用于养殖场的无线监测系统
技术领域
本实用新型涉及监测系统技术领域，具体为一种用于养殖场的无线监测系统。
背景技术
随着国内畜牧业的迅速发展，养殖场密闭养殖舍内的环境条件控制越来月重要，养殖场自动化也越来越受到重视。而传统的养殖场监控系统布线复杂容易故障，后期维护成本高。基于此，有必要针对养殖场布线复杂的问题，提供一种用于养殖场的无线监测系统。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于养殖场的无线监测系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种用于养殖场的无线监测系统，包括：
传感器组，用于采集畜舍内部包括温湿度、光照度、二氧化碳、二氧化硫、氨气环境因子；
传感器结点，用于接收传感器组上传的畜舍内部环境因子，并以ZigBee网络与结点控制器进行无线通信；
结点控制器，用于接收传感器组上传的数据信息，对该数据信息进行处理，通过与预设值对比，根据对比结果对现场控制模块进行控制，使该现场控制模块做出相关运行状态的变化，同时以NB-IOT网络与用户终端建立通信；
用户终端，用于实现人机交互以及实时报警；
电源模块，用于该监测系统供电。
优选的，所述传感器结点通信连接有ZigBee路由，所述ZigBee路由通信连接到ZigBee协调器，该ZigBee协调器与结点控制器通信连接。
优选的，所述ZigBee协调器包括控制芯片，该控制芯片包括串口以及射频端口，所述ZigBee协调器通过射频端口与ZigBee路由通信连接，所述结点控制器通过串口与ZigBee协调器连接。
优选的，所述结点控制器连接NB-IoT模块，并通过过NB-IOT网络转Internet网络与用户终端建立通信连接，所述用户终端包括PC终端和移动终端。
优选的，所述传感器组通过单总线或IIC总线与传感器结点连接，包括烟雾传感器、温湿度传感器、光照传感器、NH3传感器、H2S传感器以及CO2传感器。
优选的，所述现场控制模块包括PLC以及PLC控制连接的降温器、加热器、风机、日光灯以及遮光卷帘，所述结点控制器连接有转换设备，该转换设备与PLC控制串行总线连接。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型，通过传感器组负责检测的环境参数，即采集畜舍内部包括温湿度、光照度、二氧化碳、二氧化硫、氨气环境因子，并通过ZigBee网络将数据信息传送到结点控制器，该结点控制器负责将检测的环境参数以无线的方式：NB-IOT网络转Internet网络方式传送给用户终端，用户终端的数据处理PC设备根据参数设置范围发送相关执行机构的启/停控制指令来实现参数远程监测和设备的控制等功能；PC终端负责配置系统初始化信息，实现环境参数设定、接收、显示、存储，移动终端和远程控制等功能。
本实用新型，传感器分布安装在养殖场的畜舍合适位置，由于ZigBee网络通信传输速率保持在100～250kps，传感器可以将采集的环境参数数据通过ZigBee网络传送到结点控制器，而结点控制器则安装在畜舍外一定的距离，保证了结点控制器的安装、运行以及维护，而结点控制器将上传的环境参数数再通过NB-IOT网络转Internet网络方式传送给用户终端，由于NB-IOT网络通信距离在数公里(最远15KM)，而且传输速率可稳定在80～160kps，这样采用ZigBee和NB-IOT组网的方式，NB-IOT可以弥补ZigBee通信距离短，保证了通信距离可以远大3公里，同时NB-IOT传输速接近ZigBee传输速率，可以保证系统的整体传输即时性和流畅性。再通过现场控制模块：主要有泵、风机、卷帘等工业控制机械组成，通过中心控制PLC的指令传给无线继电器组做出相关运行状态的变化。PC终端主要由计算机和组态软件构成，通过组态编程技术，实现和PLC中心控制模块的对接，可提供数据的实时察看、数据报警、预设阀值修改、人工控制等功能。
附图说明
图1为本实用新型系统硬件结构组成框图；
图2为本实用新型ZigBee协调器硬件结构框图；
图3为本实用新型系统(软件)流程图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1～3，本实用新型提供一种技术方案：
一种用于养殖场的无线监测系统，包括：
