技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种基于3G无线物联网农业大棚信息推送的系统装置，该系统涉及无线
传感器网络技术，又结合了3G网络通信技术及现代农业技术，属于物联网领域。 背景技术
[0002] 农业作为关系着国计民生的
基础产业，其信息化、网络化、智能化的程度尤为重要。同时现代农业日益追求绿色、节能、高产的目标，农业大棚为解决此问题提供了良好的种植环境，但在大棚的管理方面，由于大棚的面积过大，人工难以做到实时监测及广泛精确测量，导致难以及时对生产环节进行调控，结果远离了预期目标。农业大棚信息推送的目的就是努
力消除信息过时、信息不对称、使农民及时得到有用及丰富的信息。 [0003] Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低
数据速率、成本低。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。ZigBee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立。每个ZigBee网络
节点不仅本身可以作为监控对象，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。除此之外，每一个Zigbee网络节点（FFD）还可在自己
信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的
子节点（RFD）无线连接。
[0004] 第三代移动通信技术（3rd-generation，3G），是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百kbps以上。目前3G存在四种标准：CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，WiMAX。3G与2G相比在传输声音和数据速度上有大幅度的提升，它能够在全球范围内更好地实现无线漫游，并处理图像、音乐、
视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、
电子商务等多种信息服务。 [0005] 物联网可以看作是信息空间与物理空间的融合，通过各种
感知设备、网络传输手段将信息采集并传输至特定的信息处理平台，并在此基础上构建应用服务体系，以期实现全方位信息交互和决策优化的综合性网络架构。其一般由感知末梢、传输网络和应用单元三个部分组成，其中感知末梢可利用条码、射频标签、传感器等信息感应设备实现实时全方位
数据采集；传输网络通过传感器技术与多种有线和无线网络融合，实现信息精准交互；应用单元可利用
云计算、反馈控制等各种智能处理技术对海量信息进行分析处理，并控制执行相应操作。透彻的感知和度量、泛在的介入与互连和深入的智能分析与回控成为物联网本身的三大特性。所以基于3G无线物联网的农业大棚信息推送系统及方法应运而生。 实用新型内容
[0006] 本实用新型旨在提供一种基于3G无线物联网的智能化大棚信息推送系统。该系统采用服务定制化模式，将用户对大棚信息的个性化需求，转化为模
块化的推送服务订阅。在提供大棚一次信息的基础上，对监测信息进行深度加工，并采集来自外部的高
质量专家反馈信息，同时满足不同类型用户的信息需求，实现信息推送智能化。 [0007] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0008] 一种基于3G无线物联网的智能化大棚信息推送系统，包括感知结点、感知层网关、信息服务中心和移动客户端四大部分，其中感知结点与感知层网关双向无线通信，感知层网关与信息服务中心双向无线通信，移动客户端与信息服务中心双向无线通信。
[0009] 本实用新型系统中，所述的感知节点由传感器模组、
数据处理发送单元和电源模块组成；所述的感知结点的传感器模组由装于大棚中的空气温
湿度传感器、
土壤温湿度传感器、pH值传感器、光照强度传感器、CO2浓度传感器及O2浓度传感器组成；所述的数据处理发送单元由基于Zigbee技术的处理器与信号收发器组成，选用基于Zigbee的CC2430芯片，传感器模组的各个传感器与数据处理发送单元处理器
