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1、(10)申请公布号 CN 102629135 A (43)申请公布日 2012.08.08 CN 102629135 A *CN102629135A* (21)申请号 201210124299.2 (22)申请日 2012.04.25 G05B 19/418(2006.01) A01G 1/04(2006.01) A01G 9/14(2006.01) (71)申请人 上海理工大学 地址 200093 上海市杨浦区军工路 516 号 (72)发明人 邹金成 金晶 胥义 沈力 孙慧君 徐明坤 (74)专利代理机构 上海新天专利代理有限公司 31213 代理人 王敏杰 (54) 发明名称 一种无线可。
2、追溯菇房生产管理系统及方法 (57) 摘要 本发明揭示了一种无线可追溯菇房生产管理 系统及方法， 所述系统包括监控中心服务器， 设置 于各菇房、 与监控中心服务器通讯的监控站点 ； 监控站点包括若干 Zigbee 网络节点、 网络协调 器、 环境改善设备。Zigbee 网络节点用以采集菇 房内各监测点的生产参数信息， 并将采集的信息 加密后通过网络协调器处理， 而后发送至监控中 心服务器。 网络协调器用以处理Zigbee网络节点 采集的信息， 并发送至监控中心服务器 ； 同时根 据监控中心服务器的设定控制环境改善设备的动 作。本发明提出一种低成本、 低复杂度、 高效率的 系统， 实现了菇房生产。
3、监督管理信息化、 规范化、 标准化， 实现了菇房生产环境的实时监控与及时 补救远程信息化管理以及对蘑菇生产情况溯源追 踪。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 2 页 1/2 页 2 1. 一种无线可追溯菇房生产管理系统， 其特征在于， 所述系统包括 ： 监控中心服务器， 设置于各菇房、 与监控中心服务器通讯的监控站点 ； 所述监控站点包括 ： 若干 Zigbee 网络节点、 网络协调器、 环境改善设备 ； 所述 Zigbee 网络节点用以采集菇房内各监测。
4、点的生产参数信息， 并将采集的信息加 密后通过网络协调器处理， 而后发送至监控中心服务器 ； 所述 Zigbee 网络节点包括传感器 模块、 Zigbee 模块， Zigbee 模块包括第一控制器、 AD 转换器、 Zigbee 通讯单元 ； AD 转换器、 Zigbee 通讯单元分别与第一控制器连接 ； 所述网络协调器用以处理 Zigbee 网络节点采集的信息， 并发送至监控中心服务器 ； 同 时根据监控中心服务器的设定控制环境改善设备的动作 ； 所述网络协调器包括第二控制 器、 Zigbee 网络协调模块、 GPRS 远程传输单元以及坏境改善设备控制模块， Zigbee 网络协 调模块、 。
5、GPRS 远程传输单元以及坏境改善设备控制模块分别与第二控制器连接 ； 坏境改善 设备控制模块用以控制环境改善设备的动作 ； 所述环境改善设备包括加温设备、 低温空调设备以及通气换气设备。 2. 根据权利要求 1 所述的无线可追溯菇房生产管理系统， 其特征在于 ： 所述第二控制器控制 GPRS 远程传输单元， 使用 GPRS 网络通过 Internet 连接到监控中 心服务器的数据库中存储， 且使用 Labview 虚拟仪器实时显示温湿度曲线和 CO2浓度曲线 以及相关数据， 并且使用 Labiew 虚拟仪器对菇房生产参数进行设置。 3. 根据权利要求 1 所述的无线可追溯菇房生产管理系统， 。
