一種農資倉庫環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種農資倉庫環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)，包括傳感器節(jié)點、控制節(jié)點、網關模塊、人機交互界面、遠程服務器和遠程監(jiān)控網站，控制節(jié)點可以控制眾多設備，例如風機、燈泡等，控制節(jié)點與傳感器節(jié)點連接至網關模塊的第一端，網關模塊第二端與人機交互界面連接，網關模塊第三端與遠程服務器第一端連接，遠程服務器第二端通過本地數據庫與遠程監(jiān)控網站連接，通過本發(fā)明讓用戶實時得知農資倉庫的安全狀況，實現倉儲現代化和信息化的管理。
【專利說明】
一種農資倉庫環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)及其方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及基于農業(yè)物聯網的智能控制的技術領域，具體涉及一種用于農資倉庫 環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)及其方法。
【背景技術】
[0002] 農藥和化肥在儲存過程中一般會產生有毒氣體。農藥在儲存過程中會產生如甲拌 磷、甲醛、甲胺、氯氣、二氧化硫、氯化氫、二氧化氯、氟化氫和硫化氫等有毒氣體?；蕛Υ?過程中則一般會產生氨氣、二氧化硫、氮氧化物等氣體。如果上述氣體在局部積聚，將會對 人體健康以及安全生產產生嚴重的危害。因此，對農藥、化肥倉儲環(huán)境中的環(huán)境參數進行檢 測以及調控非常重要。
[0003] 目前，農藥、化肥倉儲較為簡單，相關技術中采用的存儲系統(tǒng)存在以下技術問題： 由于缺少對倉儲環(huán)境的氣體監(jiān)控設備，現有常規(guī)處理的手段為以人工定時換氣為主;這種 方式費時又費力，既造成了人力物力及能源的浪費，又有可能會出現意外情況危急人身和 農資安全，對實現倉儲現代化、信息化都有較大影響。
【發(fā)明內容】
[0004] 本發(fā)明的目的在于避免現有技術中的上述不足之處而提供一種農資倉庫環(huán)境監(jiān) 測與控制系統(tǒng)及方法。
[0005] 本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現：
[0006] 本發(fā)明提供一種農資倉庫環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)，其特征在于:包括傳感器節(jié)點、控 制節(jié)點、網關模塊、人機交互界面、遠程服務器和遠程監(jiān)控網站，所述傳感器節(jié)點用于采集 信息，并連接至所述控制節(jié)點，所述控制節(jié)點與所述傳感器節(jié)點連接至所述網關模塊的第 一端，所述網關模塊第二端與所述人機交互界面連接，所述網關模塊第三端與所述遠程服 務器第一端連接;所述遠程服務器第二端通過本地數據庫與所述遠程監(jiān)控網站連接。
[0007] 優(yōu)選地，所述遠程服務器第三端還與手機客戶端連接。
[0008] 優(yōu)選地，所述傳感器節(jié)點包括MCU8051核心處理器、CC2530射頻芯片、RFX2401功率 放大芯片、為所述系統(tǒng)設計外圍電路的無線通信模塊、外圍電路的傳感器模塊和電源模塊， 所述傳感器模塊包括煙霧傳感器、硫化物傳感器、氨氣傳感器、氧氣傳感器、二氧化碳傳感 器、空氣溫濕度傳感器和光照度傳感器，所述電源模塊包括以AMS1117電源芯片為核心的電 源。
[0009] 優(yōu)選地，所述煙霧傳感器為MQ-2煙霧傳感器，所述硫化物傳感器為MQ-135硫化物 傳感器，所述氨氣傳感器為MQ-137氨氣傳感器，所述氧氣傳感器為CITY-40XV氧氣傳感器， 所述二氧化碳傳感器為MH-Z19二氧化碳傳感器，所述空氣溫濕度傳感器為DHT11空氣溫濕 度傳感器，所述光照度傳感器為GY-30光照度傳感器。
