專利名稱：應(yīng)用于溫室環(huán)境監(jiān)控的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能網(wǎng)關(guān)的制作方法
應(yīng)用于溫室環(huán)境監(jiān)控的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能網(wǎng)關(guān)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)設(shè)施領(lǐng)域，尤其是應(yīng)用于溫室環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，具體地說是一種應(yīng)用于溫室環(huán)境監(jiān)控的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能網(wǎng)關(guān)。
背景技術(shù)：
目前，在社會生產(chǎn)生活中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)、工業(yè)監(jiān)控、智能家居等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用，然而網(wǎng)關(guān)性能的優(yōu)越與否直接制約著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)與通信性能。
當(dāng)下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中所使用的網(wǎng)關(guān)，大多除需布置通信網(wǎng)絡(luò)線外，還必須鋪設(shè)供電電源線，不但成本高、施工繁瑣還易造成信號干擾；而且當(dāng)前所普遍使用的網(wǎng)關(guān)大多存在傳輸速率慢、傳輸效率低、互聯(lián)網(wǎng)接入方式單一等缺點，這給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的推廣應(yīng)造成的很大的局限性，且當(dāng)前所普遍使用的網(wǎng)關(guān)大多傳輸速率不高，效率較低，互聯(lián)網(wǎng)接入方式也較單一。因而設(shè)計具有線路簡單、數(shù)據(jù)傳輸效率高、互聯(lián)網(wǎng)接入方便等于一體的智能網(wǎng)關(guān)已成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的重要課題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有網(wǎng)關(guān)傳輸速率慢、傳輸效率低、互聯(lián)網(wǎng)接入方式單一的問題，提出一種應(yīng)用于溫室環(huán)境監(jiān)控的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能網(wǎng)關(guān)，滿足線路簡單、數(shù)據(jù)傳輸效率高和互聯(lián)網(wǎng)接入方便的要求。
本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種應(yīng)用于溫室環(huán)境監(jiān)控的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能網(wǎng)關(guān)，它包括處理器、由RS485 接口、RS232接口、RJ45接口和3G模塊構(gòu)成的與遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行通信的通信單元和與終端處理模塊進(jìn)行通信的射頻模塊，所述的RS485接口、RS232接口、RJ45接口和3G模塊通過相應(yīng)設(shè)備接收遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)送的信息采集命令，并且傳輸給處理器；處理器對命令進(jìn)行判斷， 選擇轉(zhuǎn)發(fā)策略，緊接著將命令傳輸給射頻模塊；射頻模塊接收到命令后，對命令進(jìn)行解析， 根據(jù)命令中攜帶的網(wǎng)絡(luò)地址將命令轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的終端處理模塊，之后接收終端處理模塊發(fā)回的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給處理器；處理器根據(jù)前面確定的轉(zhuǎn)發(fā)策略，通過3G模塊發(fā)給遠(yuǎn)程服務(wù)器。
本發(fā)明的智能網(wǎng)關(guān)還包括USB接口、JTAG接口、SD卡、電源模塊、電源轉(zhuǎn)換單元和網(wǎng)口控制器。
