CN102890857B

CN102890857B - 农田墒情远程采集发布系统

Info

Publication number: CN102890857B
Application number: CN201210343218.8A
Authority: CN
Inventors: 郑文刚; 高祥照; 邢振; 申长军; 李文龙; 张馨
Original assignee: Beijing Research Center of Intelligent Equipment for Agriculture
Current assignee: Beijing Research Center of Intelligent Equipment for Agriculture
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2032-09-14
Also published as: CN102890857A

Abstract

本发明公开了一种农田墒情远程采集发布系统，包括：墒情监测站、墒情信息采集发布平台以及用户终端，所述墒情监测站采集墒情数据并通过GPRS网络上传到所述墒情信息采集发布平台，所述墒情信息采集发布平台对所述墒情数据进行加工处理并传送到互联网上供用户终端查看和下载。本发明农田墒情远程采集发布系统不仅可以实现一点与多点无线通信，且实现了对农田信息的采集，无需值守，减少了人力、物力的消耗，提高了农田信息采集和发布的实时性；另外本系统覆盖范围广、可靠性强，传输速度快；不仅能够把采集的墒情数据实时发布，还能够通过专家系统，形成专家决策信息和预警信息，指导农业生产。

Description

农田墒情远程采集发布系统

技术领域

本发明涉及农田墒情采集技术领域，特别涉及一种农田墒情远程采集发布系统。

背景技术

土壤墒情是指农作物主要根系活动层内的土壤水分状况。它是农业抗旱、水资源合理配置的重要根据，可以为政府宏观决策提供科学依据，为指导农业生产服务。目前，许多地区对农田信息的采集主要采用人工的方式，这种方式的最大缺点是采集信息误差较大、上报和发布信息的周期太长，严重滞后于农业生产。例如，由于农技人员较多、技术水平参差不齐以及采集方式和分析方法存在很大的差异，就很难保证采集信息的准确性。另外，每个农技人员需要把采集的信息层层上报，到最终形成决策、发布信息需要的时间周期太长，会严重影响农作物的生长，造成农作物的减产。目前，虽然建立的土壤墒情监测系统较多，但存在监测点少、监测范围小以及不能对外实时发布监测信息等缺陷。

在现有的系统中一般采用太阳能供电，在控制器的控制下能够采集土壤水分、土壤温度、空气温湿度以及降雨量等农田信息，并能够利用GSM模块通过短消息的方式把采集信息发送给农户。由于系统采用的是GSM模块，采集的农田信息只能以短消息的方式进行发送，数据容易丢失，实时性以及与农户的交互性较差；另外，由于采用短消息的方式传递的数据量较小，当遇到采集农田信息数据较多时（特别是图像信息），系统很难实现。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种农田墒情远程采集发布系统，其具有采集农田土壤湿度、土壤温度、空气温湿度、太阳辐射、风速风向和降雨量等农田信息，把采集的信息加工处理，通过互联网对外发布，授权用户可以通过登陆网站对数据进行查询和下载。

（二）技术方案

本发明提供一种农田墒情远程采集发布系统，包括：墒情监测站、墒情信息采集发布平台以及用户终端，所述墒情监测站采集墒情数据并通过GPRS网络上传到所述墒情信息采集发布平台，所述墒情信息采集发布平台对所述墒情数据进行加工处理并传送到互联网上供用户终端查看和下载。

其中，所述墒情监测站包括：

用于采集太阳能并充/放电给蓄电池的太阳能电池板；

用于给墒情监测硬件电路板供电的蓄电池；以及

墒情监测硬件电路板。

其中，所述墒情监测硬件电路板包括：主处理器、存储单元、GPRS模块、传感器接口单元、电源管理单元、保护电路、用于对墒情监测站的参数进行设置的按键模块和用于浏览土壤温度、土壤湿度、空气温湿度、日照强度、风速、风速和降雨量的液晶显示模块、

