基于Zigbee/GPRS的殺蟲(chóng)燈監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

金 煒，項(xiàng)新建

(浙江科技學(xué)院 a.機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院；b.自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院，杭州 310023)

基于Zigbee/GPRS的殺蟲(chóng)燈監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

金 煒a，項(xiàng)新建b

(浙江科技學(xué)院 a.機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院；b.自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院，杭州 310023)

為實(shí)現(xiàn)用戶(hù)遠(yuǎn)程對(duì)殺蟲(chóng)燈的監(jiān)控、調(diào)整，設(shè)計(jì)了一種基于Zigbee和GPRS網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的殺蟲(chóng)燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。介紹該監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分別闡述殺蟲(chóng)燈監(jiān)控電路、通信控制器及其網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等監(jiān)控系統(tǒng)部件的軟硬件設(shè)計(jì)，并進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明：該系統(tǒng)能遠(yuǎn)程有效監(jiān)測(cè)殺蟲(chóng)燈環(huán)境與工作參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了殺蟲(chóng)燈工作狀態(tài)數(shù)據(jù)和圖像等的采集、存儲(chǔ)、上傳，蓄電池的自動(dòng)保護(hù)，以及用戶(hù)遠(yuǎn)程對(duì)殺蟲(chóng)燈的控制和調(diào)整。該系統(tǒng)能夠加強(qiáng)用戶(hù)對(duì)殺蟲(chóng)燈的管理，提高殺蟲(chóng)燈的工作穩(wěn)定性和滅蟲(chóng)效果，進(jìn)而促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)。

殺蟲(chóng)燈；監(jiān)控系統(tǒng)；Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)；GPRS

自20世紀(jì)50年代以來(lái)，殺蟲(chóng)燈作為一種利用害蟲(chóng)成蟲(chóng)趨光性，通過(guò)頻振式LED光來(lái)誘引害蟲(chóng)并利用高壓電網(wǎng)對(duì)其進(jìn)行滅殺的物理防治工具，在農(nóng)、林、漁和養(yǎng)殖業(yè)害蟲(chóng)的測(cè)報(bào)與防控中發(fā)揮了重要的作用[1-2]。殺蟲(chóng)燈一般工作在野外，其工作的穩(wěn)定性和開(kāi)關(guān)機(jī)的時(shí)機(jī)會(huì)直接影響其滅蟲(chóng)效果[3]。殺蟲(chóng)燈的工作模式可分為獨(dú)立式和聯(lián)網(wǎng)式兩種，目前被研究、應(yīng)用的絕大多數(shù)殺蟲(chóng)燈工作模式為獨(dú)立式[4-9]，其開(kāi)關(guān)燈時(shí)間由廠(chǎng)家或用戶(hù)手動(dòng)設(shè)置，用戶(hù)對(duì)其工作穩(wěn)定性和滅蟲(chóng)效率沒(méi)有直觀(guān)的掌控。一旦其太陽(yáng)能電板、電池被盜或出現(xiàn)故障，用戶(hù)無(wú)法及時(shí)知曉，就容易導(dǎo)致殺蟲(chóng)燈停工、農(nóng)作物遭受損失。另外，用戶(hù)要根據(jù)目標(biāo)害蟲(chóng)生活習(xí)性有針對(duì)性地調(diào)整殺蟲(chóng)燈的開(kāi)關(guān)時(shí)機(jī)也非常不便。對(duì)于聯(lián)網(wǎng)式殺蟲(chóng)燈，目前有部分研究介紹了利用Zigbee和GPRS對(duì)殺蟲(chóng)燈的工作環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集的方案，但大多只是對(duì)功能作簡(jiǎn)單的描述[10-11]，而對(duì)遠(yuǎn)程控制較少涉及。因此，非常有必要深入研究太陽(yáng)能殺蟲(chóng)燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、監(jiān)控部件的軟硬件設(shè)計(jì)，以及遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)方法。

