储器中，并通过GPRS或者以太网模式上传数据至远程服务器。

8. 根据权利要求7所述的一种用于大田作物生长信息监测的无线传感网络网关传输方法，其特征在于：所述网关灰色预测深度休眠节点采集数据，包括如下步骤：

（A）根据多光谱作物生长传感器节点初始发送的N帧采集数据，构建一阶累加灰序列；

（B）构建累加灰序列的紧邻均值生成序列；

（C）构建一阶单变量灰色模型GM(1，1)，用最小二乘法进行参数估计得到模型参数的求解；

（D）求解原始序列的灰色模型，求得深度休眠节点预测数据。