CN106665288A - 一种基于双无线网关的农田状态监控系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于双无线网关的农田状态监控系统，构成中包括双网关系统、监控终端以及设置于每块农田中的信息采集系统和执行系统，所述信息采集系统采集农田状态信息并通过无线信号向双网关系统上传信息；所述执行系统通过无线网络接收由双网关系统发送的农田状态控制信息并根据接收的控制信息调整农田状态；所述监控终端通过无线网络与双网关系统交换信息。本发明采用ZigBee+WiFi无线组网技术实现对农田状态的分层分区域立体式实时监测与控制，不仅可以将农田调整到理想状态，提高农作物产量，而且具有结构简单、成本低廉、覆盖范围广、生产效率高等特点，该系统可有效提高农田的监测和管理水平，特别适用于农作物的集中种植。

Description

一种基于双无线网关的农田状态监控系统
技术领域
本发明涉及一种可对农田的土壤墒情等影响农作物生长的因素进行分层分区域实时监测与调控的装置，属于农业技术领域。
背景技术
农作物的科学种植与管理是确保农业丰收的关键，随着我国农业现代化步伐的加速以及农业产业结构的调整，直接从事农业生产的人员越来越少，对农业自动化水平的要求也会越来越高。
相对于西方发达国家，我国在灌溉施肥自动控制的研究和应用方面还是有很大差距的。目前，我国在设施栽培综合环境自动控制技术方面的研究主要集中于单一的对湿度的控制，对于水肥一体化控制系统的研究比较少，基本处于理论和试用阶段。在实际应用中，我国的农田灌溉操作还处于半自动化阶段，大多农田灌区仅是铺设了输水管道及喷头，手工操作控制阀门的启闭。已有的灌溉施肥控制系统均采用有线布置方式，系统安装繁琐并且成本较高，难以被现阶段的农民接受，因此仅适用于温室内作物，很难大面积推广应用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种基于双无线网关的农田状态监控系统，以提高农田的监测和管理水平。
本发明所述问题是以下述技术方案解决的：
一种基于双无线网关的农田状态监控系统，构成中包括双网关系统、监控终端以及设置于每块农田中的信息采集系统和执行系统，所述信息采集系统采集农田状态信息并通过无线信号向双网关系统上传信息；所述执行系统通过无线网络接收由双网关系统发送的农田状态控制信息并根据接收的控制信息调整农田状态；所述监控终端通过无线网络与双网关系统交换信息。
上述基于双无线网关的农田状态监控系统，所述双网关系统包括网关控制器、ZigBee网关、WiFi网关、OLED显示器和flash存储器，所述ZigBee网关、WiFi网关、OLED显示器和flash存储器与网关控制器的不同通信接口连接。
上述基于双无线网关的农田状态监控系统，所述信息采集系统包括多个采集模块，每个采集模块包括采集终端和农田状态参数传感器，所述采集终端为与ZigBee网关相匹配的ZigBee终端或与WiFi网关相匹配的WiFi模块，所述农田状态参数传感器的输出端接采集终端的信号输入端。
上述基于双无线网关的农田状态监控系统，所述执行系统包括多个执行单元，每个执行单元包括执行机构和与该执行机构相匹配的执行控制器，所述执行控制器通过ZigBee网关或WiFi网关与网关控制器交换信息，所述执行机构的控制端接执行控制器。
上述基于双无线网关的农田状态监控系统，每块农田的信息采集系统中的多个采集模块的农田状态参数传感器包括土壤PH值传感器、土壤盐度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、二氧化碳传感器、空气温度传感器、空气湿度传感器和光照度传感器。
上述基于双无线网关的农田状态监控系统，每块农田的执行系统的多个执行单元的执行机构包括水肥调节器、空气加热器、风机、雾化器、卷帘和光照调节器。
上述基于双无线网关的农田状态监控系统，所述监控终端为计算机、智能手机、iPad或智能手表，监控终端通过WiFi网关与网关控制器交换信息。
本发明采用ZigBee+WiFi无线组网技术实现对农田状态的分层分区域立体式实时监测与控制，不仅可以将农田调整到理想状态，提高农作物产量，而且具有结构简单、成本低廉、覆盖范围广、生产效率高等特点，该系统可有效提高农田的监测和管理水平，特别适用于农作物的集中种植。
附图说明
图1为本发明的电原理框图；
图2为采集模块的电原理图；
图3为执行单元的电原理图；
图4为双网关系统的电原理图；
图5为内控模式流程图。
图中所用标号清单为：MCU、网关控制器，S、农田状态参数传感器，ZX、执行机构,U1、采集终端，U2、执行控制器，U3、ZigBee网关，U4、WiFi网关，XS、OLED显示器，CC、flash存储器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
参看图1，本发明提供了一种基于ZigBee+WiFi双无线网关的一体化农田状态控制系统，包括信息采集系统、双网关系统、执行系统和监控终端，双网关系统与信息采集系统、执行系统和监控终端通过无线信号交换信息。信息采集系统和执行系统可以有多个，每个信息采集系统和执行系统对应一块农田。每个信息采集系统包括多个采集模块，每个采集模块测量农田的一种状态参数并将其发送给双网关系统，每个执行系统包括多个执行单元，每个执行单元可接收双网关系统传来的一种控制信息并执行相应的动作。监控终端不仅可以接收由双网关系统发出的监控信息，也可以向双网关系统传送控制指令。