本發(fā)明的處理器為STM32模塊，射頻模塊為CCl 100，3G模塊為CDMAEVD0，通信采用 CDMA EVDO技術(shù)，終端處理模塊為CCllOOZigbee無線射頻模塊，包括多個傳感器、終端射頻模塊和終端處理器，用于進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸；終端處理模塊對接到命令進(jìn)行解析，如果是采集傳感器數(shù)據(jù)的命令，則啟動相應(yīng)的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并對其進(jìn)行常規(guī)處理，進(jìn)而打包并轉(zhuǎn)發(fā)給射頻模塊；射頻模塊接到數(shù)據(jù)便轉(zhuǎn)發(fā)給處理器；處理器接到數(shù)據(jù)，根據(jù)前面確定的轉(zhuǎn)發(fā)策略，通過3G模塊3發(fā)給遠(yuǎn)程服務(wù)器。
本發(fā)明的智能網(wǎng)關(guān)的供電方式包括以太網(wǎng)供電Ρ0Ε、電池和市電三種智能網(wǎng)關(guān)通過RJ45接口與服務(wù)器通信時，通過POE技術(shù)供電；
當(dāng)采用RS485或者RS232通信時，通過市電供電；
當(dāng)采用3G模塊通信時，采用電池供電。
本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)啟動后進(jìn)行面向服務(wù)器的上行通信時，需要判斷網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器之間采用的通信連接方式，具體包括以下步驟
首選通過檢查網(wǎng)關(guān)是否是RS485連接，通過RS485接口向服務(wù)器發(fā)送請求確認(rèn)是否為RS485連接的命令，如果返回連接成功，則確認(rèn)為RS485連接，如果返回連接錯誤，則跳轉(zhuǎn)檢查系統(tǒng)是否采用RS232通信；
通過RS232接口向服務(wù)器發(fā)送請求確認(rèn)是否為RS232連接的命令，如果返回連接成功，則確認(rèn)為RS232連接，如果返回連接錯誤，則跳轉(zhuǎn)檢查系統(tǒng)是否采用以太網(wǎng)通信；
創(chuàng)建Socket客戶端，連接服務(wù)器，如果沒有連接上服務(wù)器，則回到開始重新進(jìn)行判斷，如果連接上服務(wù)器，則向服務(wù)器發(fā)送請求確認(rèn)是否為以太網(wǎng)連接的命令，如果返回連接成功，則確認(rèn)服務(wù)器采用的是以太網(wǎng)連接方式；
如果返回連接錯誤，則向服務(wù)器發(fā)送請求確認(rèn)是否為3G連接的命令，如果返回連接成功，則確認(rèn)服務(wù)器采用的是3G通信方式，否則回到程序開始，依次從RS485、RS232、以太網(wǎng)至3G通信方式重新開始判斷，如果一段時間內(nèi)仍舊不能找到通暢的通信連接，則創(chuàng)建嵌入式數(shù)據(jù)庫，將采集的數(shù)據(jù)存儲在SD卡上。
本發(fā)明的智能網(wǎng)關(guān)面向溫室信息監(jiān)控的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議分上行路由和下行路由兩部分；上行路由負(fù)責(zé)監(jiān)測溫室環(huán)境信息，下行路由負(fù)責(zé)傳輸溫室控制指令。
本發(fā)明的上行路由部分中，各終端處理模塊作為節(jié)點部署到網(wǎng)絡(luò)后，自動獲取預(yù)先設(shè)定的地址編號，按照地址編號沿平行向右方向向網(wǎng)關(guān)發(fā)送消息，該消息包含節(jié)點的地址和剩余能量，網(wǎng)關(guān)收到所有節(jié)點的地址和剩余能量信息后，計算每個節(jié)點到達(dá)網(wǎng)關(guān)的所有可能路徑的代價函數(shù)；m
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于溫室環(huán)境監(jiān)控的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能網(wǎng)關(guān)，其特征是它包括處理器、由 RS485接口、RS232接口、RJ45接口和3G模塊構(gòu)成的與遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行通信的通信單元和與終端處理模塊進(jìn)行通信的射頻模塊，所述的RS485接口、RS232接口、RJ45接口和3G模塊通過相應(yīng)設(shè)備接收遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)送的信息采集命令，并且傳輸給處理器；處理器對命令進(jìn)行判斷，選擇轉(zhuǎn)發(fā)策略，緊接著將命令傳輸給射頻模塊；射頻模塊接收到命令后，對命令進(jìn)行解析，根據(jù)命令中攜帶的網(wǎng)絡(luò)地址將命令轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的終端處理模塊，之后接收終端處理模塊發(fā)回的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