[发明专利]一种基于无线传感器网络的生猪养殖环境监测方法

权利要求书

1.一种基于无线传感器网络的生猪养殖环境监测设备，包括终端采集节 点、路由节点和协调器节点。各节点主要包括以下模块：

(1)ZigBee主控模块。主控模块连接了其他各个功能模块，节点上电后， 主控模块启动，调用已存储的指令，操作各模块完成各自的功能；

(2)电源管理模块。在基于ZigBee的网络节点中，各模块需要的电压为 3.3V。由于节点设备都部署在猪舍内部，容易得到220V的交流电压，加之节 点设备必须具备较好的防潮防水性和长期运行的稳定性，所以采用220V的交 流供电方式将优于电池供电方式。具体的供电方案是通过电源适配器将220V 交流电压转换为5V的直流电压，再将5V的直流电压转换为3.3V。ZigBee模 块设计了usb供电和外部DC5－9V两种供电方式，并设有电源开关；

(3)RS232串口模块。ZigBee模块设计了一路RS232接口(DB9连接器)， 无线模块的USART通过SP3223芯片连接到J2，J2端口的信号是标准RS232电 平。硬件设备可以通过RS232串口模块与计算机的串口相连直接传输数据，也 可以通过串口连接其他的硬件设备；

(4)Flash模块。ZigBee模块设计了1M串行FLASH芯片，芯片型号为 M25P10－A，用于进行数据记录、存储；

(5)时钟模块。采用PCF8563作为系统的时钟芯片，PCF8563的地址和数 据通过I2C总线接口串行传递，处理器模块作为I2C的主机有SDA和SCL线， SDA是双向的数据口，SCL为同步时钟信号输出口；I2C的从机也有相应的SDA 和SCL线，SDA是双向的数据口，SCL为同步时钟信号输入口。一旦处理器使 能I2C功能，默认情况下使用DIO14作为时钟SCL，DIO15作为双向通信的数 据口SDA。

2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的生猪养殖环境监测设备， 可连接的传感器有：

(1)温湿度传感器模块。温湿度传感器采用SHT75的供电电压为2.4～5.5V。 传感器上电后，要等待11ms来完成“休眠”状态。电源引脚(VDD，GND)之 间增加一个100nF的滤波电容。SCK用于与微处理器之间的通讯同步。由于接 口包含了完全静态逻辑，因而不存在最小SCK频率。DATA三态门用于数据的读 取。DATA在时钟下降沿之后改变状态，仅在上升沿有效。数据传输期间，在 SCK时钟高电平时，DATA需保持稳定；

(2)氨气传感器模块。氨气传感器采用三电极电化学式酒精气体传感器 ME4-NH3，检测范围0—50ppm，最大测量限为200ppm。

3.一种基于无线传感器网络的生猪养殖环境监测方法，其特征在于，系 统的终端节点各连接了不同的传感器处理模块，可分属于不同的子系统，待数 据采集后，又要统一经由主网络中的路由器节点传输至协调器节点再连接至上 位机，所以采用混合网络拓扑结构。每个猪舍为一个子系统，每个子系统中包 含若干个终端传感器节点，采集温湿度数据和氨气浓度数据。各子系统采用星 型网络拓扑结构，各终端传感器节点采集的数据统一汇集至各星型网的中心节 点，即一个路由节点，再由这个路由节点将数据上传至主网络中的路由节点处。 而主网络采用mesh网络拓扑结构，各路由节点存储了可传输范围内其他节点 的路由表，当一条通路拥塞时，则选择其他路径进行传输，将采集的数据分散 传输至协调器节点，尽可能避免造成网络拥塞和数据包的丢失。