基本信息
- 项目名称：
- 基于无线传感器网络和GSM、语音控制的温室环境监测系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 基于ZigBee技术的无线传感器网络和语音控制实现对温室环境的监控，无线传感器网络实现了温室环境参数的实时采集和无线发送接收，语音控制快捷灵活地实现了温室中一切相关操作。该系统结构精简，有效减少了线缆连接，延长执行器件的寿命，同时具有应用灵活、易于扩展等优点。
- 详细介绍：
- 一、本作品整体功能简述 基于无线传感器网络和GSM、语音控制的温室环境监测系统：完成了以C8051f020为主控制器，以ZigBee为数据无线传输中介，以LD3320为语音处理器，以TC35i为GSM模块的的温室环境无线语音监控系统。 二、本作品各主要功能模块简述 1、语音控制： LD3320为语音控制模块的识别处理器，通过SPI通信协议将语音识别结果传输给主控制器，主控制器根据所得结果作出相应的控制。 2、无线传感器网络： （1）ZigBee作为无线传输技术将传感器数据传输给数据网关，数据网关再将数据传输给主控器，主控器将数据分配到相对应的存储空间内进行相应的处理。 （2）无线传感器网络的数据网关： 收集汇总各传感器节点采集的数据，并通过异步串口通讯协议将其传输给主控制器或者上位机。 3、GSM传输模块： 采用西门子公司的TC35iGSM模块，内部工作电压为3.3V，单片机通过UART异步串口通信和GSM通信， UART比SPI的传输速度要快，误码率要小，这样实现了系统报警时向户主发送通知消息的功能。 三、本作品上位机界面功能简述 1、上位机主界面： 主界面实现对温室环境的监测显示，主要包含各参数曲线图显示、节点信号强度显示以及节点拓扑结构（星型或树型）的显示。 2、上位机温度监测显示界面： 此界面实时监测各节点的温度并显示温度示数，而且各节点背景色还跟据温度的变化而发生相应的变化。 3、上位机光照监测显示界面： 此界面实时监测各节点光照强度并显示相应的示数。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的：利用无线传感器网络技术采集温室参数（温度、湿度、光照强度和二氧化碳浓度）并将其传输至网关；利用语音控制技术以方便温室工作人员观测、查询温室环境信息；利用GSM通信技术对温室环境进行监测报警；提供温室基站上位机和温室大棚显示系统来双向显示、查询环境信息。 思路：（1）基于ZigBee技术的无线传感器网络采集温室的环境参量，并将环境参量无线传输给网关，网关通过串口发送到主控器；（2）LD3320作为语音控制模块的识别处理器，通过SPI通信协议将语音识别结果传输给主控制器,主控器根据结果进行相应操作；（3）环境参数达到了报警条件时，主控器通过串口通知GSM通信系统将报警消息发送到工作人员或户主的手机；（4）无线传感器网络网关和主控器分别将温室环境数据实时传送给上位机和温室显示器显示、查询、监测。 创新点： （1）设计并实现星型与树型相结合的ZigBee无线传感器网络结构监测温室环境。 （2）语音控制识别处理技术应用于整个监测系统，使操作更加智能化，当工作人员进入温室实地观测考察时，直接使用语音命令即可让系统相应的操作，不需要任何硬件接触式的开关。 技术关键： （1）ZigBee无线网络协议的研究应用与节点网络拓扑结构布置以及硬件的实现方法； （2）LD3320语音识别与处理器的硬件构造和软件算法； （3）实现GSM通信的准确和自动化。 主要技术指标： （1）传感器节点与节点之间的数据传输距离和速度以及准确率； （2）语音识别与处理的速度和精确度。
科学性、先进性
