智能溫室系統(tǒng)是一種結(jié)合了計(jì)算機(jī)自控技術(shù)、智能傳感技術(shù)等高科技手段的資源節(jié)約型高效設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)，它主要是根據(jù)環(huán)境的溫度、濕度、二氧化碳含量、光照、雨量以及土壤狀況等因素，來控制溫室內(nèi)的各項(xiàng)指標(biāo)和各種營養(yǎng)元素配方，以創(chuàng)造出適合作物生長的最佳環(huán)境。很顯然如何能夠準(zhǔn)確、穩(wěn)定、方便的得到這些環(huán)境信息就成為整套系統(tǒng)的關(guān)鍵。隨著近幾年短距離無線通信的發(fā)展，新興的無線傳感網(wǎng)技術(shù)為智能溫室系統(tǒng)中的傳感環(huán)節(jié)提供了有力的技術(shù)保障。
 
　　北京威訊紫晶科技有限公司依靠多年來在短程無線通信標(biāo)準(zhǔn)、芯片和產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域的積累，獨(dú)立研發(fā)了能夠支持大規(guī)模自組織、自維護(hù)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧，即USSN（Ultra-Scale Sensor Networks）技術(shù)，并以此技術(shù)為基礎(chǔ)開發(fā)了具有自主獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的智能溫室無線溫濕度采集系統(tǒng)，能夠提供全天候、無人看守、免維護(hù)且不依賴電源的無線溫濕度采集服務(wù)。

　　USSN是指由若干無線采集終端通過無線方式互相連接成的網(wǎng)絡(luò)。如果在一定范圍內(nèi)設(shè)有若干個(gè)無線采集終端，任意一點(diǎn)的數(shù)據(jù)都可以被其他鄰近的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)可以倍數(shù)增加兩點(diǎn)間的通信距離，且擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。終端數(shù)據(jù)最終通過網(wǎng)絡(luò)傳遞后匯集到數(shù)據(jù)收集端，再由收集端通過其他通訊協(xié)議和方式傳送給上位機(jī)，其示意結(jié)構(gòu)如下圖： 

　　系統(tǒng)意義： 
　　智能溫室是智能化控制系統(tǒng)應(yīng)用到大棚種植上的結(jié)果，利用最先進(jìn)的技術(shù)，模擬出最適合棚內(nèi)植物生長的環(huán)境。與人工控制相比，智能控制最大的好處就是能夠相對恒定的控制大棚內(nèi)部的環(huán)境，對于環(huán)境要求比較高的植物來說，更能避免因?yàn)槿藶橐蛩囟斐缮a(chǎn)損失。智能化控制系統(tǒng)將極大的提高產(chǎn)量和質(zhì)量，尤其是對于檔次較高的經(jīng)濟(jì)作物。

　　功能描述：
　　整套系統(tǒng)由無線數(shù)據(jù)采集器、無線開關(guān)控制器、無線數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)（可多個(gè)）、PC和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（可選）組成。網(wǎng)關(guān)與采集器和控制器采用USSN傳感網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行無線連接，每個(gè)網(wǎng)關(guān)下面可同時(shí)連接上百個(gè)終端設(shè)備，且所有終端自動組網(wǎng)，同步工作。網(wǎng)關(guān)與PC或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器則通過以太網(wǎng)或移動通訊網(wǎng)絡(luò)連接。

　　采集終端集成了高精度溫濕度傳感器。所有終端之間采用無線連接方式，并且可全部使用電池供電，免去了電源線和數(shù)據(jù)線的安裝問題，使其隨意更換位置成為可能。在實(shí)際應(yīng)用中，采集終端可以根據(jù)實(shí)際需求集成溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度和土壤環(huán)境等各種傳感器。

　　無線傳感器數(shù)據(jù)采集器裝有預(yù)留端子，可根據(jù)需要外接土壤溫濕度、光照等多種傳感器。
 
　　無線線開關(guān)控制器可與原有電控系統(tǒng)并聯(lián)，可用于控制卷膜機(jī)、卷簾機(jī)、風(fēng)機(jī)、灌溉裝置等。

　　網(wǎng)關(guān)在系統(tǒng)中處于核心地位，所有傳感器采集的數(shù)據(jù)都要匯集到網(wǎng)關(guān)中，所有對終端的控制指令也都要通過網(wǎng)關(guān)向下發(fā)送。網(wǎng)關(guān)內(nèi)置了強(qiáng)大的操作系統(tǒng)，可對網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)和儲存。PC機(jī)通過網(wǎng)線或局域網(wǎng)直接登陸網(wǎng)關(guān)后，可進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置、采集網(wǎng)絡(luò)管理、查看數(shù)據(jù)、繪制圖表、導(dǎo)出數(shù)據(jù)等操作。網(wǎng)關(guān)同時(shí)具備遠(yuǎn)傳能力，通過局域網(wǎng)或3G將所有的配置數(shù)據(jù)和采集數(shù)據(jù)一并傳到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，此種模式支持多用戶同時(shí)登陸網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器對網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行查看。 

