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1、(10)申请公布号 CN 103956037 A (43)申请公布日 2014.07.30 CN 103956037 A (21)申请号 201410182293.X (22)申请日 2014.04.30 G08C 17/02(2006.01) G05B 19/418(2006.01) (71)申请人 深圳慧盈生态科技有限公司 地址 518000 广东省深圳市南山区西丽街道 西丽平山一路桑泰丹华府四期大学城 创业园 111-112 号 (72)发明人 李尧 周鸣波 贺宏伟 张浚灏 廖汉忠 谭金娥 (74)专利代理机构 深圳市科吉华烽知识产权事 务所 ( 普通合伙 ) 44248 代理人 于标 。
2、(54) 发明名称 植物工厂的无线监控方法及系统 (57) 摘要 本发明提供了一种植物工厂的无线监控方法 及系统， 该无线监控方法包括如下步骤 ： 数据采 集和控制步骤 ： 通过监测单元进行数据采集及设 备的控制 ； 数据传输步骤 ： 建立数据传输路径， 用 于监测单元与数据处理单元进行数据的传输 ； 数 据处理步骤 ： 通过数据处理单元接收监测单元发 出的数据并进行处理， 同时所述数据处理单元向 所述监测单元发出控制指令进行控制。本发明的 有益效果是本发明的无线监控方法及系统提供低 成本的数据采集、 传输和环境控制的设施设备， 线 路连接简单， 设备成本低， 体积小， 设备之间干扰 较小， 。
3、可靠性高、 稳定性强， 不易出故障， 而且还能 进行数据实时传输。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103956037 A CN 103956037 A 1/2 页 2 1. 一种植物工厂的无线监控方法， 其特征在于， 包括如下步骤 ： 数据采集和控制步骤 ： 通过监测单元进行数据采集及设备的控制 ； 数据传输步骤 ： 建立数据传输路径， 用于监测单元与数据处理单元进行数据的传输 ； 数据处理步骤 ： 通过数据处理单元接收监测单元。
4、发出的数据并进行处理， 同时所述数 据处理单元向所述监测单元发出控制指令进行控制。 2. 根据权利要求 1 所述的无线监控方法， 其特征在于， 在所述数据传输步骤中， 采用无 线传感网络， 在无线传感网络中包括主节点、 路由节点、 终端节点， 主节点用于接收数据处 理单元发送的数据包， 对其进行数据校验， 同时根据数据包中的地址字节将其发送到指定 地址的终端节点。 3. 根据权利要求 2 所述的无线监控方法， 其特征在于， 在所述数据采集和控制步骤中， 采用 RS485 网络结构， RS485 从机进行数据采集和设备的控制， 所述 RS485 从机将采集的数 据进行打包发给主控单元 ； 无线传。
5、感网络中的终端节点作为 RS485 网络的主控单元， 终端 节点将收到的数据包解析成相应的控制或查询命令， 然后再封装成数据包， 根据 RS485 从 机的地址通过RS485网络发送到相应的RS485从机 ； 所述终端节点用于将Zigbee应用层协 议转换成 RS485 通信协议。 4. 根据权利要求 3 所述的无线监控方法， 其特征在于， 在所述数据采集和控制步骤中， 通过 CMOS 图像传感器采集图像数据， 并将采集的图像数据压缩成 JPEG 格式， 将 PEG 格式的 图像数据传输给主控单元， 由主控单元将图像数据进行分包传输给数据处理单元， 由数据 处理单元进行数据包的重组 ； 所述无。
