CN102289920A - 一种节能型无线多跳农业远程智能监控与预警系统 - Google Patents

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李淼
张建
唐静
杨巍
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Abstract

本发明涉及一种节能型无线多跳农业远程智能监控与预警系统，包括多个数据采集装置，数据采集装置的信号输入端与传感器相连，数据采集装置与数据汇集装置无线通讯，数据汇集装置与后台计算机无线通讯。本发明使用传感器采集温度、光照、土壤酸碱度等环境参数，并将这些参数传送至数据采集装置，多个数据采集装置采用无线传输模块将环境参数传输至数据汇集装置，数据汇集装置对所有数据采集装置所采集的参数进行汇集、编码，并通过无线传输模块将编码后的参数信息发送至后台计算机，后台计算机对农业野外生长环境信息进行实时监测与预警。

Description

一种节能型无线多跳农业远程智能监控与预警系统
技术领域
本发明涉及智能系统领域,尤其是一种节能型无线多跳农业远程智能监控与预警系统。
 
背景技术
节能型无线多跳农业远程智能监控与预警系统由五个环节组成：现场监测数据采集→监测数据传输→监测数据处理→决策预警分析→预测预报信息发布。针对这五个环节，现有的智能监控与预警系统存在以下缺陷：
第一，无法远距离监控大田环境数据，只适于单用户、单作物、单专家系统，对专家知识的依赖性强，无法处理多种作物大田的多种病虫害情况，对各地的病虫害历史数据的利用率低，可扩展性较低；
第二，无法对大田进行规模化应用，在病虫害诊断防治方面只针对温室内的作物提供有限的诊断功能，并未建立完整的预警系统，对大田只提供节水灌溉等功能，并未提到病虫害预警，也不具有对多种作物及病虫害的可扩展性；
第三，未用到温湿光传感器，没有远程传输环境数据及预警信息的设备，没有提供农技人员上传多种作物病虫害数据的能力，所以不适于无人值守多种作物大田的病虫害自动预警；
第四，采用的微控制器处理能力弱，现场设置与显示功能并未提及，设备并未采用各种降低节能措施来降低功耗，而大部分情况下农业环境监测装置都需要采用太阳能供电，功耗问题显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够对野外无人值守的农业生产进行全天候现场监控和灾害智能预警的节能型无线多跳农业远程智能监控与预警系统。
一种节能型无线多跳农业远程智能监控与预警系统，包括多个数据采集装置，数据采集装置的信号输入端与传感器相连，数据采集装置与数据汇集装置无线通讯，数据汇集装置与后台计算机无线通讯。
由上述技术方案可知，本发明使用传感器采集温度、光照、土壤酸碱度等环境参数，并将这些参数传送至数据采集装置，多个数据采集装置采用无线传输模块将环境参数传输至数据汇集装置，数据汇集装置对所有数据采集装置所采集的参数进行汇集、编码，并通过无线传输模块将编码后的参数信息发送至后台计算机，后台计算机对农业野外生长环境信息进行实时监测与预警。
 
