專利名稱：一種基于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的畜禽設(shè)施福利養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其監(jiān)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及畜禽設(shè)施福利養(yǎng)殖、無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、機(jī)器視覺技術(shù)領(lǐng)域，具體地講是一種基于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的畜禽設(shè)施福利養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
隨著越來越多的發(fā)達(dá)國(guó)家將動(dòng)物福利與國(guó)際貿(mào)易緊密掛鉤，運(yùn)用動(dòng)物福利法對(duì)國(guó)際貿(mào)易施加影響，動(dòng)物福利壁壘已經(jīng)成為繼綠色壁壘之后嚴(yán)重影響我國(guó)畜禽產(chǎn)品出口的一道新的壁壘。畜禽的福利養(yǎng)殖的首要條件是為畜禽提供良好的養(yǎng)殖環(huán)境，利用現(xiàn)代化信息技術(shù)采集的畜禽行為、養(yǎng)殖環(huán)境舒適度等信息，結(jié)合畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)環(huán)境要求的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，控制畜禽養(yǎng)殖環(huán)境是實(shí)現(xiàn)畜禽福利養(yǎng)殖的基本要求。
目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、GSM、GPRS、機(jī)器視覺等技術(shù)已經(jīng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域有所應(yīng)用，但是受制于第二代移動(dòng)通信技術(shù)的速率、畜禽生長(zhǎng)影響因素復(fù)雜性以及設(shè)施養(yǎng)殖環(huán)境的特殊性等因素，使得精細(xì)養(yǎng)殖和設(shè)施福利養(yǎng)殖還沒有顯現(xiàn)出巨大的經(jīng)濟(jì)效益。因此，對(duì)于畜禽多種生長(zhǎng)環(huán)境信息的無損提取、實(shí)時(shí)寬帶傳輸和精準(zhǔn)控制以及實(shí)時(shí)提取日常養(yǎng)殖中畜禽行為成為當(dāng)下發(fā)展亟待的解決的問題。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)畜禽的福利養(yǎng)殖所存在的受制于第二代移動(dòng)通信技術(shù)的速率、畜禽生長(zhǎng)影響因素復(fù)雜性以及設(shè)施養(yǎng)殖環(huán)境的特殊性等因素，使得精細(xì)養(yǎng)殖和設(shè)施福利養(yǎng)殖還沒有顯現(xiàn)出巨大的經(jīng)濟(jì)效益問題，提出一種本專利基于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的畜禽設(shè)施福利養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法。能實(shí)現(xiàn)畜禽舍智能化、高品質(zhì)、高產(chǎn)量的生產(chǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種基于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的畜禽設(shè)施福利養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它包括多個(gè)傳感終端節(jié)點(diǎn)、多個(gè)圖像采集節(jié)點(diǎn)、多個(gè)路由節(jié)點(diǎn)、和一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站；在各畜禽舍中，設(shè)有至少一個(gè)傳感終端節(jié)點(diǎn)、至少一個(gè)圖像采集節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)路由節(jié)點(diǎn)，傳感終端節(jié)點(diǎn)和圖像采集節(jié)點(diǎn)作為基于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的畜禽設(shè)施福利養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)輸入采集待監(jiān)測(cè)畜禽舍的各項(xiàng)參數(shù)和圖像信號(hào)，各傳感終端節(jié)點(diǎn)和圖像采集節(jié)點(diǎn)的信號(hào)輸出端與對(duì)應(yīng)的路由節(jié)點(diǎn)無線連接，各路由節(jié)點(diǎn)均與網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站無線單跳或多跳連接，該網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站通過網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器無線連接，所述的數(shù)據(jù)服務(wù)器輸出養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)信息。
本發(fā)明的各傳感終端節(jié)點(diǎn)均包括多個(gè)傳感器和傳感終端ZigBee模塊，所述的多個(gè)傳感器作為養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)輸入采集待監(jiān)測(cè)畜禽舍的各項(xiàng)參數(shù)，多個(gè)傳感器的信號(hào)輸出端與傳感終端ZigBee模塊的對(duì)應(yīng)信號(hào)輸入端相連，傳感終端ZigBee模塊與對(duì)應(yīng)的路由節(jié)點(diǎn)無線連接。
本發(fā)明的多個(gè)傳感器包括(X)2傳感器、NH3傳感器、粉塵傳感器、溫濕度傳感器和光照傳感器中的任意多個(gè)。