6、其特征在于 ： 所述系统还包括若干监控终端， 各监控终端通过网络与监控中心服务器连接 ； 数个菇房生产研究部门通过监控终端远程查看监控中心服务器中的信息 ； 且可对菇房 生产中出现的问题进行溯源跟踪。 4. 根据权利要求 1 所述的无线可追溯菇房生产管理系统， 其特征在于 ： 所述网络协调器还包括显示模块、 若干接口模块， 若干接口模块包括 USB 接口、 SPI 接 口、 I2C 接口。 5. 一种利用权利要求 1 至 4 之一所述的无线可追溯菇房生产管理系统的管理方法， 其 特征在于， 所述方法具体包括如下步骤 ： 步骤S1、 配置Zigbee网络节点， 使用CC2430芯片及外围器件作为。
7、菇房环境参数监控网 点标签和路由节点， 监控网络节点放在菇房里适当位置， 把在多个网络节点的中心位置添 加一个路由节点存储菇房环境监控信息 ； 步骤 S2、 网络协调器中的 Zigbee 网络协调模块组建以自己的 Zigbee 网络 ； 经过第 二控制器的外围接口模块外挂键盘输入监控信息， 录入信息后的网络节点同时激活， 寻找 Zigbee 网络 ； 步骤 S3、 一组无线传感器网络节点采集菇房生产环境中的菇房生产环境参数， 在到路 由节点的作用下加入 Zigbee 网络后对信息进行加密， 然后发往网络协调器中的 Zigbee 网 络协调模块， Zigbee 网路协调器通过 SPI 接口与第二。
8、控制器连接， 第二控制器接收到信息 后通过串口通信方式信息中转到 GPRS 远程传输模块， 连接到 GPRS 网络通过 Internet 网络 发送到监控中心服务器， 经过解密后以网络标签的 64 位全球唯一的物理地址为标识将菇 房生产环境信息存储， 并返回 Zigbee 网络以确认信息， 此后网络根据检测环境参数控制相 应的环境改善设备工作， 以使菇房生产处在最佳环境状态 ； 权 利 要 求 书 CN 102629135 A 2 2/2 页 3 步骤 S4、 行政管理部门或菇房生产研究部门可以通过互联网以相应的权限访问网络监 控中心的服务器数据库， 进行数据下载、 分析， 历史查询、 实时显。
9、示以及对生产过程的蘑菇 生长状态进行溯源跟踪， 找出适合于某种蘑菇的最佳生长环境。 权 利 要 求 书 CN 102629135 A 3 1/5 页 4 一种无线可追溯菇房生产管理系统及方法 技术领域 0001 本发明属于无线通讯技术领域， 涉及一种菇房生产管理系统， 尤其涉及一种无线 可追溯菇房生产管理系统 ； 同时， 本发明还涉及一种无线可追溯菇房生产管理方法。 背景技术 0002 菌菇营养丰富， 味道鲜美， 是高蛋白、 低脂肪， 富含人体必需氨基酸、 矿物质、 维生 素和多糖等营养成分的健康食品。2008 年全国食用菌总产量 1872.2 万吨， 比 2007 年增长 8.7， 至 20。
10、10 年全国食用菌总产量达 2200 万吨， 产值达 1500 亿元， 与此同时， 全国在建和 已建成投产的工厂化企业已达到 450 家一举打破了食用菌传统的季节性生产模式 0003 然而， 国内现有的温室食用菌菇房主要通过农民祖辈相传经验以及工厂化的模式 进行养植。 前者主要依靠感官经验， 而不是精确、 可靠的量化数据， 菌菇产量不高， 且成功的 养植经验不容易被总结和复制 ； 后者虽然通过一定技术手段做到了调节生长环境， 但是成 本过高， 且没有做好信息的传递与保存， 由于缺乏有效的信息化手段， 使得难于对他们工作 的质量进行控制， 无法做到产品的可追溯， 形成食品安全隐患。 0004 2。
11、012 年中央 1 号文件针对食用菌出台了大量相关政策， 资金扶持计划， 并提出我 国的食用菌产业要想做大做强， 需尽快实现从规模生产向加工增值、 从数量增长向质量提 升、 从产业优势向经济优势的三个转变。物联网在菇房中的应用， 不光可增加产量， 扩大生 产规模， 提高效率， 降低生产和投资风险， 增加效益。并且信息化的监管手段最终可以实现 “安全可预警、 源头可追溯、 流向可跟踪、 信息可查询、 责任可认定、 产品可召回” 的信息化、 网络化， 立体化、 智能化的质量安全监管网。 0005 GPRS 无线移动网络技术 Internet 网络的发展与成熟， 为信息的远程传输提供了 有效的途径，。