在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，為加強(qiáng)殺蟲(chóng)燈的工作穩(wěn)定性，以及用戶(hù)對(duì)殺蟲(chóng)燈的集約化、高效化精準(zhǔn)管理，筆者提出了一種基于Zigbee和GPRS的殺蟲(chóng)燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)在Zigbee無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)技術(shù)和GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的基礎(chǔ)上增加了電池工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)和文件系統(tǒng)等功能，通過(guò)硬件設(shè)計(jì)和軟件開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了殺蟲(chóng)燈裝置電池的自動(dòng)保護(hù)，工作狀態(tài)與數(shù)據(jù)和圖像等的采集、存儲(chǔ)、上傳，以及用戶(hù)遠(yuǎn)程對(duì)殺蟲(chóng)燈的監(jiān)測(cè)、控制，從而大大提高了殺蟲(chóng)燈裝置工作的穩(wěn)定性、控制的便利性及其滅蟲(chóng)的效率。

1 監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1.1 監(jiān)控系統(tǒng)整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

殺蟲(chóng)燈監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)為三層：殺蟲(chóng)燈裝置上的檢測(cè)電路、傳感器和連接殺蟲(chóng)燈裝置的Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；由通信控制器、GSM網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等組成的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)；由Web服務(wù)器和HTML網(wǎng)頁(yè)組成的監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的總體框架如圖1所示。CC2530為殺蟲(chóng)燈的微控制器，殺蟲(chóng)燈外部連接有LED誘蟲(chóng)燈、高壓電網(wǎng)、攝像頭、蓄電池、光伏電池及參數(shù)采集模塊等。殺蟲(chóng)燈和通信控制器安裝在現(xiàn)場(chǎng)組成殺蟲(chóng)燈Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。通信控制器由Zigbee協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)、微控制器、數(shù)據(jù)庫(kù)和GPRS模塊組成，它協(xié)調(diào)Zigbee網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的通信。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器端由Socket服務(wù)器接收數(shù)據(jù)、發(fā)送指令，Mysql服務(wù)器儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，Web服務(wù)器傳輸網(wǎng)頁(yè)給用戶(hù)的瀏覽器以供他們觀(guān)察數(shù)據(jù)及操作殺蟲(chóng)燈裝置。

圖1 殺蟲(chóng)燈監(jiān)控系統(tǒng)總體框架Fig.1 Overall framework of insecticidal lamp monitoring system

1.2 Zigbee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

Zibgee技術(shù)是建立在IEEE802.15.4國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)上的一種雙向無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)，它具有傳輸距離較短、能耗較小、成本較低、組網(wǎng)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)[12-13]。殺蟲(chóng)燈工作效果較好的布置方式一般為棋盤(pán)式，其中各殺蟲(chóng)燈的安裝高度約為2 m，相互間距在100 m左右，這種布局方式在水平方向上的遮蔽物較少，適合無(wú)線(xiàn)信號(hào)的傳輸。單個(gè)Zigbee全功能設(shè)備(full funtion device, FFD)目前最多可支持上百個(gè)節(jié)點(diǎn)，其傳輸距離根據(jù)發(fā)射功率大小可達(dá)上百米甚至上千米，由此可見(jiàn)Zigbee無(wú)線(xiàn)通訊方式非常適用于殺蟲(chóng)燈裝置間的無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)。

利用CC2530組成MESH(網(wǎng)狀)網(wǎng)絡(luò)，它是一種高可靠性的Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò)，其中具有路由功能的FFD設(shè)備之間可以相互連接，F(xiàn)FD設(shè)備之間通過(guò)自組織及無(wú)線(xiàn)路由功能在擴(kuò)展Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的同時(shí)也大大提高了整個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的可靠性[14]。

如圖2所示，在現(xiàn)場(chǎng)的普通殺蟲(chóng)燈裝置為精簡(jiǎn)功能設(shè)備(reduced funtion device, RFD)，在每塊小區(qū)域設(shè)置一個(gè)殺蟲(chóng)燈裝置作為Zigbee路由器(FFD)來(lái)組建區(qū)域無(wú)線(xiàn)網(wǎng)，現(xiàn)場(chǎng)中心地帶附近布置一個(gè)Zigbee協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)(Zigbee網(wǎng)關(guān))，各路由器間進(jìn)行無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)后連接到Zigbee協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)，組成了底層Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)為網(wǎng)絡(luò)通信層采集各殺蟲(chóng)燈裝置的數(shù)據(jù)或下載其下達(dá)的控制指令，構(gòu)成了現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)流通網(wǎng)。

圖2 Zigbee Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖Fig.2 Network topology of Zigbee Mesh

