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无线数传DTU实现温室大棚环境远程测控

2022-01-05 17:52:04| | 0

  案例背景:

  我国是设施农业大国,近年来各地设施农业发展迅速,仅辽宁省今年设施农业将达到l 000万亩。江苏省以“工业思维”来转变农业发展方式和产业结构调整,提出要“用现代物质条件、现代科学技术、现代经营方式武装和改造农业。我国虽然是设施农业的大国,但并非是设施农业的强国,设施农业的自动化和网络化水平还不高。但我国设施农业正呈现出规模化与集团化的发展趋势,集生产、加工、生态旅游、服务等多种功能于一体的现代农庄已初现端倪。

  

温室大棚环境远程测控系统


  系统构成:

  系统采用基于ZigBee技术的无线数传终端DTU采集温室大棚中的温度、湿度、光照等参数,并将其发送到ZigBee网关进行处理后通过Internet上传到上位机,上位机通过网关发送温度、湿度、光照等控制命令到ZigBee终端节点,控制相应设备以调节大棚中相关环境参数,从而实现对温室大棚的远程测量与控制。


  总体构架:

  无线传感网络的温室大棚环境远程监控系统如图l所示,由无线传感器测控网络终端节点、ZigBee网关(协调器)和上位机数据中心三部分组成,其中无线传感器测控网络中每个终端节点由一个ZigBee通信?楹鸵桓鎏囟üδ艽衅髯槌。测控大棚中的温度、湿度、光照等环境参数,且每个ZigBee终端节点(FFD)还可在自己信号覆盖的范围内与多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点(RFD)无线连接。

  

温室大棚环境远程测控系统架构


  系统硬件设计

  整个系统硬件设计主要包括ZigBee网关(协调器)和无线测控终端GPRS RTU、无线数传终端DTU设备组成。

  1、ZigBee网关硬件架构

  ZigBee网关(协调器)硬件架构如图所示,其主要功能是完成数据传输格式的转换与数据远程传输,实现ZigBee网络与Intemet网络之间的通信连接,并与远程服务器进行交互功能和对ZigBee网络的管理。

  

温室大棚环境远程测控系统硬件架构


  2、无线测控网络终端节点

  无线测控网络终端节点原理图如图3所示,每个终端节点以CC2430为核心,通过信号调理电路连接温度、湿度、光照传感器和相关执行器。

  其主要应用设备为远程测控终端RTU 型号为:JY-RTU6640。


  3、系统数据传输终端

  采用无线数传终端 DTU

  型号: JY-MD

  工业级GSM/GPRS MODEM JY-MD,是一款基于移动GSM/GPRS网络平台,内嵌工业级GSM/GPRS无线?榈牟派贤璞。产品特别针对工业现场的复杂环境而设计,通过 RS-232或 RS-485接口. 使用简单的AT命令交互界面,这样用户面对的是基于串口通讯的 AT指令接口,可以完成端到端的可靠数据通信。

  功能结构图

  温室大棚环境远程测控系统功能结构图


  配置软件  

温室大棚环境远程测控系统配置界面

  系统软件设计

  整个测控系统软件由ZigBee网关软件和无线传感测控网络终端节点软件两部分组成。这两部分都需要向其ZigBee?橐浦瞆igBee协议栈(Z—Stack),尤其是与硬件底层密切相关的PHY层和MAC层的实现,它为上层通信应用提供API接口函数。


  1、ZigBee网关部分的软件设计

  ZigBee网关向下管理无线传感器测控网络各个终端节点,向上连接实现和上位机数据中心交互功能,ZigBee网关初始化后首先格式化网络并选择信道,建立新的网络。

  无线传感器测控网络终端节点软件设计

  传感器终端节点的主要工作是数据信息采集、网络连接并承担部分路由功能,保持与临近节点的通信,检测链路状态等通过无线数传终端DTU进行数据传输。


  监控软件显示


  实时显示

  1、左侧设备列表显示出当前在线和离线设备的信息,当设备联网后,将从“离线设备列表”进入“在线设备列表”,设备长时间不在线将从“在线设备列表”进入“离线设备列表”;

  2、右上角显示设备编号、用户名称、联系人、运行日期、系统服务到期日期、电话、传真、手机、地址、SIM卡号等信息;

  3、左上角显示大棚内的温度、湿度等;

  4、窗口下面实时显示大棚内温度、湿度等曲线;

  5、中部文字提示当前设备登陆时间,采集回传数据的最后时间;

  

温室大棚环境远程测控系统管理界面

  历史记录

  用户可以根据时间段来搜索历史记录;

  历史记录将以曲线形式绘制在窗口上面,历史记录可以以列表的形式显示在窗口下面,通过历史记录可以查看设备运转状态和相关趋势;

  同时查询的历史记录可以导出为excel表格;

  

温室大棚环境远程测控系统数据查询

  组态软件效果图

  用户可以根据需要通过组态软件来定制程序,这样界面表现形式更为灵活。


  结论

  为了验证系统参数的动态变化性能,在实验过程中人为地对各相应的传感器进行了遮挡、加热、加湿等于扰,从实验结果上看这些干扰都很及时地在上位机监测界面中有所反映监测界面的右下角实时显示当前数据变化值,实验监测界面图如图6所示,显示数据曲线呈跳跃式变化正好说明了系统响应速度快,在很短时间内可以采集环境参数的变化。

  系统运行效果良好,功耗小、移动性强、被测数据可以实时上传到上位机进行显示和记录。


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