12、 以及近年来出现的 Zigbee 技术， 是一种近距离、 低成本、 低功耗的双向无线传 输技术， 同时也支持地理定位。而近期 Labview 虚拟仪器在各个技术领域的使用越来越广 泛， 且可以非常方便的进行图形和数据化显示与数据采集。 发明内容 0006 本发明所要解决的技术问题是 ： 提供一种无线可追溯菇房生产管理系统， 可实现 了菇房生产监督管理信息化、 规范化、 标准化， 实现菇房生产环境的实时监控与及时补救远 程信息化管理以及对蘑菇生产情况溯源追踪。 0007 此外， 本发明还提供一种无线可追溯菇房生产管理方法， 可实现了菇房生产监督 管理信息化、 规范化、 标准化， 实现菇房生产环境。
13、的实时监控与及时补救远程信息化管理以 及对蘑菇生产情况溯源追踪。 0008 为解决上述技术问题， 本发明采用如下技术方案 ： 0009 一种无线可追溯菇房生产管理系统， 所述系统包括 ： 监控中心服务器， 设置于各菇 房、 与监控中心服务器通讯的监控站点 ； 0010 所述监控站点包括 ： 若干 Zigbee 网络节点、 网络协调器、 环境改善设备 ； 说 明 书 CN 102629135 A 4 2/5 页 5 0011 所述 Zigbee 网络节点用以采集菇房内各监测点的生产参数信息， 并将采集的信 息加密后通过网络协调器处理， 而后发送至监控中心服务器 ； 所述 Zigbee 网络节点包。
14、括传 感器模块、 Zigbee 模块， Zigbee 模块包括第一控制器、 AD 转换器、 Zigbee 通讯单元 ； AD 转 换器、 Zigbee 通讯单元分别与第一控制器连接 ； 0012 所述网络协调器用以处理 Zigbee 网络节点采集的信息， 并发送至监控中心服务 器 ； 同时根据监控中心服务器的设定控制环境改善设备的动作 ； 所述网络协调器包括第二 控制器、 Zigbee 网络协调模块、 GPRS 远程传输单元以及坏境改善设备控制模块， Zigbee 网 络协调模块、 GPRS 远程传输单元以及坏境改善设备控制模块分别与第二控制器连接 ； 坏境 改善设备控制模块用以控制环境改善设。
15、备的动作 ； 0013 所述环境改善设备包括加温设备、 低温空调设备以及通气换气设备。 0014 作为本发明的一种优选方案， 所述第二控制器控制 GPRS 远程传输单元， 使用 GPRS 网络通过Internet连接到监控中心服务器的数据库中存储， 且使用Labview虚拟仪器实时 显示温湿度曲线和 CO2浓度曲线以及相关数据， 并且使用 Labiew 虚拟仪器对菇房生产参数 进行设置。 0015 作为本发明的一种优选方案， 所述系统还包括若干监控终端， 各监控终端通过网 络与监控中心服务器连接 ； 0016 数个菇房生产研究部门通过监控终端远程查看监控中心服务器中的信息 ； 且可对 菇房生产。
16、中出现的问题进行溯源跟踪。 0017 作为本发明的一种优选方案， 所述网络协调器还包括显示模块、 若干接口模块， 若 干接口模块包括 USB 接口、 SPI 接口、 I2C 接口。 0018 一种上述的无线可追溯菇房生产管理系统的管理方法， 所述方法具体包括如下步 骤 ： 0019 步骤S1、 配置Zigbee网络节点， 使用CC2430芯片及外围器件作为菇房环境参数监 控网点标签和路由节点， 监控网络节点放在菇房里适当位置， 把在多个网络节点的中心位 置添加一个路由节点存储菇房环境监控信息 ； 0020 步骤 S2、 网络协调器中的 Zigbee 网络协调模块组建以自己的 Zigbee 网络。
