發布日期：2022-05-20 點擊率：75
智能溫室系統是一種結合了計算機自控技術、智能傳感技術等高科技手段的資源節約型高效設施農業技術，它主要是根據環境的溫度、濕度、二氧化碳含量、光照、雨量以及土壤狀況等因素，來控制溫室內的各項指標和各種營養元素配方，以創造出適合作物生長的最佳環境。很顯然如何能夠準確、穩定、方便的得到這些環境信息就成為整套系統的關鍵。隨著近幾年短距離無線通信的發展，新興的無線傳感網技術為智能溫室系統中的傳感環節提供了有力的技術保障。
北京威訊紫晶科技有限公司依靠多年來在短程無線通信標準、芯片和產品技術領域的積累，獨立研發了能夠支持大規模自組織、自維護無線傳感網絡的協議棧，即USSN（Ultra-Scale Sensor Networks）技術，并以此技術為基礎開發了具有自主獨立知識產權的智能溫室無線溫濕度采集系統，能夠提供全天候、無人看守、免維護且不依賴電源的無線溫濕度采集服務。
USSN是指由若干無線采集終端通過無線方式互相連接成的網絡。如果在一定范圍內設有若干個無線采集終端，任意一點的數據都可以被其他鄰近的節點轉發。數據轉發可以倍數增加兩點間的通信距離，且擴大網絡覆蓋范圍。終端數據最終通過網絡傳遞后匯集到數據收集端，再由收集端通過其他通訊協議和方式傳送給上位機，其示意結構如下圖：
系統意義：
智能溫室是智能化控制系統應用到大棚種植上的結果，利用最先進的技術，模擬出最適合棚內植物生長的環境。與人工控制相比，智能控制最大的好處就是能夠相對恒定的控制大棚內部的環境，對于環境要求比較高的植物來說，更能避免因為人為因素而造成生產損失。智能化控制系統將極大的提高產量和質量，尤其是對于檔次較高的經濟作物。
功能描述：
整套系統由無線數據采集器、無線開關控制器、無線數據網關（可多個）、PC和網絡服務器（可選）組成。網關與采集器和控制器采用USSN傳感網技術進行無線連接，每個網關下面可同時連接上百個終端設備，且所有終端自動組網，同步工作。網關與PC或網絡服務器則通過以太網或移動通訊網絡連接。
采集終端集成了高精度溫濕度傳感器。所有終端之間采用無線連接方式，并且可全部使用電池供電，免去了電源線和數據線的安裝問題，使其隨意更換位置成為可能。在實際應用中，采集終端可以根據實際需求集成溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度和土壤環境等各種傳感器。
無線傳感器數據采集器裝有預留端子，可根據需要外接土壤溫濕度、光照等多種傳感器。
無線線開關控制器可與原有電控系統并聯，可用于控制卷膜機、卷簾機、風機、灌溉裝置等。
網關在系統中處于核心地位，所有傳感器采集的數據都要匯集到網關中，所有對終端的控制指令也都要通過網關向下發送。網關內置了強大的操作系統，可對網絡和數據進行維護和儲存。PC機通過網線或局域網直接登陸網關后，可進行系統設置、采集網絡管理、查看數據、繪制圖表、導出數據等操作。網關同時具備遠傳能力，通過局域網或3G將所有的配置數據和采集數據一并傳到網絡服務器上，此種模式支持多用戶同時登陸網絡服務器對網關的數據進行查看。
無線數據網關和網絡服務器都提供了功能強大，且界面友好的軟件。用戶根據不同操作權限登陸網關或網絡服務器后，可進行系統設置、采集網絡管理、查看數據、繪制圖表、導出數據、報警管理等操作。
典型應用：
我們以集中式大棚養殖為例，來講解無線溫濕度采集系統在實際中的典型應用，請見下圖：
在實際大棚種植中，各區域可能養殖不同的農作物，他們對于溫濕度的要求不盡相同，所以需要定時的對這些指標進行檢測，以便采取相應的措施，為作物提供最合適的生長環境。根據實際檢測的需求，可以將無線溫濕度采集終端安裝在相應的位置，所有的溫濕度采集終端全部采用電池供電，并且通過無線方式進行數據傳送，所以無需考慮電源線和數據線的安裝問題，可以做到即插即用。
在安裝過程中，需要確保每個終端都可以連接到無線網絡中。如果有個別監測點位置距離較遠，可考慮在通訊路徑中增加終端個數，轉發較遠終端的數據，保證網絡工作穩定。
所有終端被正常安裝后，會根據數據收集器的指令自動組建無線網絡，按照預設的時間間隔采集溫濕度值，并把數據匯集到無線數據網關中。最終所有的數據會通過GPRS或3G網絡傳送到遠端的管理中心。
每一個這樣的網絡都可以容納幾百甚至上千個采集終端，每個大區域內配備一個網關，數據有效上傳，不會發生碰撞及丟失，網關將數據及時傳至大網中，只要通過網絡訪問網關，即可隨時獲取數據。
系統特點：
系統采用3G+USSN的全無線架構，無需布線施工，維護成本低
USSN無線傳感器網絡技術符合IEEE802.15.4C國際標和CWPAN國家標準，綠色、環保、無輻射
USSN傳感網具有全網同步的超低功耗特性，節能的傳感器節點使用普通電池供電可工作1年以上
網絡自動負載均衡，網絡內所有無線節點功耗可評估，且功耗相仿
自動組網、自維護、網絡連接可視，全天候穩定運行，無需人工干涉
所有的無線采集器安裝簡便，即插即用，可以任意改變安裝位置，不受線纜的束縛
良好的網絡擴展能力，隨意增加和減少采集終端數量，同一網絡中可支持幾百個采集器和控制器
跳頻和加密認證機制，保證系統安全可靠運行
管理方式多樣，用戶可通過直接訪問網關或網絡服務器對所有的監控進行管理
管理軟件界面友好，且功能強大，保證數據的記錄、分析及時準確，系統穩定可靠
無線傳感網獨立工作，無需繳納任何費用，多采集器數據統一通過一個網關發送，節省3G流量費。
技術指標：
*為滿足系統的普遍需求，系統終端只集成溫濕度傳感器，其他傳感器可定制。
溫濕度采集終端：高精度溫濕度傳感器
溫度測量：范圍 -20℃～100℃ 精度 +0.4℃
濕度測量：范圍 0%～99% 精度 +3%
射頻參數：工作頻段 ISM 2.4GHz 發射功率 1mW
通訊距離：兩點間室內30米，室外100米
能耗指標：采集間隔15分鐘時，采用兩節南孚AA1.5V電池可工作2年，時間根據采集間隔和實際環境浮動
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