　　無線數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器都提供了功能強(qiáng)大，且界面友好的軟件。用戶根據(jù)不同操作權(quán)限登陸網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器后，可進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置、采集網(wǎng)絡(luò)管理、查看數(shù)據(jù)、繪制圖表、導(dǎo)出數(shù)據(jù)、報(bào)警管理等操作。

　　典型應(yīng)用：
　　我們以集中式大棚養(yǎng)殖為例，來講解無線溫濕度采集系統(tǒng)在實(shí)際中的典型應(yīng)用，請見下圖：  

　　在實(shí)際大棚種植中，各區(qū)域可能養(yǎng)殖不同的農(nóng)作物，他們對于溫濕度的要求不盡相同，所以需要定時(shí)的對這些指標(biāo)進(jìn)行檢測，以便采取相應(yīng)的措施，為作物提供最合適的生長環(huán)境。根據(jù)實(shí)際檢測的需求，可以將無線溫濕度采集終端安裝在相應(yīng)的位置，所有的溫濕度采集終端全部采用電池供電，并且通過無線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，所以無需考慮電源線和數(shù)據(jù)線的安裝問題，可以做到即插即用。

　　在安裝過程中，需要確保每個(gè)終端都可以連接到無線網(wǎng)絡(luò)中。如果有個(gè)別監(jiān)測點(diǎn)位置距離較遠(yuǎn)，可考慮在通訊路徑中增加終端個(gè)數(shù)，轉(zhuǎn)發(fā)較遠(yuǎn)終端的數(shù)據(jù)，保證網(wǎng)絡(luò)工作穩(wěn)定。
所有終端被正常安裝后，會根據(jù)數(shù)據(jù)收集器的指令自動組建無線網(wǎng)絡(luò)，按照預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔采集溫濕度值，并把數(shù)據(jù)匯集到無線數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)中。最終所有的數(shù)據(jù)會通過GPRS或3G網(wǎng)絡(luò)傳送到遠(yuǎn)端的管理中心。

　　每一個(gè)這樣的網(wǎng)絡(luò)都可以容納幾百甚至上千個(gè)采集終端，每個(gè)大區(qū)域內(nèi)配備一個(gè)網(wǎng)關(guān)，數(shù)據(jù)有效上傳，不會發(fā)生碰撞及丟失，網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)及時(shí)傳至大網(wǎng)中，只要通過網(wǎng)絡(luò)訪問網(wǎng)關(guān)，即可隨時(shí)獲取數(shù)據(jù)。

　　系統(tǒng)特點(diǎn)： 
　　系統(tǒng)采用3G+USSN的全無線架構(gòu)，無需布線施工，維護(hù)成本低
　　USSN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)符合IEEE802.15.4C國際標(biāo)和CWPAN國家標(biāo)準(zhǔn)，綠色、環(huán)保、無輻射
　　USSN傳感網(wǎng)具有全網(wǎng)同步的超低功耗特性，節(jié)能的傳感器節(jié)點(diǎn)使用普通電池供電可工作1年以上
　　網(wǎng)絡(luò)自動負(fù)載均衡，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有無線節(jié)點(diǎn)功耗可評估，且功耗相仿
　　自動組網(wǎng)、自維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)連接可視，全天候穩(wěn)定運(yùn)行，無需人工干涉
　　所有的無線采集器安裝簡便，即插即用，可以任意改變安裝位置，不受線纜的束縛
　　良好的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展能力，隨意增加和減少采集終端數(shù)量，同一網(wǎng)絡(luò)中可支持幾百個(gè)采集器和控制器
　　跳頻和加密認(rèn)證機(jī)制，保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行
　　管理方式多樣，用戶可通過直接訪問網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器對所有的監(jiān)控進(jìn)行管理
　　管理軟件界面友好，且功能強(qiáng)大，保證數(shù)據(jù)的記錄、分析及時(shí)準(zhǔn)確，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠
　　無線傳感網(wǎng)獨(dú)立工作，無需繳納任何費(fèi)用，多采集器數(shù)據(jù)統(tǒng)一通過一個(gè)網(wǎng)關(guān)發(fā)送，節(jié)省3G流量費(fèi)。

　　技術(shù)指標(biāo)：
　　*為滿足系統(tǒng)的普遍需求，系統(tǒng)終端只集成溫濕度傳感器，其他傳感器可定制。
　　溫濕度采集終端：高精度溫濕度傳感器
　　溫度測量：范圍 -20℃～100℃        精度 +0.4℃
　　濕度測量：范圍 0%～99%        精度 +3%
　　射頻參數(shù)：工作頻段 ISM 2.4GHz     發(fā)射功率 1mW
　　通訊距離：兩點(diǎn)間室內(nèi)30米，室外100米
　　能耗指標(biāo)：采集間隔15分鐘時(shí)，采用兩節(jié)南孚AA1.5V電池可工作2年，時(shí)間根據(jù)采集間隔和實(shí)際環(huán)境浮動

1