17、 ； 经过 第二控制器的外围接口模块外挂键盘输入监控信息， 录入信息后的网络节点同时激活， 寻 找 Zigbee 网络 ； 0021 步骤 S3、 一组无线传感器网络节点采集菇房生产环境中的菇房生产环境参数， 在到路由节点的作用下加入 Zigbee 网络后对信息进行加密， 然后发往网络协调器中的 Zigbee 网络协调模块， Zigbee 网路协调器通过 SPI 接口与第二控制器连接， 第二控制器 接收到信息后通过串口通信方式信息中转到 GPRS 远程传输模块， 连接到 GPRS 网络通过 Internet 网络发送到监控中心服务器， 经过解密后以网络标签的 64 位全球唯一的物理地 址为标识。
18、将菇房生产环境信息存储， 并返回 Zigbee 网络以确认信息， 此后网络根据检测环 境参数控制相应的环境改善设备工作， 以使菇房生产处在最佳环境状态 ； 0022 步骤 S4、 行政管理部门或菇房生产研究部门可以通过互联网以相应的权限访问网 络监控中心的服务器数据库， 进行数据下载、 分析， 历史查询、 实时显示以及对生产过程的 蘑菇生长状态进行溯源跟踪， 找出适合于某种蘑菇的最佳生长环境。 0023 本发明的有益效果在于 ： 本发明提出的无线可追溯菇房生产管理系统及方法， 是 说 明 书 CN 102629135 A 5 3/5 页 6 一个低成本、 低复杂度、 高效率的系统， 实现了菇房。
19、生产监督管理信息化、 规范化、 标准化， 实现了菇房生产环境的实时监控与及时补救远程信息化管理以及对蘑菇生产情况溯源追 踪。 附图说明 0024 图 1 为本发明无线可追溯菇房生产管理系统结构示意图。 0025 图 2 为本发明生产管理系统网络协调器节点硬件硬件结构框图。 0026 图 3 为本发明无线可追溯菇房生产管理系统监控中心上位机结构示意图。 0027 图 4 为本发明无线可追溯菇房生产管理系统 Zigbee 节点结构示意图。 具体实施方式 0028 下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。 0029 实施例一 0030 请参阅图1， 本发明揭示了一种基于GPRS和Zigbee传输技术。
20、的无线可追溯菇房生 产及信息化管理系统。 0031 本发明提供了一种菇房信息集中管理控制模式， 利用 Zigbee 作为局部无线组网 方式， 而 GPRS 作为远程的无线数据传输方式， 以有效覆盖多个菇房的监控和管理， 系统包 括了至少一个现场监控的菇房 A、 一个网络核心中心管理部门 D、 多个与菇房养殖相关的部 门 E、 GPRS 网络 B 和 Internet 网络 C， 其中现场菇房数据采集监控 A 包括多个网络节点 A1 和路由标签 A2 构成的 Zigbee 网络以及进行 Zigbee 网络协调、 菇房监控环境信息的录入、 GPRS 远程传输的网络协调器 A3 构成， 网络协调器 。
21、A3 主要由网络协调器、 ARM 控制器以及 GPRS 远程传输器组成， 网络核心中心管理部门 D 利用 GPRS 网络通过 Internet 网络传输数 据， 并将数据存储于数据库中， 利用 Labview 虚拟仪器进行实时显示控制。相关部门或菇房 评估检测人员可以根据相关、 权限查看数据库服务器中的信息。 0032 如图 1 所示， 对每个菇房通过一组无线传感器节点采集菇房的温度、 湿度、 CO2 溶 度等蘑菇生长环境信息参数， 对于多个节点通过 Zigbee 路由节点， 在网络协调器的作用下 形成网状拓扑的 Zigbee 无线局域网。此局域网利用 GPRS 网络通过 Internet 网。
22、络与监控 管理中心进行信息传输。 0033 如图 2 所示， 放置在菇房的监测菇房环境参数和控制机构的网络协调器内部链接 关系为 ： ARM 处理器作为网络协调器的核心分别 Zigbee 网络协调器模块 CC2430、 GPRS 远程 传输模块、 改善环境设备控制模块、 LCD 和预留接口模块相连 ； 其中 CC2430Zigbee 芯片在单 位芯片上整合了 Zigbee 射频 (RF) 前端、 内存和微控制器， 包括 128KB 可编程闪存、 AES128 安全协同处理器及温度感测功能， 只需要少量的外围器件外加集成天线即可实现完整的温 度探测、 信息存储和RF收发功能。 GPRS模块以AT。