本發(fā)明的各圖像采集節(jié)點(diǎn)均包括攝像頭、視頻解碼器、圖像采集ARM模塊和圖像采集ZigBee模塊，所述的攝像頭作為養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的圖像信號(hào)輸入采集待監(jiān)測(cè)畜禽舍的圖像，攝像頭的圖像信號(hào)輸出端與視頻解碼器的信號(hào)輸入端相連，視頻解碼器的信號(hào)輸出端與圖像采集ARM模塊的信號(hào)輸入端相連，圖像采集ARM模塊的信號(hào)輸出端與圖像采集ZigBee模塊的信號(hào)輸入端相連，圖像采集ZigBee模塊與對(duì)應(yīng)的路由節(jié)點(diǎn)無線連接。
本發(fā)明的圖像采集ZigBee模塊與圖像采集ARM模塊之間通過串口相連，圖像采集ARM模塊與視頻解碼器之間通過ARM模塊的CMOS接口相連，攝像頭和視頻解碼器之間通過AV接口相連。
本發(fā)明的路由節(jié)點(diǎn)包括路由ZigBee模塊，所述的路由ZigBee模塊的上行信號(hào)端與相近的路由ZigBee模塊或中轉(zhuǎn)站ZigBee模塊無線連接，路由ZigBee模塊的下行信號(hào)端與相近的中轉(zhuǎn)站ZigBee模塊、傳感終端節(jié)點(diǎn)或圖像采集節(jié)點(diǎn)無線連接。
本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站包括中轉(zhuǎn)站ZigBee模塊、中轉(zhuǎn)站ARM模塊和3G模塊，所述的網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站的中轉(zhuǎn)站ZigBee模塊發(fā)起組建ZigBee網(wǎng)絡(luò)，管理所有ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的加入與退出，與所有ZigBee節(jié)點(diǎn)以單跳或多跳的方式保持無線連接；同時(shí)，中轉(zhuǎn)站ZigBee模塊負(fù)責(zé)根據(jù)從數(shù)據(jù)服務(wù)器接收到得的命令類型和地址信息確定命令轉(zhuǎn)發(fā)路徑，并等待從相應(yīng)的目的ZigBee節(jié)點(diǎn)獲取數(shù)據(jù)信息，中轉(zhuǎn)站ZigBee模塊通過RS232串口與中轉(zhuǎn)站ARM模塊相連，中轉(zhuǎn)站ARM模塊通過3G模塊與數(shù)據(jù)服務(wù)器無線連接。
本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站還包括USB接口、RJ45網(wǎng)口、UART串口、JTAG接口、SDRAM存儲(chǔ)器和FLASH存儲(chǔ)器，所述的中轉(zhuǎn)站ARM模塊與USB接口、RJ45網(wǎng)口、UART串口、JTAG接口、SDRAM存儲(chǔ)器和FLASH存儲(chǔ)器的對(duì)應(yīng)信號(hào)端相連。
一種基于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的畜禽設(shè)施福利養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)方法，它包括以下步驟
(a)、多個(gè)傳感終端節(jié)點(diǎn)和多個(gè)圖像采集節(jié)點(diǎn)分別通過ZigBee模塊與對(duì)應(yīng)的路由節(jié)點(diǎn)連接，各路由節(jié)點(diǎn)通過ZigBee模塊與網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站連接，構(gòu)成無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站通過3G模塊與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器相連；
(b)、數(shù)據(jù)服務(wù)器所在的遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的監(jiān)控人員人工發(fā)送命令至網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站；網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站將命令轉(zhuǎn)發(fā)給無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)路由節(jié)點(diǎn)；各路由節(jié)點(diǎn)根據(jù)目的地址確定下一跳路由節(jié)點(diǎn)，以構(gòu)成轉(zhuǎn)發(fā)路徑，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)地址通過最短路由將命令通過路由節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)的圖像采集節(jié)點(diǎn)和/或傳感終端節(jié)點(diǎn)，然后等待無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)；
(C)、命令到達(dá)圖像采集節(jié)點(diǎn)或傳感終端節(jié)點(diǎn)后，節(jié)點(diǎn)接收命令，執(zhí)行采集畜禽舍圖像或者畜禽舍環(huán)境信息的操作，然后經(jīng)路由節(jié)點(diǎn)發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站；網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站將信息轉(zhuǎn)發(fā)至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器；在監(jiān)控中心實(shí)時(shí)顯示，監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器對(duì)信息進(jìn)行判斷，若采集參數(shù)超過相應(yīng)畜禽養(yǎng)殖的環(huán)境預(yù)設(shè)值范圍，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
本發(fā)明的各節(jié)點(diǎn)的處理步驟如下
5傳感終端節(jié)點(diǎn)當(dāng)傳感終端ZigBee模塊從相應(yīng)的路由節(jié)點(diǎn)收到采集畜禽舍環(huán)境信息的命令后，傳感終端節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)相應(yīng)的傳感器，采集完數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，按一定的路由轉(zhuǎn)發(fā)至網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站；