2 監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 殺蟲(chóng)燈監(jiān)控模塊硬件設(shè)計(jì)

殺蟲(chóng)燈裝置的微控制器采用CC2530F256自帶的增強(qiáng)型8051單片機(jī)，外設(shè)方面自帶DMA(直接存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn))功能、12位ADC(模/數(shù)轉(zhuǎn)換器)、看門(mén)狗、定時(shí)器及UART(通用異步接收/發(fā)送裝置)等，其外圍電路見(jiàn)圖3。

圖3 CC2530外圍電路Fig.3 Peripheral circuit of CC2530 chip

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)殺蟲(chóng)燈裝置工作狀態(tài)及參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，殺蟲(chóng)燈裝置上配置了相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集、圖像采集、無(wú)線(xiàn)通信、自動(dòng)控制等模塊。利用監(jiān)測(cè)電路(圖3)采集蓄電池工作信息，DHT11采集空氣溫濕度信息，DS1302獲取時(shí)間(SPI總線(xiàn))，CA025C串口攝像頭采集圖像(RX_2、TX_2)，W25Q128芯片儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。

2.1.1 工作電壓電流監(jiān)測(cè)及蓄電池保護(hù)電路

電池監(jiān)測(cè)保護(hù)電路用于采集殺蟲(chóng)燈蓄電池充放電電流電壓，以阻止殺蟲(chóng)燈蓄電池的過(guò)充過(guò)放，保護(hù)殺蟲(chóng)燈。其具體電路如圖4所示，R1、R2組成分壓電路用于電壓測(cè)量，R3、R4作為采樣電阻分別對(duì)蓄電池充放電電流進(jìn)行采樣，測(cè)得信號(hào)經(jīng)過(guò)電壓跟隨并放大后輸入到CC2530的AD引腳，處理后得到實(shí)時(shí)充電或放電的電流。CC2530根據(jù)電壓電流大小控制繼電器的開(kāi)合，以達(dá)到保護(hù)蓄電池的目的。

圖4 電池監(jiān)測(cè)電路Fig.4 Battery monitoring circuit

圖5 DHT11電路Fig.5 Circuit of DHT11

2.1.2 空氣溫濕度參數(shù)采集

通過(guò)DHT11采集空氣溫濕度，記錄以供用戶(hù)觀(guān)察，另外殺蟲(chóng)燈也可以根據(jù)空氣濕度判斷下雨與否，自動(dòng)關(guān)閉高壓電網(wǎng)，以防短路。DHT11的優(yōu)勢(shì)是價(jià)格低，外圍電路簡(jiǎn)單(圖5)，其精度為溫度±1℃，濕度±5%，控制器(microcontroller unit, MCU)通過(guò)單線(xiàn)通信直接讀取空氣溫濕度。DHT11的單線(xiàn)通信協(xié)議遵循“復(fù)位—應(yīng)答—讀取—校驗(yàn)”步驟，其讀取周期在1 s以上。

圖6 CA025C串口攝像頭電路Fig.6 Circuit of CA025C serial camera

2.1.3 圖像采集

圖像采集用于記錄殺蟲(chóng)燈在夜間的工作效果，用戶(hù)通過(guò)觀(guān)察圖像記錄調(diào)整殺蟲(chóng)燈開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間，以達(dá)到提高殺蟲(chóng)燈工作效率的目的。由于8051單片機(jī)內(nèi)部資源有限，故采用CA025C串口攝像頭采集圖像。CA025C攝像頭自帶防水、夜視、圖像壓縮功能，其最大分辨率為640×480，支持圖像數(shù)據(jù)分批輸出。壓縮后的JPEG圖像大小一般在30 KB左右，MCU利用串口通過(guò)OV528協(xié)議分批獲取圖像并將其轉(zhuǎn)存入W25Q128芯片，以供通信控制器調(diào)用。串口攝像頭接口電路如圖6所示。

2.2 通信控制器設(shè)計(jì)

通信控制器由Zigbee協(xié)調(diào)裝置、MCU、SD卡和GPRS模塊組成，它維護(hù)本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)文件并協(xié)調(diào)Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間的通信，如圖7所示。其微控制器芯片采用STM32F407，該單片機(jī)內(nèi)核為Cortex-M4，它具有運(yùn)算速度快及外設(shè)功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。

