CN107153383A - 一种基于nb‑iot的智能温室大棚监控系统 - Google Patents
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Abstract
发明公开了一种基于NB‑IOT的智能温室大棚监控系统,包括数据监测处理基站、数据采集分站以及oneNET平台;数据监控处理基站包括微控制系统模块、图像采集模块、无线通信模块、用于保存图片及下位机上传数据信息的存储模块、用于用户交互及监控的显示按键模块、提供不同电压幅值的电源模块;本发明基于NB‑IOT技术不仅设备具有低成本、低功耗和微型化特征,而且数据采集分站测控模块自带逻辑判断和执行能力,提高温室大棚监控系统的灵活性、准确性和可靠性,使温室大棚生产者获得更好的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于NB-IOT的智能温室大棚监控系统。
背景技术
我国温室大棚发展正处于从传统向现代化温室大棚过渡的进程当中,而发展智能温室大棚正是将温室大棚视为一个可控的整体,是解决温室大棚系统的关键。
智能温室大棚是指在相对可控的环境条件下,采用工业化生产,实现集约高效可持续发展的现代超前温室大棚生产方式,就是温室大棚先进设施与露地相配套、具有高度的技术规范和高效益的集约化规模经营的生产方式。它集科研、生产、加工、销售于一体,实现周年性、全天候、反季节的企业化规模生产;它集成现代生物技术、温室大棚工程、农用新材料等学科,以现代化温室大棚设施为依托,科技含量高,产品附加值高,土地产出率高和劳动生产率高,是我国温室大棚新技术革命的跨世纪工程。
智能温室大棚既包括广义上的温室大棚信息处理、温室大棚专家智能决策系统,又包括自动控制系统、智能控制算法、机电一体化设备、检测技术与传感器网络、物联网网络等等,能够真正实现温室大棚逐渐地从以人力为中心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息和软件为中心的生产模式,从而大量使用各种自动化、智能化、远程控制的生产设备,促进了温室大棚发展方式的转变。
目前温室大棚节水及灌溉系统相关领域,国外以以色列最为先进,以色列政府大力发展智能节水灌溉技术、将农田和温室大棚普遍采用滴灌和喷灌的灌溉方式,实现在家利用电脑进行智能控制,并研发出大量配套设备。国内随着经济发展,水资源缺乏,自20世纪90年代后,我国从国外引进许多先进的节水灌溉设备,但是为国外情况设计的设备并不适合我国国情,不能充分发挥优势。
纵观温室大棚智能化监控系统的发展现状,其研究主要侧重在监控、灌溉以及节水上,在对温室大棚信息的采集中,采集的数据信息及控制状态只能在系统嵌入的设备上统一显示,并不能在各节点进行数据采集及控制状态的显示,并且在对数据的采集上,采集节点并不能达到经济,便利,自由的安置,并且在温室大棚信息的查询上也不能实现远距离实时查询。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于NB-IOT的智能温室大棚监控系统,其可提高温室大棚智能化程度和作物种植的科学性,提高温室大棚农作物产量;同时采用分布式测控模块自带逻辑判断和执行功能,提高测控的灵活性、准确性和可靠性。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种基于NB-IOT的智能温室大棚监控系统,它包括:
数据监测处理基站、数据采集分站以及oneNET平台;
所述oneNET平台通过电脑、手机和平板接入oneNET平台;
所述数据监控处理基站包括微控制系统模块、图像采集模块、无线通信模块、用于保存图片及数据采集分站上传数据信息的存储模块、用于用户交互及监控的显示按键模块、提供不同电压幅值的电源模块;其中,微控制系统模块通过数据采集分站的环境因子采集模块获取作物的多种生长环境健康因子,图像采集模块获取作物图像从而智能化调控温室大棚作物的生长环境和了解作物自身生长情况,数据监控处理基站采集的信息通过NB-IOT无线通讯模块上传至oneNET平台,用户通过电脑、手机和平板监控采集信息;
所述数据采集分站包括环境因子采集模块、继电器模块和无线通信模块;
