專利名稱：監(jiān)測大棚環(huán)境的ZigBee無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
監(jiān)測大棚環(huán)境的ZigBee無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)技術領域[0001]本實用新型涉及無線傳感網(wǎng)絡領域，特別涉及一種監(jiān)測大棚環(huán)境的ZigBee傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)。
背景技術：
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡是當前信息技術的前沿之一。無線傳感器網(wǎng)絡是由大量具有通信、數(shù)據(jù)采集和處理、協(xié)同合作等功能的傳感器節(jié)點組合而成，其目的是提供相應的信息采集和信息處理，為人類的生產(chǎn)和生活提供基本的信息處理技術。傳感網(wǎng)絡節(jié)點通過通信方式形成自組織的網(wǎng)絡系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡的協(xié)作，以及對數(shù)據(jù)的感知、采集和處理，從而完成設計所要求的、網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中感知對象的信息獲取和處理，并將信息和處理結(jié)果發(fā)送給觀察者。目前，在無線傳感器網(wǎng)絡應用中，節(jié)點的設計及其組網(wǎng)技術，仍然是傳感網(wǎng)絡的重要核心問題，采用Zigbee技術實現(xiàn)終端節(jié)點的自發(fā)交互,動態(tài)感知與主動適配的互聯(lián)技術多用在工業(yè)自動化控制、物聯(lián)網(wǎng)等領域，對于構建農(nóng)作物生產(chǎn)大棚的環(huán)境監(jiān)測傳感網(wǎng)絡及其組網(wǎng)技術開發(fā)則較少涉及。[0003]中國專利CNlOl 140695A公開了 “基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡的溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)”，其中該發(fā)明的“無線監(jiān)控網(wǎng)絡包括無線傳感器節(jié)點、無線執(zhí)行器驅(qū)動節(jié)點、溫室無線路由節(jié)點、溫室無線中央控制器”等，該網(wǎng)絡結(jié)構，特別是需要大量布局的傳感器節(jié)點網(wǎng)絡結(jié)構較為復雜，使得各節(jié)點的功耗高、成本大；繼該發(fā)明之后，CN102103385A中又公開了一種“無線遠程溫室自動監(jiān)控系統(tǒng)”，該系統(tǒng)“包括傳感節(jié)點、匯聚節(jié)點和調(diào)控節(jié)點”等部分， 在需要大量布局的傳感器節(jié)點增加了太陽能供電等模塊，使得成本系統(tǒng)成本進一步加大， 系統(tǒng)笨重，較不便于安裝及應用。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于與已有技術相比，提供一種系統(tǒng)結(jié)構更為合理、系統(tǒng)處理能力強、功耗及成本更低，且便于安裝和操作的監(jiān)測大棚環(huán)境的ZigBee傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)。[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案是每個大棚在若干適當位置上部署傳感器節(jié)點，其中有一個是匯聚節(jié)點，傳感器節(jié)點和匯聚節(jié)點均有數(shù)據(jù)采集和無線傳輸功能，匯聚節(jié)點有更強的數(shù)據(jù)存儲能力，負責所在大棚的組網(wǎng)管理以及與用戶管理節(jié)點的信息交互；用戶管理節(jié)點擔當任務管理功能，通過無線與各個大棚的匯聚節(jié)點建立信息交互，完成命令下達及數(shù)據(jù)采集管理等。據(jù)此，本實用新型提出了一種監(jiān)測大棚環(huán)境的ZigBee 無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括[0006]——傳感器節(jié)點每個大棚在若干適當位置上部署傳感器節(jié)點，采集和發(fā)送部署節(jié)點所在位置的環(huán)境數(shù)據(jù)信息；[0007]更進一步地,所述傳感器節(jié)點是由ZigBee單片機與電源模塊、按鍵模塊、天線、 JTAG接口模塊、溫濕度傳感器模塊及光強傳感器模塊連接構成；[0008]——匯聚節(jié)點每個大棚在部署上述傳感器節(jié)點時，至少部署一個匯聚節(jié)點，用于本大棚內(nèi)傳感器節(jié)點的組網(wǎng)管理、與傳感器節(jié)點的信息交互；匯聚節(jié)點所在位置的環(huán)境數(shù)據(jù)信息采集；與用戶管理節(jié)點的信息交互以及儲存與該匯聚節(jié)點相關的信息；[0009]更進一步地,所述匯聚節(jié)點是由ZigBee單片機與電源模塊、按鍵模塊、天線、JTAG 接口模塊、存儲器模塊、溫濕度傳感器模塊及光強傳感器模塊連接構成。