附图说明
图1是本发明的系统结构框图；
图2是本发明中数据采集装置的结构框图。
 
具体实施方式
一种节能型无线多跳农业远程智能监控与预警系统，包括多个数据采集装置1，数据采集装置1的信号输入端与多个传感器相连，多个数据采集装置1对应一个数据汇集装置2，共同构成一个Zigbee无线传感器网络。数据采集装置1与数据汇集装置2无线通讯，数据汇集装置2与后台计算机3无线通讯，如图1所示。数据采集装置1的个数为1～256个，一个数据汇集装置2能够带动256个数据采集装置1进行农业现场组网，构建现场无线传感器网络，该网络最大覆盖监控范围为400亩左右。
如图1、2所示，所述的数据采集装置1包括第一微控制器4，第一微控制器4的信号输入端分别与LCD显示模块、人机交互微型键盘模块和多个传感器相连，第一微控制器4的信号输出端与无线收发模块相连，电源模块向第一微控制器4和无线收发模块供电。所述的第一微控制器4采用Msp430F149芯片，所述的传感器包括环境温度传感器、环境湿度传感器、光照传感器、雨量传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤PH值传感器和土壤盐分传感器，所述的电源模块为太阳能电源模块。第一微控制器4负责采集各个传感器的输出信号，并将其转换为对应的物理量，然后将数据按照事先约定的帧格式送至无线收发模块，通过人机交互微型键盘模块设置各种工作参数，如数据采集密度、多点时间同步、采集报警设置、数字滤波、AD采集次数、传感器转换公式参数等，LCD显示模块则实时显示采集数据和用户设置参数。
传感器从外部获取环境数据，向第一微控制器发4出准备好信号，要求读取数据，第一微控制器4收到准备好信号，发送串行时钟信号，开始以串行方式接收数据，数据在时钟下降沿有效。如果串行时钟信号为高电平，数据信号为低电平，而当串行时钟信号再次为高电平时，数据信号由低电平转向高电平，则表示数据开始传送。数据包括两字节的测量信息和一字节的循环冗余校验，每字节有一确认位，其中00000101表示湿度测量，00000011表示温度测量。数据传送完成后自动进入睡眠状态，第一微控制器4将接收到的数据以帧形式送至无线收发模块，数据帧包括帧首和数据两部分，帧首使用双字节0x55AA，数据部分为1字节，即每帧占用3B，帧首和数据部分均采用十六进制ASCII码传送，确保协议的透明性。 
如图1所示，所述的数据汇集装置2包括第二微控制器5，第二微控制器5的信号输入端与无线收发模块相连，第二微控制器5的信号输出端与人机交互模块相连，人机交互模块上设置LCD显示屏，人机交互模块通过RS232接口与无线通讯模块相连，人机交互模块通过USB芯片与USB存储器相连，电源模块向无线收发模块、第二微控制器5和无线通讯模块供电。所述的第二微控制器5采用Msp430F149芯片，所述的无线通讯模块为GPRS DTU模块8，所述的电源模块为太阳能电源模块。无线收发模块将接收到的数据通过串口传给第二微控制器5，第二微控制器5将接收到的数据编码后经GPRS DTU模块8远距离发送至后台计算机3，同时通过LCD显示屏实时显示来自所有数据采集装置1的采集数据，数据采集装置1与数据汇集装置2中的无线收发模块均采用系统级低功耗优化技术，并进行数据校验和组包发送。所述的数据采集装置1、数据汇集装置2采用太阳能电源和与市电智能切换的供电方式，在出现长时间阴雨天气而导致太阳能电源耗尽时系统自动切换到市电进行接力。
如图1所示，所述的后台计算机3与GSM短信猫6相连，GSM短信猫6通过短信平台与手机终端7通讯，后台计算机3接入因特网，后台计算机3由智能决策与推理子系统、主动推送子系统、网络应用子系统和作物预警子系统组成，后台计算机3上设置人机交互模块。所述的智能决策与推理子系统、作物预警子系统、主动推送子系统分别与GSM短信猫6相连。
后台计算机3通过因特网实时接收数据汇集装置2传送的农作物环境数据，包括农作物栽培知识、周年管理信息、病虫害防治知识、病虫害预测及施肥决策等规则信息，将其解码后存入农作物信息数据库，网络应用子系统对采集到的实时数据进行处理，并将处理后的数据存入作物预警信息数据库。作物预警信息数据库存有作物栽培知识、病虫害防治知识、病虫害灾害规则库、病虫害灾害历史数据、施肥决策规则信息、野外现场与传感器事实数据。作物预警子系统实时对农作物的数据信息进行监测，在数据发生异常时，由作物预警子系统通过GSM短信猫6发送预警信息至用户的手机终端7。多用户共用同一计算机子系统，对于大量用户、作物全生育期预警进一步降低了系统成本。
智能决策与推理子系统根据实时数据以及处理的数据，结合农作物病虫信息数据库中的病虫害预测及施肥决策等规则信息，采用混合推理的模式，先进行正向推理，通过某些已知数据或者事实的驱动去选择合适的目标，然后再反向推理，对果林进行病虫害预测与施肥决策，决策结果一方面提交给短信服务平台将信息发送给相关用户，另一方面提交给web服务系统，方便用户远程登录查询。主动推送子系统根据用户的短信信息或注册信息为在服务范围内的用户提供定制服务，根据用户的咨询问题将专家的解答反馈给相应的用户，并提供农作物栽培技术、周年管理信息的在线查询以及在线问题咨询等服务。

Claims (7)

1.一种节能型无线多跳农业远程智能监控与预警系统，其特征在于：包括多个数据采集装置（1），数据采集装置（1）的信号输入端与多个传感器相连，数据采集装置（1）与数据汇集装置（2）无线通讯，数据汇集装置（2）与后台计算机（3）无线通讯。
2.根据权利要求1所述的节能型无线多跳农业远程智能监控与预警系统，其特征在于：所述的数据采集装置（1）包括第一微控制器（4），第一微控制器（4）的信号输入端分别与LCD显示模块、人机交互微型键盘模块和多个传感器相连，第一微控制器（4）的信号输出端与无线收发模块相连，电源模块向第一微控制器（4）和无线收发模块供电，数据采集装置（1）的个数为1～256个。
3.根据权利要求1所述的节能型无线多跳农业远程智能监控与预警系统，其特征在于：所述的数据汇集装置（2）包括第二微控制器（5），第二微控制器（5）的信号输入端与无线收发模块相连，第二微控制器（5）的信号输出端与人机交互模块相连，人机交互模块上设置LCD显示屏，人机交互模块通过RS232接口与无线通讯模块相连，人机交互模块通过USB芯片与USB存储器相连，电源模块向无线收发模块、第二微控制器（5）和无线通讯模块供电。
4.根据权利要求1所述的节能型无线多跳农业远程智能监控与预警系统，其特征在于：所述的后台计算机（3）与GSM短信猫（6）相连，GSM短信猫（6）与手机终端（7）通讯，后台计算机（3）接入因特网，后台计算机（3）由智能决策与推理子系统、主动推送子系统、网络应用子系统和作物预警子系统组成，后台计算机（3）上设置人机交互模块。
5.根据权利要求2所述的节能型无线多跳农业远程智能监控与预警系统，其特征在于：所述的第一微控制器（4）采用Msp430F149芯片，所述的传感器包括环境温度传感器、环境湿度传感器、光照传感器、雨量传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤PH值传感器和土壤盐分传感器，所述的电源模块为太阳能电源模块。
6.根据权利要求3所述的节能型无线多跳农业远程智能监控与预警系统，其特征在于：所述的第二微控制器（5）采用Msp430F149芯片，所述的无线通讯模块为GPRS DTU模块（8），所述的电源模块为太阳能电源模块。
7.根据权利要求4所述的节能型无线多跳农业远程智能监控与预警系统，其特征在于：所述的智能决策与推理子系统、作物预警子系统、主动推送子系统分别与GSM短信猫（6）通讯。
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