基本信息
- 项目名称：
- 基于cc1100和GSM的无线传感网络温室环境监控系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 针对我国农业个体化经营模式的发展现状和特点，以服务三农为目的，设计出一套操作简单、成本低廉的智能化温室环境监控系统。该系统在主从式无线网络架构的基础上，分别通过本地监控和远程监控实现对温室环境参数的实时监测和调控。
- 详细介绍：
- 针对当下温室环境信息参数值采用有线方式传输时出现的布线复杂、节点功耗大、部署不灵活、管理不方便等诸多问题，我们设计出了一种基于CC1100和GSM的无线传感器网络温室环境监控系统。首先以单片机为核心开发出无线传感器节点，继而实现对温室环境的实时监测；采用ISM射频芯片CC1100实现无线传感器网络自组网和监控数据的无线传输；利用MC9S12XS128B单片机构建网关节点，然后由上位机对所采集的数据进行管理，同时GSM模块以短信息的形式将异常情况及时报送给种植人员；最终实现对温室环境的监控管理，温室信息实时监控和温室内参数异常时的预警等功能。初步的实验表明，本系统具有功耗低、组网灵活、可扩展性强、人机交互界面友好、数据显示人性化等优点，能够较好的满足当前我国温室环境监控的应用求。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的： 实时监控温室环境，服务于个体化温室农业。 基本思路： 在本系统中，我们以MC9S12XS128型微处理器为核心，结合温湿度传感器、无线通信、太阳能电源、液晶显示等模块构造出控制终端(子节点)，对温室内的环境参数实时采集的同时进行精确处理，并当某参数越限（超出适宜范围）时进行补偿调控；然后利用ISM射频芯片CC1100将若干个子节点组成无线传感器网络（WSN）；子节点所采集的数据在主节点处进行汇聚，形成主从式的分布结构；主节点和GSM模块间进行串口通信，由GSM模块实现用户通过手机对温室环境的远程监控；同时我们利用VB6.0开发出了友好的人机交互界面，对温室环境进行本地监控。 创新点： 1．利用CC1100将若干个子节点组成无线传感器网络，达到了组网灵活、自行组网的目的，网络可拓展性强； 2．可同时进行GSM远程监控和上位机的本地监控，为种植人员开发出友好的多层次监控管理平台; 3．主要对温度这一影响植物生长最为关键的因素进行采集和精确处理，兼顾湿度，当某个参数越时，就会通过控制固态继电器打开相应的执行机构进行调控补偿； 4. 以太阳能为主的不间断供电系统。 技术关键： 1．MC9S12XS128型16位单片机技术； 2．无线传感器网络(WSN)技术； 3．GSM远程监控技术； 4．使用节能环保的太阳能蓄电池作为供电电源。 5. 温度值的精准算法。 主要技术指标： 系统功耗、无线通信传输、传感器精度、控制设施的响应时间。
科学性、先进性
- 温室环境湿度大、酸性强、基础设施少、作物种类多且动态变化。通过调查分析，实际的温室农业自动化生产中，对温室环境监控系统的应用要求主要包括：空气温、湿度，土壤温、湿度，光照强度等环境因子的实时采集; 采用低成本、低功耗的通信方式对所采集的数据的实时传输和汇聚; 为种植人员提供直观、完善的系统监管平台, 完成对传感器网络管理、环境信息存储和分析处理。 因此，我们从一开始就把实用、好用且成本低廉本套系统的设计原则，采用MC9S12XS128型单片机，结合ISM无线射频技术，组成无线传感网络；利用主节点管理下层无线传感网络，形成主从分布式系统；并利用GSM模块和上位机分别实现远程监控和本地监控；供电上采用节能环保的太阳能；影响植物生长最关键的因素-温度进行精确采集和处理，同时兼顾其他因素，对温室的环境达到更为科学、高效、实时的监控，给温室作物营造一个更为适宜的生长环境。整套系统功能完善，低功耗，低成本，监控实施高效，能较好的满足目前我国个体经营温室农业的作物种植和栽培需要。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品 现场演示 图片 录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点和优势： 精确测量温、湿度，缩短农作物生长周期，增加农作物产量，采用太阳能代替传统电池，节能环保。根据农作物的生长规律为其提供生长所需的最佳环境条件，整套系统具有控制精准及时、组网灵活、低功耗、低成本等优点。实现了对温室环境实时、高效、科学、智能化的监控管理。适用于个体化农业。 适应范围： 基于我们的设计思想，根据其特点，本作品主要适应于个体化农业。 推广前景： 本系统在精准测量温度的基础上同时兼顾温室内其他影响农作物生长的因素(如湿度)。提高农业产量的同时，促进了生态农业的发展，这种发展模式不但有较好的经济效益，同时保证了绿色产品的高质量和环境的清洁。还可应用于孵化厂，高级护理病房，重点实验室，家禽养殖场，储藏室等对周围环境要求比较高的场所。
同类课题研究水平概述
- 目前，国际上农业数字化程度很高的国家，像日本、以色列、美国、荷兰等国，其温室环境监控技术已经相当先进，可根据不同作物的营养特点和不同阶段的生长需求，对温室内的温、光、水、肥、气等环境因素自行进行综合调控，达到了多因子综合控制的水平，具有系统大、设备多、功能全、自动化程度极高的特点，且目前正朝着完全自动化、无人化的方向发展。但这些温室环境监控系统的一次性投资费用都比较大、设备维护也较为困难，而且大多缺乏与我国气候特点相适应的测控软件。这些都不符合我国农村劳动力过剩的现实状况和我国农业中小规模化经营的发展特点。因此，它们很难在我国的温室农业中得到推广和普及。 我国的温室大棚建造面积现已跃居世界第一，成为世界上最大的蔬菜保护地生产区域。但产量却仅为世界先进水平的1／3。长期以来我国的温室环境单纯依赖人工凭借经验进行的监控管理量化效果差，所需劳动量大，其调控效果的稳定性，准确性以及实时性都较差。从上世纪80年代，我国的现代温室环境监控技术开始起步。经过几十年的研究发展，目前对温室环境中单因子的监控技术和基于有线的温室环境监控技术已较为成熟。而实际上，温室内的光照度、温度、湿度、C02浓度等环境因素，都是在相互影响、相互制约的状态中对作物的生长产生影响的，环境要素的空间变化、时间变化都很复杂。单因子的监控系统往往顾此而失彼，难以做到综合调控；基于有线的监控系统，由于距离限制、布线复杂，安装困难，网络可拓展性差等弱点，也影响了其自身的发展。最近几年，国内进行了许多有关温室后级控制的研究，例如基于模糊控制、神经网络控制、遗传算法等的温室环境监控系统。而实际中由于温室内部环境的空间复杂性及温室栽培作物的多样性，造成温室各点的环境参数都不一致。因此，对后级控制过分强调高精度，实际应用中不仅完全没有必要，反而容易引起温室控制的不稳定。这也是目前商业温室仍然采用经典控制策略的主要原因。 因此，结合我国农村剩余劳动力多，一家一户的个体经营模式规模小等特点，设计一套真正适合我国温室种植业个体经营现状的温室环境监控系统，使得系统更实际、更好用、而且低成本，已经成了我国温室农业发展亟待解决的一个问题。这对于我国温室种植业的发展以及我国农业的数字化进程都有着广泛而深远的意义。