传感器组，用于采集畜舍内部包括温湿度、光照度、二氧化碳、二氧化硫、氨气环境因子；
传感器结点，用于接收传感器组上传的畜舍内部环境因子，并以ZigBee网络与结点控制器进行无线通信；
结点控制器，用于接收传感器组上传的数据信息，对该数据信息进行处理，通过与预设值对比，根据对比结果对现场控制模块进行控制，使该现场控制模块做出相关运行状态的变化，同时以NB-IOT网络与用户终端建立通信；
用户终端，用于实现人机交互以及实时报警；
电源模块，用于该监测系统供电。
具体的，所述传感器结点通信连接有ZigBee路由，所述ZigBee路由通信连接到ZigBee协调器，该ZigBee协调器与结点控制器通信连接。
具体的，所述ZigBee协调器包括控制芯片，该控制芯片包括串口以及射频端口，所述ZigBee协调器通过射频端口与ZigBee路由通信连接，所述结点控制器通过串口与ZigBee协调器连接。
具体的所述结点控制器连接NB-IoT模块，并通过过NB-IOT网络转Internet网络与用户终端建立通信连接，所述用户终端包括PC终端和移动终端。
具体的，所述传感器组通过单总线或IIC总线与传感器结点连接，包括烟雾传感器、温湿度传感器、光照传感器、NH3传感器、H2S传感器以及CO2传感器。
具体的，所述现场控制模块包括PLC以及PLC控制连接的降温器、加热器、风机、日光灯以及遮光卷帘，所述结点控制器连接有转换设备，该转换设备与PLC控制串行总线连接。
如图1所示，该系统主要包括传感器组、ZigBee协调器、结点控制器、现场控制模块以及用户终端。传感器组主要有各种检测传感器，负责检测的环境参数，即采集畜舍内部包括温湿度、光照度、二氧化碳、二氧化硫、氨气环境因子，并通过ZigBee网络将数据信息传送到结点控制器，该结点控制器负责将检测的环境参数以无线的方式：NB-IOT网络转Internet网络方式传送给用户终端，用户终端的数据处理PC设备根据参数设置范围发送相关执行机构的启/停控制指令来实现参数远程监测和设备的控制等功能；用户终端包括PC终端和移动终端，PC终端负责配置系统初始化信息，实现环境参数设定、接收、显示、存储，移动终端和远程控制等功能。
该系统，传感器组包括烟雾传感器、温湿度传感器、光照传感器、NH3传感器、H2S传感器以及CO2传感器，这些传感器通过不同区域的组合设置实现对现场环境的整体监控，并为相关系统的控制提供参数依据。通过单总线或IIC总线的连接方式将环境检测参数：温湿度、光照度、二氧化碳、二氧化硫和氨气上传至传感器结点，然后该结点再通过ZigBee路由将数据以ZigBee网络传递到ZigBee协调器，通过ZigBee协调器传至结点控制器，结点控制器通过：NB-IOT网络转Internet网络方式传送给用户终端，通过用户终端的PC终端借助内置的软件实时采集值与用户设定值进行比较，若采集值窄设定值范围内，则维持当前状态；若采集值在设定值的范围外，则产生相关报警指示；同时将相关设备的控制指令传递给现场结点控制器，通过结点控制器对现场控制模块：包括PLC以及PLC控制连接的降温器、加热器、风机、日光灯以及遮光卷帘设备的启/停控制，从而实现畜禽环境的智能控制。
本实用新型中，传感器组采用灵敏度高，且技术成熟，以便节省养殖场建设、使用成本，同时在故障时便于维护和更换，具体型号如下：烟雾传感器MQ-2、温湿度传感器DHT-21、光照传感器GY-30、NH3传感器MQ-137、H2S传感器MQ-136、CO2传感器MQ-136。
本实用新型中，ZigBee路由、控制芯片采用CC2530芯片，该芯片是一种片上系统，集成了8051内核和2.4GHz标准射频收发器，支持ZigBee和IEEE802.15.4等多种标准，工业中得到了广泛应用。ZigBee协调器是传感器网络的核心，起着连接ZigBee路由和结点控制器的作用，负责建立无线网络和数据传输。其硬件结构图如图2所示。控制芯片将多种功能电路(RF、MCU、ADC、存储器等)集成在其内部，需外接元件较少同。协调器节点对整个系统稳定性和可靠性起着关键作用。为保障协调节点正常通信，选用MAX3232芯片组成串口通信电路来实现TTL电平和RS232电平之间的相互转换，工作电压在3～5.5V之间。