圖像采集節(jié)點(diǎn)圖像采集ZigBee模塊從相應(yīng)的路由節(jié)點(diǎn)收到采集圖像的命令后將命令通過串口發(fā)送給圖像采集ARM模塊，圖像采集ARM模塊一直處于讀取串口的狀態(tài)，當(dāng)讀到數(shù)據(jù)并且判斷為采集圖像命令后，開始驅(qū)動(dòng)攝像頭采集一幀圖像，并對(duì)圖像進(jìn)行分組處理， 然后采用起止式異步通訊協(xié)議與圖像采集ZigBee模塊通信，即通過串口發(fā)送一組數(shù)據(jù)至圖像采集ZigBee模塊，之后等待圖像采集ZigBee模塊的應(yīng)答信息，若應(yīng)答信息為已接受則發(fā)送下一組數(shù)據(jù)，否則重新發(fā)送改組數(shù)據(jù)；如此直到全部數(shù)據(jù)發(fā)送完成，采集完圖像數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，按一定的路由轉(zhuǎn)發(fā)至網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站；；
路由節(jié)點(diǎn)路由節(jié)點(diǎn)在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中主要其中繼和轉(zhuǎn)發(fā)作用，當(dāng)某傳感終端節(jié)點(diǎn)或圖像采集節(jié)點(diǎn)因通信功率原因不能直接通過中轉(zhuǎn)站ZigBee模塊加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以通過就近的路由節(jié)點(diǎn)以間接方式加入網(wǎng)絡(luò)，路由節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)有通過它加入網(wǎng)絡(luò)的所有圖像采集節(jié)點(diǎn)和傳感終端節(jié)點(diǎn)的下行轉(zhuǎn)發(fā)路徑，在接收到需要轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的目的節(jié)點(diǎn)的命令后，采取相應(yīng)的路徑將信息轉(zhuǎn)發(fā)至目的節(jié)點(diǎn)；
網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站開始工作，即作為客戶端與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器建立 socket連接，并處于接收命令的狀態(tài)，當(dāng)通過3G模塊接收到命令后，將命令轉(zhuǎn)發(fā)給中轉(zhuǎn)站 ZigBee模塊，中轉(zhuǎn)站ZigBee模塊對(duì)命令進(jìn)行解析后采用最短路由將命令轉(zhuǎn)發(fā)至傳感終端節(jié)點(diǎn)或圖像采集節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而進(jìn)入等待數(shù)據(jù)狀態(tài)；當(dāng)接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器上。
本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明能完成畜禽舍環(huán)境信息和畜禽行為圖像信息的實(shí)時(shí)采集；有利于畜禽舍環(huán)境信息和畜禽舒適度之間關(guān)系的研究；有利于畜禽行為與其舒適度之間的關(guān)系研究；能完成畜禽舍環(huán)境信息和畜禽圖像信息的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。
本發(fā)明圖像采集節(jié)點(diǎn)采用模擬攝像頭能有效地提高分辨率，方便對(duì)圖像的后期處理。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高分辨率圖像在基于ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳輸。另外，圖像采用分組傳輸且每傳一組數(shù)據(jù)都等待應(yīng)答，這樣確保圖像完整傳輸，避免了丟包現(xiàn)象。
本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站采用3G撥號(hào)上網(wǎng)，克服了畜禽舍地處偏僻而無法遠(yuǎn)程監(jiān)控的缺點(diǎn)，而采用3G網(wǎng)絡(luò)比GPRS網(wǎng)絡(luò)在速度上有了很大的提高，因此，在傳輸圖像等大量數(shù)據(jù)時(shí)效率更高、優(yōu)越性更明顯；還簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站與遠(yuǎn)程服務(wù)器之間的通信。
本發(fā)明采用無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)避免了傳統(tǒng)布線帶來的成本和穩(wěn)定性上的不足，高度的魯棒性能夠保證本系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。此外，無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)具有高度的實(shí)時(shí)性，方便環(huán)境信息及畜禽行為圖像數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，保證系統(tǒng)的工作效率。
本發(fā)明采用的基于AODV拓?fù)涞腪-Stack協(xié)議棧能夠支持Ad-hoc多跳網(wǎng)絡(luò)，從而克服了傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在距離上的限制，本系統(tǒng)同時(shí)具有自組網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，采取同樣協(xié)議棧的任意類型的節(jié)點(diǎn)能夠隨時(shí)加入網(wǎng)絡(luò)工作。此協(xié)議棧支持節(jié)點(diǎn)周期性的休眠和喚醒， 從而降低了功耗，畜禽舍環(huán)境信息采集節(jié)點(diǎn)支持電池供電模式。



圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的傳感終端節(jié)點(diǎn)的原理框圖。
圖3是本發(fā)明的圖像采集節(jié)點(diǎn)的原理框圖。
圖4是本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站的原理框圖。
圖5是圖像采集節(jié)點(diǎn)的工作流程圖。
圖6是網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站的工作流程圖。

具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
如圖1所示，一種基于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的畜禽設(shè)施福利養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它包括多個(gè)傳感終端節(jié)點(diǎn)、多個(gè)圖像采集節(jié)點(diǎn)、多個(gè)路由節(jié)點(diǎn)、和一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站；在各畜禽舍中，設(shè)有至少一個(gè)傳感終端節(jié)點(diǎn)、至少一個(gè)圖像采集節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)路由節(jié)點(diǎn)，傳感終端節(jié)點(diǎn)和圖像采集節(jié)點(diǎn)作為基于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的畜禽設(shè)施福利養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)輸入采集待監(jiān)測(cè)畜禽舍的各項(xiàng)參數(shù)和圖像信號(hào)，各傳感終端節(jié)點(diǎn)和圖像采集節(jié)點(diǎn)的信號(hào)輸出端與對(duì)應(yīng)的路由節(jié)點(diǎn)無線連接，各路由節(jié)點(diǎn)均與網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站無線單跳或多跳連接，該網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站通過網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器(可采用WebGIS服務(wù)器) 無線連接，所述的數(shù)據(jù)服務(wù)器輸出養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)信息。
如圖2所示，本發(fā)明的各傳感終端節(jié)點(diǎn)均包括多個(gè)傳感器和傳感終端ZigBee模塊 (型號(hào)可為TI/CCM30)，所述的多個(gè)傳感器作為養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)輸入采集待監(jiān)測(cè)畜禽舍的各項(xiàng)參數(shù)，多個(gè)傳感器的信號(hào)輸出端與傳感終端ZigBee模塊的對(duì)應(yīng)信號(hào)輸入端相連，傳感終端ZigBee模塊與對(duì)應(yīng)的路由節(jié)點(diǎn)無線連接。
本發(fā)明的多個(gè)傳感器包括(X)2傳感器(型號(hào)可為SH-300)、NH3傳感器(型號(hào)可為 NH3/CR-200)、粉塵傳感器(型號(hào)可為T-BD5-SPM4210/4110)、溫濕度傳感器(型號(hào)可為 SENS0RI0N/SHT-1X)和光照傳感器(型號(hào)可為TSL2X)中的任意多個(gè)。
當(dāng)傳感終端ZigBee模塊從相應(yīng)的路由節(jié)點(diǎn)收到采集畜禽舍環(huán)境信息的命令后， 傳感終端節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)相應(yīng)的傳感器，采集完數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，按一定的路由轉(zhuǎn)發(fā)至網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站；
如圖3所示，本發(fā)明的各圖像采集節(jié)點(diǎn)均包括攝像頭(采用模擬攝像頭，如CMOS攝像頭)、視頻解碼器(可采用Philips公司生產(chǎn)的芯片，型號(hào)可為SAA7113H)、圖像采集ARM模塊 (可采用Samsung公司生產(chǎn)的ARM芯片，型號(hào)可為S3C2440AL)和圖像采集ZigBee模塊(型號(hào)可為TI/CCM30)，所述的攝像頭作為養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的圖像信號(hào)輸入采集待監(jiān)測(cè)畜禽舍的圖像，攝像頭的圖像信號(hào)輸出端與視頻解碼器的信號(hào)輸入端相連，視頻解碼器的信號(hào)輸出端與圖像采集ARM模塊的信號(hào)輸入端相連，圖像采集ARM模塊的信號(hào)輸出端與圖像采集ZigBee模塊的信號(hào)輸入端相連，圖像采集ZigBee模塊與對(duì)應(yīng)的路由節(jié)點(diǎn)無線連接。
本發(fā)明的圖像采集ZigBee模塊與圖像采集ARM模塊之間通過串口相連，圖像采集ARM模塊與視頻解碼器之間通過ARM模塊的CMOS接口相連，攝像頭和視頻解碼器之間通過AV接口相連。
如圖5所示，圖像采集ZigBee模塊從相應(yīng)的路由節(jié)點(diǎn)收到采集圖像的命令后將命令通過串口發(fā)送給圖像采集ARM模塊，圖像采集ARM模塊一直處于讀取串口的狀態(tài)，當(dāng)讀到數(shù)據(jù)并且判斷為采集圖像命令后，開始驅(qū)動(dòng)攝像頭采集一幀圖像，并對(duì)圖像進(jìn)行分組處理， 然后采用起止式異步通訊協(xié)議與圖像采集ZigBee模塊通信，即通過串口發(fā)送一組數(shù)據(jù)至圖像采集ZigBee模塊，之后等待圖像采集ZigBee模塊的應(yīng)答信息，若應(yīng)答信息為已接受則發(fā)送下一組數(shù)據(jù)，否則重新發(fā)送改組數(shù)據(jù)；如此直到全部數(shù)據(jù)發(fā)送完成，采集完圖像數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，按一定的路由轉(zhuǎn)發(fā)至網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站。
