CN105577817A - 基于433m通信的农业物联网系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于433M通信的农业物联网系统，通过物联网设备检测模块检测物联网数据，可以确定出物联网设备对应的协议类型，协议栈调取模块调取相应的物联网设备协议栈，以实现将物联网设备的物联网数据转换为物联网中心服务器可以使用的数据；通过在系统上设置通信配置模块和调用记录，对物联网设备协议栈进行监控，这样可以确定出系统使用频率较高的物联网设备协议栈，并将这些物联网设备协议栈存储在中转服务器内，这样就提高了系统的数据处理速度，同时也达到扩展系统的目的，当使用频率降低时，还可以将物联网设备协议栈从中转服务器上删除，避免占用中转服务器的空间。

Description

基于433M通信的农业物联网系统

技术领域

本发明属于农业物联网领域，特别涉及一种基于433M通信的农业物联网系统。

背景技术

物联网通过传感器、射频识别技术、全球定位系统等技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。

物联网是智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络、智能信息处理的融合应用，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用，物联网也被视为互联网的应用拓展。

当前，物联网的发展处于起步阶段，在实施应用过程中都是以特定行业为背景构建专用的传感器系统，彼此之间信息难以共享。物联网未提供异构网络集成接入，各种物联网设备如各种传感器、智能手机等，所使用的通信技术、协议、安全机制不尽相同，要实现物联网的目标首先要解决的就是异构网络的集成接入，并在此基础上通过互联网将所有传感器节点连通起来。而现有的传感器系统只能支持特定设备接入，不能提供异构网络集成技术。因此，需要提供一种集成的、支持异构环境的农业物联网系统。

农业具有对象多样，地域广阔，偏僻分散，远离都市社区，通信条件落后等特点，因此在多数情况下，农业数据信息的获取及对农作物生长监管非常困难。如何有效的获取农业数据信息并根据获取的信息对农业进行相应的监管是智慧农业的核心。

当前获取农业数据信息主要依靠传感技术及物联网无线通信技术。传感器网络由许多微型传感器节点组成，微型传感器节点接入传统互联网网络通常采用网关的方式。

目前传感器与网关主要采用无线连接，这样会经常存在无线传感器无线传输距离不远、与网关连接不上、无线传感器不断发射数据功耗大，供电电池经常没电等问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种种集成的、支持异构环境的，解决现有农业物联网系统抗干扰能力差，有效控制范围小的缺点的基于433M通信的农业物联网系统。

技术方案：本发明所述的一种基于433M通信的农业物联网系统，包括：

物联网中心服务器；

物联网设备；

协议栈服务器，其上构建有协议栈库，该协议栈库包括有多个物联网设备协议栈以及调用记录，调用记录包括各物联网设备协议栈的调用频率，一个物联网设备协议栈的调用频率为调用次数与调用时间范围的比值；

中转服务器，其设置于物联网中心服务器和物联网设备之间，用于接收物联网设备的当前物联网数据，中转服务器存储有一个物联网网络协议栈；

中转服务器包括物联网设备检测模块、协议栈调取模块和协议栈转换模块，中转服务器接收到当前物联网数据后，物联网设备检测模块根据当前物联网数据判断当前物联网数据的物联网设备类型和协议类型，协议栈调取模块根据该协议类型从协议栈库中调取与该协议类型对应的当前物联网设备协议栈，并在协议栈库内更新当前物联网设备协议栈的调用频率，协议栈转换模块应用当前物联网设备协议栈对当前物联网数据解析，并利用物联网网络协议栈对解析后的当前物联网数据封装，中转服务器将封装后的当前物联网数据发送给物联网中心服务器；

协议栈服务器还包括一通信配置模块，该通信配置模块监控调用记录，当当前物联网设备协议栈的调用频率高于一阈值时，则通信配置模块在中转服务器上建立一临时协议栈库，并将该当前物联网协议栈存储至该临时协议栈库，以及建立一临时调用记录，该临时调用记录为所述调用记录在中转服务器上的映射，并且在物联网设备检测模块内对该当前物联网设备协议栈的协议类型进行标记，当一个与当前物联网设备协议栈对应的物联网设备向中转服务器发送物联网数据时，则物联网设备检测模块根据当前物联网数据判断当前物联网数据的物联网设备类型和协议类型，协议栈调取模块根据该协议类型从临时协议栈库中调取当前物联网设备协议栈，并在临时调用记录内更新当前物联网设备协议栈的调用频率，当调用频率低于一阈值时，则将该当前物联网设备协议栈从临时协议栈库中删除。

