CN103512618A

CN103512618A - 一种自供电的农业综合信息智能监测系统

Info

Publication number: CN103512618A
Application number: CN201310476253.1A
Authority: CN
Inventors: 郑立荣; 姚荣伟; 邹新春; 吴汉武; 安晋静
Original assignee: WUXI INSTITUTE OF FUDAN UNIVERDITY
Current assignee: WUXI INSTITUTE OF FUDAN UNIVERDITY
Priority date: 2013-10-12
Filing date: 2013-10-12
Publication date: 2014-01-15

Abstract

本发明公开了一种自供电的农业综合信息智能监测系统，包括空心锥体钢管，分别通过所述空心锥体钢管进行固定和连接的数据采集单元、数据传输单元和供电单元，以及用于对所述数据采集单元的采集数据进行处理和显示的数据中心；所述数据采集单元、数据传输单元和数据中心依次连接，所述供电单元分别与数据采集单元、数据传输单元和数据中心连接。本发明所述自供电的农业综合信息智能监测系统，可以克服现有技术中数据传输量小和适用范围小等缺陷，以实现数据传输量大和适用范围广的优点。

Description

一种自供电的农业综合信息智能监测系统

技术领域

本发明涉及农业生产环节信息监测系统技术领域，具体地，涉及一种自供电的农业综合信息智能监测系统。

背景技术

基于农业生产环节信息监测的需要，需要实现对农作物生长环境综合信息进行智能监测。

当前，在有线网络及市电受限制的环境下，主要是通过太阳能电板给传感器和数据采集仪等供电，数据传输大多通过物联网无线数据终端（Data Terminal unit，简称GPRS DTU）传输方式，但这种传输方式无法满足大流量数据的传输要求。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在数据传输量小和适用范围小等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种自供电的农业综合信息智能监测系统，以实现数据传输量大和适用范围广的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种自供电的农业综合信息智能监测系统，包括空心锥体钢管，分别通过所述空心锥体钢管进行固定和连接的数据采集单元、数据传输单元和供电单元，以及用于对所述数据采集单元的采集数据进行处理和显示的数据中心；所述数据采集单元、数据传输单元和数据中心依次连接，所述供电单元分别与数据采集单元、数据传输单元和数据中心连接。

进一步地，所述数据采集单元，包括分别固定安装在所述空心锥体钢管外壁的多个传感器、数据采集仪和云台摄像机，所述多个传感器和云台摄像机分别与数据采集仪连接。

进一步地，所述多个传感器，包括空气温度传感器、相对湿度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤重金属含量传感器、土壤pH值传感器、光照度传感器、雨量传感器、风速传感器、风向传感器、气压传感器、二氧化碳传感器和辐射传感器中的任意多种；

其中，风力传感器、风速传感器和空气温湿度传感器布置在空中，即固定安装在空心锥体钢管的外壁；土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤重金属含量传感器和土壤pH值传感器布置在土壤中。

进一步地，所述数据采集仪具有通用的数据接口。

进一步地，所述数据传输单元，包括通过AP组网方式，采用点对点或点对多点桥接模式依次连接在数据采集仪与数据中心之间的本地交换机和无线AP网桥；所述云台摄像机还与本地交换机连接；

所述数据采集仪的传感数据通过RS485串口经本地交换机转发至无线AP网桥，云台摄像机采集的视频数据直接通过网线接入本地交换机转发至无线AP网桥；无线AP网桥将传感数据和视频数据传输到Internet网络，经公网传至数据中心。

进一步地，所述供电单元，包括分别固定安装在所述空心锥体钢管外壁的太阳能电池板、风光互补充放电控制设备和风光互补电源控制器，以及固定安装在所述空心锥体钢管顶端的风力发电机组；所述风力发电机组和太阳能电池板，分别与风光互补充放电控制设备和风光互补电源控制器连接；所述风光互补电源控制器，分别与数据采集单元、数据传输单元和数据中心连接。

进一步地，所述太阳能电池板，包括单晶硅板。

进一步地，所述数据中心，包括用于存储所述数据采集单元的传感数据和视频数据的存储器，用于控制所述数据采集单元的传感数据和视频数据的控制器，以及用于显示所述数据采集单元的传感数据和视频数据的显示器；所述存储器和显示器，分别与控制器连接；所述控制器，通过数据传输单元与数据采集单元连接。

