無線數傳DTU實現溫室大棚環境遠程測控

　　案例背景：

　　我國是設施農業大國，近年來各地設施農業發展迅速，僅遼寧省今年設施農業將達到l 000萬畝。江蘇省以“工業思維”來轉變農業發展方式和產業結構調整，提出要“用現代物質條件、現代科學技術、現代經營方式武裝和改造農業。我國雖然是設施農業的大國，但并非是設施農業的強國，設施農業的自動化和網絡化水平還不高。但我國設施農業正呈現出規模化與集團化的發展趨勢，集生產、加工、生態旅游、服務等多種功能于一體的現代農莊已初現端倪。

　　系統構成：

　　系統采用基于ZigBee技術的無線數傳終端DTU采集溫室大棚中的溫度、濕度、光照等參數，并將其發送到ZigBee網關進行處理后通過Internet上傳到上位機，上位機通過網關發送溫度、濕度、光照等控制命令到ZigBee終端節點，控制相應設備以調節大棚中相關環境參數，從而實現對溫室大棚的遠程測量與控制。

　　總體構架：

　　無線傳感網絡的溫室大棚環境遠程監控系統如圖l所示，由無線傳感器測控網絡終端節點、ZigBee網關(協調器)和上位機數據中心三部分組成，其中無線傳感器測控網絡中每個終端節點由一個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、光照等環境參數，且每個ZigBee終端節點(FFD)還可在自己信號覆蓋的范圍內與多個不承擔網絡信息中轉任務的孤立的子節點(RFD)無線連接。

　　系統硬件設計

　　整個系統硬件設計主要包括ZigBee網關(協調器)和無線測控終端GPRS RTU、無線數傳終端DTU設備組成。

　　1、ZigBee網關硬件架構

　　ZigBee網關(協調器)硬件架構如圖所示，其主要功能是完成數據傳輸格式的轉換與數據遠程傳輸，實現ZigBee網絡與Intemet網絡之間的通信連接，并與遠程服務器進行交互功能和對ZigBee網絡的管理。

　　2、無線測控網絡終端節點

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

　　其主要應用設備為遠程測控終端RTU 型號為：JY-RTU6640。

　　3、系統數據傳輸終端

　　采用無線數傳終端 DTU

　　型號： JY-MD

　　工業級GSM/GPRS MODEM JY-MD，是一款基于移動GSM/GPRS網絡平臺，內嵌工業級GSM/GPRS無線模塊的撥號上網設備。產品特別針對工業現場的復雜環境而設計,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據通信。

　　功能結構圖

　　配置軟件　　

　　系統軟件設計

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

　　1、ZigBee網關部分的軟件設計

　　ZigBee網關向下管理無線傳感器測控網絡各個終端節點，向上連接實現和上位機數據中心交互功能，ZigBee網關初始化后首先格式化網絡并選擇信道，建立新的網絡。

　　無線傳感器測控網絡終端節點軟件設計

　　傳感器終端節點的主要工作是數據信息采集、網絡連接并承擔部分路由功能，保持與臨近節點的通信，檢測鏈路狀態等通過無線數傳終端DTU進行數據傳輸。

　　監控軟件顯示

　　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，當設備聯網后，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、聯系人、運行日期、系統服務到期日期、電話、傳真、手機、地址、SIM卡號等信息;

　　3、左上角顯示大棚內的溫度、濕度等;

　　4、窗口下面實時顯示大棚內溫度、濕度等曲線;

　　5、中部文字提示當前設備登陸時間，采集回傳數據的最后時間;

　　歷史記錄

　　用戶可以根據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和相關趨勢;

　　同時查詢的歷史記錄可以導出為excel表格;

　　組態軟件效果圖

　　用戶可以根據需要通過組態軟件來定制程序，這樣界面表現形式更為靈活。

　　結論

　　為了驗證系統參數的動態變化性能，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測界面中有所反映監測界面的右下角實時顯示當前數據變化值，實驗監測界面圖如圖6所示，顯示數據曲線呈跳躍式變化正好說明了系統響應速度快，在很短時間內可以采集環境參數的變化。

　　系統運行效果良好，功耗小、移動性強、被測數據可以實時上傳到上位機進行顯示和記錄。