CN106303925A - 一种智能农业系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能农业系统，包括智能农业监控系统和感知系统；所述智能农业监控系统包括无线传感器数据采集网络和智能监测处理中心：所述无线传感器数据采集网络用于实现网络的组建和感知数据的采集，由传感器节点在硬件的基础上基于ZigBee无线通信协议组建Mesh网络；所述智能监测处理中心包括数据库服务器和中央计算机，所述智能监测处理中心用于负责本系统的用户的管理，实现了对本系统用户的添加、删除和查询操作，并且负责对接收到的数据进行存储、显示、将数据绘制成动态曲线进行分析，并对环境参数进行阑值设置，实现对农作物生长环境的实时监测。

Description

一种智能农业系统

技术领域

本发明属于农业物联网领域，具体涉及一种智能农业系统。

背景技术

物联网作为信息产业的第三次浪潮，在农业中的应用将会解决一系列科学技术问题，例如分布在广域空间的信息获取，高效可靠的信息传输以及面向不同应用的智能决策等，将是实现传统农业向现代农业转变的助推器和加速器。农业生产过程中，温度、湿度、光照强度、C02浓度、水分以及其他养分等多种自然因素共同影响农作物的生长，传统农业的管理方式远远没有达到精细化管理的标准，只能算是粗放式管理，在这种管理方式下，通过人的感知能力管理上述环境参数，无法达到准确性要求，要实现现代农业的智能化管理，建立一个实用、可靠、可长期监测并且感知功能很好的农业环境监测系统是非常必要的。

因此,需要提供一种智能农业系统，来准确实时的获取农作物生长的环境信息并对这些信息进行远程监测。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种智能农业系统，能够准确实时的获取农作物生长的环境信息。

一种智能农业系统，所述智能农业系统包括智能农业监控系统和感知系统；所述智能农业监控系统包括无线传感器数据采集网络和智能监测处理中心：

所述无线传感器数据采集网络用于实现网络的组建和感知数据的采集，由传感器节点在硬件的基础上基于ZigBee无线通信协议组建Mesh网络；

所述智能监测处理中心包括数据库服务器和中央计算机，所述智能监测处理中心用于负责本系统的用户的管理，实现了对本系统用户的添加、删除和查询操作，并且负责对接收到的数据进行存储、显示、将数据绘制成动态曲线进行分析，并对环境参数进行阑值设置，当采集到的数据不在设置范围内的时候传递至所述中央计算机从而发出报警提示，实现对农作物生长环境的实时监测；

所述感知系统包括用于采集信息的感知模块、采集器、传输模块、ZigBee模块、GPRS模块和接收模块，所述感知模块、采集器和传输模块集成于一封闭式的采集箱中，所述采集器上安装有多个三芯航空插座，感知模块接口采用三芯航空插头与采集器连接，所述采集器与传输模块通过RS232串口连接，所述ZigBee模块和GPRS模块分别与传输模块通过RS232串口连接，所述接收模块通过有线网络或无线网络与传输模块相连；所述采集器包括控制器、数据存储器、电源模块、数据传输接口、图像传感器、温度传感器、湿度传感器、红外探头传感器、光照强度传感器、CO2浓度传感器及报警器，所述的控制器分别与图像传感器、温度传感器、湿度传感器、红外探头传感器、光照强度传感器及CO2浓度传感器连接，图像传感器与图像采集器连接，数据存储器及电源模块分别和控制器连接，所述的控制器上设有数据传输接口，所述的数据传输接口包括485传输接口、载波传输接口及zigbee传输接口，所述的电源模块与防雷组件连接，所述的控制器还连接有电动窗帘、加湿器、防潮组件、加热器及报警器，所述的报警器上设有多个报警信号灯。

优选地，所述传感器节点包括终端节点、路由器节点和协调器节点。

优选地，所述终端节点实时采集温度、湿度、光照强度和二氧化碳浓度相关的环境参数，经由路由节点，数据以多跳中继的方式传达至协调器节点，协调器节点再通过RS-232串口，将数据传至上位机管理系统。