参看图2，每个采集模块包括采集终端U1和农田状态参数传感器S，采集终端U1可以是与ZigBee网关U3相匹配的ZigBee终端，也可以是与WiFi网关U4相匹配的WiFi模块，与采集终端U1相连接的农田状态参数传感器S用于监测与农作物的生长息息相关的环境参数值，不同采集模块的农田状态参数传感器S分别测量土壤PH值、盐度值、温湿度、二氧化碳浓度、空气温湿度以及光照度等等。本实施例的农田状态参数传感器S包括土壤PH值传感器(型号为HL-TRPH1)、土壤盐度传感器(型号为HL-YF)、土壤温度传感器、土壤湿度传感器(型号为HL-TR01W)、二氧化碳传感器、空气温度传感器、空气湿度传感器和光照度传感器。其中，土壤温湿度传感器、土壤pH值传感器和土壤盐度传感器均由北京永轩物联电子技术有限公司提供。
参看图3，执行单元主要包括执行控制器U2和执行机构ZX，执行机构ZX根据系统指令进行相应操作。本实施例中执行机构ZX包括水肥调节器、空气加热器、风机、雾化器、卷帘、光照调节器。
参看图4，双网关系统包括网关控制器MCU、ZigBee网关U3和WiFi网关U4，用于数据的传输。本实施例中ZigBee网关U3仅用于采集模块和执行单元与网关控制器MCU之间的数据传输，其型号为CC2530(厂商：TI)；WiFi网关U4用于网关控制器MCU与其他所有系统之间的数据传输，其型号为ESP8266(厂商：乐鑫信息科技)。
网关控制器MCU的芯片型号可以是：STC15W408AS或STC15F2K08S2(厂商：STC)；STC15W56S4(厂商：STC)；STC15F2K60S2(厂商：STC)。
监控终端可以是计算机、智能手机、iPad或智能手表。
双网关系统的工作模式包括ZigBee工作模式和WiFi工作模式；在ZigBee工作模式下，各采集模块直接进行数据的采集，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料，每一个ZigBee网络节点还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的独立的子节点无线连接；在WiFi工作模式下，采用全IP核心网络，各分配系统动态联接到接入点，既可以连接到其他站点，也可以联接到各分配系统，只要实际使用区域内存在WiFi局域网，便可进行数据的采集与传输。
双网关系统的内控模式通过内部软件编程实现数据的采集、传输、保存，具体实现过程如下：系统工作时，打开ZigBee网关子节点的电源模块，连接在该子节点的各采集模块开始工作，提供农作物生长环境的各项数据；在一个采样周期内，数据堆叠在闪存内，待ZigBee网关主节点发出命令后传输到网关控制器MCU，MCU打开网络功能尝试接入网络，网络连接正常后查询网关是否处于接收模式：a.可接收，ZigBee网关子节点逐条发送该节点存储区数据，在一个采集时域内ZigBee网关主节点做出应答接收数据(未做出应答直接跳转过程b)，ZigBee网关主节点根据回应信息判断本次上传是否成功，是否需要重新发送，是否允许更新存储区计数器等相关寄存器，判断网关有无其他寄存器或存储区的读写需求，进行相应操作同时对数据进行解析作出相应判断指令传送给执行采集系统，判断数据是否传输完成(未完成数据区的全部传送，重复操作a)，传输完成后复位ZigBee网关子节点存储区计数器等相关寄存器；b.不可接收，关闭ZigBee网关子节点电源模块，进行数据处理，判断是否满足进入待机模式条件，进入休眠状态，等待系统唤醒进入系统主循环。
信息采集系统将采集的数据通过ZigBee网关传输到网关控制器时，采用低功耗段取、高容量通讯和多位匹配方式；所述低功耗段取方式在于使用2节5号干电池供电，可支持1个节点工作6～24个月甚至更长，而WiFi可工作数小时；所述高容量通讯采用网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，数据传输采用主节点命令下达-子节点数据上传模式，单信道的数据传输，排除信号间干扰，在主节点没有数据上传指令时子节点处于休眠模式，这样更利于子节点的省电；所述多位匹配方式采用8位二进制方式进行匹配模式的分布，包括64种匹配模式即可扩展64个节点分布式布点，手动匹配具体过程为：通过读取连接在网关控制器上OLED显示匹配段码，手动拨动ZigBee发射端0(1)端子，依次拨动8个端子便可进行匹配，在实际现场，预先确定的传输路径随时都可能发生变化，或者因各种原因路径被中断了，或者过于繁忙不能进行及时传送，动态路由结合网状拓扑结构，就可以很好解决这个问题，从而保证数据的可靠传输。
信息采集系统将采集数据通过WiFi网关传输到网关控制器时，采用全IP、广域覆盖、大数据、多媒体工作方式，可提供更多的接入方式选择，通过共同的平台实现网络间通讯，多信道共同传输大数据，不影响各通道间数据的变化，同时可进行现场农作物生长状态图像；可自动匹配+设置参数匹配；所述自动匹配即在已存在WiFi局域网范围内，便可动态地联接；所述设置参数匹配为待自动匹配未完成时，用户可通过下载相应APP通过客户端进行相应参数设置进行匹配。