进一步地，所述数据中心，还包括用于管理所述数据采集单元的传感数据和视频数据的客户端。

进一步地，所述空心锥体钢管的长度为2.5-8米（优选为6米），其中土壤中固定部分的长度为0.4-1米（优选为0.8米）；所述空心锥体钢管的外径从上到下为70-140mm，空心锥体钢管的壁厚为2-4mm（优选为4mm）。

本发明各实施例的自供电的农业综合信息智能监测系统，由于包括空心锥体钢管，分别通过空心锥体钢管进行固定和连接的数据采集单元、数据传输单元和供电单元，以及用于对所述数据采集单元的采集数据进行处理和显示的数据中心；数据采集单元、数据传输单元和数据中心依次连接，供电单元分别与数据采集单元、数据传输单元和数据中心连接；可以通过AP组网方式，采用点对点桥接模式，实现对农业生产环节全方位数据的采集与传输；从而可以克服现有技术中数据传输量小和适用范围小的缺陷，以实现数据传输量大和适用范围广的优点。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明自供电的农业综合信息智能监测系统的结构示意图；

图2为本发明自供电的农业综合信息智能监测系统的工作原理示意图；

图3为本发明自供电的农业综合信息智能监测系统的数据传输原理示意图；

图4为本发明自供电的农业综合信息智能监测系统的客户端显示界面图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1-风机；2-无线AP网桥；3-太阳能电池板；4-云台摄像机；5-各类风力、风速、空气传感器；6-风光互补充放电控制设备、风光互补电源控制器、数据采集仪和本地交换机。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

随着农业科技的快速发展，传统小农业经营方式已不再适应现代化的农业生产的要求，我国农业生产正逐渐向自动化、智能化方向转变。今后的农业生产要能够充分合理利用农业资源，兼顾到生产效益、社会效益、经济效益、生态效益等各方面的要求。本发明正是基于以上考虑，应用物联网技术对农业生产的各个环节给予实时监控和调控，为作物的生长提供最适宜的环境，为提高农业的综合生产能力提供基础。

根据本发明实施例，如图1-图4所示，提供了一种自供电的农业综合信息智能监测系统，通过AP组网方式，采用点对点桥接模式，实现对农业生产环节全方位数据的采集与传输，是集农作物种植环境的视频信息和气象信息数据采集、存储、传输和管理于一体的无人值守的农业综合信息智能监测系统。

本实施例的自供电的农业综合信息智能监测系统，包括空心锥体钢管，分别通过空心锥体钢管进行固定和连接的数据采集单元、数据传输单元和供电单元，以及用于对数据采集单元的采集数据进行处理和显示的数据中心；数据采集单元、数据传输单元和数据中心依次连接，供电单元分别与数据采集单元、数据传输单元和数据中心连接。空心锥体钢管的长度为2.5-8米（优选为6米），其中土壤中固定部分的长度为0.4-1米（优选为0.8米）；空心锥体钢管的外径从上到下为70-140mm，空心锥体钢管的壁厚为2-4mm（优选为4mm）。

其中，上述数据采集单元，包括分别固定安装在空心锥体钢管外壁的多个传感器（如各类风力、风速、空气传感器5）、数据采集仪和云台摄像机（如云台摄像机4），多个传感器和云台摄像机分别与数据采集仪连接。多个传感器，包括空气温度传感器、相对湿度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤重金属含量传感器、土壤pH值传感器、光照度传感器、雨量传感器、风速传感器、风向传感器、气压传感器、二氧化碳传感器和辐射传感器中的任意多种；风力传感器、风速传感器和空气温湿度传感器布置在空中，即固定安装在空心锥体钢管的外壁；土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤重金属含量传感器和土壤pH值传感器布置在土壤中。数据采集仪具有通用的数据接口。