所述主处理器，对传感器信号数据进行采集并与墒情信息采集发布平台进行数据交互；

所述存储单元与主处理器连接，所述存储单元用于数据存储的所述数据包括：系统参数数据和测量数据；

所述GPRS模块，通过RS232接口与主处理器连接，所述GPRS模块用于发送监测站采集的数据和接收墒情信息采集发布平台的控制命令的；

所述传感器接口单元包括：土壤水分传感器接口、土壤温度传感器接口、空气温湿度传感器接口、太阳辐射传感器接口、风速/风向传感器接口和降雨量传感器接口；

所述电源管理单元包括：LDO电路、切换控制电路和大功率电源电路；

所述保护电路采用防雷保护、浪泳保护、过流保护以及对太阳能蓄电池的充放电保护。

其中，所述存储单元通过串行外围设备接口与主处理器连接。

其中，所述存储单元由四个AT4DB161D芯片组成。

其中，所述主处理器采用C8051F040单片机。

其中，所述墒情信息采集发布平台包括：数据通信单元、信息管理单元和墒情信息发布单元。

其中，所述用户终端通过登陆互联网查看和下载墒情数据，同时上传农作物种类信息。

（三）有益效果

本发明农田墒情远程采集发布系统不仅可以实现一点（墒情信息采集发布平台）与多点（墒情监测站）无线通信，且实现了对农田信息（土壤湿度、土壤温度、空气温湿度、太阳辐射、风速风向和降雨量）的采集，无需值守，减少了人力、物力的消耗，并能够把墒情信息和专家决策实时对外发布，提高了农田信息采集和发布的实时性；另外本系统采用覆盖范围广、可靠性强，传输速度快的GPRS网络进行通信，并采用流量计费，具有系统运行稳定、运行成本低的特点；本系统不仅能够把采集的墒情数据实时发布，还能够通过专家系统，形成专家决策信息和预警信息，指导农业生产。

附图说明

图1为本发明农田墒情远程采集发布系统结构示意图；

图2为本发明墒情检测站硬件电路板的结构示意图；

图3为本发明电源管理单元结构示意图；

图4为本发明保护电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明的农田墒情远程采集发布系统包括：墒情监测站1、墒情信息采集发布平台2以及用户终端3，所述墒情监测站1采集墒情数据并通过GPRS网络上传到所述墒情信息采集发布平台2，所述墒情信息采集发布平台2对所述墒情数据进行加工处理并传送到互联网上供用户终端3查看和下载；所述用户终端3通过登陆互联网查看和下载数据，同时也可以上传农作物种类信息。用户终端，可以通过Internet网络进入登陆界面，完成身份验证后既可登陆到远程墒情监测发布平台2，通过设置不同的查询条件，对本地区墒情数据进行查询、分析和数据下载。

如图2所示，所述墒情监测站1包括：太阳能电池板，用于采集太阳能并给蓄电池充/放电；蓄电池，用于给墒情监测硬件电路板供电；墒情监测硬件电路板。所述墒情监测硬件电路板包括：主处理器11、按键模块12和液晶显示模块13、存储单元14、GPRS模块15、传感器接口单元16、电源管理单元17和保护电路18。

所述主处理器11采用C8051F040单片机，用于对传感器信号数据进行采集并与墒情信息采集发布平台2进行数据交互；

所述按键模块12和液晶显示模块13，用于对墒情监测站1的参数进行设置并且用于浏览土壤温度、土壤湿度、空气温湿度、日照强度、风速、风速和降雨量；

所述存储单元14通过串行外围设备接口（Serial Peripheralinterface，SPI）与主处理器11连接，用于数据存储，所述数据包括系统参数数据和测量数据，本实施方式中，所述存储单元14由四个AT4DB161D芯片组成，存储容量可以达到64MB；

所述GPRS模块15，通过RS232接口与主处理器11连接，用于发送墒情监测站1采集的数据和接收墒情信息采集发布平台2的控制命令；

所述传感器接口单元16包括：土壤水分传感器接口、土壤温度传感器接口、空气温湿度传感器接口、太阳辐射传感器接口、风速/风向传感器接口和降雨量传感器接口；

所述电源管理单元17包括：LDO电路171、切换控制电路172和大功率电源电路173；用于保障墒情监测系统稳定、低功耗运行；所述LDO电路171的主要作用是把蓄电池提供的电压通过稳压电路LDO稳压到3.3V后输出，提供给墒情监测系统需要3.3V供电的主处理器11以及外围硬件电路；所述大功率电源电路采用集成芯片R1224N102E，其具有电压波动范围小及较高的电流输出能力，把蓄电池提供的电压转换成4.2V的电压为GPRS模块提供电压，保证GPRS模块15正常通信；所述切换控制电路用于控制开通或切断GPRS模块15电源；主处理器11的一个输出端口与切换控制电路相连接，切换控制电路连接至GPRS模块15的端口，主处理器11可以根据工作需要通过切换控制电路开通或切断GPRS模块15通信。

