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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和GSM、語音控制的溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 基于ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和語音控制實(shí)現(xiàn)對溫室環(huán)境的監(jiān)控，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了溫室環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)采集和無線發(fā)送接收，語音控制快捷靈活地實(shí)現(xiàn)了溫室中一切相關(guān)操作。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)精簡，有效減少了線纜連接，延長執(zhí)行器件的壽命，同時(shí)具有應(yīng)用靈活、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。
- 詳細(xì)介紹：
- 一、本作品整體功能簡述 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和GSM、語音控制的溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)：完成了以C8051f020為主控制器，以ZigBee為數(shù)據(jù)無線傳輸中介，以LD3320為語音處理器，以TC35i為GSM模塊的的溫室環(huán)境無線語音監(jiān)控系統(tǒng)。 二、本作品各主要功能模塊簡述 1、語音控制： LD3320為語音控制模塊的識(shí)別處理器，通過SPI通信協(xié)議將語音識(shí)別結(jié)果傳輸給主控制器，主控制器根據(jù)所得結(jié)果作出相應(yīng)的控制。 2、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)： （1）ZigBee作為無線傳輸技術(shù)將傳感器數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)再將數(shù)據(jù)傳輸給主控器，主控器將數(shù)據(jù)分配到相對應(yīng)的存儲(chǔ)空間內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的處理。 （2）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)： 收集匯總各傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)，并通過異步串口通訊協(xié)議將其傳輸給主控制器或者上位機(jī)。 3、GSM傳輸模塊： 采用西門子公司的TC35iGSM模塊，內(nèi)部工作電壓為3.3V，單片機(jī)通過UART異步串口通信和GSM通信， UART比SPI的傳輸速度要快，誤碼率要小，這樣實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)報(bào)警時(shí)向戶主發(fā)送通知消息的功能。 三、本作品上位機(jī)界面功能簡述 1、上位機(jī)主界面： 主界面實(shí)現(xiàn)對溫室環(huán)境的監(jiān)測顯示，主要包含各參數(shù)曲線圖顯示、節(jié)點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度顯示以及節(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（星型或樹型）的顯示。 2、上位機(jī)溫度監(jiān)測顯示界面： 此界面實(shí)時(shí)監(jiān)測各節(jié)點(diǎn)的溫度并顯示溫度示數(shù)，而且各節(jié)點(diǎn)背景色還跟據(jù)溫度的變化而發(fā)生相應(yīng)的變化。 3、上位機(jī)光照監(jiān)測顯示界面： 此界面實(shí)時(shí)監(jiān)測各節(jié)點(diǎn)光照強(qiáng)度并顯示相應(yīng)的示數(shù)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的：利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)采集溫室參數(shù)（溫度、濕度、光照強(qiáng)度和二氧化碳濃度）并將其傳輸至網(wǎng)關(guān)；利用語音控制技術(shù)以方便溫室工作人員觀測、查詢溫室環(huán)境信息；利用GSM通信技術(shù)對溫室環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測報(bào)警；提供溫室基站上位機(jī)和溫室大棚顯示系統(tǒng)來雙向顯示、查詢環(huán)境信息。 思路：（1）基于ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集溫室的環(huán)境參量，并將環(huán)境參量無線傳輸給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)通過串口發(fā)送到主控器；（2）LD3320作為語音控制模塊的識(shí)別處理器，通過SPI通信協(xié)議將語音識(shí)別結(jié)果傳輸給主控制器,主控器根據(jù)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)操作；（3）環(huán)境參數(shù)達(dá)到了報(bào)警條件時(shí)，主控器通過串口通知GSM通信系統(tǒng)將報(bào)警消息發(fā)送到工作人員或戶主的手機(jī)；（4）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)和主控器分別將溫室環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給上位機(jī)和溫室顯示器顯示、查詢、監(jiān)測。 創(chuàng)新點(diǎn)： （1）設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)星型與樹型相結(jié)合的ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)監(jiān)測溫室環(huán)境。 （2）語音控制識(shí)別處理技術(shù)應(yīng)用于整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)，使操作更加智能化，當(dāng)工作人員進(jìn)入溫室實(shí)地觀測考察時(shí)，直接使用語音命令即可讓系統(tǒng)相應(yīng)的操作，不需要任何硬件接觸式的開關(guān)。 技術(shù)關(guān)鍵： （1）ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的研究應(yīng)用與節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)布置以及硬件的實(shí)現(xiàn)方法； （2）LD3320語音識(shí)別與處理器的硬件構(gòu)造和軟件算法； （3）實(shí)現(xiàn)GSM通信的準(zhǔn)確和自動(dòng)化。 主要技術(shù)指標(biāo)： （1）傳感器節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸距離和速度以及準(zhǔn)確率； （2）語音識(shí)別與處理的速度和精確度。