[0010]—用戶管理節(jié)點通過無線通信與各個大棚匯聚節(jié)點建立信息交互，完成命令下達與數(shù)據(jù)采集、處理和顯示；[0011]更進一步地，所述用戶管理節(jié)點是由ZigBee單片機與電源模塊、按鍵模塊、天線、 JTAG接口模塊、存儲器模塊、顯示模塊構成；[0012]更進一步地，所述用戶管理節(jié)點還包括連接上位機的UART-USB轉(zhuǎn)換模塊；[0013]以上，所述的ZigBee單片機采用STM32W108單片機。[0014]所述的溫濕度傳感器模塊可以由溫濕度傳感器，例如SHTxx系列與STM32W108單片機連接構成。[0015]所述的光強傳感器模塊可以由光強度傳感器，例如TSL256X系列與STM32W108單片機連接構成。[0016]所述的存儲器模塊可以由存儲器芯片，例如AT24CXXX系列與STM32W108單片機連接構成。[0017]所述的顯示模塊可以由顯示器件，例如兩個EDM1190A與STM32W108單片機連接構成。[0018]本實用新型與現(xiàn)有技術相比有如下的有益效果本實用新型中的傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點和用戶管理節(jié)點之間的信息交互均為無線網(wǎng)絡連接，系統(tǒng)部署方便；由于本實用新型所有部署的節(jié)點均采用STM32W108單片機及外圍電路構成，該單片機具有32位ARM Cortex-M3內(nèi)核，有強大的處理能力，并有廣泛的ARM開發(fā)工具及支持；該單片機內(nèi)部帶有功率放大器，無需外部功放就可以實現(xiàn)較遠距離的通信；該單片機還固化了 802. 15. 4MAC、 ZigBee等協(xié)議棧，更方便用戶使用。本實用新型中的傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點等電路結(jié)構簡單，所采用的元器件性能高且成本低，當部署節(jié)點較多時，成本優(yōu)勢顯著，同時，與已有技術相比，系統(tǒng)的處理能力更強。


[0019]圖[0020]圖[0021]圖[0022]圖[0023]圖[0024]圖[0025]圖[0026]圖[0027]圖[0028]圖[0029]圖1本實用新型網(wǎng)絡系統(tǒng)的示意圖；2本實用新型網(wǎng)絡中傳感器節(jié)點結(jié)構示意圖；3本實用新型網(wǎng)絡中匯聚節(jié)點結(jié)構示意圖；4本實用新型網(wǎng)絡中用戶管理節(jié)點結(jié)構示意圖；5本實用新型傳感器節(jié)點和匯聚節(jié)點中溫濕度傳感器模塊連接結(jié)構示意圖； 6本實用新型傳感器節(jié)點中光強度傳感器模塊連接結(jié)構示意圖；7本實用新型匯聚節(jié)點中光強度傳感器模塊及存儲器模塊連接結(jié)構示意圖； 8是本實用新型用戶管理節(jié)點中顯示模塊連接結(jié)構示意圖；9是本實用新型傳感器節(jié)點主程序工作流程；10是本實用新型傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)采集時工作流程圖；11是本實用新型匯聚節(jié)點組網(wǎng)時工作流程圖；[0030]圖12是本實用新型匯聚節(jié)點采集與交互時工作流程圖；[0031]圖13是本實用新型用戶管理節(jié)點工作流程圖。
具體實施方式
[0032]在以下的敘述中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術細節(jié)。但是， 本領域的普通技術人員可以理解，即使沒有這些技術細節(jié)和基于以下實施方式的變化和修改，也可以實現(xiàn)本申請各權利要求所要求保護的技術方案。[0033]為使本實用新型的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型的實施方式作進一步地詳細描述。