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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于cc1100和GSM的無線傳感網(wǎng)絡(luò)溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 針對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)個(gè)體化經(jīng)營(yíng)模式的發(fā)展現(xiàn)狀和特點(diǎn)，以服務(wù)三農(nóng)為目的，設(shè)計(jì)出一套操作簡(jiǎn)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(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，分別通過本地監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)控。
- 詳細(xì)介紹：
- 針對(duì)當(dāng)下溫室環(huán)境信息參數(shù)值采用有線方式傳輸時(shí)出現(xiàn)的布線復(fù)雜、節(jié)點(diǎn)功耗大、部署不靈活、管理不方便等諸多問題，我們?cè)O(shè)計(jì)出了一種基于CC1100和GSM的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。首先以單片機(jī)為核心開發(fā)出無線傳感器節(jié)點(diǎn)，繼而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；采用ISM射頻芯片CC1100實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自組網(wǎng)和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的無線傳輸；利用MC9S12XS128B單片機(jī)構(gòu)建網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，然后由上位機(jī)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，同時(shí)GSM模塊以短信息的形式將異常情況及時(shí)報(bào)送給種植人員；最終實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室環(huán)境的監(jiān)控管理，溫室信息實(shí)時(shí)監(jiān)控和溫室內(nèi)參數(shù)異常時(shí)的預(yù)警等功能。初步的實(shí)驗(yàn)表明，本系統(tǒng)具有功耗低、組網(wǎng)靈活、可擴(kuò)展性強(qiáng)、人機(jī)交互界面友好、數(shù)據(jù)顯示人性化等優(yōu)點(diǎn)，能夠較好的滿足當(dāng)前我國(guó)溫室環(huán)境監(jiān)控的應(yīng)用求。
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： 實(shí)時(shí)監(jiān)控溫室環(huán)境，服務(wù)于個(gè)體化溫室農(nóng)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(jié)合溫濕度傳感器、無線通信、太陽(yáng)能電源、液晶顯示等模塊構(gòu)造出控制終端(子節(jié)點(diǎn))，對(duì)溫室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)實(shí)時(shí)采集的同時(shí)進(jìn)行精確處理，并當(dāng)某參數(shù)越限（超出適宜范圍）時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)控；然后利用ISM射頻芯片CC1100將若干個(gè)子節(jié)點(diǎn)組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）；子節(jié)點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)在主節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行匯聚，形成主從式的分布結(jié)構(gòu)；主節(jié)點(diǎn)和GSM模塊間進(jìn)行串口通信，由GSM模塊實(shí)現(xiàn)用戶通過手機(jī)對(duì)溫室環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)控；同時(shí)我們利用VB6.0開發(fā)出了友好的人機(jī)交互界面，對(duì)溫室環(huán)境進(jìn)行本地監(jiān)控。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1．利用CC1100將若干個(gè)子節(jié)點(diǎn)組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到了組網(wǎng)靈活、自行組網(wǎng)的目的，網(wǎng)絡(luò)可拓展性強(qiáng)； 2．可同時(shí)進(jìn)行GSM遠(yuǎn)程監(jiān)控和上位機(jī)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(tái); 3．主要對(duì)溫度這一影響植物生長(zhǎng)最為關(guān)鍵的因素進(jìn)行采集和精確處理，兼顧濕度，當(dāng)某個(gè)參數(shù)越時(shí)，就會(huì)通過控制固態(tài)繼電器打開相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控補(bǔ)償； 4. 以太陽(yáng)能為主的不間斷供電系統(tǒng)。 技術(shù)關(guān)鍵： 1．MC9S12XS128型16位單片機(jī)技術(shù)； 2．無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)技術(shù)； 3．GSM遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)； 4．使用節(jié)能環(huán)保的太陽(yáng)能蓄電池作為供電電源。 5. 溫度值的精準(zhǔn)算法。 主要技術(shù)指標(biāo)： 系統(tǒng)功耗、無線通信傳輸、傳感器精度、控制設(shè)施的響應(yīng)時(shí)間。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 溫室環(huán)境濕度大、酸性強(qiáng)、基礎(chǔ)設(shè)施少、作物種類多且動(dòng)態(tài)變化。通過調(diào)查分析，實(shí)際的溫室農(nóng)業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，對(duì)溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用要求主要包括：空氣溫、濕度，土壤溫、濕度，光照強(qiáng)度等環(huán)境因子的實(shí)時(shí)采集; 采用低成本、低功耗的通信方式對(duì)所采集的數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)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(tái), 完成對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)管理、環(huán)境信息存儲(chǔ)和分析處理。 