上述数据传输单元，包括通过AP组网方式，采用点对点或点对多点桥接模式依次连接在数据采集仪与数据中心之间的本地交换机和无线AP网桥（如无线AP网桥2）；云台摄像机还与本地交换机连接；数据采集仪的传感数据通过RS485串口经本地交换机转发至无线AP网桥，云台摄像机采集的视频数据直接通过网线接入本地交换机转发至无线AP网桥；无线AP网桥将传感数据和视频数据传输到Internet网络，经公网传至数据中心。

上述供电单元，包括分别固定安装在空心锥体钢管外壁的太阳能电池板、风光互补充放电控制设备和风光互补电源控制器（见风光互补充放电控制设备、风光互补电源控制器、数据采集仪和交换机6），以及固定安装在空心锥体钢管顶端的风力发电机组；风力发电机组（如风机1）和太阳能电池板（如太阳能电池板3），分别与风光互补充放电控制设备和风光互补电源控制器连接；风光互补电源控制器，分别与数据采集单元、数据传输单元和数据中心连接。太阳能电池板，包括单晶硅板。

上述数据中心，包括用于存储数据采集单元的传感数据和视频数据的存储器，用于控制数据采集单元的传感数据和视频数据的控制器，以及用于显示数据采集单元的传感数据和视频数据的显示器；存储器和显示器，分别与控制器连接；控制器，通过数据传输单元与数据采集单元连接。数据中心，还包括用于管理数据采集单元的传感数据和视频数据的客户端。

上述实施例的自供电的农业信息综合性监控系统，包括数据采集单元、数据传输单元、供电单元和客户端，其中，数据采集单元、数据传输单元和供电单元通过一个空心锥体钢管进行固定和连接，空心锥体钢管的下端部分在监测环境的土壤中进行固定。空心锥体钢管的长度、外径和壁厚可根据实际情况进行调整，一般情况下长约2.5-8米（优选为6米），土壤中固定部分约0.4-1米（优选为0.8米），空心锥体钢管的外径从上到下为70-140mm，空心锥体钢管壁厚2-4mm（优选为4mm）。

该自供电的农业信息综合性监控系统，将各种传感器和摄像头采集到的数据，通过无线AP将传输到Internet网络，再经公网传输到数据中心，用户通过数据中心访问和控制该自供电的农业信息综合性监控系统中的传感器和摄像头。

在上述实施例中，关于数据采集单元、数据传输单元、供电单元和客户端的具体说明，如下：

⑴数据采集单元可采集待监测农业系统的各项参数，采集的信号通过数据传输单元传输到Internet网络，经公网传输到数据中心，用户通过客户端客户端访问和控制监测系统，数据采集单元和数据传输单元均由供电单元进行供电。数据采集单元由多个传感器、数据采集仪和云台摄像机组成，多个传感器分别将采集信号发送至数据采集仪。具体说明如下：

①传感器的种类和数量根据实际需要可灵活配置，包括但不限于农作物生长环境的空气温湿度、光照度、雨量、风速、风向、气压、二氧化碳、光辐射、土壤温湿度、土壤重金属含量、土壤pH值等传感器。

例如，多个传感器，分别用于测量农作物生长环境的空气温度、相对湿度、土壤温度、土壤湿度、光照度、雨量、风速、风向、气压、二氧化碳、辐射等信息；其中，风力、风速、空气温湿度传感器布置在空中，各类型土壤传感器布置在土壤中。

②数据采集仪是一种集数据采集、存储、传输和管理于一体的测量仪，它接收来自上述各类传感器（如风传感器、温度传感器和湿度传感器等）的采集数据，并将这些数据转换为数字信号进行存储或转发给传输单元。同时，数据采集仪具备通用的数据接口，根据需要还可以灵活的接入土壤pH值传感器、重金属测量传感器等各种农业环境监测传感器。

③云台摄像机，用于全方位收集农作物种植、生长、施肥、施药、收割等农事图像信息，同时具有防水、除雾气等功能。

⑵数据传输单元，包括1个本地交换机和无线AP网桥。数据采集仪的数据通过RS485串口经本地交换机转发至无线AP网桥，视频数据直接通过网线接入本地交换机转发至无线AP网桥。AP网桥将传感数据和视频数据传输到Internet网络，经公网传至数据中心。

