CN107085444A - 一种生态农业土壤墒情监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种生态农业土壤墒情监测系统,包括N个采集节点,N为自然数,N大于3;每个采集节点分别经Zigbee无线传输模块连接网关中心节点,所述网关中心经GPRS模块连接监测中心,所述监测中心与移动管理终端无线连接,所述移动管理终端与现场控制终端无线连接。本发明实现了生态农业环境土壤墒情数据的自动精确监测,无需由工作人员到现场操作,节约劳动力成本,同时提高生产效率。

Description

一种生态农业土壤墒情监测系统
技术领域
[0001]本发明涉及农业监测领域,尤其涉及一种生态农业土壤墒情监测系统。
背景技术
[0002] 土壤是陆地生态系统组成的基本要素之一,也是人类赖以生存的物质基础之一, 土壤环境状况不仅直接关系到生态安全和人体健康,也直接关系到农产品的产量、质量以 及安全。近年来,由于高分子化学、分析化学、物理科学、生物技术等科学的快速发展,使其 在土壤监测中有了较为广泛的运用,如电感耦合等离子体质谱(IcP—Ms)法、激光熔蚀法 (LA)、氢化物发生法(HG)、偏振能量色散x射线荧光光谱法、大分子标记物检测技术、PcR技 术、变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术、生物芯片技术、宏基因组技术等方法在土壤样品分析测 试中的应用尤其对土壤中痕量元素的测定及分析。而这类方法对于操作人员的专业素养要 求较高,并且需要一定的配套设备来完成,使用成本较高,并且操作繁琐,不适合农户或一 般农产品种植加工企业,不利于推广。
[0003]生态农业是农业发展的一个新的阶段,目前生态农业己经呈现出规模化、大型化、 专业化的趋势。生态农业对环境的要求较高,快速准确的监测土壤水分含量及土壤温度等 因素,是及时进行农田旱情分析,指导作物节水灌溉,保障粮食安全等最重要的基础工作之 一。由于生态农业基地较大,附近环境涉及面广,情况复杂,土壤质地本身存在不均匀性,要 准确测量某一区域的土壤水分状况,提高监测的效率和效果,是亟待解决的问题。
发明内容
[0004]有鉴于此,本发明提供一种生态农业土壤墒情监测系统,用以实现对土壤墒情数 据的自动精确监测。
[0005]本发明采用以下技术方案:
[0006] —种生态农业土壤墒情监测系统,其中,包括N个采集节点,N为自然数,N大于3;每 个采集节点分别经Zigbee无线传输模块连接网关中心节点,所述网关中心经GPRS模块连接 监测中心,所述监测中心与移动管理终端无线连接,所述移动管理终端与现场控制终端无 线连接;
[0007]所述采集节点包括采集模块、信号转换电路、信号调理电路、控制器、显示单元和 电源模块,所述采集模块、信号转换电路、信号调理电路与控制器依次连接,所述显示单元 与控制器连接,所述电源模块与控制器连接;
[0008]所述采集模块包括光照传感器、空气温湿度传感器、土壤PH计、摄像头、土壤温湿 度传感器、土壤盐分传感器和雨量传感器;所述光照传感器、空气温湿度传感器、土壤PH计、 摄像头、土壤温湿度传感器、土壤盐分传感器和雨量传感器分别连接信号转换电路。
[0009]优选的,所述控制器为CC2430芯片。
[0010]优选的,所述现场控制终端包括无线收发模块、现场控制单元、终端控制模块和终 端用电设备,所述现场控制单元分别与终端控制模块和无线收发模块连接,所述终端控制 模块与所述终端用电设备连接。 _
[0011] 优选的,所述终端控制模块包括光照控制单元、喷淋阀控制单元、加热控制单元和 抽风控制单元。
[0012] 优选的,所述电源模块包括太阳能电池组件和市电供电模块。
[0013] 优选的,所述现场控制终端还包括声光报警模块,所述声光报警模块与现场控制 单元连接。
[0014] 优选的,所述现场控制终端还包括显示模块,所述显示模块与所述现场控制单元 连接。
[0015] 本发明的有益效果如下:
[0016] 本发明采用多个传感器分别采集农田的各种环境参数,农业生态环境监测的数据 涵盖土地的利用、覆盖、地形地貌、水、土壤、天气、植被等环境资源数据,通过在监控中心对 各种不同数据信息进行关联性分析,为准确判断与预测生态农业提供数据支持,从而为农 业生态环境保护提供参考。
[0017] 本发明除了利用土壤温湿度传感器采集土壤的墒情、温度参数外,还对土壤的PH 值、盐分值进行采集,同时还采集空气的温湿度、光照强度、图像数据和雨量数据,监控中心 结合采集到的多种参数对土壤墒情进行分析和判断,并将分析结果发送给移动管理终端, 在移动管理终端的显示屏上实时显示,根据监控中心的分析结果由现场控制终端控制光 照、喷淋、加热、抽风设备开启或关闭,现场控制终端适用于大棚、温室等需要对室内环境进 行调节的场合。本发明实现了生态农业土壤的远程监测与自动控制,无需由工作人员到现 场操作,节约劳动力成本,同时提高生产效率。
附图说明
[0018] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可 以根据这些附图获得其他的附图。
[0019] 图1是本发明一种生态农业土壤墒情监测系统的框图。
[0020] 图2是本发明一种生态农业土壤墒情监测系统中采集节点的框图。
[0021] 图3是本发明一种生态农业土壤墒情监测系统中现场控制终端的框图。
具体实施方式
[0022]如图1所示,本发明提供一种生态农业土壤墒情监测系统,包括多个采集节点,每 个采集节点分别经Zigbee无线传输模块连接网关中心节点,网关中心经GPRS模块连接监测 中心,监测中心与移动管理终端无线连接,移动管理终端与现场控制终端无线连接。
[0023]该实施例中,采集节点为多个,在农田、温室、大棚等场合分隔预设距离设置一个, 例如每隔50m设置一个采集节点,采集节点可成行、成列排列。多个采集节点将采集到的数 据传送至Zigbee无线网络收发范围内的网关中心节点,网关中心节点也有多个,每个网关 中心节点负责接收在Zigbee无线网络收发范围内的采集节点传送的数据。多个网关中心节 点将接收到的数据通过GPRS模块无线发送给监测中心,通过在监控中心对各种不同数据信 息进行关联性分析,为准确判断与预测生态农业提供数据支持,从而为农业生态环境保护 提供参考。
[0024]如图2所示,采集节点包括采集模块、信号转换电路、信号调理电路、控制器、显示 单元和电源模块,采集模块、信号转换电路、信号调理电路与控制器依次连接,所述显示单 元与控制器连接,所述电源模块与控制器连接。采集模块包括光照传感器、空气温湿度传感 器、土壤PH计、摄像头、土壤温湿度传感器、土壤盐分传感器和雨量传感器;光照传感器、空 气温湿度传感器、土壤PH计、摄像头、土壤温湿度传感器、土壤盐分传感器和雨量传感器分 别连接信号转换电路。电源模块包括太阳能电池组件和市电供电模块。
[0025] 该实施例中,控制器为CC2430芯片,结合了8Kbyte的RAM及强大的外围模块, CC243〇包含一个增强型工业标准的8位8051微控制器内核,运行时钟32MHz,包含一个DMA控 制器。除了利用土壤温湿度传感器采集土壤的墒情、温度、PH值、盐分值进行采集以外,同时 还采集空气的温湿度、光照强度、图像数据和雨量数据,监控中心结合采集到的多种数据对 土壤墒情进行关联性分析和判断,并将分析结果发送给移动管理终端。
[0026]如图3所示,现场控制终端包括无线收发模块、现场控制单元、终端控制模块和终 端用电设备,所述现场控制单元分别与终端控制模块和无线收发模块连接,所述终端控制 模块与所述终端用电设备连接。终端控制模块包括光照控制单元、喷淋阀控制单元、加热控 制单元和抽风控制单元。
[0027]该实施例中,在监控中心根据采集单元采集到的数据分析出生态环境状况后,将 分析结果发送给移动管理终端,在移动管理终端的显示屏上实时显示,移动管理终端根据 监控中心的分析结果控制现场控制终端的终端用电设备工作,进行灌溉、升温、照明与抽 风,现场控制终端适用于大棚、温室等需要对室内环境进行调节的场合。本发明实现了生态 农业土壤墒情的远程监测与自动控制,无需由工作人员到现场操作,节约劳动力成本,同时 提高生产效率。