如图4所示，所述保护电路18采用防雷保护、浪泳保护和过流保护，保证墒情监测站1长期运行；防雷管G200、G201组成了第一级防护电路，这两个放电管组成了差模和共模保护电路，用于泄放防雷产生的大电流，将大部分雷电能量加以旁路吸收，第二级保护包括TVS二极管D200、D201、D202和进行过压保护的压敏电阻VR400，用于实施对经过第一级抑制后的剩余过电压进行钳位，将其限制在后续电源电路可以耐受的电压水平，介于第一级与第二级保护元件之间的是热敏电阻F200和F201，用于过流和过压保护，当过大的电流流过压敏电阻时，压敏电阻内阻快速增大，从而切断外部信号与内部电路的连接，保护内部电路不受损坏，电感线圈T200用于进一步滤除电源杂波，为墒情监测系统提供稳定的电压，二极管D203主要用于防止蓄电池两极接反损坏电路其它元件。

所述墒情信息采集发布平台2包括：数据通信单元、信息管理单元和墒情信息发布单元。所述数据通信单元为一个后台处理单元，负责与墒情监测站1进行远程通信。当墒情监测站1发送数据时，所述数据通信单元首先获取数据源的IP地址和端口号，接受数据时通过对指定端口的侦听，识别并接受墒情监测站1点连接请求，并接收数据包；同时，数据通信单元对非法连接、数据串校验格式和丢弃非法格式数据包进行处理，最大限度的保证数据接收的正确性。在对墒情监测站1发送数据时，数据通信单元按照固定的协议对数据进行封装，增加CRC校验，并压包发送。

所述信息管理单元采用SQLServer2008和数据库访问技术ADO.NET，可以方便高效的实现数据库的访问。信息管理单元具有以下功能：数据管理、生产管理、短信报警、账号管理；数据管理包括实时数据浏览、历史数据浏览、数据对比分析和数据下载，生产管理主要是根据墒情数据以及作物种类进行专家系统分析，形成专家策略，指导农业生产；短信报警是根据不同地区的实际需求，设置报警阀值范围，一旦超过阀值范围，系统就会发布报警信息；帐号管理主要是对系统管理账号进行增加、删除、改变、查询，同时对账号、站点进行授权管理操作。

墒情信息发布单元是基于ASP.NET技术设计开发的通信终端服务单元和浏览器模块，完成对农田信息的采集发布和用户终端的授权。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种农田墒情远程采集发布系统，其特征在于，包括：墒情监测站、墒情信息采集发布平台以及用户终端，所述墒情监测站采集墒情数据并通过GPRS网络上传到所述墒情信息采集发布平台，所述墒情信息采集发布平台对所述墒情数据进行加工处理并传送到互联网上供用户终端查看和下载；

所述墒情监测站包括墒情监测硬件电路板，所述墒情监测硬件电路板包括保护电路；

所述保护电路采用防雷保护、浪泳保护、过流保护以及对太阳能蓄电池的充放电保护，第一级保护元件是两个放电管，第二级保护元件是三个TVS二极管和压敏电阻，介于第一级和第二级保护元件之间的是两个热敏电阻，其中，在输入的正极端和负极端分别连接到并联的一个放电管和一个热敏电阻，两个热敏电阻之间串联有一个压敏电阻，两个放电管之间串联有三个TVS二极管，所述压敏电阻和三个TVS二极管中的中间TVS二极管并联；所述墒情监测站还包括：

用于采集太阳能并给蓄电池充/放电的太阳能电池板；

用于给墒情监测硬件电路板供电的蓄电池。

2.如权利要求1所述的农田墒情远程采集发布系统，其特征在于，所述墒情监测硬件电路板还包括：主处理器、存储单元、GPRS模块、传感器接口单元、电源管理单元、用于对墒情监测站的参数进行设置的按键模块和用于浏览土壤温度、土壤湿度、空气温湿度、日照强度、风速、风向和降雨量的液晶显示模块；

所述存储单元与主处理器连接，所述存储单元用于数据存储，所述数据包括：系统参数数据和测量数据；

所述电源管理单元包括：LDO电路、切换控制电路和大功率电源电路。

3.如权利要求2所述的农田墒情远程采集发布系统，其特征在于，所述存储单元通过串行外围设备接口与主处理器连接。

4.如权利要求3所述的农田墒情远程采集发布系统，其特征在于，所述存储单元由四个AT4DB161D芯片组成。

5.如权利要求2所述的农田墒情远程采集发布系统，其特征在于，所述主处理器采用C8051F040单片机。

6.如权利要求1所述的农田墒情远程采集发布系统，其特征在于，所述墒情信息采集发布平台包括：数据通信单元、信息管理单元和墒情信息发布单元。

7.如权利要求1所述的农田墒情远程采集发布系统，其特征在于，所述用户终端通过登陆互联网查看和下载墒情数据，同时上传农作物种类信息。