23、命令实现指令、 数据及控制信号的双向传 输。Zigbee 局域网络信息通过路由标签接力传输到 Zigbee 网络协调， 以 SPI 接口将信息 传输到 ARM 控制核心 ； 在由 ARM 将信息通过 RS-232 串口通信方式传输到 GPRS 远程传输模 块， GPRS 模块将信息通过 Internet 网络传输到监控管理中心 ； 同时， 控制 LCD 显示网络状 态、 网络节点、 当前网络的测得的菇房平均气温、 湿度和 CO2 浓度等信息。预留接口模块用 于为 PC 机或者其他设备通用的数据输入输出和控制接口。 说 明 书 CN 102629135 A 6 4/5 页 7 0034 如图 3。
24、 所示， 菇房管理监控中心的硬件平台是由接有 Internet 网络并且安装有 Windows 系统的主流计算机来实现的 ； 菇房管理监控中心的软件采用模块化设计， 使用 G 语 言开发 Labview 虚拟仪器作为显示控制界面， 利用 Labview 虚拟仪器通过 Internet 网络和 GPRS 网络下传监控参数允许范围， 并且配合 SQLServer 数据库技术和 TCP 协议实现数据库 和通信操作， 监控中心的软件设计保证了系统功能的完整性和可兼容性， 且 Labview 是一 款功能强大、 灵活的多平台仪器和分析软件系统， 操作简便。软件系统上主要有通信模块、 数据库模块和主界面模。
25、块等。 0035 多个与菇房管理相关的行政管理监控部门， 主要职能是对菇房信息监管， 通过互 联网以相应权限访问中心监控服务器内的数据库， 实现数据的实时显示、 历史查询、 数据下 载和分析等综合功能。相关部门的专家可以根据菇房的生产情况和环境数据进行分析， 找 出对应蘑菇最佳生长环境， 以利于蘑菇的再次生产环境的调节。 0036 如图 4 所示， 无线监控网络节点主要由 Zigbee 模块、 温湿度和 CO2 浓度传感器模 块构成， 本系统需要对温湿度和 CO2 浓度进行检测， 传感器输出的信号输入 Zigbee 芯片进 行处理， 然后经 AES-128 安全协议处理器加密后通过内部无线收发。
26、器发往路由节点。 0037 实施例二 0038 一种无线可追溯菇房生产管理系统， 所述系统包括 ： 监控中心服务器， 设置于各菇 房、 与监控中心服务器通讯的监控站点。所述监控站点包括 ： 若干 Zigbee 网络节点、 网络 协调器、 环境改善设备。 所述环境改善设备可包括加温设备、 低温空调设备以及通气换气设 备。 0039 所述 Zigbee 网络节点用以采集菇房内各监测点的生产参数信息， 并将采集的信 息加密后通过网络协调器处理， 而后发送至监控中心服务器 ； 所述 Zigbee 网络节点包括传 感器模块、 Zigbee 模块， Zigbee 模块包括第一控制器、 AD 转换器、 Zi。
27、gbee 通讯单元 ； AD 转 换器、 Zigbee 通讯单元分别与第一控制器连接。 0040 所述网络协调器用以处理 Zigbee 网络节点采集的信息， 并发送至监控中心服务 器 ； 同时根据监控中心服务器的设定控制环境改善设备的动作 ； 所述网络协调器包括第二 控制器、 Zigbee 网络协调模块、 GPRS 远程传输单元以及坏境改善设备控制模块， Zigbee 网 络协调模块、 GPRS 远程传输单元以及坏境改善设备控制模块分别与第二控制器连接 ； 坏境 改善设备控制模块用以控制环境改善设备的动作。 0041 所述第二控制器控制 GPRS 远程传输单元， 使用 GPRS 网络通过 In。