本發(fā)明的路由節(jié)點(diǎn)包括路由ZigBee模塊(型號(hào)可為TI/CCM30)，所述的路由 ZigBee模塊的上行信號(hào)端與相近的路由ZigBee模塊或中轉(zhuǎn)站ZigBee模塊無線連接，路由 ZigBee模塊的下行信號(hào)端與相近的中轉(zhuǎn)站ZigBee模塊、傳感終端節(jié)點(diǎn)或圖像采集節(jié)點(diǎn)無線連接。
路由節(jié)點(diǎn)在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中主要其中繼和轉(zhuǎn)發(fā)作用，當(dāng)某傳感終端節(jié)點(diǎn)或圖像采集節(jié)點(diǎn)因通信功率原因不能直接通過中轉(zhuǎn)站ZigBee模塊加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以通過就近的路由節(jié)點(diǎn)以間接方式加入網(wǎng)絡(luò)，路由節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)有通過它加入網(wǎng)絡(luò)的所有圖像采集節(jié)點(diǎn)和傳感終端節(jié)點(diǎn)的下行轉(zhuǎn)發(fā)路徑，在接收到需要轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的目的節(jié)點(diǎn)的命令后，采取相應(yīng)的路徑將信息轉(zhuǎn)發(fā)至目的節(jié)點(diǎn)。
如圖4所示，本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站包括中轉(zhuǎn)站ZigBee模塊(型號(hào)可為TI/ CCM30)、中轉(zhuǎn)站ARM模塊和3G模塊，所述的網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站的中轉(zhuǎn)站ZigBee模塊發(fā)起組建 ZigBee網(wǎng)絡(luò)，管理所有ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的加入與退出，與所有ZigBee節(jié)點(diǎn)以單跳或多跳的方式保持無線連接；同時(shí)，中轉(zhuǎn)站ZigBee模塊負(fù)責(zé)根據(jù)從數(shù)據(jù)服務(wù)器接收到得的命令類型和地址信息確定命令轉(zhuǎn)發(fā)路徑，并等待從相應(yīng)的目的ZigBee節(jié)點(diǎn)獲取數(shù)據(jù)信息，中轉(zhuǎn)站 ZigBee模塊通過RS232串口與中轉(zhuǎn)站ARM模塊相連，中轉(zhuǎn)站ARM模塊通過3G模塊與數(shù)據(jù)服務(wù)器無線連接。
本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站還包括USB接口、RJ45網(wǎng)口、UART串口、JTAG接口、SDRAM存儲(chǔ)器和FLASH存儲(chǔ)器，所述的中轉(zhuǎn)站ARM模塊與USB接口、RJ45網(wǎng)口、UART串口、JTAG接口、SDRAM存儲(chǔ)器和FLASH存儲(chǔ)器的對(duì)應(yīng)信號(hào)端相連。
如圖6所示，網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站開始工作，即作為客戶端與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器建立socket連接，并處于接收命令的狀態(tài)，當(dāng)通過3G模塊接收到命令后，將命令轉(zhuǎn)發(fā)給中轉(zhuǎn)站ZigBee模塊，中轉(zhuǎn)站ZigBee模塊對(duì)命令進(jìn)行解析后采用最短路由將命令轉(zhuǎn)發(fā)至傳感終端節(jié)點(diǎn)或圖像采集節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而進(jìn)入等待數(shù)據(jù)狀態(tài)；當(dāng)接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器上。
一種基于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的畜禽設(shè)施福利養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)方法，它包括以下步驟無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)通過ZigBee模塊與網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站連接，而網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站通過 3G網(wǎng)絡(luò)以C/S工作模式與遠(yuǎn)程服務(wù)器相連。服務(wù)器端的監(jiān)控中心人工發(fā)送命令至網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站；網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站將命令傳送給中轉(zhuǎn)站ZigBee模塊，中轉(zhuǎn)站ZigBee模塊根據(jù)網(wǎng)絡(luò)地址通過最短路由將命令轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)的圖像采集節(jié)點(diǎn)或傳感終端節(jié)點(diǎn)，然后等待無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)；命令到達(dá)圖像采集節(jié)點(diǎn)或傳感終端節(jié)點(diǎn)后，節(jié)點(diǎn)對(duì)命令進(jìn)行解析，執(zhí)行采集畜禽圖像或者畜禽舍環(huán)境信息的操作，然后經(jīng)路由節(jié)點(diǎn)發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站；網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站將信息轉(zhuǎn)發(fā)至遠(yuǎn)程服務(wù)器；服務(wù)器收到信息后進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理，在監(jiān)控中心實(shí)時(shí)顯示，并實(shí)時(shí)發(fā)布于網(wǎng)絡(luò)上，監(jiān)控中心根據(jù)專家決策系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行判斷，若溫度等參數(shù)超過預(yù)設(shè)范圍則報(bào)警并將結(jié)果通過短信發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)殖技術(shù)人員。