Claims (7)

1.一种基于双无线网关的农田状态监控系统，其特征是，构成中包括双网关系统、监控终端以及设置于每块农田中的信息采集系统和执行系统，所述信息采集系统采集农田状态信息并通过无线信号向双网关系统上传信息；所述执行系统通过无线网络接收由双网关系统发送的农田状态控制信息并根据接收的控制信息调整农田状态；所述监控终端通过无线网络与双网关系统交换信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于双无线网关的农田状态监控系统，其特征是，所述双网关系统包括网关控制器(MCU)、ZigBee网关(U3)、WiFi网关(U4)、OLED显示器(XS)和flash存储器(CC)，所述ZigBee网关(U3)、WiFi网关(U4)、OLED显示器(XS)和flash存储器(CC)与网关控制器(MCU)的不同通信接口连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于双无线网关的农田状态监控系统，其特征是，所述信息采集系统包括多个采集模块，每个采集模块包括采集终端(U1)和农田状态参数传感器(S)，所述采集终端(U1)为与ZigBee网关(U3)相匹配的ZigBee终端或与WiFi网关(U4)相匹配的WiFi模块，所述农田状态参数传感器(S)的输出端接采集终端(U1)的信号输入端。
4.根据权利要求3所述的一种基于双无线网关的农田状态监控系统，其特征是，所述执行系统包括多个执行单元，每个执行单元包括执行机构(ZX)和与该执行机构(ZX)相匹配的执行控制器(U2)，所述执行控制器(U2)通过ZigBee网关(U3)或WiFi网关(U4)与网关控制器(MCU)交换信息，所述执行机构(ZX)的控制端接执行控制器(U2)。
5.根据权利要求4所述的一种基于双无线网关的农田状态监控系统，其特征是，每块农田的信息采集系统中的多个采集模块的农田状态参数传感器(S)包括土壤PH值传感器、土壤盐度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、二氧化碳传感器、空气温度传感器、空气湿度传感器和光照度传感器。
6.根据权利要求5所述的一种基于双无线网关的农田状态监控系统，其特征是，每块农田的执行系统的多个执行单元的执行机构(ZX)包括水肥调节器、空气加热器、风机、雾化器、卷帘和光照调节器。
7.根据权利要求6所述的一种基于双无线网关的农田状态监控系统，其特征是，所述监控终端为计算机、智能手机、iPad或智能手表，监控终端通过WiFi网关(U4)与网关控制器(MCU)交换信息。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108353770A (zh) * 2018-03-13 2018-08-03 中国科学院地理科学与资源研究所 管理农田的方法、装置和系统、监控农田的方法及装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202285435U (zh) * 2011-11-02 2012-06-27 肇庆软件国际化中心有限公司 一种用于农业环境监测的无线传感器网络网关
CN202353826U (zh) * 2011-12-15 2012-07-25 河南科技大学 一种基于ZigBee技术的农田监控系统
CN202870886U (zh) * 2012-08-21 2013-04-10 上海鸿维物联网技术工程有限公司 一种城市绿化物联网管理系统
CN204376932U (zh) * 2015-02-02 2015-06-03 武汉物联远科技有限公司 一种智能家居系统
CN105830870A (zh) * 2016-03-24 2016-08-10 华北水利水电大学 一种远程无线农田监控系统和方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202285435U (zh) * 2011-11-02 2012-06-27 肇庆软件国际化中心有限公司 一种用于农业环境监测的无线传感器网络网关
CN202353826U (zh) * 2011-12-15 2012-07-25 河南科技大学 一种基于ZigBee技术的农田监控系统
CN202870886U (zh) * 2012-08-21 2013-04-10 上海鸿维物联网技术工程有限公司 一种城市绿化物联网管理系统
CN204376932U (zh) * 2015-02-02 2015-06-03 武汉物联远科技有限公司 一种智能家居系统
CN105830870A (zh) * 2016-03-24 2016-08-10 华北水利水电大学 一种远程无线农田监控系统和方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108353770A (zh) * 2018-03-13 2018-08-03 中国科学院地理科学与资源研究所 管理农田的方法、装置和系统、监控农田的方法及装置

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