智能温室无线温湿度采集系统方案

　　智能温室系统是一种结合了计算机自控技术、智能传感技术等高科技手段的资源节约型高效设施农业技术，它主要是根据环境的温度、湿度、二氧化碳含量、光照、雨量以及土壤状况等因素，来控制温室内的各项指标和各种营养元素配方，以创造出适合作物生长的最佳环境。很显然如何能够准确、稳定、方便的得到这些环境信息就成为整套系统的关键。随着近几年短距离无线通信的发展，新兴的无线传感网技术为智能温室系统中的传感环节提供了有力的技术保障。
 
　　北京威讯紫晶科技有限公司依靠多年来在短程无线通信标准、芯片和产品技术领域的积累，独立研发了能够支持大规模自组织、自维护无线传感网络的协议栈，即USSN（Ultra-Scale Sensor Networks）技术，并以此技术为基础开发了具有自主独立知识产权的智能温室无线温湿度采集系统，能够提供全天候、无人看守、免维护且不依赖电源的无线温湿度采集服务。

　　USSN是指由若干无线采集终端通过无线方式互相连接成的网络。如果在一定范围内设有若干个无线采集终端，任意一点的数据都可以被其他邻近的节点转发。数据转发可以倍数增加两点间的通信距离，且扩大网络覆盖范围。终端数据最终通过网络传递后汇集到数据收集端，再由收集端通过其他通讯协议和方式传送给上位机，其示意结构如下图： 

　　系统意义： 
　　智能温室是智能化控制系统应用到大棚种植上的结果，利用最先进的技术，模拟出最适合棚内植物生长的环境。与人工控制相比，智能控制最大的好处就是能够相对恒定的控制大棚内部的环境，对于环境要求比较高的植物来说，更能避免因为人为因素而造成生产损失。智能化控制系统将极大的提高产量和质量，尤其是对于档次较高的经济作物。

　　功能描述：
　　整套系统由无线数据采集器、无线开关控制器、无线数据网关（可多个）、PC和网络服务器（可选）组成。网关与采集器和控制器采用USSN传感网技术进行无线连接，每个网关下面可同时连接上百个终端设备，且所有终端自动组网，同步工作。网关与PC或网络服务器则通过以太网或移动通讯网络连接。

　　采集终端集成了高精度温湿度传感器。所有终端之间采用无线连接方式，并且可全部使用电池供电，免去了电源线和数据线的安装问题，使其随意更换位置成为可能。在实际应用中，采集终端可以根据实际需求集成温度、湿度、光照、二氧化碳浓度和土壤环境等各种传感器。

　　无线传感器数据采集器装有预留端子，可根据需要外接土壤温湿度、光照等多种传感器。
 
　　无线线开关控制器可与原有电控系统并联，可用于控制卷膜机、卷帘机、风机、灌溉装置等。

　　网关在系统中处于核心地位，所有传感器采集的数据都要汇集到网关中，所有对终端的控制指令也都要通过网关向下发送。网关内置了强大的操作系统，可对网络和数据进行维护和储存。PC机通过网线或局域网直接登陆网关后，可进行系统设置、采集网络管理、查看数据、绘制图表、导出数据等操作。网关同时具备远传能力，通过局域网或3G将所有的配置数据和采集数据一并传到网络服务器上，此种模式支持多用户同时登陆网络服务器对网关的数据进行查看。 

　　无线数据网关和网络服务器都提供了功能强大，且界面友好的软件。用户根据不同操作权限登陆网关或网络服务器后，可进行系统设置、采集网络管理、查看数据、绘制图表、导出数据、报警管理等操作。

　　典型应用：
　　我们以集中式大棚养殖为例，来讲解无线温湿度采集系统在实际中的典型应用，请见下图：  

　　在实际大棚种植中，各区域可能养殖不同的农作物，他们对于温湿度的要求不尽相同，所以需要定时的对这些指标进行检测，以便采取相应的措施，为作物提供最合适的生长环境。根据实际检测的需求，可以将无线温湿度采集终端安装在相应的位置，所有的温湿度采集终端全部采用电池供电，并且通过无线方式进行数据传送，所以无需考虑电源线和数据线的安装问题，可以做到即插即用。

　　在安装过程中，需要确保每个终端都可以连接到无线网络中。如果有个别监测点位置距离较远，可考虑在通讯路径中增加终端个数，转发较远终端的数据，保证网络工作稳定。
所有终端被正常安装后，会根据数据收集器的指令自动组建无线网络，按照预设的时间间隔采集温湿度值，并把数据汇集到无线数据网关中。最终所有的数据会通过GPRS或3G网络传送到远端的管理中心。

　　每一个这样的网络都可以容纳几百甚至上千个采集终端，每个大区域内配备一个网关，数据有效上传，不会发生碰撞及丢失，网关将数据及时传至大网中，只要通过网络访问网关，即可随时获取数据。

　　系统特点： 
　　系统采用3G+USSN的全无线架构，无需布线施工，维护成本低
　　USSN无线传感器网络技术符合IEEE802.15.4C国际标和CWPAN国家标准，绿色、环保、无辐射
　　USSN传感网具有全网同步的超低功耗特性，节能的传感器节点使用普通电池供电可工作1年以上
　　网络自动负载均衡，网络内所有无线节点功耗可评估，且功耗相仿
　　自动组网、自维护、网络连接可视，全天候稳定运行，无需人工干涉
　　所有的无线采集器安装简便，即插即用，可以任意改变安装位置，不受线缆的束缚
　　良好的网络扩展能力，随意增加和减少采集终端数量，同一网络中可支持几百个采集器和控制器
　　跳频和加密认证机制，保证系统安全可靠运行
　　管理方式多样，用户可通过直接访问网关或网络服务器对所有的监控进行管理
　　管理软件界面友好，且功能强大，保证数据的记录、分析及时准确，系统稳定可靠
　　无线传感网独立工作，无需缴纳任何费用，多采集器数据统一通过一个网关发送，节省3G流量费。

　　技术指标：
　　*为满足系统的普遍需求，系统终端只集成温湿度传感器，其他传感器可定制。
　　温湿度采集终端：高精度温湿度传感器
　　温度测量：范围 -20℃～100℃        精度 +0.4℃
　　湿度测量：范围 0%～99%        精度 +3%
　　射频参数：工作频段 ISM 2.4GHz     发射功率 1mW
　　通讯距离：两点间室内30米，室外100米
　　能耗指标：采集间隔15分钟时，采用两节南孚AA1.5V电池可工作2年，时间根据采集间隔和实际环境浮动