[0010] 優(yōu)選地，所述控制節(jié)點包括Μ⑶8051核心處理器、CC2530射頻芯片、RFX2401功率放 大芯片、為所述系統(tǒng)設計外圍電路的無線通信模塊、220V繼電器開關模塊和電源模塊，所述 電源模塊包括以AMS1117電源芯片為核心的電源。
[0011] 優(yōu)選地，所述網關模塊以ARM Cortex-M3為內核，其芯片型號選擇STM32F103,所述 STM32F103通過串口與GPRS-DTU和ZigBee協調器連接。
[0012] 優(yōu)選地，所述人機交互界面采用面向對象Visual C++語言實現。
[0013] 優(yōu)選地，所述遠程服務器運用TCP/IP協議和多線程技術，采用面向對象Visual C+ +語言實現。
[0014] 優(yōu)選地，所述遠程監(jiān)控網站運用Div+CSS布局和Javascript技術，以My SQL為本地 數據庫，采用面向對象PHP語言實現。
[0015] 本發(fā)明還提供了一種農資倉庫環(huán)境監(jiān)測與控制的方法，其特征在于，包括下述步 驟：
[0016] S001:傳感器節(jié)點采集農資倉庫的環(huán)境參數的信息，所述環(huán)境參數的信息包括煙 霧、硫化物、氨氣、氧氣、二氧化碳、溫度、濕度和光照度信息，所述傳感器節(jié)點將多路數據整 合為數據流后通過ZigBee蜂窩網絡傳輸到網關模塊；
[0017] S002:網關模塊將接收到的數據信息進行解壓、分析和壓縮格式化處理后，通過 ZigBee協調器與遠程服務器建立起TCP/IP連接，并將格式化處理后的數據信息發(fā)送到所述 遠程服務器，所述網關模塊通過芯片的串口與人機交互界面連接，用戶通過所述人機交互 界面查看實時環(huán)境信息并發(fā)送指令控制所述反向控制節(jié)點進行相應的220V繼電器開關模 塊工作；
[0018] S003:所述遠程服務器將接收到的經格式化后的數據信息接收并顯示在前端，并 將數據存儲到本地數據庫的MySQL里，用戶可以利用所述遠程服務器發(fā)送指令控制反向控 制節(jié)點進行相應的220V繼電器開關模塊工作，；
[0019] 其中，遠程監(jiān)控網站通過本地數據庫與所述遠程服務器連接，所述遠程監(jiān)控網站 包括實時數據查看、繪制歷史數據波形圖、實時數據預警和后臺管理功能，當監(jiān)測的參數偏 離設定的安全值時，所述遠程監(jiān)控網站發(fā)送指令控制反向控制節(jié)點節(jié)點進行相應的220V繼 電器開關模塊工作；
[0020] 手機客戶端與所述遠程服務器連接，所述手機客戶端模塊包含實時數據查看、繪 制歷史數據波形圖、實時數據預警和后臺管理功能，用戶實時得知農資倉庫的安全狀況。
[0021] 本發(fā)明有如下有益效果：
[0022] 1、本發(fā)明結合Zigbee技術、GPRS技術和Internet技術，將農資倉庫的實時環(huán)境信 息正確地顯示在遠程監(jiān)控網站和手機客戶端上，實現了真正意義上的對農資倉庫環(huán)境的無 線遠程實時監(jiān)控。
[0023] 2、本發(fā)明通過將MQ-2煙霧傳感器、MQ-135硫化物傳感器、MQ-137氨氣傳感器、 CITY-40XV氧氣傳感器、MH-Z19二氧化碳傳感器、DHT11空氣溫濕度傳感器、GY-30光照度傳 感器作為傳感器模塊，實時采集農資倉庫溫度、濕度、光照度、煙霧、硫化物、氨氣、氧氣和二 氧化碳等多項信息，避免了倉庫需要有人值守、人工換氣檢查等問題而易引起人為事故發(fā) 生，有效確保了人員和倉庫安全，提高了倉庫管理的可靠性。
[0024] 3、本發(fā)明中，用戶通過遠程服務器和遠程監(jiān)控網站設置了農資倉庫的氣體濃度的 閾值，當氣體濃度的值偏離了閾值，遠程服務器或遠程監(jiān)控網站就會自動發(fā)送相關命令對 相應的控制節(jié)點進行控制，控制節(jié)點會控制風機和電燈等設備，避免了管理者因為沒有及 時察覺倉庫的環(huán)境變化而導致物資受到損害。
[0025] 4、本發(fā)明中，用戶可以通過遠程服務器或遠程監(jiān)控網站手動發(fā)送相關命令對相應 的節(jié)點進行控制，避免了由于遠程服務器或者遠程監(jiān)控網站程序出錯帶來的控制失誤。