6、线传感网络采用树型拓扑结构， 无线传感网络中的各节点均采用带有 RF 收发 器、 支持 2.4GHz IEEE802.15.4 以及具有低功耗 8051 微控制器的片上系统， 主节点和终端 节点带有RS232接口， 终端节点还带有RS485接口 ； 各节点的软件系统移植Zigbee协议栈， 运行应用层协议程序。 5.根据权利要求4所述的无线监控方法， 其特征在于， 在所述数据处理单元中包括web 服务器程序， web 服务器程序等待用户浏览器或远程请求， 若浏览器网页程序登陆服务器， 那么通过发送 HTTP 请求给 web 服务器， web 服务器将 HTTP 请求转换成相应的控制命令， 封 。
7、装成一定格式的数据包， 通过 RS232 串口将数据包发送到无线传感网络中， 再通过无线传 感网络传输至所述监测单元 ； 同时 web 服务器程序定时等待无线传感网络的回复数据包， 并将其解析成 HTTP 响应发送给客户端的浏览器， 如果定时时间未收到回复数据包， 则发送 错误响应报告。 6. 一种植物工厂的无线监控系统， 其特征在于， 包括 ： 数据采集和控制单元 ： 通过监测单元进行数据采集及设备的控制 ； 数据传输单元 ： 建立数据传输路径， 用于监测单元与数据处理单元进行数据的传输 ； 数据处理单元 ： 通过数据处理单元接收监测单元发出的数据并进行处理， 同时所述数 据处理单元向所述监。
8、测单元发出控制指令进行控制。 7. 根据权利要求 6 所述的无线监控系统， 其特征在于， 在所述数据传输单元中， 采用无 线传感网络， 在无线传感网络中包括主节点、 路由节点、 终端节点， 主节点用于接收数据处 理单元发送的数据包， 对其进行数据校验， 同时根据数据包中的地址字节将其发送到指定 地址的终端节点。 权 利 要 求 书 CN 103956037 A 2 2/2 页 3 8. 根据权利要求 7 所述的无线监控系统， 其特征在于， 在所述数据采集和控制单元中， 采用 RS485 网络结构， RS485 从机进行数据采集和设备的控制， 所述 RS485 从机将采集的数 据进行打包发给主控。
9、单元 ； 无线传感网络中的终端节点作为 RS485 网络的主控单元， 终端 节点将收到的数据包解析成相应的控制或查询命令， 然后再封装成数据包， 根据 RS485 从 机的地址通过RS485网络发送到相应的RS485从机 ； 所述终端节点用于将Zigbee应用层协 议转换成 RS485 通信协议。 9. 根据权利要求 8 所述的无线监控系统， 其特征在于， 在所述数据采集和控制单元中， 通过 CMOS 图像传感器采集图像数据， 并将采集的图像数据压缩成 JPEG 格式， 将 PEG 格式的 图像数据传输给主控单元， 由主控单元将图像数据进行分包传输给数据处理单元， 由数据 处理单元进行数据包的。
10、重组 ； 所述无线传感网络采用树型拓扑结构， 无线传感网络中的各节点均采用带有 RF 收发 器、 支持 2.4GHz IEEE802.15.4 以及具有低功耗 8051 微控制器的片上系统， 主节点和终端 节点带有RS232接口， 终端节点还带有RS485接口 ； 各节点的软件系统移植Zigbee协议栈， 运行应用层协议程序。 10. 根据权利要求 9 所述的无线监控系统， 其特征在于， 在所述数据处理单元中包括 web 服务器程序， web 服务器程序等待用户浏览器或远程请求， 若浏览器网页程序登陆服务 器， 那么通过发送 HTTP 请求给 web 服务器， web 服务器将 HTTP 请求。
11、转换成相应的控制命 令， 封装成一定格式的数据包， 通过 RS232 串口将数据包发送到无线传感网络中， 再通过无 线传感网络传输至所述监测单元 ； 同时 web 服务器程序定时等待无线传感网络的回复数据 包， 并将其解析成 HTTP 响应发送给客户端的浏览器， 如果定时时间未收到回复数据包， 则 发送错误响应报告。 权 利 要 求 书 CN 103956037 A 3 1/5 页 4 植物工厂的无线监控方法及系统 技术领域 0001 本发明涉及植物培育领域， 尤其涉及植物工厂的无线监控方法及系统。 背景技术 0002 随着温室大棚的生产和种植技术普及和广泛应用， 温室环境监测和控制技术也在 。