[0028] 现场控制单元采用ATmegal6作用主控芯片,ATmegal6是基于增强的AVRRISC结构 的低功耗8位CMOS微控制器,16K字节的系统内可编程Flash,512字节EEPR0M,1K字节SRAM, 32个通用I/O 口线,32个通用工作寄存器,功耗小。由于其先进的指令集以及单时钟周期指 令执行时间,ATmegal6的数据吞吐率高达lMIPS/MHz,从而可以减缓系统在功耗和处理速度 之间的矛盾。
[0029]现场控制单元控制光照控制单元、喷淋阀控制单元、加热控制单元和抽风控制单 元工作,光照控制单元、喷淋阀控制单元、加热控制单元和抽风控制单元可对现场的温湿 度、照明亮度、空气流通等进行开关控制,并将结果反馈给移动管理终端。
[0030]在一个实施例中,电源模块包括太阳能电池组件和市电供电模块。
[0031] 在一个实施例中,现场控制终端还包括声光报警模块和显示模块,所述声光报警 模块和显示模块分别与现场控制单元连接。
[0032] 监测中心与移动管理终端无线连接,监测中心用于将接收到的信号进行分析处 理,并将分析结果发送至移动管理终端;移动管理终端与现场控制终端无线连接,移动管理 终端根据接收到的分析结果控制现场控制终端的终端用电设备开启或关闭。移动管理终端 包括无线收发模块、控制模块、按键模块、显示模块和提醒模块,无线收发模块与控制模块 连接,控制模块分别与显示模块、按键模块和提醒模块连接。移动管理终端中包括显示模 块、按键模块和提醒模块,显示模块用于将接收到的监测中心的数据在显示屏中实时显示, 当某个环境参数明显超出预设值时,提醒模块启动,在显示屏中显示提醒信息,同时移动管 理终端的指示灯发红光报警,工作人员可用按键模块发送指令给现场控制终端,控制终端 用电设备工作。
[0033]以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,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 (7)

1. 一种生态农业土壤墒情监测系统,其特征在于:包括N个采集节点,N为自然数,N大于 3;每个采集节点分别经Zigbee无线传输模块连接网关中心节点,所述网关中心经GPRS模块 连接监测中心,所述监测中心与移动管理终端无线连接,所述移动管理终端与现场控制终 端无线连接; 所述采集节点包括采集模块、信号转换电路、信号调理电路、控制器、显示单元和电源 模块,所述采集模块、信号转换电路、信号调理电路与控制器依次连接,所述显示单元与控 制器连接,所述电源模块与控制器连接; 所述采集模块包括光照传感器、空气温湿度传感器、土壤PH计、摄像头、土壤温湿度传 感器、土壤盐分传感器和雨量传感器;所述光照传感器、空气温湿度传感器、土壤PH计、摄像 头、土壤温湿度传感器、土壤盐分传感器和雨量传感器分别连接信号转换电路。
2. 根据权利要求1所述的生态农业土壤墒情监测系统,其特征在于:所述控制器为 CC2430芯片。
3.根据权利要求1所述的生态农业土壤墒情监测系统,其特征在于:所述现场控制终端 包括无线收发模块、现场控制单元、终端控制模块和终端用电设备,所述现场控制单元分别 与终端控制模块和无线收发模块连接,所述终端控制模块与所述终端用电设备连接。
4.根据权利要求3所述的生态农业土壤墒情监测系统,其特征在于:所述终端控制模块 包括光照控制单元、喷淋阀控制单元、加热控制单元和抽风控制单元。
5.根据权利要求1所述的生态农业土壤墒情监测系统,其特征在于:所述电源模块包括 太阳能电池组件和市电供电模块。
6.根据权利要求3所述的生态农业土壤墒情监测系统,其特征在于:所述现场控制终端 还包括声光报警模块,所述声光报警模块与现场控制单元连接。
7.根据权利要求1所述的生态农业土壤墒情监测系统,其特征在于:所述现场控制终端 还包括显示模块,所述显示模块与所述现场控制单元连接。
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