[0026] 5、本發(fā)明中，用戶還可以通過手機客戶端，發(fā)送不同命令對相應的控制節(jié)點進行 不同的控制，實現了農資倉庫環(huán)境的遠程控制，使得倉庫環(huán)境的監(jiān)控不再受到距離的局限。 [0027] 6、本發(fā)明中，控制節(jié)點以CC2530為射頻芯片，接收來自用戶的命令;風機控制節(jié)點 以MCU8051為核心，分析命令并且通過控制相應的節(jié)點進而控制風機和電燈的工作;控制節(jié) 點以繼電器實現開關控制，實現了對倉庫環(huán)境實時調節(jié)的目的。
【附圖說明】
[0028] 利用附圖對發(fā)明作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本發(fā)明的任何限制， 對于本領域的普通技術人員，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據以下附圖獲得其 它的附圖。
[0029] 圖1是本發(fā)明一種用于農資倉庫環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)及其方法的整體結構圖。 [0030]圖2是本發(fā)明的局部連接示意圖。
【具體實施方式】
[0031] 結合以下實施例對本發(fā)明作進一步描述。
[0032] 如圖1所示，以物聯網為核心的農資倉庫環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)，包括傳感器節(jié)點、 控制節(jié)點、網關模塊、人機交互界面、遠程服務器和遠程監(jiān)控網站，傳感器節(jié)點用于采集信 息，控制節(jié)點與傳感器節(jié)點電性連接至網關模塊，網關模塊一端與人機交互界面電性連接， 網關模塊另一端與遠程服務器連接，遠程監(jiān)控網站與遠程服務器連接。
[0033] 本實施例中，遠程服務器一端還連接有手機客戶端，遠程服務器另一端通過本地 數據庫與遠程監(jiān)控網站連接。
[0034] 本實施例中，傳感器節(jié)點包括MCU8051核心處理器、CC2530射頻芯片、RFX2401功率 放大芯片、為其設計外圍電路的無線通信模塊、外圍電路的傳感器模塊和電源模塊;傳感器 模塊包括煙霧傳感器、硫化物傳感器、氨氣傳感器、氧氣傳感器、二氧化碳傳感器、空氣溫濕 度傳感器和光照度傳感器；電源模塊以AMS1117電源芯片為核心，其中，傳感器節(jié)點安裝在 定制的腳架上。測量時，傳感器節(jié)點分布在倉庫的各個區(qū)域，總體呈現蜂窩狀，以此便可測 量環(huán)境中部分氣體的濃度值。
[0035] 控制節(jié)點包括Μ⑶8051核心處理器、CC2530射頻芯片、RFX2401功率放大芯片、為其 設計外圍電路的無線通信模塊、220V繼電器開關模塊和電源模塊，電源模塊以AMS 1117電源 芯片為核心，網關模塊以ARM Cortex-M3為內核，其芯片型號選擇STM32F103，STM32F103通 過串口連接至GPRS-DTU和ZigBee協調器。
[0036] 如圖2所示，煙霧傳感器為MQ-2煙霧傳感器，硫化物傳感器為MQ-135硫化物傳感 器，氨氣傳感器為MQ-137氨氣傳感器，氧氣傳感器為CITY-40XV氧氣傳感器，二氧化碳傳感 器為MH-Z19二氧化碳傳感器，空氣溫濕度傳感器為DHT11空氣溫濕度傳感器，光照度傳感器 為GY-30光照度傳感器。
[0037] 人機交互界面采用面向對象Visual C++語言實現。
[0038] 遠程服務器運用TCP/IP協議和多線程技術，采用面向對象Visual C++語言實現。 [0039] 遠程監(jiān)控網站運用Div+CSS布局和Javascript技術，以MySQL為本地數據庫，采用 面向對象PHP語言實現。
[0040]手機客戶端基于I0S系統(tǒng)，使用面向對象Objective-C語言實現。
[0041]如圖1所示，本發(fā)明還提供了一種用于農資倉庫環(huán)境監(jiān)測控制的方法，具體包括以 下步驟：（1)傳感器節(jié)點采集農資倉庫的環(huán)境參數，環(huán)境參數的信息包括煙霧、硫化物、氨 氣、氧氣、二氧化碳、溫度、濕度和光照度等，傳感器節(jié)點將多路數據整合為數據流后通過 ZigBee蜂窩網絡傳輸到網關模塊；
