無線數(shù)傳DTU實現(xiàn)溫室大棚環(huán)境遠程測控

　　案例背景：

　　我國是設施農(nóng)業(yè)大國，近年來各地設施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，僅遼寧省今年設施農(nóng)業(yè)將達到l 000萬畝。江蘇省以“工業(yè)思維”來轉變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式和產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整，提出要“用現(xiàn)代物質(zhì)條件、現(xiàn)代科學技術、現(xiàn)代經(jīng)營方式武裝和改造農(nóng)業(yè)。我國雖然是設施農(nóng)業(yè)的大國，但并非是設施農(nóng)業(yè)的強國，設施農(nóng)業(yè)的自動化和網(wǎng)絡化水平還不高。但我國設施農(nóng)業(yè)正呈現(xiàn)出規(guī)?；c集團化的發(fā)展趨勢，集生產(chǎn)、加工、生態(tài)旅游、服務等多種功能于一體的現(xiàn)代農(nóng)莊已初現(xiàn)端倪。

　　系統(tǒng)構成：

　　系統(tǒng)采用基于ZigBee技術的無線數(shù)傳終端DTU采集溫室大棚中的溫度、濕度、光照等參數(shù)，并將其發(fā)送到ZigBee網(wǎng)關進行處理后通過Internet上傳到上位機，上位機通過網(wǎng)關發(fā)送溫度、濕度、光照等控制命令到ZigBee終端節(jié)點，控制相應設備以調(diào)節(jié)大棚中相關環(huán)境參數(shù)，從而實現(xiàn)對溫室大棚的遠程測量與控制。

　　總體構架：

　　無線傳感網(wǎng)絡的溫室大棚環(huán)境遠程監(jiān)控系統(tǒng)如圖l所示，由無線傳感器測控網(wǎng)絡終端節(jié)點、ZigBee網(wǎng)關(協(xié)調(diào)器)和上位機數(shù)據(jù)中心三部分組成，其中無線傳感器測控網(wǎng)絡中每個終端節(jié)點由一個ZigBee通信模塊和一個特定功能傳感器組成。測控大棚中的溫度、濕度、光照等環(huán)境參數(shù)，且每個ZigBee終端節(jié)點(FFD)還可在自己信號覆蓋的范圍內(nèi)與多個不承擔網(wǎng)絡信息中轉任務的孤立的子節(jié)點(RFD)無線連接。

　　系統(tǒng)硬件設計

　　整個系統(tǒng)硬件設計主要包括ZigBee網(wǎng)關(協(xié)調(diào)器)和無線測控終端GPRS RTU、無線數(shù)傳終端DTU設備組成。

　　1、ZigBee網(wǎng)關硬件架構

　　ZigBee網(wǎng)關(協(xié)調(diào)器)硬件架構如圖所示，其主要功能是完成數(shù)據(jù)傳輸格式的轉換與數(shù)據(jù)遠程傳輸，實現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡與Intemet網(wǎng)絡之間的通信連接，并與遠程服務器進行交互功能和對ZigBee網(wǎng)絡的管理。

　　2、無線測控網(wǎng)絡終端節(jié)點

　　無線測控網(wǎng)絡終端節(jié)點原理圖如圖3所示，每個終端節(jié)點以CC2430為核心，通過信號調(diào)理電路連接溫度、濕度、光照傳感器和相關執(zhí)行器。

　　其主要應用設備為遠程測控終端RTU 型號為：JY-RTU6640。

　　3、系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸終端

　　采用無線數(shù)傳終端 DTU

　　型號： JY-MD

　　工業(yè)級GSM/GPRS MODEM JY-MD，是一款基于移動GSM/GPRS網(wǎng)絡平臺，內(nèi)嵌工業(yè)級GSM/GPRS無線模塊的撥號上網(wǎng)設備。產(chǎn)品特別針對工業(yè)現(xiàn)場的復雜環(huán)境而設計,通過 RS-232或 RS-485接口. 使用簡單的AT命令交互界面，這樣用戶面對的是基于串口通訊的 AT指令接口，可以完成端到端的可靠數(shù)據(jù)通信。

　　功能結構圖

　　配置軟件　　

　　系統(tǒng)軟件設計

　　整個測控系統(tǒng)軟件由ZigBee網(wǎng)關軟件和無線傳感測控網(wǎng)絡終端節(jié)點軟件兩部分組成。這兩部分都需要向其ZigBee模塊移植ZigBee協(xié)議棧(Z—Stack)，尤其是與硬件底層密切相關的PHY層和MAC層的實現(xiàn)，它為上層通信應用提供API接口函數(shù)。

　　1、ZigBee網(wǎng)關部分的軟件設計

　　ZigBee網(wǎng)關向下管理無線傳感器測控網(wǎng)絡各個終端節(jié)點，向上連接實現(xiàn)和上位機數(shù)據(jù)中心交互功能，ZigBee網(wǎng)關初始化后首先格式化網(wǎng)絡并選擇信道，建立新的網(wǎng)絡。

　　無線傳感器測控網(wǎng)絡終端節(jié)點軟件設計

　　傳感器終端節(jié)點的主要工作是數(shù)據(jù)信息采集、網(wǎng)絡連接并承擔部分路由功能，保持與臨近節(jié)點的通信，檢測鏈路狀態(tài)等通過無線數(shù)傳終端DTU進行數(shù)據(jù)傳輸。

　　監(jiān)控軟件顯示

　　實時顯示

　　1、左側設備列表顯示出當前在線和離線設備的信息，當設備聯(lián)網(wǎng)后，將從“離線設備列表”進入“在線設備列表”，設備長時間不在線將從“在線設備列表”進入“離線設備列表”;

　　2、右上角顯示設備編號、用戶名稱、聯(lián)系人、運行日期、系統(tǒng)服務到期日期、電話、傳真、手機、地址、SIM卡號等信息;

　　3、左上角顯示大棚內(nèi)的溫度、濕度等;

　　4、窗口下面實時顯示大棚內(nèi)溫度、濕度等曲線;

　　5、中部文字提示當前設備登陸時間，采集回傳數(shù)據(jù)的最后時間;

　　歷史記錄

　　用戶可以根據(jù)時間段來搜索歷史記錄;

　　歷史記錄將以曲線形式繪制在窗口上面，歷史記錄可以以列表的形式顯示在窗口下面，通過歷史記錄可以查看設備運轉狀態(tài)和相關趨勢;

　　同時查詢的歷史記錄可以導出為excel表格;

　　組態(tài)軟件效果圖

　　用戶可以根據(jù)需要通過組態(tài)軟件來定制程序，這樣界面表現(xiàn)形式更為靈活。

　　結論

　　為了驗證系統(tǒng)參數(shù)的動態(tài)變化性能，在實驗過程中人為地對各相應的傳感器進行了遮擋、加熱、加濕等于擾，從實驗結果上看這些干擾都很及時地在上位機監(jiān)測界面中有所反映監(jiān)測界面的右下角實時顯示當前數(shù)據(jù)變化值，實驗監(jiān)測界面圖如圖6所示，顯示數(shù)據(jù)曲線呈跳躍式變化正好說明了系統(tǒng)響應速度快，在很短時間內(nèi)可以采集環(huán)境參數(shù)的變化。

　　系統(tǒng)運行效果良好，功耗小、移動性強、被測數(shù)據(jù)可以實時上傳到上位機進行顯示和記錄。