因此，我們從一開始就把實(shí)用、好用且成本低廉本套系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，采用MC9S12XS128型單片機(jī)，結(jié)合ISM無線射頻技術(shù)，組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)；利用主節(jié)點(diǎn)管理下層無線傳感網(wǎng)絡(luò)，形成主從分布式系統(tǒng)；并利用GSM模塊和上位機(jī)分別實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和本地監(jiān)控；供電上采用節(jié)能環(huán)保的太陽(yáng)能；影響植物生長(zhǎng)最關(guān)鍵的因素-溫度進(jìn)行精確采集和處理，同時(shí)兼顧其他因素，對(duì)溫室的環(huán)境達(dá)到更為科學(xué)、高效、實(shí)時(shí)的監(jiān)控，給溫室作物營(yíng)造一個(gè)更為適宜的生長(zhǎng)環(huán)境。整套系統(tǒng)功能完善，低功耗，低成本，監(jiān)控實(shí)施高效，能較好的滿足目前我國(guó)個(gè)體經(jīng)營(yíng)溫室農(nóng)業(yè)的作物種植和栽培需要。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品 現(xiàn)場(chǎng)演示 圖片 錄像
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 精確測(cè)量溫、濕度，縮短農(nóng)作物生長(zhǎng)周期，增加農(nóng)作物產(chǎn)量，采用太陽(yáng)能代替?zhèn)鹘y(tǒng)電池，節(jié)能環(huán)保。根據(jù)農(nóng)作物的生長(zhǎng)規(guī)律為其提供生長(zhǎng)所需的最佳環(huán)境條件，整套系統(tǒng)具有控制精準(zhǔn)及時(shí)、組網(wǎng)靈活、低功耗、低成本等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫室環(huán)境實(shí)時(shí)、高效、科學(xué)、智能化的監(jiān)控管理。適用于個(gè)體化農(nóng)業(yè)。 適應(yīng)范圍： 基于我們的設(shè)計(jì)思想，根據(jù)其特點(diǎn)，本作品主要適應(yīng)于個(gè)體化農(nóng)業(yè)。 推廣前景： 本系統(tǒng)在精準(zhǔn)測(cè)量溫度的基礎(chǔ)上同時(shí)兼顧溫室內(nèi)其他影響農(nóng)作物生長(zhǎng)的因素(如濕度)。提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的同時(shí)，促進(jìn)了生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，這種發(fā)展模式不但有較好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)保證了綠色產(chǎn)品的高質(zhì)量和環(huán)境的清潔。還可應(yīng)用于孵化廠，高級(jí)護(hù)理病房，重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，家禽養(yǎng)殖場(chǎng)，儲(chǔ)藏室等對(duì)周圍環(huán)境要求比較高的場(chǎng)所。
同類課題研究水平概述
- 目前，國(guó)際上農(nóng)業(yè)數(shù)字化程度很高的國(guó)家，像日本、以色列、美國(guó)、荷蘭等國(guó)，其溫室環(huán)境監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)先進(jìn)，可根據(jù)不同作物的營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)和不同階段的生長(zhǎng)需求，對(duì)溫室內(nèi)的溫、光、水、肥、氣等環(huán)境因素自行進(jìn)行綜合調(diào)控，達(dá)到了多因子綜合控制的水平，具有系統(tǒng)大、設(shè)備多、功能全、自動(dòng)化程度極高的特點(diǎn)，且目前正朝著完全自動(dòng)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(fèi)用都比較大、設(shè)備維護(hù)也較為困難，而且大多缺乏與我國(guó)氣候特點(diǎn)相適應(yīng)的測(cè)控軟件。這些都不符合我國(guó)農(nóng)村勞動(dòng)力過剩的現(xiàn)實(shí)狀況和我國(guó)農(nóng)業(yè)中小規(guī)模化經(jīng)營(yíng)的發(fā)展特點(diǎn)。因此，它們很難在我國(guó)的溫室農(nóng)業(yè)中得到推廣和普及。 我國(guó)的溫室大棚建造面積現(xiàn)已躍居世界第一，成為世界上最大的蔬菜保護(hù)地生產(chǎn)區(qū)域。但產(chǎn)量卻僅為世界先進(jìn)水平的1／3。長(zhǎng)期以來我國(guó)的溫室環(huán)境單純依賴人工憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的監(jiān)控管理量化效果差，所需勞動(dòng)量大，其調(diào)控效果的穩(wěn)定性，準(zhǔn)確性以及實(shí)時(shí)性都較差。從上世紀(jì)80年代，我國(guó)的現(xiàn)代溫室環(huán)境監(jiān)控技術(shù)開始起步。經(jīng)過幾十年的研究發(fā)展，目前對(duì)溫室環(huán)境中單因子的監(jiān)控技術(shù)和基于有線的溫室環(huán)境監(jiān)控技術(shù)已較為成熟。而實(shí)際上，溫室內(nèi)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(duì)作物的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響的，環(huán)境要素的空間變化、時(shí)間變化都很復(fù)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(diào)控；基于有線的監(jiān)控系統(tǒng)，由于距離限制、布線復(fù)雜，安裝困難，網(wǎng)絡(luò)可拓展性差等弱點(diǎn)，也影響了其自身的發(fā)展。最近幾年，國(guó)內(nèi)進(jìn)行了許多有關(guān)溫室后級(jí)控制的研究，例如基于模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、遺傳算法等的溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。而實(shí)際中由于溫室內(nèi)部環(huán)境的空間復(fù)雜性及溫室栽培作物的多樣性，造成溫室各點(diǎn)的環(huán)境參數(shù)都不一致。因此，對(duì)后級(jí)控制過分強(qiáng)調(diào)高精度，實(shí)際應(yīng)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(jīng)典控制策略的主要原因。 因此，結(jié)合我國(guó)農(nóng)村剩余勞動(dòng)力多，一家一戶的個(gè)體經(jīng)營(yíng)模式規(guī)模小等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一套真正適合我國(guó)溫室種植業(yè)個(gè)體經(jīng)營(yíng)現(xiàn)狀的溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，使得系統(tǒng)更實(shí)際、更好用、而且低成本，已經(jīng)成了我國(guó)溫室農(nóng)業(yè)發(fā)展亟待解決的一個(gè)問題。這對(duì)于我國(guó)溫室種植業(yè)的發(fā)展以及我國(guó)農(nóng)業(yè)的數(shù)字化進(jìn)程都有著廣泛而深遠(yuǎn)的意義。