数据传输时，通过AP组网方式，采用点对点或点对多点桥接模式。需传输各传感器数据和视频图像数据，各传感器数据由数据采集仪通过RS485串口经本地交换机转发至无线AP网桥，视频图像数据直接通过网线接入本地交换机转发至无线AP网桥，AP网桥将传感数据和视频数据传输到Internet网络，经公网传至数据中心。

⑶供电单元

上述实施例采用风光互补发电机组供电，机组额定功率为300W，是集太阳能、风能控制于一体的智能供电装置，包括太阳能电池板、风力发电机组、风光互补充放电控制设备和风光互补电源控制器。

①太阳能电池板选用单晶硅板，可根据需要选配太阳能电板的功率，太阳能电板的额定功率配置为100W，风力发电机组额定功率为200W。

②风光互补充放电控制设备可控制太阳能电池和风力发电机同时对蓄电池进行智能充电，设备操作方便，具有防雷、防反充、过电压自动刹车、蓄电池反接和开路保护等完善的保护功能。

③风光互补电源控制器具有电池反接、光伏电池反接保护功能，负载过流、短路告警保护功能，电池过充和欠压告警保护功能，RS485通信功能，工作状态和发电数据可以实时上传。

⑷客户端

客户端主要用于管理、存储和控制传感器数据和视频数据。

该客户端可显示实时和历史的传感器数据及视频影像；并可实现摄像头管理和实时控制，进行云台控制、视频图像的自动拍摄、视频数据存储与管理、视频流分发、Web访问视频影像及客户端交互等功能。同时，用户可根据实际需求设置传输间隔及报警阈值等。客户端显示界面参见图4。

例如，在上述实施例中，具体实施时，空气温度传感器采用光刻铂电阻作为感应部件，感应部件位于杆头部，外部应有一层滤膜保护。配专用的防辐射罩，保护传感器免受太阳辐射和雨淋。测量范围：-50～+80℃分辨率：0.1℃；准确度：±0.2℃。

空气湿度传感器感应部件采用高分子薄膜湿敏电容，位于杆头部，这种具有感湿特性的电介质其介电常数随相对湿度而变化。技术指标：测量范围：0～100%RH；输出范围：0～100%RH、0～1VDC；分辨率：±1%RH；准确度：3%（T>0℃）±5%（T≤0℃）；稳定性：<1%RH/年。

风速传感器：测量范围0～80m/s；精度±（0.3±0.03V）m/s；最大回转半径90mm；分辨率0.1m/s；起动风速≤0.3m/s；工作电压5V；工作电流10mA；工作环境：温度-40℃～80℃，湿度≤100％RH；重量≤0.5kg。

风向传感器：测量范围0～360o；精度0.1％（线性度）；最大回转半径200mm；起动风速≤0.8 m/s；工作电压1.5V；工作环境：温度-40℃～80℃；湿度≤100％RH；重量≤0.5kg。

土壤温度传感器采用线绕铂电阻作为感应部件，感应部件位于杆头部。可用来精确测量土壤温度，传感器的精度和稳定性依赖于Pt-100型铂电阻元件的特性及精度级别。通过地温变送器接入数据采集仪测量地表、浅层、深层地温。测量范围：-50℃- +80℃；精度：优于±0.3℃；灵敏度：0.385Ω/℃。

土壤湿度传感器采用一款高精度、高灵敏度的测量土壤湿度的传感器。利用标准的湿度件可以精确测量一定面积的土壤湿度，利于采取措施让农作物更好地生长。测量范围：8-42%（可精确测量）；准确度：±1% 温度范围：工作温度：0～65℃；输出方式：电流：4～20mA；电压：0.25～5V（可选）；供电：5-18VDC、10-15mA。

简易总辐射传感器用于检测农作物生长的光合环境，在感应元件外安装石英玻璃罩，有效防止了环境因素对其性能的影响。光谱范围：0.3～3μm；测量范围：0～2000W/m²；供电方式：DC12V；输出形式：电流：4～20mA；电压：0～2.5V。年变化率：＜±2%；功耗：＜1.8 mW。

云台摄像机全方位收集农作物种植、生长、施肥、施药、收割等农事图像信息；由于野外环境比较恶劣，摄像机需有防水、除雾气功能。上述实施例使用海康标清22倍5寸网络中速智能球形摄像机。