电路相连，上述各个传感器和数据处理发送单元与电源模块相连，感知节点之间通过程序设计实现自我配置和智能组网，感知结点自组的内网传递数据至感知层网关。
[0010] 其传感器模组进行信息采集，各个传感器通过特定电路接入感知节点，对大棚内空气及土壤的温湿度、
土壤酸碱度、光照强度、O2及CO 2浓度这些信息进行数据采集。数据处理发送单元由基于Zigbee技术的处理器与信号收发器组成，对从传感器模组采集的信号进行数据处理，得到所需要的数字信息，通过信号收发器发送数据。感知节点之间通过程序设计实现自我配置和智能组网，传感器模组采集的信号经过处理器处理之后得到所需的数据，基于Zigbee无线技术设置共享数据包，经由感知结点自组的内网进行共享数据包的传送，最后将数据传输到上层感知层网关。
[0011] 本实用新型系统中，所述的感知结点的电源模块配置
太阳能电池或/和锂电池。采用
太阳能电池板充电电池作为常用电源，并且将锂电池作为备用供电电源，将其通过稳压电路得到稳定所需的
电压为感知节点供电。
[0012] 本实用新型系统中，感知结点设置休眠模式，在定时采集数据后便进入休眠状态，直到下次系统被激活后则退出休眠状态。
[0013] 本实用新型系统中，感知结点设置报警功能与节点
定位功能，若某个感知节点由于电源供电不足或是
硬件损坏造成此节点无法实现数据采集与通信功能，自动搜索问题感知结点模块
位置，并通过网关上报至信息管理中心，通过报警方式反馈至用户。 [0014] 本实用新型系统中，所述的感知层网关包括Zigbee收发模块，控
制模块以及3G通讯模块；其中Zigbee收发模块通过串口RS232或RS485，并口以及SPI总线
接口接所述的
控制模块输入端；控制模块输出端与3G通讯模块输入端相连，3G通信模块与位于信息服务中心的实时通信服务进行连接，3G通讯模块通过PPP拨号方式将感知层网关接入外部3G网络。
[0015] Zigbee收发模块作为内网传感器网络的中转，通过串口(如RS232或RS485)，并口以及SPI等总线接口将数据传递给控制模块。
[0016] 本实用新型系统中，控制模块以嵌入式处理器S3C2440作为主
控制器，其内置嵌入式linux
操作系统，采用多
进程线程技术，将内网数据与外网数据的传输分别用2个进程来进行处理，同时每一个进程内又包含3个线程分别进行数据的接收、
整理和发送。在多进程线程中还引入
内核锁机制，保证数据的处理不产生混淆。此外还为外网数据的传输设计一种通讯协议，将发送接收的数据进行功能性封装，大体分为4类：注册包、心跳包、数据包以及未知包。注册包保证多个网关同时运行不混淆，心跳包可保证网关实时在线，数据包保证内网数据有效传输，而未知包保证对未知数据有效处理。同时为各种类型数据设计相应的应答包，并建立纠错机制，使数据传输能正确有序进行；3G通讯模块通过PPP拨号方式将网关接入外部3G网络，将整理好的传感器网络数据能够传递到Internet上
服务器端进行分析反馈。
[0017] 本实用新型系统中，所述的信息服务中心提供六项服务，包括：实时通信服务、数据处理服务、决策支持服务、Web浏览服务、自助管理服务和系统管理服务。其中实时通信服务作为业务流程基础
支撑服务位于最底层，接收来自感知层网关的单向通信，与移动客户端双向通信；数据处理服务与实时通信服务数据互通；决策支持服务与数据处理服务数据互通，与Web浏览服务数据互通；自助管理服务与数据处理服务数据互通，与Web浏览服务数据互通；系统管理服务与以上五项服务数据互通。
[0018] 所述实时通信服务为感知层网关和移动客户端提供双向有保证的网络连接，为数据处理服务提供通信信道；数据处理服务作为信息中心基础支撑服务，对采集数据进行解析、分类、汇总和存储，为决策支持服务的统计分析提供数据源并收集专家反馈信息，接收和处理来自自助管理服务的推送服务定制信息，推送相应数据至移动客户端，支持监控数据浏览、预警通知、和专家建议发送；决策支持服务根据组织用户需求，对采集数据进行统计与分析，通过Web浏览服务提供的界面供组织用户参考以辅助决策并收集来自组织中专家反馈意见，包括大棚环境调整和作物种植建议，以供数据处理服务进行数据推送；自助管理服务通过Web浏览服务提供的界面供个人用户自主管理与配置个人信息、账户信息，网关信息、大棚环境信息和推送服务定制信息；Web浏览服务为决策支持服务和自主管理服务提供用户交互界面；系统管理服务对信息服务中心进行全局管理，提供连接管理、备份管理、日志管理、账户信息管理、可用服务管理、