进一步的，中转服务器还用于接收物联网中心服务器的当前物联网指令，物联网设备检测模块根据当前物联网指令判断当前物联网指令的协议类型，如果该协议类型被标记，则协议栈调取模块根据该协议类型从临时协议栈库中调取与该协议类型对应的当前物联网设备协议栈，如果该协议类型没有被标记，则协议栈调取模块根据该协议类型从协议栈服务器的协议栈库内调取与该协议类型对应的当前物联网设备协议栈，协议栈转换模块应用物联网网络协议栈对当前物联网指令进行解析，并利用当前物联网设备协议栈对解析后的当前物联网指令封装，中转服务器将封装后的当前物联网指令发送至一个物联网设备。

进一步的，所述物联网设备包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、氧气含量传感器、位置传感器和智能手机终端。

进一步的，所述调用时间范围为24-48小时。

进一步的，所述阈值为10-15次/h。

进一步的，所述物联网设备采用433M通信协议进行通讯。

本发明还公开了一种应用于农业物联网系统的物联网设备，该设备采用433M通信协议进行通讯；该设备包括微控制器、电源模块、处理器、供电模块、非易失闪存、存储模块、USB接口、以太网接口、无线串口模块，微控制器连接有电源模块，微控制器连接有无线传感器组，微控制器通过433M无线发送接收电路、无线串口模块路与处理器连接，处理器分别连接供电模块、非易失闪存、存储模块、USB接口、以太网接口，处理器采用AT91SAM9260处理器，USB接口连接有3G网卡，处理器通过3G网卡连接有远端网络服务器。

进一步的，电源模块包括两节锂电池和用于将锂电池稳压输出的3.3V升压到5V的升压电路，升压电路采用MAX619升压芯片，MAX619升压芯片的IN端连接锂电池的3.3V稳压输出端，MAX619升压芯片的IN端与锂电池的3.3V稳压输出端间通过电容C12接地，MAX619升压芯片的CL+端通过电容C11连接MAX619升压芯片的CL-端，MAX619升压芯片的的C2+端通过电容C14连接MAX619升压芯片的C2-端，MAX619升压芯片的SHDN端通过电阻R4连接微控制器的P20引脚，MAX619升压芯片的OUT端通过电容C13接地，MAX619升压芯片的OUT端为5V电压输出端。

进一步的，微控制器采用MSP430微控制器，供电模块采用将交流220V转换成DC5V的电源适配器。

进一步的，无线串口模块路设有隔离电路，隔离电路包括电源隔离模块和信号隔离模块，信号隔离模块采用双通道数字隔离器ADUM1201；无线传感器组包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、氧气含量传感器、位置传感器。

有益效果：本发明通过物联网设备检测模块检测物联网数据，可以确定出物联网设备对应的协议类型，协议栈调取模块调取相应的物联网设备协议栈，以实现将物联网设备的物联网数据转换为物联网中心服务器可以使用的数据；第二、由于物联网设备具有多种类型，物联网数据也就会对应不同的物联网设备协议栈，这要求在系统设置之初，就将所有的物联网设备协议栈设置在协议栈服务器上，每次进行协议栈转换，每次都要在协议栈服务器上调取相应的物联网设备协议栈，这增加了系统的响应时间，通过在系统上设置通信配置模块和调用记录，对物联网设备协议栈进行监控，这样可以确定出系统使用频率较高的物联网设备协议栈，并将这些物联网设备协议栈存储在中转服务器内，这样就提高了系统的数据处理速度，同时也达到扩展系统的目的，当使用频率降低时，还可以将相应的物联网设备协议栈从中转服务器上删除，避免占用中转服务器的空间；本发明提供了一种具有良好的结构性、灵活性、可扩展性的农业物联网系统。且针对农业采集对象空间上分布广、对象多样，无线传感器与网关之间传输距离短，很好的解决了长距离无线传输数据及组网的问题。实现了对空间分布较散的农业现场进行有效的综合监管。无线传感模块的低功耗设计，很好的解决了在农业现场不便于供电，采用电池供电时间短的问题。