服務(wù)器端程序主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收和存儲(chǔ)。以人性化的界面提供給監(jiān)控中心控制人員，控制人員可以通過操作控制發(fā)送不同的指令，分別采集畜禽舍環(huán)境信息或者畜禽行為圖像信息。將接收的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的保存到服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，提供語音報(bào)警或者短信提醒。服務(wù)器端網(wǎng)站主要依靠數(shù)據(jù)庫(kù)中實(shí)時(shí)保存的信息，以網(wǎng)頁的形式展示畜禽舍中環(huán)境因子的詳細(xì)數(shù)據(jù)和畜禽的實(shí)時(shí)圖像信息。
本發(fā)明可以建立虛擬養(yǎng)殖場(chǎng)；服務(wù)器端加載有與養(yǎng)殖場(chǎng)地理空間特性契合的3D 虛擬養(yǎng)殖場(chǎng)系統(tǒng)，可以支持任意角度、全方位的3D顯示，同時(shí)支持精確導(dǎo)航、視角切換縮放、觸摸屏人機(jī)交互、高精度物理碰撞、畜禽舍環(huán)境信息數(shù)據(jù)“所見即所得”等功能，且可實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)端的無縫連接。與傳統(tǒng)的二維顯示相比，本系統(tǒng)更具空間感、更精確，為畜禽舍環(huán)境、畜禽信息、無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)狀況提供了全新的觀測(cè)手段。
本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種基于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的畜禽設(shè)施福利養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是它包括多個(gè)傳感終端節(jié)點(diǎn)、多個(gè)圖像采集節(jié)點(diǎn)、多個(gè)路由節(jié)點(diǎn)和一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站；在各畜禽舍中，設(shè)有至少一個(gè)傳感終端節(jié)點(diǎn)、至少一個(gè)圖像采集節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)路由節(jié)點(diǎn)，傳感終端節(jié)點(diǎn)和圖像采集節(jié)點(diǎn)作為基于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的畜禽設(shè)施福利養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)輸入采集待監(jiān)測(cè)畜禽舍的各項(xiàng)參數(shù)和圖像信號(hào)，各傳感終端節(jié)點(diǎn)和圖像采集節(jié)點(diǎn)的信號(hào)輸出端與對(duì)應(yīng)的路由節(jié)點(diǎn)無線連接，各路由節(jié)點(diǎn)均與網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站無線單跳或多跳連接，該網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站通過網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器無線連接，所述的數(shù)據(jù)服務(wù)器輸出養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的畜禽設(shè)施福利養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是所述的各傳感終端節(jié)點(diǎn)均包括多個(gè)傳感器和傳感終端ZigBee模塊，所述的多個(gè)傳感器作為養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)輸入采集待監(jiān)測(cè)畜禽舍的各項(xiàng)參數(shù)，多個(gè)傳感器的信號(hào)輸出端與傳感終端ZigBee模塊的對(duì)應(yīng)信號(hào)輸入端相連，傳感終端ZigBee 模塊與對(duì)應(yīng)的路由節(jié)點(diǎn)無線連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的畜禽設(shè)施福利養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是所述的多個(gè)傳感器包括CO2傳感器、NH3傳感器、粉塵傳感器、溫濕度傳感器和光照傳感器中的任意多個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的畜禽設(shè)施福利養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是所述的各圖像采集節(jié)點(diǎn)均包括攝像頭、視頻解碼器、圖像采集ARM模塊和圖像采集ZigBee模塊，所述的攝像頭作為養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的圖像信號(hào)輸入采集待監(jiān)測(cè)畜禽舍的圖像，攝像頭的圖像信號(hào)輸出端與視頻解碼器的信號(hào)輸入端相連，視頻解碼器的信號(hào)輸出端與圖像采集ARM模塊的信號(hào)輸入端相連，圖像采集ARM模塊的信號(hào)輸出端與圖像采集ZigBee模塊的信號(hào)輸入端相連，圖像采集ZigBee模塊與對(duì)應(yīng)的路由節(jié)點(diǎn)無線連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的畜禽設(shè)施福利養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是所述的圖像采集ZigBee模塊與圖像采集ARM模塊之間通過串口相連， 