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 該作品與現(xiàn)有溫室大棚環(huán)境監(jiān)控設(shè)備相比較，具有突出的實(shí)質(zhì)性技術(shù)特點(diǎn)： 首先該作品增加了語音識(shí)別控制協(xié)調(diào)監(jiān)控于溫室中，當(dāng)工作人員需要進(jìn)入溫室實(shí)地觀測考察時(shí)，直接使用語音命令即可讓系統(tǒng)相應(yīng)的操作，信息直接顯示在顯示屏上面，不需要任何硬件接觸式的開關(guān)，使得溫室監(jiān)控操作更加方便、靈活，這是目前國內(nèi)外少有應(yīng)用的技術(shù)； 其次作品又增加了GSM通信，能夠?qū)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集到溫室環(huán)境各參數(shù)信息發(fā)送至用戶手機(jī)，或者當(dāng)溫室環(huán)境某個(gè)或幾個(gè)參數(shù)不符合要求時(shí)也會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警消息至用戶，接收信息的用戶可以有選擇性的自定義被設(shè)置在系統(tǒng)中。 作品中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用星形布局各傳感器節(jié)點(diǎn)，采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確迅速，傳輸距離長，特別是系統(tǒng)功耗低，性價(jià)比高。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2011年3月，在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)第五屆大學(xué)生科技節(jié)課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中榮獲特等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 成品階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實(shí)物 現(xiàn)場演示 圖片
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 該作品使用方便，簡單靈活，系統(tǒng)上電即可工作，系統(tǒng)配置語音指令表，系統(tǒng)周期性的監(jiān)測溫室環(huán)境并實(shí)時(shí)顯示參數(shù)，出現(xiàn)語音命令時(shí)執(zhí)行相應(yīng)的操作。 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢是增加了以LD3320為語音識(shí)別處理器控制協(xié)調(diào)監(jiān)控于溫室中，當(dāng)工作人員需要進(jìn)入溫室實(shí)地觀測考察時(shí)，直接使用語音命令即可讓系統(tǒng)執(zhí)行與命令匹配的操作，不需要任何硬件接觸式的開關(guān)，使得溫室監(jiān)控操作更加方便、靈活；作品又增加了GSM通信，能夠?qū)⒁訸igBee為傳輸技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集到溫室環(huán)境各參數(shù)信息發(fā)送至用戶手機(jī)，或者當(dāng)溫室環(huán)境某個(gè)或幾個(gè)參數(shù)不符合要求時(shí)也會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警消息至用戶，接收信息的用戶可以被自定義設(shè)置在系統(tǒng)中，即接受信息的戶主具有選擇性。 該作品適宜用在溫室大棚中，實(shí)時(shí)監(jiān)測溫室環(huán)境。使得該作品得以推廣的技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和語音協(xié)調(diào)控制以及GSM通信的應(yīng)用，這些技術(shù)都使得溫室環(huán)境的監(jiān)測更加智能化和精準(zhǔn)化，體現(xiàn)了現(xiàn)代精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的特點(diǎn)，使得溫室農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率更高，農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量都會(huì)得到提高，并且該作品功耗低，性價(jià)比高。
同類課題研究水平概述
- 目前我國科研機(jī)構(gòu)研制的常用溫室控制器仍然以結(jié)構(gòu)通用、價(jià)格便宜的8位單片機(jī)為主,一般以MCS-51系列為基礎(chǔ),從數(shù)據(jù)采樣到算法控制都是由單片機(jī)完成。如王慶祝等開發(fā)了一種基于雙主從結(jié)構(gòu)的溫室群測控系統(tǒng),該系統(tǒng)是一個(gè)集管理與測控為一體的集散測控系統(tǒng),軟硬件均采用模塊化設(shè)計(jì),以W77E58單片機(jī)作為主從工作模式的核心,可實(shí)現(xiàn)溫室溫度、濕度、CO2濃度和土壤含水率4個(gè)主要參數(shù)的測控以及CO2濃度的報(bào)警。 溫室大棚的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)中還未曾有語音技術(shù)的使用。 由于工業(yè)控制技術(shù)較為成熟、可靠性較高,將工業(yè)控制器應(yīng)用于溫室控制系統(tǒng)也是近年來研究的一個(gè)方向。如江蘇大學(xué)等單位研制的基于工業(yè)控制機(jī)的溫室控制系統(tǒng)是由工控機(jī)、各種傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的多輸入、多輸出的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 采用RS485總線作現(xiàn)場總線,可與遠(yuǎn)端的氣象站通信,以獲得室內(nèi)外溫度、濕度及室外光照、降雨、風(fēng)速、風(fēng)向等參量,還可與其他控制器及上位機(jī)進(jìn)行通信,構(gòu)成更大范圍的溫室環(huán)境自動(dòng)控制系統(tǒng)。采用單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的CAN智能節(jié)點(diǎn),由主控制器、CAN控制器和CAN收發(fā)器組成，用CAN總線與嵌入式技術(shù)實(shí)現(xiàn)對溫室環(huán)境溫度、濕度、光強(qiáng)度的智能解耦控制,以及采用CAN總線與RS485總線相結(jié)合的通信方式。 近年來,隨著無線通信技術(shù)的高速發(fā)展,尤其是從點(diǎn)對點(diǎn)傳輸?shù)募t外技術(shù),到短距離、點(diǎn)對多點(diǎn)個(gè)人局域網(wǎng)(如藍(lán)牙和ZigBee),以及長距離的GSM、GPRS和CDMA等,不同種類的技術(shù)隨著需求的不同而不斷發(fā)展完善,形成了巨大的市場潛力。刁智華等以具有ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸功能的JN5121模塊為核心,以ARM9為核心擴(kuò)展多種資源接口作為監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)硬件,通過對前端無線節(jié)點(diǎn)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮,完成對環(huán)境信息的采集分析和對設(shè)備的綜合控制。這些無線監(jiān)測與控制系統(tǒng)針對設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控過程中信息監(jiān)測點(diǎn)和設(shè)備控制點(diǎn)分散的情況,設(shè)計(jì)通用性較強(qiáng),這類系統(tǒng)的應(yīng)用為溫室現(xiàn)場布線以及后期維護(hù)提供了很大的方便。近年來,隨著便攜式設(shè)備的價(jià)格下降,基于PDA和ZigBee的小型、模塊化、無線手持式溫室環(huán)境測控系統(tǒng)也正在開發(fā)。