28、ternet 连接到监 控中心服务器的数据库中存储， 且使用 Labview 虚拟仪器实时显示温湿度曲线和 CO2 浓度 曲线以及相关数据， 并且使用 Labiew 虚拟仪器对菇房生产参数进行设置。 0042 此外， 所述系统还包括若干监控终端， 各监控终端通过网络与监控中心服务器连 接 ； 数个菇房生产研究部门通过监控终端远程查看监控中心服务器中的信息 ； 且可对菇房 生产中出现的问题进行溯源跟踪。 0043 优选地， 所述网络协调器还包括显示模块、 若干接口模块， 若干接口模块包括 USB 接口、 SPI 接口、 I2C 接口。 0044 本发明同时揭示一种上述的无线可追溯菇房生产管理系统。
29、的管理方法， 所述方法 具体包括如下步骤 ： 0045 步骤S1、 配置Zigbee网络节点， 使用CC2430芯片及外围器件作为菇房环境参数监 说 明 书 CN 102629135 A 7 5/5 页 8 控网点标签和路由节点， 监控网络节点放在菇房里适当位置， 把在多个网络节点的中心位 置添加一个路由节点存储菇房环境监控信息 ； 0046 步骤 S2、 网络协调器中的 Zigbee 网络协调模块组建以自己的 Zigbee 网络 ； 经过 第二控制器的外围接口模块外挂键盘输入监控信息， 录入信息后的网络节点同时激活， 寻 找 Zigbee 网络 ； 0047 步骤 S3、 一组无线传感器网络。
30、节点采集菇房生产环境中的菇房生产环境参数， 在到路由节点的作用下加入 Zigbee 网络后对信息进行加密， 然后发往网络协调器中的 Zigbee 网络协调模块， Zigbee 网路协调器通过 SPI 接口与第二控制器连接， 第二控制器 接收到信息后通过串口通信方式信息中转到 GPRS 远程传输模块， 连接到 GPRS 网络通过 Internet 网络发送到监控中心服务器， 经过解密后以网络标签的 64 位全球唯一的物理地 址为标识将菇房生产环境信息存储， 并返回 Zigbee 网络以确认信息， 此后网络根据检测环 境参数控制相应的环境改善设备工作， 以使菇房生产处在最佳环境状态 ； 0048 。
31、步骤 S4、 行政管理部门或菇房生产研究部门可以通过互联网以相应的权限访问网 络监控中心的服务器数据库， 进行数据下载、 分析， 历史查询、 实时显示以及对生产过程的 蘑菇生长状态进行溯源跟踪， 找出适合于某种蘑菇的最佳生长环境。 0049 综上所述， 本发明提出的无线可追溯菇房生产管理系统及方法， 是一个低成本、 低 复杂度、 高效率的系统， 实现了菇房生产监督管理信息化、 规范化、 标准化， 实现了菇房生产 环境的实时监控与及时补救远程信息化管理以及对蘑菇生产情况溯源追踪。 0050 这里本发明的描述和应用是说明性的， 并非想将本发明的范围限制在上述实施例 中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的， 对于那些本领域的普通技术人员来说实 施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是， 在不脱离本发明 的精神或本质特征的情况下， 本发明可以以其它形式、 结构、 布置、 比例， 以及用其它组件、 材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下， 可以对这里所披露的实施例进 行其它变形和改变。 说 明 书 CN 102629135 A 8 1/2 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102629135 A 9 2/2 页 10 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 102629135 A 10 。