[0042] (2)網關模塊將接收到的數據信息進行解壓、分析和壓縮等一系列格式化處理后， 通過ZigBee協調器與遠程服務器建立起TCP/IP連接，通過互聯網將格式化處理后的數據信 息發(fā)送到遠程服務器上，網關模塊通過芯片的串口與人機交互界面連接，用戶通過人機交 互界面即可查看實時環(huán)境信息和發(fā)送相關指令控制相應的反向控制節(jié)點進行相應的220V 繼電器開關模塊工作，用戶通過人機交互模塊可以查看實時環(huán)境信息并且根據實際需要發(fā) 送相關指令控制相應的控制節(jié)點進行風機和電燈開關工作；
[0043] (3)遠程服務器將接收到的經格式化后的數據信息接收并顯示在前端，同時將數 據存儲到本地數據庫的MySQL里，用戶可以利用遠程服務器發(fā)送相關指令控制相應的節(jié)點 進行相應的繼電器開關模塊工作；
[0044]其中，遠程監(jiān)控網站包含實時數據顯示、繪制歷史數據波形圖、實時數據預警和后 臺管理等功能，其中，實時數據預警實現了農資倉庫環(huán)境管理的功能，即當監(jiān)測的參數偏離 設定的安全值時，例如倉庫相關氣體濃度低于最低值或者高于最高值時，遠程監(jiān)控網站會 自動發(fā)送相關指令控制相應的節(jié)點進行繼電器開關工作，也就是控制相應的節(jié)點進行風機 或者電燈的開關工作；
[0045]手機客戶端包含實時數據顯示、繪制歷史數據波形圖、實時數據預警和后臺管理 等功能，其中，實時數據預警實現了農資倉庫環(huán)境管理的功能，讓用戶實時得知農資倉庫的 安全狀況。
[0046] 此外，為了驗證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，做了以下實驗：
[0047] 設定5個傳感器節(jié)點采集周期均為30min，采用定時喚醒機制降低傳感器節(jié)點、控 制節(jié)點和網關模塊的能耗，連續(xù)監(jiān)測20d，測試結果如表1所示，該系統(tǒng)平均丟包率約為 0.787%，說明其網絡傳輸穩(wěn)定性非常高。
[0048]最后應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對本發(fā)明保 護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應 當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的實 質和范圍。
[0049] 表1網絡丟包率統(tǒng)計
[0050]
[0051] 其中，各傳感器節(jié)點測試在2016年3月10日15:30監(jiān)測的數據如表2和表3所示： [0052]表2各傳感器節(jié)點測試數據
[0053]
[0054]表3各傳感器節(jié)點測試數據
[0055]
【主權項】
1. 一種農資倉庫環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)，其特征在于:包括傳感器節(jié)點、控制節(jié)點、網關 模塊、人機交互界面、遠程服務器和遠程監(jiān)控網站，所述傳感器節(jié)點用于采集信息，所述控 制節(jié)點與所述傳感器節(jié)點連接至所述網關模塊的第一端，所述網關模塊第二端與所述人機 交互界面連接，所述網關模塊第三端與所述遠程服務器第一端連接，所述遠程服務器第二 端通過本地數據庫與所述遠程監(jiān)控網站連接。2. 根據權利要求1所述的農資倉庫環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述遠程服務器 第三端還與手機客戶端連接。3. 根據權利要求1所述的農資倉庫環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感器節(jié)點 包括M⑶8051核心處理器、CC2530射頻芯片、RFX2401功率放大芯片、為所述系統(tǒng)設計外圍電 路的無線通信模塊、外圍電路的傳感器模塊和電源模塊，所述傳感器模塊包括煙霧傳感器、 硫化物傳感器、氨氣傳感器、氧氣傳感器、二氧化碳傳感器、空氣溫濕度傳感器和光照度傳 感器，所述電源模塊包括以AMS1117電源芯片為核心的電源。