本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的一种智能农业系统，可以准确实时的获取农作物生长的环境信息，通过分析得到环境变化对农作物生长状况影响的规律，为科学研究提供全面的参考，实现农业的精准操作，满足现代农业信息化、智能化的需求；数据采集作为本系统工作的第一步，采集到的数据准确可靠，是整个系统正常工作的关键；传感器节点大量分布在田间，节点间有一定的距离，采集到的数据以无线传输的方式传递；保证传感器节点数据以最低的丢包率进行传输，同时对于数量庞大且分布广泛的传感器节点，延长了传感器电池的使用时间；该系统结合感知系统能很好的解决物联网感知层中传感器的安装，感知模块到采集器的集成连接，采集器到传输模块的安装连接问题，传感器和传输模块可以随意更换，传输模块变换传输方式，减少维护的复杂程度，极大的提高工作效率，不需要借助任何工具即能完成传感器、采集器、传输方式的安装和更换。

附图说明

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。

图1是本发明一种智能农业系统的体系图。

具体实施方式

为了清楚了解本发明的技术方案，将在下面的描述中提出其详细的结构。显然，本发明实施例的具体施行并不足限于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的优选实施例详细描述如下，除详细描述的这些实施例外，还可以具有其他实施方式。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

本实施例的一种智能农业系统，所述智能农业系统包括智能农业监控系统和感知系统；所述智能农业监控系统包括无线传感器数据采集网络和智能监测处理中心：所述无线传感器数据采集网络用于实现网络的组建和感知数据的采集，由传感器节点在硬件的基础上基于ZigBee无线通信协议组建Mesh网络；其体系结构如图1所示。无线传感器数据采集网络的功能是实现网络的组建和感知数据的采集，由传感器节点在硬件的基础上基于ZigBee无线通信协议组建Mesh网络。传感器节点又分为终端节点、路由器节点和协调器节点。终端节点实时采集温度、湿度、光照强度、二氧化碳浓度等环境参数，经由路由节点，数据以多跳中继的方式传达至协调器节点，协调器节点再通过RS-232串口，将数据传至上位机管理系统。智能监测处理中心由数据库服务器和中央计算机两部分组成，实现了最后的应用。首先智能监测处理中心负责本系统的用户的管理，实现了对本系统用户的添加、删除和查询操作。其次，负责对接收到的数据进行存储、显示、将数据绘制成动态曲线进行分析，并对环境参数进行阑值设置，当采集到的数据不在设置范围内的时候进行报警提示，从而实现对农作物生长环境的实时监测。最后负责数据信J自、的发布，将Web协议移植到其中，系统便可以接入到Internet中，实现“底层(传感器)-Internet网络一远程监控”的结构，能够将整个系统的信息发布到互联网上，实现整个互联网的访问。

所述感知系统包括用于采集信息的感知模块、采集器、传输模块、ZigBee模块、GPRS模块和接收模块，所述感知模块、采集器和传输模块集成于一封闭式的采集箱中，所述采集器上安装有多个三芯航空插座，感知模块接口采用三芯航空插头与采集器连接，所述采集器与传输模块通过RS232串口连接，所述ZigBee模块和GPRS模块分别与传输模块通过RS232串口连接，所述接收模块通过有线网络或无线网络与传输模块相连。

所述采集器包括控制器、数据存储器、电源模块、数据传输接口、图像传感器、温度传感器、湿度传感器、红外探头传感器、光照强度传感器、CO2浓度传感器及报警器，所述的控制器分别与图像传感器、温度传感器、湿度传感器、红外探头传感器、光照强度传感器及CO2浓度传感器连接，图像传感器与图像采集器连接，数据存储器及电源模块分别和控制器连接，所述的控制器上设有数据传输接口，所述的数据传输接口包括485传输接口、载波传输接口及zigbee传输接口，所述的电源模块与防雷组件连接，所述的控制器还连接有电动窗帘、加湿器、防潮组件、加热器及报警器，所述的报警器上设有多个报警信号灯。

CPU部分是传感器节点的处理器模块，也可以称作是数据控制处理模块，是传感器节点的核心模块，对节点数据处理的算法、节点的通信算法以及节点的多任务处理都是在这部分实现的。外部传感器模块包括各种传感器芯片，实现了对农作物生长环境参数的感知。JTAG接口辅助完成对芯片的测试和板控程序的下载。按键模块和LED模块协同工作，实现对节点的操作控制以及工作状态显示的功能。无线通信模块负责完成各种控制指令的交互和感知数据的传输。MAX3232串行通信，直接通过串口线连接计算机，完成数据由传感器节点向上位机的传递。电源供应模块负责为整个节点提供能量。