所述环境因子采集模块包括多个数字量传感器和模拟量传感器,用于采集二氧化碳、土壤湿度、温度、风扇状态、遮光状态、灌溉状态、光照强度信息;
所述继电器模块由遮光继电器模块、灌溉继电器模块、风扇继电器模块和二氧化碳继电器模块组成,当温室大棚环境生长因子超过设定阈值范围,专家系统对当前环境进行综合判断,并发出控制指令给微处理器来控制执行机构工作;数据监测处理基站的无线通讯模块与数据采集分站的无线通讯模块相互通讯,从而发送采集指令和接收数据采集分站上传的数据信息。
所述微控制系统模块包括主控芯片、外围电路和实时时钟RTC组成;所述主控芯片采用STM32F407采集作物环境因子、图像信息,控制继电器模块工作。
所述图像采集模块采用OV2604摄像头,以获取作物自身生长状况。
所述的数据监测处理基站的无线通信模块采用NB-IOT无线通讯模块和ESP8266无线通讯模块;NB-IOT无线通信模块采用BC95模块,通过STM32F407的串口发送AT指令与oneNET平台进行通信,用户可以通过电脑或者手机监控采集的信息,ESP8266无线模块通过SPI进行驱动,完成通过无线的方式给数据采集分站发送采集指令和接受分站上传的数据信息。
所述的存储模块包括SD卡、FLASH和EEPROM,SD卡通过STM32F407的SDIO接口来进行驱动,完成对系统图片的储存以及对数据采集分站上传的数据信息进行存储,FLASH用于存储系统文件,EEPROM存储时间信息。
所述的显示按键模块的包括彩屏和按键,彩屏采用TFT液晶显示模块ILI9341,通过STM32F407的FSMC接口来进行驱动,其用于完成与用户的交互以及监控显示。
所述电源模块均采用LP5907和AMS1117-5.0电源转换芯片从而产生高效稳定的系统供电电压。
与现有的智能系统相比,本发明具有以下优点:
1)本发明通过数据采集模块可同时监控多个环境因子和图像采集模块监控作物自身生长信息,从而具有较强的可扩充性;
2)本发明通过使用具有低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势的NB-IOT技术的模块实现长时间、远距离信息查询控制和实时监控,使用户通过手机电脑或者平板方便、快捷、实时的进行监控温室大棚作物信息以及获取控制状态;
3)本发明的数据采集分站采集的数据信息能够在各点进行显示,方便观测;
4)本发明采集的数据信息以一定的数据格式进行传输与存储。
附图说明
图1为本发明的总体框图;
图2为本发明的环境因子采集模块;
图3为本发明的图像采集模块;
图4是本发明的无线通信模块;
图5是本发明的存储模块;
图6是本发明的显示按键模块;
图7是本发明的电源模块;
图8是本发明的数据监控处理基站流程图;
图9是本发明的数据采集分站流程图;
图10是本发明的数据传输协议。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1至10所示,为一种基于NB-IOT的智能温室大棚监控系统,应用于作物本体生长信息和其所生长的环境信息的实时监控,它包括:
数据监测处理基站、数据采集分站以及oneNET平台;
所述oneNET平台通过电脑、手机和平板接入oneNET平台;
所述数据监控处理基站包括微控制系统模块、图像采集模块、无线通信模块、用于保存图片及数据采集分站上传数据信息的存储模块、用于用户交互及监控的显示按键模块、提供不同电压幅值的电源模块;其中,微控制系统模块通过数据采集分站的环境因子采集模块获取作物的多种生长环境健康因子,图像采集模块获取作物图像从而智能化调控温室大棚作物的生长环境和了解作物自身生长情况,数据监控处理基站采集的信息通过NB-IOT无线通讯模块上传至oneNET平台,用户通过电脑、手机和平板监控采集信息;
所述数据采集分站包括环境因子采集模块、继电器模块和无线通信模块;
如图1所示,所述微控制系统模块包括主控芯片、外围电路和实时时钟RTC组成;所述主控芯片采用STM32F407采集作物环境因子、图像信息,控制继电器模块相关的执行机构工作。
如图2所示:所述环境因子采集模块包括多个数字量传感器和模拟量传感器,用于采集二氧化碳、土壤湿度、温度、风扇状态、遮光状态、灌溉状态、光照强度信息;