12、不断进步和发展， 但是密闭式植物工厂的环境监测和控制仍然没有相对完善和成熟技术方 案， 而正是这种监控技术的缺乏阻碍了植物工厂的规模大型化建设和发展。随着计算机技 术、 传感器技术、 网络和通信技术的逐渐发展和成熟， 植物工厂的环境监测和控制技术得到 很好的提高和完善。虽然在对温室里植物生长和环境的关系、 环境预测和植物栽培等研究 很多， 但是在国内还未形成对密闭植物工厂中的光照、 温度、 CO2 等环境因素综合考虑和实 行全面的最优化控制管理技术体系， 还是缺少低成本的数据采集、 传输和环境控制的设施 设备， 所以传统的温室环境监控系统通常采用复杂的线路连接各个数据采集和传输设备， 并且设备。
13、成本较高， 体积庞大， 设备之间干扰较大， 造成可靠性差、 稳定性差， 容易出故障， 而且不能进行数据实时传输。 发明内容 0003 为了解决现有技术中的问题， 本发明提供了一种植物工厂的无线监控方法。 0004 本发明提供了一种植物工厂的无线监控方法， 包括如下步骤 ： 0005 数据采集和控制步骤 ： 通过监测单元进行数据采集及设备的控制 ； 0006 数据传输步骤 ： 建立数据传输路径， 用于监测单元与数据处理单元进行数据的传 输 ； 0007 数据处理步骤 ： 通过数据处理单元接收监测单元发出的数据并进行处理， 同时所 述数据处理单元向所述监测单元发出控制指令进行控制。 0008 作为。
14、本发明的进一步改进， 在所述数据传输步骤中， 采用无线传感网络， 在无线传 感网络中包括主节点、 路由节点、 终端节点， 主节点用于接收数据处理单元发送的数据包， 对其进行数据校验， 同时根据数据包中的地址字节将其发送到指定地址的终端节点。 0009 作为本发明的进一步改进， 在所述数据采集和控制步骤中， 采用 RS485 网络结构， RS485 从机进行数据采集和设备的控制， 所述 RS485 从机将采集的数据进行打包发给主控 单元 ； 无线传感网络中的终端节点作为 RS485 网络的主控单元， 终端节点将收到的数据包 解析成相应的控制或查询命令， 然后再封装成数据包， 根据RS485从机的。
15、地址通过RS485网 络发送到相应的RS485从机 ； 所述终端节点用于将Zigbee应用层协议转换成RS485通信协 议。 0010 作为本发明的进一步改进， 在所述数据采集和控制步骤中， 通过 CMOS 图像传感器 采集图像数据， 并将采集的图像数据压缩成 JPEG 格式， 将 PEG 格式的图像数据传输给主控 单元， 由主控单元将图像数据进行分包传输给数据处理单元， 由数据处理单元进行数据包 的重组 ； 说 明 书 CN 103956037 A 4 2/5 页 5 0011 所述无线传感网络采用树型拓扑结构， 无线传感网络中的各节点均采用带有 RF 收发器、 支持 2.4GHz IEEE。
16、802.15.4 以及具有低功耗 8051 微控制器的片上系统， 主节点和 终端节点带有 RS232 接口， 终端节点还带有 RS485 接口 ； 各节点的软件系统移植 Zigbee 协 议栈， 运行应用层协议程序。 0012 作为本发明的进一步改进， 在所述数据处理单元中包括 web 服务器程序， web 服务 器程序等待用户浏览器或远程请求， 若浏览器网页程序登陆服务器， 那么通过发送 HTTP 请 求给 web 服务器， web 服务器将 HTTP 请求转换成相应的控制命令， 封装成一定格式的数据 包， 通过 RS232 串口将数据包发送到无线传感网络中， 再通过无线传感网络传输至所述监。