4. 根據權利要求3所述的農資倉庫環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述煙霧傳感器 為MQ-2煙霧傳感器，所述硫化物傳感器為MQ-135硫化物傳感器，所述氨氣傳感器為MQ-137 氨氣傳感器，所述氧氣傳感器為CITY-40XV氧氣傳感器，所述二氧化碳傳感器為MH-Z19二氧 化碳傳感器，所述空氣溫濕度傳感器為DHTl 1空氣溫濕度傳感器，所述光照度傳感器為GY- 30光照度傳感器。5. 根據權利要求1所述的農資倉庫環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述控制節(jié)點包 括MCU8051核心處理器、CC2530射頻芯片、RFX2401功率放大芯片、為所述系統(tǒng)設計外圍電路 的無線通信模塊、220V繼電器開關模塊和電源模塊，所述電源模塊包括以AMS1117電源芯片 為核心的電源。6. 根據權利要求1所述的農資倉庫環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述網關模塊以 ARM Cortex-M3為內核，其芯片型號選擇STM32F103，所述STM32F103通過串口與GPRS-DTU和 ZigBee協調器連接。7. 根據權利要求1所述的農資倉庫環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述人機交互界 面采用面向對象Visual C++語言實現。8. 根據權利要求1所述的農資倉庫環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述遠程服務器 運用TCP/IP協議和多線程技術，采用面向對象Visual C++語言實現。9. 根據權利要求1所述的農資倉庫環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)，其特征在于:所述遠程監(jiān)控網 站運用Div+CSS布局和Javascript技術，以MySQL為本地數據庫，采用面向對象PHP語言實 現。10. -種農資倉庫環(huán)境監(jiān)測與控制的方法，其特征在于，包括下述步驟： S001:傳感器節(jié)點采集農資倉庫的環(huán)境參數的信息，所述環(huán)境參數的信息包括煙霧、硫 化物、氨氣、氧氣、二氧化碳、溫度、濕度和光照度信息，所述傳感器節(jié)點將多路數據整合為 數據流后通過ZigBee蜂窩網絡傳輸到網關模塊； S002:網關模塊將接收到的數據信息進行解壓、分析和壓縮格式化處理后，通過ZigBee 協調器與遠程服務器建立起TCP/IP連接，并將格式化處理后的數據信息發(fā)送到所述遠程服 務器，所述網關模塊通過芯片的串口與人機交互界面連接，用戶通過所述人機交互界面查 看實時環(huán)境信息并發(fā)送指令控制所述反向控制節(jié)點進行相應的220V繼電器開關模塊工作； S003 :所述遠程服務器將接收到的經格式化后的數據信息接收并顯示在前端，并將數 據存儲到本地數據庫的MySQL里，用戶可以利用所述遠程服務器發(fā)送指令控制反向控制節(jié) 點進行相應的220V繼電器開關模塊工作； 其中，遠程監(jiān)控網站通過本地數據庫與所述遠程服務器連接，所述遠程監(jiān)控網站包括 實時數據查看、繪制歷史數據波形圖、實時數據預警和后臺管理功能，當監(jiān)測的參數偏離設 定的安全值時，所述遠程監(jiān)控網站發(fā)送指令控制反向控制節(jié)點節(jié)點進行相應的220V繼電器 開關模塊工作； 手機客戶端與所述遠程服務器連接，所述手機客戶端模塊包含實時數據查看、繪制歷 史數據波形圖、實時數據預警和后臺管理功能，用戶實時得知農資倉庫的安全狀況。
【文檔編號】H04L29/08GK105933431SQ201610380093
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】謝家興, 呂恩利, 余國雄, 高鵬, 曾流文, 趙俊宏
【申請人】華南農業(yè)大學