圖像采集ARM模塊與視頻解碼器之間通過ARM模塊的CMOS接口相連，攝像頭和視頻解碼器之間通過AV接口相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的畜禽設(shè)施福利養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是所述的路由節(jié)點(diǎn)包括路由ZigBee模塊，所述的路由ZigBee模塊的上行信號(hào)端與相近的路由ZigBee模塊或中轉(zhuǎn)站ZigBee模塊無線連接，路由ZigBee模塊的下行信號(hào)端與相近的中轉(zhuǎn)站ZigBee模塊、傳感終端節(jié)點(diǎn)或圖像采集節(jié)點(diǎn)無線連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的畜禽設(shè)施福利養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是所述的網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站包括中轉(zhuǎn)站ZigBee模塊、中轉(zhuǎn)站ARM模塊和3G模塊，所述的網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站的中轉(zhuǎn)站ZigBee模塊發(fā)起組建ZigBee網(wǎng)絡(luò)，管理所有ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的加入與退出，與所有ZigBee節(jié)點(diǎn)以單跳或多跳的方式保持無線連接；同時(shí)，中轉(zhuǎn)站 ZigBee模塊負(fù)責(zé)根據(jù)從數(shù)據(jù)服務(wù)器接收到得的命令類型和地址信息確定命令轉(zhuǎn)發(fā)路徑，并等待從相應(yīng)的目的ZigBee節(jié)點(diǎn)獲取數(shù)據(jù)信息，中轉(zhuǎn)站ZigBee模塊通過RS232串口與中轉(zhuǎn)站ARM模塊相連，中轉(zhuǎn)站ARM模塊通過3G模塊與數(shù)據(jù)服務(wù)器無線連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的畜禽設(shè)施福利養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是所述的網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站還包括USB接口、RJ45網(wǎng)口、UART串口、JTAG接口、 SDRAM存儲(chǔ)器和FLASH存儲(chǔ)器，所述的中轉(zhuǎn)站ARM模塊與USB接口、RJ45網(wǎng)口、UART串口、 JTAG接口、SDRAM存儲(chǔ)器和FLASH存儲(chǔ)器的對(duì)應(yīng)信號(hào)端相連。
9.一種基于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的畜禽設(shè)施福利養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)方法，應(yīng)用如權(quán)利要求1所述的基于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的畜禽設(shè)施福利養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是它包括以下步驟(a)、多個(gè)傳感終端節(jié)點(diǎn)和多個(gè)圖像采集節(jié)點(diǎn)分別通過ZigBee模塊與對(duì)應(yīng)的路由節(jié)點(diǎn)連接，各路由節(jié)點(diǎn)通過ZigBee模塊與網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站連接，構(gòu)成無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站通過3G模塊與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器相連；(b)、數(shù)據(jù)服務(wù)器所在的遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的監(jiān)控人員人工發(fā)送命令至網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站；網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站將命令轉(zhuǎn)發(fā)給無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)路由節(jié)點(diǎn)；各路由節(jié)點(diǎn)根據(jù)目的地址確定下一跳路由節(jié)點(diǎn)，以構(gòu)成轉(zhuǎn)發(fā)路徑，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)地址通過最短路由將命令通過路由節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)的圖像采集節(jié)點(diǎn)和/或傳感終端節(jié)點(diǎn)，然后等待無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)；(C)、命令到達(dá)圖像采集節(jié)點(diǎn)或傳感終端節(jié)點(diǎn)后，節(jié)點(diǎn)接收命令，執(zhí)行采集畜禽舍圖像或者畜禽舍環(huán)境信息的操作，然后經(jīng)路由節(jié)點(diǎn)發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站；網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站將信息轉(zhuǎn)發(fā)至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器；在監(jiān)控中心實(shí)時(shí)顯示，監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器對(duì)信息進(jìn)行判斷，若采集參數