本实用新型中，结点控制器选用ST公司的STM32100ZET6，具有丰富的硬件资源和大容量Flash，具有工作频率高,处理能力强，执行速度快的优点。NB-IOT模组选用BC95-B5模块，工作电压为3.1-4.2V，典型值为3.6V，与主控芯片USART2连接,该模组支持UDP和COAP协议,使用中国电信的NB卡，通过发送AT指令来实现模组的工作状态查询、与服务器进行数据交互等功能。该模组具有CONNECT，IDLE和PSM3种工作模式，通过切换工作模式能够大大降低功耗，IDLE状态下电流为6mA，PSM状态下电流仅为5uA。BC95模组共有94个引脚,包括电源供电，串口，射频，ADC模数转换，USIM卡等接口。电源供电VBAT引脚并联钽电容和滤波电容提高电源性能，射频电路使用π型匹配电路，保障射频信号良好。在USIM卡接口电路中的USIMRST、USIMCLK和USIM DATA引脚通过并联电容滤除射频干扰。
本实用新型中，结点控制器采用NB-IOT模组将传感网络收集的数据先发送到NB-IOT网络，再发送数据到Internet网络，完成了协议转换。再将数据发送到PC终端和移动终端，而移动终端包括手机APP或iPad等。PC终端完成数据的存储与处理，形成控制策略，显示环境参数，完成指令的下发并在参数异常时提示。电源模块中，采用5V电压的USB供电，采用LM1117-ADJ将5V转为3.6V为BC-95模组供电，采用LM1117-3.3将5V转为3.3V为STM32芯片和CC2530芯片供电。
本实用新型中，PLC可编程控制器选用台达DVPI6ES200R系列可编程控制器，PLC是整个系统的核心，通过PLC采集现场各种传感器传回数据，并通过预设的阀值自动匹配相关控制节点的运行状态。加设工业触摸屏实现现场的数据查看和人工操作。现场控制模块主要有泵、风机、卷帘等工业控制机械组成，通过中心控制PLC的指令传给无线继电器组做出相关运行状态的变化。PC终端主要由计算机和组态软件构成，通过组态编程技术，实现和PLC中心控制模块的对接，可提供数据的实时察看、数据报警、预设阀值修改、人工控制等功能。系统上位机和下位机软件使用KEIL软件编写；监控软件基于微软WPF技术采用C#语言进行实现，包括用户登录、权限管理、数据查询、数据显示等模块，具有环境参数显示，历史数据查询，环境参数阈值设定，异常报警等功能。
本实用新型，通过传感器组负责检测的环境参数，即采集畜舍内部包括温湿度、光照度、二氧化碳、二氧化硫、氨气环境因子，并通过ZigBee网络将数据信息传送到结点控制器，该结点控制器负责将检测的环境参数以无线的方式：NB-IOT网络转Internet网络方式传送给用户终端，用户终端的数据处理PC设备根据参数设置范围发送相关执行机构的启/停控制指令来实现参数远程监测和设备的控制等功能；PC终端负责配置系统初始化信息，实现环境参数设定、接收、显示、存储，移动终端和远程控制等功能。
本实用新型，传感器分布安装在养殖场的畜舍合适位置，由于ZigBee网络通信传输速率保持在100～250kps，传感器可以将采集的环境参数数据通过ZigBee网络传送到结点控制器，而结点控制器则安装在畜舍外一定的距离，保证了结点控制器的安装、运行以及维护，而结点控制器将上传的环境参数数再通过NB-IOT网络转Internet网络方式传送给用户终端，由于NB-IOT网络通信距离在数公里，而且传输速率可稳定在80～160kps，这样采用ZigBee和NB-IOT组网的方式，NB-IOT可以弥补ZigBee通信距离短，保证了通信距离可以远达3公里，同时NB-IOT传输速接近ZigBee传输速率，可以保证系统的整体传输即时性和流畅性。再通过现场控制模块：主要有泵、风机、卷帘等工业控制机械组成，通过中心控制PLC的指令传给无线继电器组做出相关运行状态的变化。PC终端主要由计算机和组态软件构成，通过组态编程技术，实现和PLC中心控制模块的对接，可提供数据的实时察看、数据报警、预设阀值修改、人工控制等功能。
本实用新型，传感器组、ZigBee协调器、结点控制器、NB-IOT模组等是本领域技术人员根据所熟知的电气知识也可选用其他型号，只要能够实现本方案即可，在此型号不做限定，其他未示出的可与有技术相同，此处不再详述。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
