8.1物联网

<aside> 💡 物联网域结构是国家标准 GB/T 33474—2016《物联网参考体系结构》中提出的,该标准提出了物联网概念模型,分为用户域、目标对象域、感知控制域、服务提供域、运维管控域、资源交换域六大部分。

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<aside> 💡 参考物联网体系结构,结合植物温室环境的实际条件,设计植物温室的物联网体系架构,在此基础上设计植物温室环境智能调控系统,主要分为目标对象域、感知控制域、服务提供域及用户域四个部分,分别介绍了各个域的功能与设备并对其进行设计分析,达到数据采集、处理、上传与设备控制的功能。

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(1)目标对象域

目标对象域是对植物温室信息数据和调控设备信息感知的集合,具体包括土壤温湿度、空气温湿度、光照强度、降雨量、CO2浓度以及植物长势等环境信息以及放风机、卷帘机、CO2补充器等调控设备状态信息。

(2)感知控制域

感知控制域是植物温室智能调控系统实现的核心,由无线传感器网络监控设备、植物温室内其他控制执行机构及物联网感知控制终端等部分组成。主要实现对目标对象域的环境数据和调控设备信息进行获取,并将信息通过物联网网关进行实时传输,上传至服务提供域进行存储、分析和决策。

(3)服务提供域

服务提供域是上位机软件、Web 端和手机 APP 移动端的集成,通过物联网技术与其他技术相结合,主要实现对感知控制域上传的数据信息进行存储、分析和决策以及对数据信息进行可视化展示和协助温室生成管理等功能。

(4)用户域

用户域是对植物温室进行管理操作人员的集合,根据植物温室管理的实际情况可分为园区负责人和温室管理员两部分。

8.2 无线传感器与网络结构

利用 ZigBee 技术和CC2530 芯片以及各类传感器组成无线传感器网络单元,遵循 Z-stack 协议进行数据传输,通过 4G 通信技术将数据传输至数据库。

ZigBee技术网络的拓扑结构分为三种类型:星型拓扑结构、树状拓扑结构和网状拓扑结构。无论是星型拓扑结构、树状拓扑结构还是网状拓扑结构,每个 ZigBee 网络都拥有自己独立的唯一标识符,通过这个唯一的标识符可以进行网络设备之间的通信。

星型拓扑结构由一个主协调器和若干从属设备组成,主协调器必须为全功能设备(FFD)而从属设备即可为全功能设备又可为缩减功能设备(RFD),任意两个设备间的通信都要依赖于主协调器节点。当一个具有 FFD 全功能设备的 ZigBee 模块被激活以后,会建立一个属于自己的 ZigBee 网络,并将自身作为主协调器使用,所有的星型拓扑结构的 ZigBee 网络都独立于其他星型网络,所以每个星型结构的 ZigBee 网络是独立于其他网络而存在的。

树状拓扑结构在网络中要求内部节点的设备功能即可为全功能设备(FFD)又可为缩减功能设备(RFD),但树状拓扑结构的网络要求大部分节点采用全功能设备的节点,缩减功能设备的节点只能作为叶子节点使用,因为其一次只能连接一个全功能设备。

网状拓扑结构是相对于星型拓扑结构和树状拓扑结构更加复杂的网络拓扑结构,相应的网状拓扑结构也更加稳定,拥有更强的自我恢复能力。在网状拓扑结构中,各个设备之间相互发消息时,可以通过多个中继设备相互传递信息,通常把这个过程称为多跳的传输方式,以这样的方式进行传输可以扩大网络的通信范围。

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                                                     图8.2 CC2530 硬件模块