- 该作品与现有温室大棚环境监控设备相比较，具有突出的实质性技术特点： 首先该作品增加了语音识别控制协调监控于温室中，当工作人员需要进入温室实地观测考察时，直接使用语音命令即可让系统相应的操作，信息直接显示在显示屏上面，不需要任何硬件接触式的开关，使得温室监控操作更加方便、灵活，这是目前国内外少有应用的技术； 其次作品又增加了GSM通信，能够将无线传感器网络采集到温室环境各参数信息发送至用户手机，或者当温室环境某个或几个参数不符合要求时也会自动发出报警消息至用户，接收信息的用户可以有选择性的自定义被设置在系统中。 作品中的无线传感器网络采用星形布局各传感器节点，采集数据准确迅速，传输距离长，特别是系统功耗低，性价比高。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年3月，在南京农业大学第五届大学生科技节课外学术科技作品竞赛中荣获特等奖。
作品所处阶段
- 成品阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物 现场演示 图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 该作品使用方便，简单灵活，系统上电即可工作，系统配置语音指令表，系统周期性的监测温室环境并实时显示参数，出现语音命令时执行相应的操作。 技术特点和优势是增加了以LD3320为语音识别处理器控制协调监控于温室中，当工作人员需要进入温室实地观测考察时，直接使用语音命令即可让系统执行与命令匹配的操作，不需要任何硬件接触式的开关，使得温室监控操作更加方便、灵活；作品又增加了GSM通信，能够将以ZigBee为传输技术的无线传感器网络采集到温室环境各参数信息发送至用户手机，或者当温室环境某个或几个参数不符合要求时也会自动发出报警消息至用户，接收信息的用户可以被自定义设置在系统中，即接受信息的户主具有选择性。 该作品适宜用在温室大棚中，实时监测温室环境。使得该作品得以推广的技术是无线传感器网络的应用和语音协调控制以及GSM通信的应用，这些技术都使得温室环境的监测更加智能化和精准化，体现了现代精准农业的特点，使得温室农业生产效率更高，农产品产量和质量都会得到提高，并且该作品功耗低，性价比高。
同类课题研究水平概述
- 目前我国科研机构研制的常用温室控制器仍然以结构通用、价格便宜的8位单片机为主,一般以MCS-51系列为基础,从数据采样到算法控制都是由单片机完成。如王庆祝等开发了一种基于双主从结构的温室群测控系统,该系统是一个集管理与测控为一体的集散测控系统,软硬件均采用模块化设计,以W77E58单片机作为主从工作模式的核心,可实现温室温度、湿度、CO2浓度和土壤含水率4个主要参数的测控以及CO2浓度的报警。 温室大棚的环境监测技术中还未曾有语音技术的使用。 由于工业控制技术较为成熟、可靠性较高,将工业控制器应用于温室控制系统也是近年来研究的一个方向。如江苏大学等单位研制的基于工业控制机的温室控制系统是由工控机、各种传感器及执行机构组成的多输入、多输出的闭环控制系统。 采用RS485总线作现场总线,可与远端的气象站通信,以获得室内外温度、湿度及室外光照、降雨、风速、风向等参量,还可与其他控制器及上位机进行通信,构成更大范围的温室环境自动控制系统。采用单片机系统开发的CAN智能节点,由主控制器、CAN控制器和CAN收发器组成，用CAN总线与嵌入式技术实现对温室环境温度、湿度、光强度的智能解耦控制,以及采用CAN总线与RS485总线相结合的通信方式。 近年来,随着无线通信技术的高速发展,尤其是从点对点传输的红外技术,到短距离、点对多点个人局域网(如蓝牙和ZigBee),以及长距离的GSM、GPRS和CDMA等,不同种类的技术随着需求的不同而不断发展完善,形成了巨大的市场潜力。刁智华等以具有ZigBee无线数据传输功能的JN5121模块为核心,以ARM9为核心扩展多种资源接口作为监控系统主机硬件,通过对前端无线节点的统一协调指挥,完成对环境信息的采集分析和对设备的综合控制。这些无线监测与控制系统针对设施农业生产环境监控过程中信息监测点和设备控制点分散的情况,设计通用性较强,这类系统的应用为温室现场布线以及后期维护提供了很大的方便。近年来,随着便携式设备的价格下降,基于PDA和ZigBee的小型、模块化、无线手持式温室环境测控系统也正在开发。