附图说明

图1为本发明的物联网系统整体结构框图示意图；

图2为本发明的物联网设备电路结构框图示意图。

具体实施方式

如图1所示的一种基于433M通信的农业物联网系统，包括：物联网中心服务器；物联网设备；协议栈服务器，其上构建有协议栈库，该协议栈库包括有多个物联网设备协议栈以及调用记录，调用记录包括各物联网设备协议栈的调用频率，一个物联网设备协议栈的调用频率为调用次数与调用时间范围的比值；中转服务器，其设置于物联网中心服务器和物联网设备之间，用于接收物联网设备的当前物联网数据，中转服务器存储有一个物联网网络协议栈；中转服务器包括物联网设备检测模块、协议栈调取模块和协议栈转换模块，中转服务器接收到当前物联网数据后，物联网设备检测模块根据当前物联网数据判断当前物联网数据的物联网设备类型和协议类型，协议栈调取模块根据该协议类型从协议栈库中调取与该协议类型对应的当前物联网设备协议栈，并在协议栈库内更新当前物联网设备协议栈的调用频率，协议栈转换模块应用当前物联网设备协议栈对当前物联网数据解析，并利用物联网网络协议栈对解析后的当前物联网数据封装，中转服务器将封装后的当前物联网数据发送给物联网中心服务器；协议栈服务器还包括一通信配置模块，该通信配置模块监控调用记录，当当前物联网设备协议栈的调用频率高于一阈值时，则通信配置模块在中转服务器上建立一临时协议栈库，并将该当前物联网协议栈存储至该临时协议栈库，以及建立一临时调用记录，该临时调用记录为所述调用记录在中转服务器上的映射，并且在物联网设备检测模块内对该当前物联网设备协议栈的协议类型进行标记，当一个与当前物联网设备协议栈对应的物联网设备向中转服务器发送物联网数据时，则物联网设备检测模块根据当前物联网数据判断当前物联网数据的物联网设备类型和协议类型，协议栈调取模块根据该协议类型从临时协议栈库中调取当前物联网设备协议栈，并在临时调用记录内更新当前物联网设备协议栈的调用频率，当调用频率低于一阈值时，则将该当前物联网设备协议栈从临时协议栈库中删除。

所述的农业物联网系统中，中转服务器还用于接收物联网中心服务器的当前物联网指令，物联网设备检测模块根据当前物联网指令判断当前物联网指令的协议类型，如果该协议类型被标记，则协议栈调取模块根据该协议类型从临时协议栈库中调取与该协议类型对应的当前物联网设备协议栈，如果该协议类型没有被标记，则协议栈调取模块根据该协议类型从协议栈服务器的协议栈库内调取与该协议类型对应的当前物联网设备协议栈，协议栈转换模块应用物联网网络协议栈对当前物联网指令进行解析，并利用当前物联网设备协议栈对解析后的当前物联网指令封装，中转服务器将封装后的当前物联网指令发送至一个物联网设备。

所述的农业物联网系统中，所述物联网设备包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、氧气含量传感器、位置传感器和智能手机终端。

所述的农业物联网系统中，所述调用时间范围为24-48小时。

所述的农业物联网系统中，所述阈值为10-15次/h。

所述物联网设备采用433M通信协议进行通讯。

如图2所示的上述物联网设备，包括微控制器、电源模块、处理器、供电模块、非易失闪存、存储模块、USB接口、以太网接口、无线串口模块，微控制器连接有电源模块，微控制器连接有无线传感器组，无线传感器组包括环境温湿度传感器、土壤温湿度传感器、光照强度传感器，微控制器通过433M无线发送接收电路、无线串口模块路与处理器连接，处理器分别连接供电模块、非易失闪存、存储模块、USB接口、以太网接口，处理器采用AT91SAM9260处理器，USB接口连接有3G网卡，处理器通过3G网卡连接有远端网络服务器。

实施例针对目前ZigBee无线通信技术传输距离短的缺陷，提供一种连接稳定、低功耗的农业物联网网关。实施例采用433M无线技术，传输距离最大2000米。无线传感设备采用MSP430低功耗微控制器，电源模块采用两节可热备份的锂电池供电，采用一升压电路将锂电池输出电压升为系统工作的电压。从而解决系统供电能力不足，功耗大问题。实施例的网关与无线传感设备之间的数据交换采用无线传输方式，在网关内通过一串口扩展为433无线串口的方式，能很好的与无线传感设备组网。为解决数据连接不稳定提供了一种很好的解决办法。

如图2，无线传感器通过环境温湿度传感器、土壤温湿度传感器、光照强度传感器采集原始的农业现场信息。环境温湿度采集的信息转换成SPI协议数据上传到微控制器，土壤温湿度和光照强度通过相应的传感器采集转换成直流电压信号与微控制器AD采集口相连。微控制器对各传感器上传的数据进行处理，然后通过异步串口利用433M无线发送接收电路将数据传输出去。

