基本信息
- 項目名稱：
- 基于cc1100和GSM的無線傳感網絡溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 針對我國農業(yè)個體化經營模式的發(fā)展現狀和特點，以服務三農為目的，設計出一套操作簡單、成本低廉的智能化溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)在主從式無線網絡架構的基礎上，分別通過本地監(jiān)控和遠程監(jiān)控實現對溫室環(huán)境參數的實時監(jiān)測和調控。
- 詳細介紹：
- 針對當下溫室環(huán)境信息參數值采用有線方式傳輸時出現的布線復雜、節(jié)點功耗大、部署不靈活、管理不方便等諸多問題，我們設計出了一種基于CC1100和GSM的無線傳感器網絡溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。首先以單片機為核心開發(fā)出無線傳感器節(jié)點，繼而實現對溫室環(huán)境的實時監(jiān)測；采用ISM射頻芯片CC1100實現無線傳感器網絡自組網和監(jiān)控數據的無線傳輸；利用MC9S12XS128B單片機構建網關節(jié)點，然后由上位機對所采集的數據進行管理，同時GSM模塊以短信息的形式將異常情況及時報送給種植人員；最終實現對溫室環(huán)境的監(jiān)控管理，溫室信息實時監(jiān)控和溫室內參數異常時的預警等功能。初步的實驗表明，本系統(tǒng)具有功耗低、組網靈活、可擴展性強、人機交互界面友好、數據顯示人性化等優(yōu)點，能夠較好的滿足當前我國溫室環(huán)境監(jiān)控的應用求。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 目的： 實時監(jiān)控溫室環(huán)境，服務于個體化溫室農業(yè)。 基本思路： 在本系統(tǒng)中，我們以MC9S12XS128型微處理器為核心，結合溫濕度傳感器、無線通信、太陽能電源、液晶顯示等模塊構造出控制終端(子節(jié)點)，對溫室內的環(huán)境參數實時采集的同時進行精確處理，并當某參數越限（超出適宜范圍）時進行補償調控；然后利用ISM射頻芯片CC1100將若干個子節(jié)點組成無線傳感器網絡（WSN）；子節(jié)點所采集的數據在主節(jié)點處進行匯聚，形成主從式的分布結構；主節(jié)點和GSM模塊間進行串口通信，由GSM模塊實現用戶通過手機對溫室環(huán)境的遠程監(jiān)控；同時我們利用VB6.0開發(fā)出了友好的人機交互界面，對溫室環(huán)境進行本地監(jiān)控。 創(chuàng)新點： 1．利用CC1100將若干個子節(jié)點組成無線傳感器網絡，達到了組網靈活、自行組網的目的，網絡可拓展性強； 2．可同時進行GSM遠程監(jiān)控和上位機的本地監(jiān)控，為種植人員開發(fā)出友好的多層次監(jiān)控管理平臺; 3．主要對溫度這一影響植物生長最為關鍵的因素進行采集和精確處理，兼顧濕度，當某個參數越時，就會通過控制固態(tài)繼電器打開相應的執(zhí)行機構進行調控補償； 4. 以太陽能為主的不間斷供電系統(tǒng)。 技術關鍵： 1．MC9S12XS128型16位單片機技術； 2．無線傳感器網絡(WSN)技術； 3．GSM遠程監(jiān)控技術； 4．使用節(jié)能環(huán)保的太陽能蓄電池作為供電電源。 5. 溫度值的精準算法。 主要技術指標： 系統(tǒng)功耗、無線通信傳輸、傳感器精度、控制設施的響應時間。
科學性、先進性
- 溫室環(huán)境濕度大、酸性強、基礎設施少、作物種類多且動態(tài)變化。通過調查分析，實際的溫室農業(yè)自動化生產中，對溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的應用要求主要包括：空氣溫、濕度，土壤溫、濕度，光照強度等環(huán)境因子的實時采集; 采用低成本、低功耗的通信方式對所采集的數據的實時傳輸和匯聚; 為種植人員提供直觀、完善的系統(tǒng)監(jiān)管平臺, 完成對傳感器網絡管理、環(huán)境信息存儲和分析處理。 因此，我們從一開始就把實用、好用且成本低廉本套系統(tǒng)的設計原則，采用MC9S12XS128型單片機，結合ISM無線射頻技術，組成無線傳感網絡；利用主節(jié)點管理下層無線傳感網絡，形成主從分布式系統(tǒng)；并利用GSM模塊和上位機分別實現遠程監(jiān)控和本地監(jiān)控；供電上采用節(jié)能環(huán)保的太陽能；影響植物生長最關鍵的因素-溫度進行精確采集和處理，同時兼顧其他因素，對溫室的環(huán)境達到更為科學、高效、實時的監(jiān)控，給溫室作物營造一個更為適宜的生長環(huán)境。整套系統(tǒng)功能完善，低功耗，低成本，監(jiān)控實施高效，能較好的滿足目前我國個體經營溫室農業(yè)的作物種植和栽培需要。