决策支持系统管理和智能移动客户端管理。 [0019] 本实用新型系统中，信息服务中心为保证与感知层网关和移动客户端的实施网络通信，设计了一种网络协议，将发送接收的数据进行功能性封装，大体分为3类：注册包、心跳包和数据包。注册包实现节电上线功能，心跳包实现节电在线状态监控功能，数据包提供系统无线数据传输功能，同时为三类封包设计了响应的应答包，并建立纠错机制，使数据传输能正确有序进行。
[0020] 信息服务中心面向云计算，采用基于Java的Web Service技术实现SOA架构，对各服务进行可插拔式设计和模块化封装。系统具有高移植性、高可靠性、高扩展性。面向云计算的设计使得信息服务中心可假设在第三方云端网络之上，可节省高昂的硬件基础设施成本。
[0021] 本实用新型系统中，所述的移动客户端配置登录认证模块、网络通信模块、信息浏览模块、服务定制模块和系统配置模块，设置本机标识符号ID，所要连接的服务中心的IP以及端口号，并通过3G无线网络连接到信息服务中心。
[0022] 所述移动客户端的认证模块提供向服务中心发送用户信息提供登录功能，位于移动客户端的通信模块提供与信息服务中心的网络连接，位于移动客户端的服务包定制模块可通过客户端
软件、短信和网页的形式完成短信辅助服务推送、专家指导服务推送、预警通知服务推送的订阅和配置，将信息发送到服务中心以提供相应的推送功能，位于移动客户端的信息浏览模块展示推送来的信息，位于移动客户端的系统配置模块对客户端进行系统管理。
[0023] 移动客户端通过3G无线网络连接到服务中心，并将ID信息发送给服务中心，进行登录认证。移动客户端连接到服务中心后，定时向服务中心发送验证数据保证客户端为在线状态。用户可以通过手机短信或者移动客户端的服务定制模块定制以下三项服务：a.接收
传感器数据；b.接收专家意见；c.传感器数据异常时提供报警服务。 [0024] 用户可以通过手机短信或者在移动客户端的信息浏览模块，查看传感器数据以及专家的指导意见。当传感器数据为异常数据时，移动客户端会播放设定的音频文件进行报警。
[0025] 本实用新型的有益效果是，利用传感器模组实现一点的多类型数据同时采集，Zigbee无线网络具有容量大、节点体积小、构架简单、低速率、低功耗、可自动组网等优点，将传感器模组与Zigbee无线网络技术结合，可以实现多种传感器共享数据包的传输协议，极大地降低硬件功耗和网络带宽消耗，并且可全方位多
角度进行数据检测，达到
温室大棚的信息的完全检测；感知节点结合网关节点的数据处理功能，有效降低了误差，减小了性噪比；通过配备
太阳能电池板充电电池与锂电池相结合的供电电源，以及设置休眠工作模式，可以有效降低系统功耗，延长供电时间，达到绿色节能、方便以及安全的目的；基于感知节点报警设置，可快速定位电源不足或是硬件损坏造成的问题节点，方便用户进行维护。为保证信息服务中心与感知层网关和移动客户端的数据通信，设计了自有网络协议，对网络传输数据进行功能性封装。大棚个人用户通过智能终端、短信和网页三种方式，个性化订阅需要的数据信息服务，信息服务中心接收服务定制信息并将数据主动推送至用户，同时对组织用户提供基于Web的系统入口，提供数据统计与分析服务以支持决策和研究之用，同时收集专家反馈，从而实现从大棚监测信息流到用户隐性知识的自主螺旋演化的目的。
附图说明
[0026] 下面结合附图和
实施例对本实用新型进一步说明
[0027] 图1是本实用新型的整理系统架构图
[0028] 图2是系统功能模块图
[0029] 图3是感知结点模块图。
具体实施方式
[0030] 本实用新型提供的一种基于3G无线物联网的智能化大棚信息推送系统如图1、2所示，包括感知结点、感知层网关、信息服务中心和移动客户端四大部分，其中感知结点与感知层网关双向无线通信，感知层网关与信息服务中心双向无线通信，移动客户端与信息服务中心双向无线通信。