17、 测单元 ； 同时 web 服务器程序定时等待无线传感网络的回复数据包， 并将其解析成 HTTP 响 应发送给客户端的浏览器， 如果定时时间未收到回复数据包， 则发送错误响应报告。 0013 本发明还提供了一种植物工厂的无线监控系统， 包括 ： 0014 数据采集和控制单元 ： 通过监测单元进行数据采集及设备的控制 ； 0015 数据传输单元 ： 建立数据传输路径， 用于监测单元与数据处理单元进行数据的传 输 ； 0016 数据处理单元 ： 通过数据处理单元接收监测单元发出的数据并进行处理， 同时所 述数据处理单元向所述监测单元发出控制指令进行控制。 0017 作为本发明的进一步改进， 在所述。
18、数据传输单元中， 采用无线传感网络， 在无线传 感网络中包括主节点、 路由节点、 终端节点， 主节点用于接收数据处理单元发送的数据包， 对其进行数据校验， 同时根据数据包中的地址字节将其发送到指定地址的终端节点。 0018 作为本发明的进一步改进， 在所述数据采集和控制单元中， 采用 RS485 网络结构， RS485 从机进行数据采集和设备的控制， 所述 RS485 从机将采集的数据进行打包发给主控 单元 ； 无线传感网络中的终端节点作为 RS485 网络的主控单元， 终端节点将收到的数据包 解析成相应的控制或查询命令， 然后再封装成数据包， 根据RS485从机的地址通过RS485网 络发送。
19、到相应的RS485从机 ； 所述终端节点用于将Zigbee应用层协议转换成RS485通信协 议。 0019 作为本发明的进一步改进， 在所述数据采集和控制单元中， 通过 CMOS 图像传感器 采集图像数据， 并将采集的图像数据压缩成 JPEG 格式， 将 PEG 格式的图像数据传输给主控 单元， 由主控单元将图像数据进行分包传输给数据处理单元， 由数据处理单元进行数据包 的重组 ； 0020 所述无线传感网络采用树型拓扑结构， 无线传感网络中的各节点均采用带有 RF 收发器、 支持 2.4GHz IEEE802.15.4 以及具有低功耗 8051 微控制器的片上系统， 主节点和 终端节点带有 。
20、RS232 接口， 终端节点还带有 RS485 接口 ； 各节点的软件系统移植 Zigbee 协 议栈， 运行应用层协议程序。 0021 作为本发明的进一步改进， 在所述数据处理单元中包括 web 服务器程序， web 服务 器程序等待用户浏览器或远程请求， 若浏览器网页程序登陆服务器， 那么通过发送 HTTP 请 求给 web 服务器， web 服务器将 HTTP 请求转换成相应的控制命令， 封装成一定格式的数据 包， 通过 RS232 串口将数据包发送到无线传感网络中， 再通过无线传感网络传输至所述监 测单元 ； 同时 web 服务器程序定时等待无线传感网络的回复数据包， 并将其解析成 H。
21、TTP 响 应发送给客户端的浏览器， 如果定时时间未收到回复数据包， 则发送错误响应报告。 说 明 书 CN 103956037 A 5 3/5 页 6 0022 本发明的有益效果是 ： 本发明的无线监控方法及系统提供低成本的数据采集、 传 输和环境控制的设施设备， 线路连接简单， 设备成本低， 体积小， 设备之间干扰较小， 可靠性 高、 稳定性强， 不易出故障， 而且还能进行数据实时传输。 附图说明 0023 图 1 是本发明的方法流程图。 0024 图 2 是本发明的系统原理框图。 0025 图 3 是本发明的无线传感网络拓扑图。 0026 图 4 是本发明的 RS485 网络结构图。 具。
22、体实施方式 0027 如图 1 所示， 本发明公开了一种植物工厂的无线监控方法， 包括如下步骤 ： 0028 数据采集和控制步骤 ： 通过监测单元进行数据采集及设备的控制 ； 0029 数据传输步骤 ： 建立数据传输路径， 用于监测单元与数据处理单元进行数据的传 输 ； 0030 数据处理步骤 ： 通过数据处理单元接收监测单元发出的数据并进行处理， 同时所 述数据处理单元向所述监测单元发出控制指令进行控制。 0031 在所述数据传输步骤中， 采用无线传感网络， 在无线传感网络中包括主节点、 路由 节点、 终端节点， 主节点用于接收数据处理单元发送的数据包， 对其进行数据校验， 如数据 包的起始。