獲獎情況及鑒定結果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、產品 現場演示 圖片 錄像
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 技術特點和優(yōu)勢： 精確測量溫、濕度，縮短農作物生長周期，增加農作物產量，采用太陽能代替?zhèn)鹘y(tǒng)電池，節(jié)能環(huán)保。根據農作物的生長規(guī)律為其提供生長所需的最佳環(huán)境條件，整套系統(tǒng)具有控制精準及時、組網靈活、低功耗、低成本等優(yōu)點。實現了對溫室環(huán)境實時、高效、科學、智能化的監(jiān)控管理。適用于個體化農業(yè)。 適應范圍： 基于我們的設計思想，根據其特點，本作品主要適應于個體化農業(yè)。 推廣前景： 本系統(tǒng)在精準測量溫度的基礎上同時兼顧溫室內其他影響農作物生長的因素(如濕度)。提高農業(yè)產量的同時，促進了生態(tài)農業(yè)的發(fā)展，這種發(fā)展模式不但有較好的經濟效益，同時保證了綠色產品的高質量和環(huán)境的清潔。還可應用于孵化廠，高級護理病房，重點實驗室，家禽養(yǎng)殖場，儲藏室等對周圍環(huán)境要求比較高的場所。
同類課題研究水平概述
- 目前，國際上農業(yè)數字化程度很高的國家，像日本、以色列、美國、荷蘭等國，其溫室環(huán)境監(jiān)控技術已經相當先進，可根據不同作物的營養(yǎng)特點和不同階段的生長需求，對溫室內的溫、光、水、肥、氣等環(huán)境因素自行進行綜合調控，達到了多因子綜合控制的水平，具有系統(tǒng)大、設備多、功能全、自動化程度極高的特點，且目前正朝著完全自動化、無人化的方向發(fā)展。但這些溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的一次性投資費用都比較大、設備維護也較為困難，而且大多缺乏與我國氣候特點相適應的測控軟件。這些都不符合我國農村勞動力過剩的現實狀況和我國農業(yè)中小規(guī)模化經營的發(fā)展特點。因此，它們很難在我國的溫室農業(yè)中得到推廣和普及。 我國的溫室大棚建造面積現已躍居世界第一，成為世界上最大的蔬菜保護地生產區(qū)域。但產量卻僅為世界先進水平的1／3。長期以來我國的溫室環(huán)境單純依賴人工憑借經驗進行的監(jiān)控管理量化效果差，所需勞動量大，其調控效果的穩(wěn)定性，準確性以及實時性都較差。從上世紀80年代，我國的現代溫室環(huán)境監(jiān)控技術開始起步。經過幾十年的研究發(fā)展，目前對溫室環(huán)境中單因子的監(jiān)控技術和基于有線的溫室環(huán)境監(jiān)控技術已較為成熟。而實際上，溫室內的光照度、溫度、濕度、C02濃度等環(huán)境因素，都是在相互影響、相互制約的狀態(tài)中對作物的生長產生影響的，環(huán)境要素的空間變化、時間變化都很復雜。單因子的監(jiān)控系統(tǒng)往往顧此而失彼，難以做到綜合調控；基于有線的監(jiān)控系統(tǒng)，由于距離限制、布線復雜，安裝困難，網絡可拓展性差等弱點，也影響了其自身的發(fā)展。最近幾年，國內進行了許多有關溫室后級控制的研究，例如基于模糊控制、神經網絡控制、遺傳算法等的溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。而實際中由于溫室內部環(huán)境的空間復雜性及溫室栽培作物的多樣性，造成溫室各點的環(huán)境參數都不一致。因此，對后級控制過分強調高精度，實際應用中不僅完全沒有必要，反而容易引起溫室控制的不穩(wěn)定。這也是目前商業(yè)溫室仍然采用經典控制策略的主要原因。 因此，結合我國農村剩余勞動力多，一家一戶的個體經營模式規(guī)模小等特點，設計一套真正適合我國溫室種植業(yè)個體經營現狀的溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，使得系統(tǒng)更實際、更好用、而且低成本，已經成了我國溫室農業(yè)發(fā)展亟待解決的一個問題。這對于我國溫室種植業(yè)的發(fā)展以及我國農業(yè)的數字化進程都有著廣泛而深遠的意義。