給處理器；處理器根據(jù)前面確定的轉(zhuǎn)發(fā)策略，通過3G模塊發(fā)給遠(yuǎn)程服務(wù)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于溫室環(huán)境監(jiān)控的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能網(wǎng)關(guān)，其特征是所述的智能網(wǎng)關(guān)還包括USB接口、JTAG接口、SD卡、電源模塊、電源轉(zhuǎn)換單元和網(wǎng)口控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于溫室環(huán)境監(jiān)控的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能網(wǎng)關(guān)，其特征是所述的處理器為STM32模塊，射頻模塊為CCl 100，3G模塊為CDMAEVD0，通信采用CDMA EVDO 技術(shù)，終端處理模塊為CCllOOZigbee無線射頻模塊，包括多個傳感器、終端射頻模塊和終端處理器，用于進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸；終端處理模塊對接到命令進(jìn)行解析，如果是采集傳感器數(shù)據(jù)的命令，則啟動相應(yīng)的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并對其進(jìn)行常規(guī)處理，進(jìn)而打包并轉(zhuǎn)發(fā)給射頻模塊；射頻模塊接到數(shù)據(jù)便轉(zhuǎn)發(fā)給處理器；處理器接到數(shù)據(jù)，根據(jù)前面確定的轉(zhuǎn)發(fā)策略，通過3G模塊3發(fā)給遠(yuǎn)程服務(wù)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于溫室環(huán)境監(jiān)控的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能網(wǎng)關(guān)，其特征是所述的智能網(wǎng)關(guān)的供電方式包括以太網(wǎng)供電Ρ0Ε、電池和市電三種當(dāng)采用以太網(wǎng)通信即智能網(wǎng)關(guān)通過RJ45接口與服務(wù)器通信時，通過POE技術(shù)供電；當(dāng)采用RS485或者RS232通信時，通過市電供電；當(dāng)采用3G模塊通信時，采用電池供電。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于溫室環(huán)境監(jiān)控的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能網(wǎng)關(guān)，其特征是該網(wǎng)關(guān)啟動后進(jìn)行面向服務(wù)器的上行通信時，需要判斷網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器之間采用的通信連接方式，具體包括以下步驟首選通過檢查網(wǎng)關(guān)是否是RS485連接，通過RS485接口向服務(wù)器發(fā)送請求確認(rèn)是否為 RS485連接的命令，如果返回連接成功，則確認(rèn)為RS485連接，如果返回連接錯誤，則跳轉(zhuǎn)檢查系統(tǒng)是否采用RS232通信；通過RS232接口向服務(wù)器發(fā)送請求確認(rèn)是否為RS232連接的命令，如果返回連接成功， 則確認(rèn)為RS232連接，如果返回連接錯誤，則跳轉(zhuǎn)檢查系統(tǒng)是否采用以太網(wǎng)通信；創(chuàng)建Socket客戶端，連接服務(wù)器，如果沒有連接上服務(wù)器，則回到開始重新進(jìn)行判斷， 如果連接上服務(wù)器，則向服務(wù)器發(fā)送請求確認(rèn)是否為以太網(wǎng)連接的命令，如果返回連接成功，則確認(rèn)服務(wù)器采用的是以太網(wǎng)連接方式；如果返回連接錯誤，則向服務(wù)器發(fā)送請求確認(rèn)是否為3G連接的命令，如果返回連接成功，則確認(rèn)服務(wù)器采用的是3G通信方式，否則回到程序開始，依次從RS485、RS232、以太網(wǎng)至3G通信方式重新開始判斷，如果一段時間內(nèi)仍舊不能找到通暢的通信連接，則創(chuàng)建嵌入式數(shù)據(jù)庫，將采集的數(shù)據(jù)存儲在SD卡上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于溫室環(huán)境監(jiān)控的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能網(wǎng)關(guān)，其特征是該智能網(wǎng)關(guān)面向溫室信息監(jiān)控的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議分上行路由和下行路由兩部分；上行路由負(fù)責(zé)監(jiān)測溫室環(huán)境信息，下行路由負(fù)責(zé)傳輸溫室控制指令。