在單片機(jī)中移植入FatFs文件系統(tǒng)后，單片機(jī)通過(guò)SDIO外設(shè)存取SD卡維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)、SPI與CC2530協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)通信采集數(shù)據(jù)、串口與GPRS模塊通信連接網(wǎng)絡(luò)。

通信控制器中的MCU主要維護(hù)4個(gè)txt文件和1個(gè)照片文件夾，其中包括Zigbee網(wǎng)絡(luò)在線(xiàn)成員數(shù)據(jù)庫(kù)、在線(xiàn)成員參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)、用戶(hù)指令緩沖數(shù)據(jù)庫(kù)和成員日志備份數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2.1 Zigbee網(wǎng)絡(luò)在線(xiàn)成員數(shù)據(jù)庫(kù)

持續(xù)更新當(dāng)前Zigbee網(wǎng)絡(luò)中在線(xiàn)成員的信息，以CC2530芯片IEEE64位地址作為身份標(biāo)記，供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器對(duì)號(hào)識(shí)別。當(dāng)在線(xiàn)成員失去連接，通信控制器即通過(guò)GPRS模塊發(fā)送短信通知用戶(hù)。

圖7 通信控制器結(jié)構(gòu)框圖Fig.7 Block diagram of communication controller

2.2.2 在線(xiàn)成員參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)

更新、記錄一個(gè)月以來(lái)各在線(xiàn)成員的參數(shù)作為備份，并實(shí)時(shí)采集每個(gè)從機(jī)的參數(shù)并記錄以供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器查詢(xún)。

2.2.3 用戶(hù)指令緩沖數(shù)據(jù)庫(kù)

記錄用戶(hù)發(fā)送的歷史指令內(nèi)容、時(shí)間及完成情況。當(dāng)用戶(hù)發(fā)送指令后，指令首先標(biāo)記為未執(zhí)行存入該數(shù)據(jù)庫(kù)，然后采用先入先出的方式轉(zhuǎn)發(fā)給從機(jī)執(zhí)行，完成后將指令標(biāo)記為已執(zhí)行并根據(jù)從機(jī)反饋記錄指令是否運(yùn)行成功。

2.2.4 成員日志備份數(shù)據(jù)庫(kù)

備份各成員最近15 d的工作日志，循環(huán)覆蓋，以供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器查詢(xún)。

2.2.5 照片文件夾

晚上殺蟲(chóng)燈工作時(shí)攝像頭定期拍照，照片被存入本地FLASH芯片并上傳至通信控制器的照片文件夾覆蓋，照片文件夾中僅保存一個(gè)月的照片。每天通信控制器定時(shí)將照片發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。

通信控制器通過(guò)GPRS模塊與遠(yuǎn)程控制中心交換指令與數(shù)據(jù)，GRPS模塊選擇安信可的A6模塊，其優(yōu)勢(shì)是價(jià)格低、開(kāi)發(fā)方便、外圍電路簡(jiǎn)單，如圖8所示。

圖8 GPRS模塊外圍電路Fig.8 Peripheral circuit of GPRS module

3 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 殺蟲(chóng)燈嵌入式軟件設(shè)計(jì)

CC2530中移植入Z-STACK協(xié)議棧，添加事件、編寫(xiě)相應(yīng)任務(wù)后即可完成殺蟲(chóng)燈嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)工作。Z-STACK是一個(gè)由消息驅(qū)動(dòng)、非實(shí)時(shí)的操作系統(tǒng)，通過(guò)軟件定時(shí)器溢出觸發(fā)osalTimerUpdate()事件時(shí)調(diào)用osal_set_event(task_id,event_flag)設(shè)置執(zhí)行殺蟲(chóng)燈功能的事件，當(dāng)Z-STACK輪詢(xún)到該事件時(shí)即會(huì)觸發(fā)中斷執(zhí)行相應(yīng)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)獲得參數(shù)、獲取圖像、控制繼電器等功能，如圖9所示。

圖9 Z-STACK軟件控制流程圖Fig.9 Control flow chart of Z-STACK software

3.2 通信控制器嵌入式軟件設(shè)計(jì)