本系统中的终端节点和路由器节点包括外部传感器模块、处理器模块、按键模块、LED模块、JTAG接口、供电模块和无线通信模块，协调器节点在此基础上添加了MAX3232串行通信功能。

处理器模块作为无线传感器节点最重要的模块，处理器模块实现了传感器节点数据采集过程中的任务调度、采集到数据之后对感知数据的数据融合计算、无线通信传递数据过程中的路由协议和传感器节点其他功能的拓展，处理器的选择，是整个传感器节点硬件设计的关键。本系统选择TI公司的以低功耗著称的MSP430F5438作为处理器芯片，有成本低、外形小、集成度高、功耗低、运行速度快的优点。

无线传感器数据采集网络中的传感器节点要对影响农作物生长的环境信息进行采集，采集的信息包括农作物生长环境中的温度、湿度、光照强度、二氧化碳浓度。选择SHT10温湿度传感器进行环境温度和湿度的采集，选择TSL2560光照强度传感器进行环境光照强度的采集，选择GSSCZO-SK红外二氧化碳(C02)传感器进行环境中二氧化碳浓度的采集。

本发明提供的一种智能农业系统，可以准确实时的获取农作物生长的环境信息，通过分析得到环境变化对农作物生长状况影响的规律，为科学研究提供全面的参考，实现农业的精准操作，满足现代农业信息化、智能化的需求；数据采集作为本系统工作的第一步，采集到的数据准确可靠，是整个系统正常工作的关键；传感器节点大量分布在田间，节点间有一定的距离，采集到的数据以无线传输的方式传递；保证传感器节点数据以最低的丢包率进行传输，同时对于数量庞大且分布广泛的传感器节点，延长了传感器电池的使用时间；该系统结合感知系统能很好的解决物联网感知层中传感器的安装，感知模块到采集器的集成连接，采集器到传输模块的安装连接问题，传感器和传输模块可以随意更换，传输模块变换传输方式，减少维护的复杂程度，极大的提高工作效率，不需要借助任何工具即能完成传感器、采集器、传输方式的安装和更换。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种智能农业系统，其特征在于，所述智能农业系统包括智能农业监控系统和感知系统；所述智能农业监控系统包括无线传感器数据采集网络和智能监测处理中心：

所述无线传感器数据采集网络用于实现网络的组建和感知数据的采集，由传感器节点在硬件的基础上基于ZigBee无线通信协议组建Mesh网络；

所述智能监测处理中心包括数据库服务器和中央计算机，所述智能监测处理中心用于负责本系统的用户的管理，实现了对本系统用户的添加、删除和查询操作，并且负责对接收到的数据进行存储、显示、将数据绘制成动态曲线进行分析，并对环境参数进行阑值设置，当采集到的数据不在设置范围内的时候传递至所述中央计算机从而发出报警提示，实现对农作物生长环境的实时监测；

所述感知系统包括用于采集信息的感知模块、采集器、传输模块、ZigBee模块、GPRS模块和接收模块，所述感知模块、采集器和传输模块集成于一封闭式的采集箱中，所述采集器上安装有多个三芯航空插座，感知模块接口采用三芯航空插头与采集器连接，所述采集器与传输模块通过RS232串口连接，所述ZigBee模块和GPRS模块分别与传输模块通过RS232串口连接，所述接收模块通过有线网络或无线网络与传输模块相连;

所述采集器包括控制器、数据存储器、电源模块、数据传输接口、图像传感器、温度传感器、湿度传感器、红外探头传感器、光照强度传感器、CO2浓度传感器及报警器，所述的控制器分别与图像传感器、温度传感器、湿度传感器、红外探头传感器、光照强度传感器及CO2浓度传感器连接，图像传感器与图像采集器连接，数据存储器及电源模块分别和控制器连接，所述的控制器上设有数据传输接口，所述的数据传输接口包括485传输接口、载波传输接口及zigbee传输接口，所述的电源模块与防雷组件连接，所述的控制器还连接有电动窗帘、加湿器、防潮组件、加热器及报警器，所述的报警器上设有多个报警信号灯。

2.根据权利要求1所述的智能农业系统，其特征在于，所述传感器节点包括终端节点、路由器节点和协调器节点。

3.根据权利要求2所述的智能农业系统，其特征在于，所述终端节点实时采集温度、湿度、光照强度和二氧化碳浓度相关的环境参数，经由路由节点，数据以多跳中继的方式传达至协调器节点，协调器节点再通过RS-232串口，将数据传至上位机管理系统。