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用于溫室環(huán)境監(jiān)控的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能網(wǎng)關(guān)，其特征是在上行路由部分中，各終端處理模塊作為節(jié)點部署到網(wǎng)絡(luò)后，自動獲取預(yù)先設(shè)定的地址編號，按照地址編號沿平行向右方向向網(wǎng)關(guān)發(fā)送消息，該消息包含節(jié)點的地址和剩余能量，網(wǎng)關(guān)收到所有節(jié)點的地址和剩余能量信息后，計算每個節(jié)點到達(dá)網(wǎng)關(guān)的所有可能路徑的代價函數(shù)；
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用于溫室環(huán)境監(jiān)控的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能網(wǎng)關(guān)，其特征是當(dāng)側(cè)重數(shù)據(jù)采集實時性時，a值大于0. 5，當(dāng)側(cè)重延長網(wǎng)絡(luò)壽命時，a值小于0. 5。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用于溫室環(huán)境監(jiān)控的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能網(wǎng)關(guān)，其特征是所述的路由協(xié)議中采用睡眠調(diào)度機(jī)制降低節(jié)點功耗，具體步驟為在溫室環(huán)境中，設(shè)定每5 分鐘采集一次數(shù)據(jù)，并設(shè)定1分鐘時間供節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)，6分鐘后節(jié)點自動進(jìn)入睡眠狀態(tài)， 關(guān)閉射頻模塊，5分鐘后自動喚醒節(jié)點采集信息并開啟射頻模塊傳輸數(shù)據(jù)；網(wǎng)關(guān)每隔1小時重新計算優(yōu)化路徑，沿坐標(biāo)軸向右的方向發(fā)送信息，該信息包括當(dāng)前時間信息用于時間同步和最優(yōu)路徑信息進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用于溫室環(huán)境監(jiān)控的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能網(wǎng)關(guān)，其特征是在下行路由部分中，網(wǎng)關(guān)始終按照地址格式沿坐標(biāo)軸向右的方向發(fā)送指令，如果節(jié)點已經(jīng)失效，上一跳節(jié)點將隨機(jī)性沿y軸向上或向下進(jìn)行Z字型轉(zhuǎn)發(fā)，即數(shù)據(jù)到達(dá)向上或向下的這跳節(jié)點后會繼續(xù)按照地址格式向右轉(zhuǎn)發(fā)指令。
全文摘要
一種應(yīng)用于溫室環(huán)境監(jiān)控的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能網(wǎng)關(guān)，包括處理器、由RS485接口、RS232接口、RJ45接口和3G模塊構(gòu)成的與服務(wù)器通信的單元和射頻模塊，所述的RS485接口、RS232接口、RJ45接口和3G模塊通過相應(yīng)設(shè)備接收遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)送的信息采集命令，并且傳輸給處理器；處理器對命令進(jìn)行判斷，選擇轉(zhuǎn)發(fā)策略，緊接著將命令傳輸給射頻模塊；射頻模塊接收到命令后，對命令進(jìn)行解析，根據(jù)命令中攜帶的網(wǎng)絡(luò)地址將命令轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的終端處理模塊，之后接收終端處理模塊發(fā)回的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給處理器；處理器根據(jù)前面確定的轉(zhuǎn)發(fā)策略，通過3G模塊發(fā)給遠(yuǎn)程服務(wù)器。本發(fā)明具有線路簡單、數(shù)據(jù)傳輸效率高和互聯(lián)網(wǎng)接入方便的優(yōu)點。
文檔編號H04L12/10GK102547942SQ20121003999
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月21日
發(fā)明者劉政, 劉永華, 劉龍申, 孫玉文, 張陽, 施國杰, 沈明霞, 熊迎軍, 路順濤, 陸明洲, 陳林鋒 申請人:南京農(nóng)業(yè)大學(xué)