3.2.1 FatFs文件系統(tǒng)的移植

FatFs是面向小型嵌入式系統(tǒng)的一種通用的FAT文件系統(tǒng)，通過(guò)移植FatFs文件系統(tǒng)，本系統(tǒng)可以非常方便地通過(guò)STM23F407對(duì)SD卡進(jìn)行文件管理，進(jìn)行txt數(shù)據(jù)庫(kù)與照片文件夾的實(shí)時(shí)維護(hù)。移植FatFs主要需要編寫(xiě)diskio.c中disk_status()、disk_initialize()、disk_read()、disk_write()和disk_ioctl()5個(gè)接口函數(shù)，編寫(xiě)完成編譯通過(guò)之后即可調(diào)用f_open()(創(chuàng)建或打開(kāi)文件)、f_lseek()(移動(dòng)文件指針)、f_puts()(寫(xiě)入文件)、f_close()(關(guān)閉文件)以及f_mkdir()(創(chuàng)建文件夾)等API對(duì)SD卡中的文件進(jìn)行操作[15]。

移植了FatFs文件系統(tǒng)后，用戶(hù)便可以直接在電腦上讀取SD卡中的數(shù)據(jù),以防網(wǎng)絡(luò)故障。

3.2.2 MCU嵌入式軟件設(shè)計(jì)

由于本系統(tǒng)對(duì)通信控制器的實(shí)時(shí)性要求不高，軟件復(fù)雜度也比較低，軟件開(kāi)發(fā)采用前后臺(tái)順序執(zhí)行結(jié)構(gòu)。主循環(huán)中根據(jù)事件標(biāo)志位的設(shè)置情況調(diào)用相應(yīng)的事件處理函數(shù)執(zhí)行功能，systick計(jì)時(shí)并設(shè)置參數(shù)獲取事件標(biāo)志，串口和SPI中斷函數(shù)將收到的數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)并設(shè)置緩存處理時(shí)間標(biāo)志位，主函數(shù)根據(jù)該標(biāo)志位對(duì)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并根據(jù)其內(nèi)容執(zhí)行相應(yīng)的子程序。當(dāng)檢測(cè)到有終端無(wú)應(yīng)答時(shí)，通信控制器即發(fā)送短信通知用戶(hù)，以此實(shí)時(shí)檢測(cè)殺蟲(chóng)燈是否被盜。其嵌入式軟件流程如圖10所示。

圖10 通信控制器軟件流程圖Fig.10 Software flow chart of communication controller

3.3 服務(wù)器端軟件設(shè)計(jì)

3.3.1 Web服務(wù)器搭建與開(kāi)發(fā)

服務(wù)器的搭建采用WampServer框架，它整合了目前在Windows平臺(tái)上搭建服務(wù)器非常流行且開(kāi)源免費(fèi)的基本部件：Apache、Mysql和PHP。在WampServer的基礎(chǔ)上按需配置Apache中httpd.conf與httpd-vhosts.conf文件即可輕松搭建Web服務(wù)器。Web服務(wù)器的任務(wù)是從Socket服務(wù)器獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，利用MySQLi擴(kuò)展從MySQL服務(wù)器獲取歷史數(shù)據(jù)，將用戶(hù)的指令發(fā)送給Socket服務(wù)器并將網(wǎng)頁(yè)通過(guò)HTTP協(xié)議傳送到用戶(hù)的瀏覽器中。

前端開(kāi)發(fā)采用Bootstrap3前端框架和PHP腳本語(yǔ)言，PHP腳本實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)器、Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)與用戶(hù)瀏覽器的數(shù)據(jù)交互，以及網(wǎng)頁(yè)表格中數(shù)據(jù)的更新等功能。

圖11 服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)通信示意圖Fig.11 Schematic of server network communication

3.3.2 Socket服務(wù)器開(kāi)發(fā)

Socket Server是利用Windows端的QtCreater開(kāi)發(fā)及MSVC編譯器編譯而成的一組控制臺(tái)服務(wù)器程序。它通過(guò)QtNetwork組件接受通信控制器和Web服務(wù)器的TCP/IP連接，通過(guò)QSqlDatabase組件讀寫(xiě)Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容。Socket服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)通信如圖11所示。平時(shí)Socket服務(wù)器建立并維護(hù)與GPRS模塊之間的TCP/IP連接，定時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)殺蟲(chóng)燈的數(shù)據(jù)存入Mysql服務(wù)器，當(dāng)Web服務(wù)器建立連接并下達(dá)指令后，Socket服務(wù)器即轉(zhuǎn)發(fā)指令給對(duì)應(yīng)的GPRS模塊，再將采集到的數(shù)據(jù)返回給Web服務(wù)器顯示到網(wǎng)頁(yè)上。