电源模块采用两节电池热备份技术从而延长系统的使用时间，主要通过两个共阴极的二极管实现，两节锂电池的正极分别与共阴的两个二极管的正极相连，锂电池的负极分别和GND相连。

升压电路，将锂电池稳压输出的3.3V升压到5V为需要5V供电的设备提供电压输入，该电路主要采用MAX619升压芯片。电源模块包括两节锂电池和用于将锂电池稳压输出的3.3V升压到5V的升压电路，升压电路采用MAX619升压芯片，MAX619升压芯片的IN端连接锂电池的3.3V稳压输出端，MAX619升压芯片的IN端与锂电池的3.3V稳压输出端间通过电容C12接地，MAX619升压芯片的CL+端通过电容C11连接MAX619升压芯片的CL-端，MAX619升压芯片的的C2+端通过电容C14连接MAX619升压芯片的C2-端，MAX619升压芯片的SHDN端通过电阻R4连接微控制器的P20引脚，MAX619升压芯片的OUT端通过电容C13接地，MAX619升压芯片的OUT端为5V电压输出端。

该无线传感器的微控制器最新系统图，主要由耦合电容、外部高速晶振和秒时钟晶振组成，该模块主要完成数据的处理及协调各部件的工作。

无线网关主要实现接收多个无线传感器上传的数据，并将上传的数据分析处理后，通过3G移动网络发送出去与远端网络服务器实现数据交互。用户可通过手机或者计算机终端接入互联网访问服务器。

该无线网关采用AT91SAM9260处理器，供电模块通过电源适配器将交流220V转换成DC5V为系统供电。该无线网关通过串行接口设计433M无线传输电路与无线传感器实现数据交互，通过USB接口连接3G网卡，还设有一个10/100M以太网口。

网关串行接口设计采用了隔离式设计方式，保证了外部电路与内部数据处理电路的电气隔离，有效防止恶劣天气下雷电等其他干扰对内部处理电路的损害，主要通过一个电源隔离模块和一个信号隔离模块ADUM1201Z组成。网关主要由ARM9处理器AT91SAM9260，存储器模块SDRAM、NORFLASH、NANDFLASH、BOOTROM，USB模块、无线串口SERIAL模块、以太网ETHERNET模块这几部分电路组成。

本发明通过物联网设备检测模块检测物联网数据，可以确定出物联网设备对应的协议类型，协议栈调取模块调取相应的物联网设备协议栈，以实现将物联网设备的物联网数据转换为物联网中心服务器可以使用的数据；第二、由于物联网设备具有多种类型，物联网数据也就会对应不同的物联网设备协议栈，这要求在系统设置之初，就将所有的物联网设备协议栈设置在协议栈服务器上，每次进行协议栈转换，每次都要在协议栈服务器上调取相应的物联网设备协议栈，这增加了系统的响应时间，通过在系统上设置通信配置模块和调用记录，对物联网设备协议栈进行监控，这样可以确定出系统使用频率较高的物联网设备协议栈，并将这些物联网设备协议栈存储在中转服务器内，这样就提高了系统的数据处理速度，同时也达到扩展系统的目的，当使用频率降低时，还可以将相应的物联网设备协议栈从中转服务器上删除，避免占用中转服务器的空间；本发明提供了一种具有良好的结构性、灵活性、可扩展性的农业物联网系统。且针对农业采集对象空间上分布广、对象多样，无线传感器与网关之间传输距离短，很好的解决了长距离无线传输数据及组网的问题。实现了对空间分布较散的农业现场进行有效的综合监管。无线传感模块的低功耗设计，很好的解决了在农业现场不便于供电，采用电池供电时间短的问题。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种基于433M通信的农业物联网系统，其特征在于：包括：

物联网中心服务器；

物联网设备；

协议栈服务器，其上构建有协议栈库，该协议栈库包括有多个物联网设备协议栈以及调用记录，调用记录包括各物联网设备协议栈的调用频率，一个物联网设备协议栈的调用频率为调用次数与调用时间范围的比值；

中转服务器，其设置于物联网中心服务器和物联网设备之间，用于接收物联网设备的当前物联网数据，中转服务器存储有一个物联网网络协议栈；

中转服务器包括物联网设备检测模块、协议栈调取模块和协议栈转换模块，中转服务器接收到当前物联网数据后，物联网设备检测模块根据当前物联网数据判断当前物联网数据的物联网设备类型和协议类型，协议栈调取模块根据该协议类型从协议栈库中调取与该协议类型对应的当前物联网设备协议栈，并在协议栈库内更新当前物联网设备协议栈的调用频率，协议栈转换模块应用当前物联网设备协议栈对当前物联网数据解析，并利用物联网网络协议栈对解析后的当前物联网数据封装，中转服务器将封装后的当前物联网数据发送给物联网中心服务器；