23、位和停止位， 同时根据数据包中的地址字节将其发送到指定地址的终端节点。 0032 在所述数据采集和控制步骤中， 采用 RS485 网络结构， RS485 从机进行数据采集和 设备的控制， 所述 RS485 从机将采集的数据进行打包发给主控单元 ； 无线传感网络中的终 端节点作为 RS485 网络的主控单元， 终端节点将收到的数据包解析成相应的控制或查询命 令， 然后再封装成数据包， 根据 RS485 从机的地址通过 RS485 网络发送到相应的 RS485 从 机 ； 所述终端节点用于将 Zigbee 应用层协议转换成 RS485 通信协议， 提供数据端到端可靠 准确的服务。 0033 如图 。
24、4 所示， RS485 网络结构采用总线式的一对多主从结构， 数据传输速率高， 实 现简单， 信道利用率高。 设备包括微控制器、 传感器、 控制器接口、 LED照明灯等 ； RS485从机 单元收到 RS485 网络的数据包， 验证数据包之后， 解析成相应命令， 然后通过传感器采集环 境参数， 或通过控制器接口控制 LED 灯的亮度、 水泵的开关等。如果是采集数据， 则将数据 打包发给主控单元。 0034 在所述数据采集和控制单元中， 通过控制器接口连接 LED 照明灯、 水泵、 风机等， 通过命令控制相应的参数。 0035 在所述数据采集和控制步骤中， 通过 CMOS 图像传感器采集图像数据。
25、， 并将采集的 图像数据压缩成 JPEG 格式， 将 PEG 格式的图像数据传输给主控单元， 由主控单元将图像数 据进行分包传输给数据处理单元， 由数据处理单元进行数据包的重组。CMOS 图像传感器款 集图像采集、 拍摄控制、 数据压缩、 串口传输于一体的图像采集处理模块， 图像输出采用标 准 JPEG 格式。 0036 如图 3 所示， 所述无线传感网络采用树型拓扑结构， 该结构比较简单， 易于扩展和 说 明 书 CN 103956037 A 6 4/5 页 7 实现， 且容易隔离故障， 节点之间不产生回路， 寻找链路路径比较方便。 0037 无线传感网络中的各节点均采用带有 RF 收发器、。
26、 支持 2.4GHzIEEE802.15.4 以及 具有低功耗 8051 微控制器的片上系统， 如 CC2530。主节点和终端节点带有 RS232 接口， 终 端节点还带有RS485接口 ； 各节点的软件系统移植Zigbee协议栈， 运行应用层协议程序， 维 持整个网络的正常运行， 提供数据稳定准确传输的网络环境。Zigbee 协议栈的一种应用层 协议， 该协议定义了系统传输的各类数据帧格式。 0038 如图 2 所示为本发明的软硬件框图， 图的最左边是三层架构， 图的中间部分对应 三层架构的硬件框图， 图的右边对应三层架构的软件框图。 0039 在所述数据处理单元中包括 PC 端、 及安装 。
27、PC 端内的 web 服务器程序， web 服务器 程序等待用户浏览器或远程请求 ( 即， 处于上层 PC 端的 web 服务器程序等待用户浏览器或 远程请求， 一旦浏览器网页程序登陆服务器， 即可以通过发送 HTTP 请求给 web 服务器 )， 若 浏览器网页程序登陆服务器， 那么通过发送 HTTP 请求给 web 服务器， web 服务器将 HTTP 请 求转换成相应的控制命令， 封装成一定格式的数据包， 通过 RS232 串口将数据包发送到无 线传感网络中， 再通过无线传感网络传输至所述监测单元 ； 同时 web 服务器程序定时等待 无线传感网络的回复数据包， 并将其解析成 HTTP 。