[0031] 本实用新型在提供大棚一次信息的基础上，对监测信息进行深度加工，并采集来自外部的高质量专家反馈信息，同时满足不同类型用户的信息需求，实现了信息推送智能化。其技术路线是，在大棚内布置多个感知结点，通过感知结点的感知模块对大棚环境参数进行实时采集，通过Zigbee局域自组织网络及3G广域网络与Internet网络进行通信，将封装后的采集数据上传给信息服务中心并对采集到的数据进行有序化处理，为组织用户提供数据统计与分析并收集专家指导建议，并以信息推送方式向移动客户端推送个性化数据。
[0032] 本实用新型在大棚内合适位置放置多组感知模块对大棚中所需信息进行采集，可以按照需求来进行统筹安排，所需传感器模组由空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、pH值传感器、光照强度传感器、CO2浓度传感器、O2浓度传感器组成，对大棚内空气及土壤的温湿度、土壤酸碱度、光照强度、O2及CO2浓度进行数据采集。
[0033] 本实用新型的感知节点中处理器选用基于Zigbee技术的CC2430芯片，感知结点之间通过程序设计实现自我配置和智能组网，传感器模组采集的信号通过处理器进行数据处理，通过感知结点自组的内网进行数据的传送，最后将数据传输到感知层网关。 [0034] 本实用新型的感知结点的电源模块设置两种供电方式，通过配置太阳能电池板的供电和充电系统，对供电电池进行充电，作为感知节点常用电源，利用容量较大的锂电池作为备用供电电源。感知结点设置休眠模式，在定时采集数据后便进入休眠状态，直到下次系统被激活后则退出休眠状态。
[0035] 本实用新型的感知结点设置报警功能。运用Zigbee组成的局域网在通信过程中若发现某个终端节点出现问题，如供电不足或硬件损坏，自动搜索问题感知结点模块位置，并通过网关上报至信息管理中心，通过报警方式反馈至用户，提醒相关人员对其进行维护。 [0036] 感知层网关负责传感器网络数据的中转。其中Zigbee收发模块接收传感器网络的数据，初步封装后通过串口RS232或RS485，并口以及SPI等总线接口将数据传递给控制模块的嵌入式处理器S3c2440。S3c2440将接收到的传感器网络数据进行再次封装，通过WCDMA制式的3G网络传递到Internet上的服务器端。在数据传输之前，控器模块会先通过3G网络对感知网关向服务器端进行注册；在数据传输过程中，控制模块还负责监测感知网关的实时在线，同时进行数据包传输错误处理。
[0037] 本实用新型的信息服务中心的实时通信服务通过自有网络协议，与感知层网关、移动客户端软件建立双向有保证的网络连接并进行数据通信；数据处理服务将从感知层网关发来的数据进行有序化整理并存储至
数据库，为决策支持服务提供采集数据进行统计分析，并根据来自网页、短信或客户端的用户推送服务定制信息推送个性化数据至个人用户；决策支持服务可根据区域、时间、作物作为依据进行统计和分析，为组织用户提供定制化的研究数据源，并收集组织用户中专家的反馈信息，包括大棚环境调整和作物种植建议以供数据处理服务进行数据推送；自助管理服务通过Web浏览服务提供的界面供个人用户自主管理与配置个人信息、账户信息，网关信息、大棚环境信息和推送服务定制信息，可配置的推送服务包括采集数据推送、预警消息推送和专家建议推送； Web浏览服务为决策支持服务和自主管理服务提供用户交互界面；。系统管理服务为系统管理员提供面向信息服务中心的全局管理功能，包括连接管理、日志管理、账户信息管理、服务定制管理、决策支持系统管理和智能移动客户端管理。
[0038] 本实用新型移动客户端配置所要连接的服务中心的IP和端口信息。配置成功后，客户端系统通过3G无线网络将用户的唯一标识ID发送到服务中心，进行登录认证。在客户端认证成功后，客户端定时向服务中心发送验证数据确保客户端在线。用户可以通过短信，客户端设置或者登录
网站对以下三种服务定制：a.接收传感器数据；b.接收专家意见；c.传感器数据异常时提供报警服务。客户端定制服务后，可通过短信接收到或者在信息浏览模块中查看到传感器数据，专家的指导意见。当传感器所监测的数据值出现异常时，移动客户端将播放音频文件进行报警。