协议栈服务器还包括一通信配置模块，该通信配置模块监控调用记录，当当前物联网设备协议栈的调用频率高于一阈值时，则通信配置模块在中转服务器上建立一临时协议栈库，并将该当前物联网协议栈存储至该临时协议栈库，以及建立一临时调用记录，该临时调用记录为所述调用记录在中转服务器上的映射，并且在物联网设备检测模块内对该当前物联网设备协议栈的协议类型进行标记，当一个与当前物联网设备协议栈对应的物联网设备向中转服务器发送物联网数据时，则物联网设备检测模块根据当前物联网数据判断当前物联网数据的物联网设备类型和协议类型，协议栈调取模块根据该协议类型从临时协议栈库中调取当前物联网设备协议栈，并在临时调用记录内更新当前物联网设备协议栈的调用频率，当调用频率低于一阈值时，则将该当前物联网设备协议栈从临时协议栈库中删除。

2.根据权利要求1所述的一种基于433M通信的农业物联网系统，其特征在于：中转服务器还用于接收物联网中心服务器的当前物联网指令，物联网设备检测模块根据当前物联网指令判断当前物联网指令的协议类型，如果该协议类型被标记，则协议栈调取模块根据该协议类型从临时协议栈库中调取与该协议类型对应的当前物联网设备协议栈，如果该协议类型没有被标记，则协议栈调取模块根据该协议类型从协议栈服务器的协议栈库内调取与该协议类型对应的当前物联网设备协议栈，协议栈转换模块应用物联网网络协议栈对当前物联网指令进行解析，并利用当前物联网设备协议栈对解析后的当前物联网指令封装，中转服务器将封装后的当前物联网指令发送至一个物联网设备。

3.根据权利要求2所述的一种基于433M通信的农业物联网系统，其特征在于：所述物联网设备包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、氧气含量传感器、位置传感器和智能手机终端。

4.根据权利要求2所述的一种基于433M通信的农业物联网系统，其特征在于：所述调用时间范围为24-48小时。

5.根据权利要求2所述的一种基于433M通信的农业物联网系统，其特征在于：所述阈值为10-15次/h。

6.根据权利要求1或2所述的一种基于433M通信的农业物联网系统，其特征在于：所述物联网设备采用433M通信协议进行通讯。

7.一种应用于农业物联网系统的物联网设备，其特征在于：该设备采用433M通信协议进行通讯；该设备包括微控制器、电源模块、处理器、供电模块、非易失闪存、存储模块、USB接口、以太网接口、无线串口模块，微控制器连接有电源模块，微控制器连接有无线传感器组，微控制器通过433M无线发送接收电路、无线串口模块路与处理器连接，处理器分别连接供电模块、非易失闪存、存储模块、USB接口、以太网接口，处理器采用AT91SAM9260处理器，USB接口连接有3G网卡，处理器通过3G网卡连接有远端网络服务器。

8.根据权利要求7所述的一种应用于农业物联网系统的物联网设备，其特征在于：电源模块包括两节锂电池和用于将锂电池稳压输出的3.3V升压到5V的升压电路，升压电路采用MAX619升压芯片，MAX619升压芯片的IN端连接锂电池的3.3V稳压输出端，MAX619升压芯片的IN端与锂电池的3.3V稳压输出端间通过电容C12接地，MAX619升压芯片的CL+端通过电容C11连接MAX619升压芯片的CL-端，MAX619升压芯片的的C2+端通过电容C14连接MAX619升压芯片的C2-端，MAX619升压芯片的SHDN端通过电阻R4连接微控制器的P20引脚，MAX619升压芯片的OUT端通过电容C13接地，MAX619升压芯片的OUT端为5V电压输出端。

9.根据权利要求7所述的一种应用于农业物联网系统的物联网设备，其特征在于：微控制器采用MSP430微控制器，供电模块采用将交流220V转换成DC5V的电源适配器。

10.根据权利要求7所述的一种应用于农业物联网系统的物联网设备，其特征在于：无线串口模块路设有隔离电路，隔离电路包括电源隔离模块和信号隔离模块，信号隔离模块采用双通道数字隔离器ADUM1201；无线传感器组包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、氧气含量传感器、位置传感器。