4 測(cè)試與驗(yàn)證

為測(cè)試本系統(tǒng)的實(shí)際效果，在某電子公司外空曠場(chǎng)地上進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試時(shí)各殺蟲(chóng)燈最小間距為60 m，排布方式為棋盤(pán)式，瀏覽器上顯示的監(jiān)控界面如圖12所示。

攝像頭分辨率最高為640×480，采集到的照片大小為26 KB，具體如圖13所示。

圖13 串口攝像頭采集到的照片F(xiàn)ig.13 A photo taken by serial camera

在測(cè)試的同時(shí)利用福祿克F15B萬(wàn)用表對(duì)其中6個(gè)設(shè)備的實(shí)際參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量，所得結(jié)果與本系統(tǒng)測(cè)得數(shù)據(jù)的對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 電流、電壓數(shù)據(jù)對(duì)比Table 1 Comparison of current and voltage data

由表1可知，本系統(tǒng)測(cè)得的電壓相對(duì)誤差在0.6%以?xún)?nèi)，電流相對(duì)誤差在4%以?xún)?nèi)，精度滿(mǎn)足蓄電池保護(hù)及日常觀(guān)測(cè)要求。

5 結(jié) 論

通過(guò)上述軟硬件設(shè)計(jì)及測(cè)試和驗(yàn)證，本系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程對(duì)殺蟲(chóng)燈工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與控制。系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的電壓電流參數(shù)誤差小，其精度完全滿(mǎn)足蓄電池保護(hù)和用戶(hù)觀(guān)測(cè)的要求。另外，用戶(hù)還可以通過(guò)系統(tǒng)上傳的現(xiàn)場(chǎng)殺蟲(chóng)圖像，觀(guān)測(cè)殺蟲(chóng)效果，遠(yuǎn)程調(diào)整殺蟲(chóng)燈開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間，優(yōu)化殺蟲(chóng)效率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)。但本系統(tǒng)目前還存在Zigbee和GPRS網(wǎng)絡(luò)帶寬有限導(dǎo)致無(wú)法高速傳輸圖像，圖像清晰度不是特別理想，系統(tǒng)使用需要數(shù)據(jù)通信費(fèi)的長(zhǎng)期投入等問(wèn)題。因此，為提高傳輸速度并削減運(yùn)營(yíng)開(kāi)支，今后可以嘗試采用wifi的方式組建局域網(wǎng)，由通信控制器通過(guò)wifi路由器將數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器的方案。

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DesignofinsecticidallampmonitoringsystembasedonZigbeeandGPRStechnology

JIN Weia, XIANG Xinjianb

(a.School of Mechanical and Automotive Engineering;b.School of Automation and Electrical Engineering, Zhejiang University of Science and Technology, Hangzhou 310023, Zhejiang, China)

In order to monitor and adjust the insecticidal lamp remotely, a remote monitoring system of insecticidal lamp is proposed on the basis of Zigbee and GPRS technology. This paper introduces the network structure of this monitoring system, then expounds the hardware and software designs of its components which include the insecticidal lamp monitoring circuit, communication controller and its web server, and finally conducts a systematic verification through experiments. The result shows that this system is able to remotely and effectively monitor the operation parameters of the lamp, acquire, store and upload the data of working status and images, protect the battery automatically, and allow the user to control and adjust the lamp remotely. The system can enhance user’s management of the insecticidal lamp, improve the stability of the lamp and the efficiency of pest control, and therefore achieve the purpose of increasing agricultural production.

insecticidal lamp; monitoring system; Zigbee wireless network; GPRS

TP273.5

A

1671-8798(2017)06-0433-09

10.3969/j.issn.1671-8798.2017.06.007

2017-07-18

項(xiàng)新建(1964— )，男，浙江省永康人，教授，碩士，主要從事網(wǎng)絡(luò)化理論與技術(shù)、農(nóng)業(yè)信息化研究。E-mail：hzxxj@sina.com。