28、响应发送给客户端的浏览器， 如果定时时 间未收到回复数据包， 则发送错误响应报告。 0040 本发明还公开了一种植物工厂的无线监控系统， 包括 ： 0041 数据采集和控制单元 ： 通过监测单元进行数据采集及设备的控制 ； 0042 数据传输单元 ： 建立数据传输路径， 用于监测单元与数据处理单元进行数据的传 输 ； 0043 数据处理单元 ： 通过数据处理单元接收监测单元发出的数据并进行处理， 同时所 述数据处理单元向所述监测单元发出控制指令进行控制。 0044 在所述数据传输单元中， 采用无线传感网络， 在无线传感网络中包括主节点、 路由 节点、 终端节点， 主节点用于接收数据处理单元发送。
29、的数据包， 对其进行数据校验， 同时根 据数据包中的地址字节将其发送到指定地址的终端节点。 0045 在所述数据采集和控制单元中， 采用 RS485 网络结构， RS485 从机进行数据采集和 设备的控制， 所述 RS485 从机将采集的数据进行打包发给主控单元 ； 无线传感网络中的终 端节点作为 RS485 网络的主控单元， 终端节点将收到的数据包解析成相应的控制或查询命 令， 然后再封装成数据包， 根据 RS485 从机的地址通过 RS485 网络发送到相应的 RS485 从 机 ； 所述终端节点用于将 Zigbee 应用层协议转换成 RS485 通信协议。 0046 在所述数据采集和控制。
30、单元中， 通过控制器接口连接 LED 照明灯、 水泵、 风机等， 通过命令控制相应的参数。 0047 在所述数据采集和控制单元中， 通过 CMOS 图像传感器采集图像数据， 并将采集的 图像数据压缩成 JPEG 格式， 将 PEG 格式的图像数据传输给主控单元， 由主控单元将图像数 据进行分包传输给数据处理单元， 由数据处理单元进行数据包的重组 ； 0048 所述无线传感网络采用树型拓扑结构， 无线传感网络中的各节点均采用带有 RF 收发器、 支持 2.4GHz IEEE802.15.4 以及具有低功耗 8051 微控制器的片上系统， 主节点和 终端节点带有 RS232 接口， 终端节点还带有。
31、 RS485 接口 ； 各节点的软件系统移植 Zigbee 协 议栈， 运行应用层协议程序。 说 明 书 CN 103956037 A 7 5/5 页 8 0049 在所述数据处理单元中包括 PC 端、 及安装 PC 端内的 web 服务器程序， web 服务器 程序等待用户浏览器或远程请求， 若浏览器网页程序登陆服务器， 那么通过发送 HTTP 请求 给 web 服务器， web 服务器将 HTTP 请求转换成相应的控制命令， 封装成一定格式的数据包， 通过 RS232 串口将数据包发送到无线传感网络中， 再通过无线传感网络传输至所述监测单 元 ； 同时 web 服务器程序定时等待无线传感网。
32、络的回复数据包， 并将其解析成 HTTP 响应发 送给客户端的浏览器， 如果定时时间未收到回复数据包， 则发送错误响应报告。 0050 本发明的无线监控方法及系统提供低成本的数据采集、 传输和环境控制的设施设 备， 线路连接简单， 设备成本低， 体积小， 设备之间干扰较小， 可靠性高、 稳定性强， 不易出故 障， 而且还能进行数据实时传输。 0051 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明， 不能认定 本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说， 在 不脱离本发明构思的前提下， 还可以做出若干简单推演或替换， 都应当视为属于本发明的 保护范围。 说 明 书 CN 103956037 A 8 1/3 页 9 图 1 说 明 书 附 图 CN 103956037 A 9 2/3 页 10 图 2 说 明 书 附 图 CN 103956037 A 10 3/3 页 11 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103956037 A 11 。