物联网技术远程监控系统设计探索

1环境感应节点

环境感应节点的作用是采集孵化仓的工作环境参数，并将数据按设定的周期通过Zigbee网络传送给协调器。还可以通过Zigbee网络接收协调器的各项指令控制孵化器相应子系统工作，使各项参数满足孵化要求。环境感应节点由传感器模块、数据处理传输模块、控制模块和电源模块构成，结构见图2。传感器模块的主要作用是收集孵化仓内工作环境参数，并传送给数据处理传输模块。传感器模块的核心部件是各类传感器，主要包括温度、湿度、微量氧等传感器元件。数据处理传输模块的主要作用是将传感器模块传送来的模拟信号处理为数字信号，并通过内置的射频收发器将信号通过Zigbee网络传送给协调器。还可以将协调器转送过来的控制信号发送给控制器模块。本系统选用CC2530为数据处理传输模块的核心器件。CC2530内置了一颗高性能8051微控制器内核，拥有128kB的可编程闪存和8kBRAM，还集成了支持2．4GHzIEEE802．15．4的兼容无线收发器，以及12位分辨率ADC模块。控制模块的主要作用是接收数据处理传输模块的指令，控制相关继电器的导通与阻断，产生控制信号。控制信号通过红外传输的方式，控制孵化器加热、加湿、通风、翻蛋等子系统的工作。电源模块使用孵化器电源，将交流电经变压、整流、滤波转换为直流电后，直接供给环境感应节点各部分。

2协调器

协调器的主要作用包括发起组建Zigbee网络的命令，接受环境感应节点加入网络;接收各环境感应节点发送的数据，通过RS232串行接口发送给嵌入式网关;接收嵌入式网关发送过来的指令，通过Zig-bee网络传送给环境感应节点，进而实现对孵化器的控制。协调器的结构与环境感应节点结构相同，区别在于写入CC2530内的程序不同，但不具备环境参数数据处理功能。

3嵌入式网关

嵌入式网关主要作用是接收传感器网络采集的数据，并将数据存入本地数据库备份;对采集的数据进行分析，并根据预先的设定值相应指令;接受远程控制端的访问请求，响应远程控制端配置指令和查询指令，将处理结果反馈给远程控制端。嵌入式网关分硬件和软件两个部分，其中硬件部分由主控模块、LCD显示模块、通信模块等部分组成，结构见图3。

3．1主控模块

主控模块是嵌入式网关的核心部分。系统采用SAMSUNGS5PV210AH－A0作为处理器，该处理器集成了ARMCortexTM－A8内核、1GHz主频、64位内部总线、32KB一级缓存、512KB二级缓存，拥有2000DMIPS的运算能力。除处理器外，另行配备SA-MSUNG140K9K8G08U0B－PIB0可编程FLASH1片，SECK4T1G084QFSDRAM4片，保证了主控模块的数据处理性能。

3．2通信模块

通信模块的主要作用是帮助嵌入式网关实现与外部的通信，由USBOTG、RJ45、DB9三个接口组成，分别负责与上位机的通信、与Intener网络的连接和与协调器间的信息交换。USBOTG模块。与USB相比，USBOTG扩充了原USB协议，电源管理功能更加严谨，减少了功耗，同时允许电子设备担任主端或角色。USBOTG模块在本系统的作用主要是与PC机通信，方便管理者根据实际情况更新主控模块中的控制程序或修改参数范围。RJ45以太网模块。该模块的作用主要是使嵌入式网关接入Internet网络，保证管理者可以使用任何装有客户端的智能终端远程访问嵌入式网关数据库，实时查询孵化器温度、湿度、含氧量等数据，并可以根据情况控制孵化器子系统工作。DB9串行接口模块。该模块的作用主要是完成嵌入式网关与协调器间的信息交换，接收由协调器转发过来的孵化器环境参数，转发由控制模块发出的控制指令。

3．3嵌入式网关的软件设计

本系统选用微软嵌入式系统WindowsCE为操作系统，WindowsCE是微软公司面向非PC领域推出的一款操作系统，具有高度模块化的特点，设计者可以根据实际具体要求选择必要的模块或必要的组件，减小系统体积，保证系统效率;选用MicrosoftVisualStu-dio为开发工具，MicrosoftVisualStudio是微软公司推出的一款集成开发环境，支持ASP．NETWeb程序、XMLWebServices程序和一般性的桌面应用程序开发，支持C#、C++、VB．NET、J#等多种开发语言，操作方便，兼容性强。本系统的嵌入式网关软件主要分为本地控制和远程控制两个部分。本地控制是指用户通过网关上的键盘和显示屏，在控制室内完成对智能孵化系统的监控。远程控制是指用户通过任何可以介入Internet或GPRS网络的设备，完成对智能孵化系统的监控。监控的数据主要包括温度、湿度、含氧量等指标，通过指标的检查，用户可以控制加热器、加湿器、换气扇、翻蛋器等部件是否工作。主程序流程图见图4。嵌入式网关除接受用户本地的控制指令外，还需将采集的数据传送到远程浏览器上，并接受监控者的远程控制指令。

4远程控制端

远程控制端主要作用是访问嵌入式网关、监测孵化器工作数据和发送指令。远程控制有浏览器控制和短信控制两种形式。浏览器控制可以用PC机操作，数据以表格和曲线的形式表现。将网关与GPRS模块连接后，可以实现手机短信控制，数据以文字的形式表现。使用浏览器监控孵化仓温度数据见图5，采样频率设定为1h/次。

5数据跟踪

保持孵化仓内温度、湿度以及含氧量在要求的范围之内是提高孵化率的关键。为测试智能孵化远程监控系统的工作状态，连续9d对系统进行人工跟踪，实际跟踪数值见表1，其中设定温度为37．7℃，空气湿度为50%～60%，含氧量为19%～21%。经过对孵化仓内温度、湿度、含氧量等参数的人工跟踪，该系统能够为禽蛋孵化提供精确的孵化环境，保证孵化率。

6结论

基于物联网技术的智能孵化监控系统能够为禽蛋孵化创造精准的孵化环境，推进了禽蛋孵化的信息化、智能化，为禽蛋孵化的规模化、集约化提供了设备保障，具有广阔的发展空间。

作者：孙冠男 周淑芹 单位：黑龙江农业工程职业学院 黑龙江农业工程职业学院