[0034]如圖1所示，為本實用新型網(wǎng)絡系統(tǒng)的示意圖，它包括[0035]被監(jiān)測大棚I，或者被監(jiān)測溫室；[0036]每個大棚在若干適當位置上部署傳感器節(jié)點2，采集和發(fā)送部署節(jié)點所在位置的環(huán)境數(shù)據(jù)信息；[0037]每個大棚在部署上述傳感器節(jié)點時，至少部署一個匯聚節(jié)點3，用于本大棚內(nèi)傳感器節(jié)點2的組網(wǎng)管理、與傳感器節(jié)點2的信息交互；匯聚節(jié)點3所在位置的環(huán)境數(shù)據(jù)信息采集；與用戶管理節(jié)點4的信息交互以及儲存與該匯聚節(jié)點3相關的信息；[0038]用戶管理節(jié)點4通過無線通信與各個大棚匯聚節(jié)點建立信息交互，完成命令下達與數(shù)據(jù)采集和處理和顯示；[0039]用戶管理節(jié)點4還可與上位機連接，以方便數(shù)據(jù)處理、儲存及傳輸?shù)炔僮?。[0040]如圖2所示，為本實用新型網(wǎng)絡中傳感器節(jié)點2的結(jié)構示意圖，所述傳感器節(jié)點2 是由ZigBee單片機20 4與電源模塊201、按鍵模塊202、天線203、JTAG接口模塊205、溫濕度傳感器模塊206及光強傳感器模塊207連接構成；[0041]如圖3所示，為本實用新型網(wǎng)絡系統(tǒng)中匯聚節(jié)點3的結(jié)構示意圖，所述匯聚節(jié)點3 是由ZigBee單片機304與電源模塊301、按鍵模塊302、天線303、JTAG接口模塊305、存儲器模塊308、溫濕度傳感器模塊306及光強傳感器模塊307連接構成；[0042]如圖4所示，為本實用新型網(wǎng)絡系統(tǒng)中用戶管理節(jié)點4的結(jié)構示意圖，所述用戶管理節(jié)點4是由ZigBee單片機404與電源模塊401、按鍵模塊402、天線403、JTAG接口模塊405、存儲器模塊408、顯示模塊410連接構成；用戶管理節(jié)點4還可包括連接上位機的 UART-USB轉(zhuǎn)換模塊409。[0043]如圖5所示，為本實用新型傳感器節(jié)點2中所述的溫濕度傳感器模塊206以及匯聚節(jié)點3中溫濕度傳感器模塊306分別與ZigBee單片機204和304對應連接的結(jié)構示意圖，其中所述的ZigBee單片機204和304均采用STM32W108單片機，溫濕度傳感器模塊206 以及306均可以由溫濕度傳感器，例如SHTl1、SHT15或SHT17等之一與STM32W108單片機連接構成。[0044]如圖6所示，為本實用新型傳感器節(jié)點2中光強度傳感器模塊207與ZigBee單片機204連接的結(jié)構示意圖，其中ZigBee單片機204同圖5所述的STM32W108單片機，光強度傳感器模塊207可以由光強度傳感器，例如TSL2560或TSL2561之一與STM32W108單片機連接構成。[0045]如圖7所示，為本實用新型匯聚節(jié)點3中光強度傳感器模塊307及存儲器模塊308與ZigBee單片機304對應連接的結(jié)構示意圖，其中ZigBee單片機304亦同圖5所述的 STM32W108單片機，光強度傳感器模塊307可以由光強度傳感器，例如TSL25610或TSL2561 與STM32W108單片機連接構成，存儲器模塊308可以由存儲器芯片，例如AT24C256、 AT24C512、AT24C1024等之一與STM32W108單片機連接構成。[0046]如圖8所示，為本實用新型用戶管理節(jié)點4中顯示模塊連接結(jié)構示意圖，可以由顯示器件，例如兩個EDMl 190A與STM32W108單片機連接構成。[0047]如圖9所示，為本實用新型傳感器節(jié)點2的主程序工作流程圖。依上述圖1至圖8完成本系統(tǒng)的硬件連接、并開時工作后，傳感器節(jié)點2主程序的工作流程是初始化一掃描網(wǎng)絡一查找本大棚匯聚節(jié)點組網(wǎng)信號一加入本大棚網(wǎng)絡一睡眠等待事件處理。其中， STM32W108單片機有睡眠模式，它保證了系統(tǒng)的低功耗，并且在睡眠狀態(tài)下，STM32W108單片機經(jīng)過一定的步驟可靈活地使系統(tǒng)回到運行狀態(tài)。[0048]如圖10所示，為本實用新型傳感器節(jié)點2數(shù)據(jù)采集時工作流程圖，工作過程依次為喚醒睡眠一命令接受及處理一傳感器數(shù)據(jù)采集一與匯聚節(jié)點信息交互一進入睡眠。[0049]如圖11所示，為本實用新型匯聚節(jié)點組網(wǎng)時工作流程圖，依次為初始化一與用戶管理節(jié)點信息交互一網(wǎng)絡命令處理一組播本地身份一確認節(jié)點加入網(wǎng)絡一睡眠等待事件處理；[0050]如圖12所示，為本實用新型匯聚節(jié)點3采集與交互數(shù)據(jù)時工作流程圖，工作過程依次為喚醒睡眠一命令接受及處理一與傳感器節(jié)點信息交互一傳感器數(shù)據(jù)采集一與用戶管理節(jié)點信息交互一進入睡眠。[0051]如圖13所示，為本實用新型用戶管理節(jié)點主程序工作流程圖，工作過程依次為 初始化一與上位機(PC機)信息交互一按鍵處理一顯示處理一命令處理一與各匯聚節(jié)點信息交互，并循環(huán)。雖然通過參照本實用新型的某些優(yōu)選實施方式，已經(jīng)對本實用新型進行了圖示和描述，但本領域的普通技術人員應該明白，可以在形式上和細節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本實用新型的精神和范圍。