(shù)超過相應(yīng)畜禽養(yǎng)殖的環(huán)境預(yù)設(shè)值范圍，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的畜禽設(shè)施福利養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)方法，其特征是所述的各節(jié)點(diǎn)的處理步驟如下傳感終端節(jié)點(diǎn)當(dāng)傳感終端ZigBee模塊從相應(yīng)的路由節(jié)點(diǎn)收到采集畜禽舍環(huán)境信息的命令后，傳感終端節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)相應(yīng)的傳感器，采集完數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，按一定的路由轉(zhuǎn)發(fā)至網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站；圖像采集節(jié)點(diǎn)圖像采集ZigBee模塊從相應(yīng)的路由節(jié)點(diǎn)收到采集圖像的命令后將命令通過串口發(fā)送給圖像采集ARM模塊，圖像采集ARM模塊一直處于讀取串口的狀態(tài)，當(dāng)讀到數(shù)據(jù)并且判斷為采集圖像命令后，開始驅(qū)動(dòng)攝像頭采集一幀圖像，并對(duì)圖像進(jìn)行分組處理， 然后采用起止式異步通訊協(xié)議與圖像采集ZigBee模塊通信，即通過串口發(fā)送一組數(shù)據(jù)至圖像采集ZigBee模塊，之后等待圖像采集ZigBee模塊的應(yīng)答信息，若應(yīng)答信息為已接受則發(fā)送下一組數(shù)據(jù)，否則重新發(fā)送該組數(shù)據(jù)；如此直到全部數(shù)據(jù)發(fā)送完成，采集完圖像數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，按一定的路由轉(zhuǎn)發(fā)至網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站；；路由節(jié)點(diǎn)路由節(jié)點(diǎn)在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中主要其中繼和轉(zhuǎn)發(fā)作用，當(dāng)某傳感終端節(jié)點(diǎn)或圖像采集節(jié)點(diǎn)因通信功率原因不能直接通過中轉(zhuǎn)站ZigBee模塊加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以通過就近的路由節(jié)點(diǎn)以間接方式加入網(wǎng)絡(luò)，路由節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)有通過它加入網(wǎng)絡(luò)的所有圖像采集節(jié)點(diǎn)和傳感終端節(jié)點(diǎn)的下行轉(zhuǎn)發(fā)路徑，在接收到需要轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的目的節(jié)點(diǎn)的命令后，采取相應(yīng)的路徑將信息轉(zhuǎn)發(fā)至目的節(jié)點(diǎn)；網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站開始工作，即作為客戶端與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器建立 socket連接，并處于接收命令的狀態(tài)，當(dāng)通過3G模塊接收到命令后，將命令轉(zhuǎn)發(fā)給中轉(zhuǎn)站 ZigBee模塊，中轉(zhuǎn)站ZigBee模塊對(duì)命令進(jìn)行解析后采用最短路由將命令轉(zhuǎn)發(fā)至傳感終端節(jié)點(diǎn)或圖像采集節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而進(jìn)入等待數(shù)據(jù)狀態(tài)；當(dāng)接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器上。
全文摘要
一種基于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的畜禽設(shè)施福利養(yǎng)殖環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其監(jiān)測(cè)方法，在各畜禽舍中，設(shè)有至少一個(gè)傳感終端節(jié)點(diǎn)、至少一個(gè)圖像采集節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)路由節(jié)點(diǎn)，傳感終端節(jié)點(diǎn)和圖像采集節(jié)點(diǎn)采集待監(jiān)測(cè)畜禽舍的各項(xiàng)參數(shù)和圖像信號(hào)，通過路由節(jié)點(diǎn)傳輸至網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站，該網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)站通過網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器無線連接，服務(wù)器收到信息后進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理，在監(jiān)控中心實(shí)時(shí)顯示，并實(shí)時(shí)發(fā)布于網(wǎng)絡(luò)上，若溫度等參數(shù)超過預(yù)設(shè)范圍則報(bào)警并將結(jié)果通過短信發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)殖技術(shù)人員。本發(fā)明能完成畜禽舍環(huán)境信息和畜禽行為圖像信息的實(shí)時(shí)采集；有利于畜禽舍環(huán)境信息和畜禽舒適度之間關(guān)系的研究；有利于畜禽行為與其舒適度之間關(guān)系的研究。
文檔編號(hào)H04W84/18GK102186228SQ20111010679
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者趙茹茜, 陸明洲, 熊迎軍, 劉龍申, 路順濤, 陳林鋒, 沈明霞, 姚文, 孫欽偉, 孫玉文 申請(qǐng)人:南京農(nóng)業(yè)大學(xué)