数据采集仪：环境温度：-40~70℃；工作电源：220VAC/12~36VDC；显示形式：图形点阵液晶192*64；功耗＜2W（基本传感器）；数据储存容量：>4M。

无线AP网桥：54M/108M高速连接；支持点对多点（P2MP）无线连接；支持WPA2/WPA/802.1x加密及认证方式；PoE供电，兼容802.3af；支持MAC地址过滤；VPN 透传；LED显示信号强度；符合IP67室外设计标准，防风、防雨、防水；内置10dbi平板天线；频段：2.400～2.484GHz；设备工作温度：-20℃～65℃。

综上所述，本发明上述各实施例的自供电的农业综合信息智能监测系统，能在有线网络无法到达的环境下将视频和农业环境信息采集并通过无线方式传输至数据库，对农业综合信息实行远程智能监测；能采用风能和太阳能两种自供电方式；可同时监测大气温度、大气湿度、土壤温度、土壤湿度、雨量、风速、风向、气压、辐射、照度等诸多农业环境信息。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种自供电的农业综合信息智能监测系统，其特征在于，包括空心锥体钢管，分别通过所述空心锥体钢管进行固定和连接的数据采集单元、数据传输单元和供电单元，以及用于对所述数据采集单元的采集数据进行处理和显示的数据中心；所述数据采集单元、数据传输单元和数据中心依次连接，所述供电单元分别与数据采集单元、数据传输单元和数据中心连接。

2.根据权利要求1所述的自供电的农业综合信息智能监测系统，其特征在于，所述数据采集单元，包括分别固定安装在所述空心锥体钢管外壁的多个传感器、数据采集仪和云台摄像机，所述多个传感器和云台摄像机分别与数据采集仪连接。

3.根据权利要求2所述的自供电的农业综合信息智能监测系统，其特征在于，所述多个传感器，包括空气温度传感器、相对湿度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤重金属含量传感器、土壤pH值传感器、光照度传感器、雨量传感器、风速传感器、风向传感器、气压传感器、二氧化碳传感器和辐射传感器中的任意多种；

4.根据权利要求2所述的自供电的农业综合信息智能监测系统，其特征在于，所述数据采集仪具有通用的数据接口。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的自供电的农业综合信息智能监测系统，其特征在于，所述数据传输单元，包括通过AP组网方式，采用点对点或点对多点桥接模式依次连接在数据采集仪与数据中心之间的本地交换机和无线AP网桥；所述云台摄像机还与本地交换机连接；

6.根据权利要求1所述的自供电的农业综合信息智能监测系统，其特征在于，所述供电单元，包括分别固定安装在所述空心锥体钢管外壁的太阳能电池板、风光互补充放电控制设备和风光互补电源控制器，以及固定安装在所述空心锥体钢管顶端的风力发电机组；所述风力发电机组和太阳能电池板，分别与风光互补充放电控制设备和风光互补电源控制器连接；所述风光互补电源控制器，分别与数据采集单元、数据传输单元和数据中心连接。

7.根据权利要求6所述的自供电的农业综合信息智能监测系统，其特征在于，所述太阳能电池板，包括单晶硅板。

8.根据权利要求1所述的自供电的农业综合信息智能监测系统，其特征在于，所述数据中心，包括用于存储所述数据采集单元的传感数据和视频数据的存储器，用于控制所述数据采集单元的传感数据和视频数据的控制器，以及用于显示所述数据采集单元的传感数据和视频数据的显示器；所述存储器和显示器，分别与控制器连接；所述控制器，通过数据传输单元与数据采集单元连接。

9.根据权利要求8所述的自供电的农业综合信息智能监测系统，其特征在于，所述数据中心，还包括用于管理所述数据采集单元的传感数据和视频数据的客户端。

10.根据权利要求1所述的自供电的农业综合信息智能监测系统，其特征在于，所述空心锥体钢管的长度为2.5-8米，其中土壤中固定部分的长度为0.4-1米；所述空心锥体钢管的外径从上到下为70-140mm，空心锥体钢管的壁厚为2-4mm。