權利要求1.一種監(jiān)測大棚環(huán)境的ZigBee無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括 傳感器節(jié)點每個大棚在若干適當位置上部署傳感器節(jié)點，采集和發(fā)送部署節(jié)點所在位置的環(huán)境數(shù)據(jù)信息； 匯聚節(jié)點每個大棚在部署上述傳感器節(jié)點時，至少部署一個匯聚節(jié)點，用于本大棚內(nèi)傳感器節(jié)點的組網(wǎng)管理、與傳感器節(jié)點的信息交互；匯聚節(jié)點所在位置的環(huán)境數(shù)據(jù)信息采集；與用戶管理節(jié)點的信息交互以及儲存與該匯聚節(jié)點相關的信息； 用戶管理節(jié)點通過無線通信與各個大棚匯聚節(jié)點建立信息交互，完成命令下達與數(shù)據(jù)采集、處理和顯示。
2.根據(jù)權利要求1所述的ZigBee無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于， 所述傳感器節(jié)點是由ZigBee單片機與電源模塊、按鍵模塊、天線、JTAG接口模塊、溫濕度傳感器模塊及光強傳感器模塊連接構成； 所述匯聚節(jié)點是由ZigBee單片機與電源模塊、按鍵模塊、天線、JTAG接口模塊、存儲器模塊、溫濕度傳感器模塊及光強傳感器模塊連接構成； 所述用戶管理節(jié)點是由ZigBee單片機與電源模塊、按鍵模塊、天線、JTAG接口模塊、存儲器模塊、顯示模塊構成；
3.根據(jù)權利要求1或2所述的ZigBee無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，所述的ZigBee單片機采用STM32W108單片機。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的ZigBee無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，所述溫濕度傳感器模塊是由SHTxx系列傳感器與STM32W108單片機連接構成。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的ZigBee無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，所述光強傳感器模塊是由TSL256X系列傳感器與STM32W108單片機連接構成。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的ZigBee無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，所述存儲器模塊是由AT24Cxxx系列與STM32W108單片機連接構成。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的ZigBee無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示模塊是由兩個顯示模塊EDMl 190A與STM32W108單片機連接構成。
8.根據(jù)權利要求1或2所述的ZigBee無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，所述用戶管理節(jié)點還包括連接上位機的UART-USB轉(zhuǎn)換模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種監(jiān)測大棚環(huán)境的ZigBee無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，本實用新型方案是每個大棚在若干適當位置上部署傳感器節(jié)點，其中有一個是匯聚節(jié)點，傳感器節(jié)點和匯聚節(jié)點均有數(shù)據(jù)采集和無線傳輸功能，匯聚節(jié)點有更強的數(shù)據(jù)存儲能力，負責所在大棚的組網(wǎng)管理以及與用戶管理節(jié)點的信息交互；用戶管理節(jié)點擔當任務管理功能，通過無線與各個大棚的匯聚節(jié)點建立信息交互，完成命令下達及數(shù)據(jù)采集管理等。本實用新型具有部署方便、低功耗，系統(tǒng)處理能力強等特點。
文檔編號H04W84/18GK202856996SQ20112052333
公開日2013年4月3日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權日2011年12月14日
發(fā)明者許立群, 陳婷婷 申請人:北京聯(lián)合大學