所述继电器模块由遮光继电器模块、灌溉继电器模块、风扇继电器模块和二氧化碳继电器模块组成,当温室大棚环境生长因子超过设定阈值范围,专家系统对当前环境进行综合判断,并发出控制指令给微处理器来控制执行机构工作;数据监测处理基站的无线通讯模块与数据采集分站的无线通讯模块相互通讯,从而发送采集指令和接收数据采集分站上传的数据信息。
如图3所示:所述图像采集模块采用OV2604摄像头,以获取作物自身生长状况。
如图4所示:所述的数据监测处理基站的无线通信模块采用NB-IOT无线通讯模块和ESP8266无线通讯模块;
NB-IOT无线通信模块采用BC95模块,通STM32F407的串口发送AT指令与oneNET平台进行通信,用户可以通过电脑或者手机监控采集的信息,ESP8266无线模块通过SPI进行驱动,完成通过无线的方式给数据采集分站发送采集指令和接受分站上传的数据信息。
如图5所示:所述的存储模块包括SD卡、FLASH和EEPROM,SD卡通过STM32F407的SDIO接口来进行驱动,完成对系统图片的储存以及对数据采集分站上传的数据信息进行存储,FLASH用于存储系统文件,EEPROM存储时间信息。
如图6所示:所述的显示按键模块的包括彩屏和按键,彩屏采用TFT液晶显示模块ILI9341,通过STM32F407的FSMC接口来进行驱动,其用于完成与用户的交互以及监控显示。
如图7所示:所述电源模块均采用LP5907和AMS1117-5.0电源转换芯片从而产生高效稳定的系统供电电压。
数据监控处理基站流程图如图8所示,实现了作物环境生长因子的数据的实时采集、存储、显示和传输。其中,系统的时基由SysTick定时器提供,采用µC/OS-III的操作系统分别创建接受分站上传的作物生长环境数据任务、作物自身图像采集任务,数据处理任务,液晶显示任务和存储,上传数据的任务,从而已达到实时性;通过定时中断方式,每隔2秒采集一次,将采集好的作物自身生长状况图像信息存取在DMA,减轻了微处理器的负担;信号被转换为数字量后,通过NB-IOT无线通信模块将作物生长情况的数据上传至服务器并进行处理与分析,同时在彩屏界面实时显示作物生长情况及通过按键控制启动或关闭保存数据至SD卡中;液晶界面波形显示采用STemwin图形支持系统,它提供高效的图形用户界面,从而简化了数据波形实时的显示。
数据采集分站流程图如图9所示,它的数据采集模块由多种环境因子数字量传感器和模拟量传感器接口电路组成,二氧化碳、土壤温湿度传感器中模拟量的输出引脚通过传感器接口电路分别与STM8主控芯片的PA0,PA1,PA2引脚相连,空气温湿度,光照强度传感器中数字量的输出引脚通过传感器接口电路与STM8主控芯片的GPIO口PB0,PB6,PB7引脚相连;从而实现数据采集模块将所采集的多种环境因子信息传递给数据监控处理基站;图像采集模块拍取作物的图像传到oneNET平台,结合专家系统诊断作物生长监控状况,从而控制继电器执行机构及提醒用户实时了解作物监控状况及解决措施。
如图10所示,数据采集分站在接收到数据监控处理基站的采集命令时,数据采集分站进行数据采集,并把数据信息按一定的数据协议传给数据监控处理基站。
与现有的智能系统相比,本发明具有以下优点:
1)本发明通过数据采集模块可同时监控多个环境因子和图像采集模块监控作物自身生长信息,从而具有较强的可扩充性;
2)本发明通过使用具有低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势的NB-IOT技术的模块实现长时间,远距离信息查询控制和实时监控,使用户通过手机电脑或者平板方便、快捷、实时的进行监控温室大棚作物信息以及获取控制状态;
3)本发明的数据采集分站采集的数据信息能够在各点进行显示,方便观测;
4)本发明采集的数据信息以一定的数据格式进行传输与存储。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其它的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进,均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于NB-IOT的智能温室大棚监控系统,其特征在于:它包括:
数据监测处理基站、数据采集分站以及oneNET平台;
所述oneNET平台通过电脑、手机和平板接入oneNET平台;
所述数据监控处理基站包括微控制系统模块、图像采集模块、无线通信模块、用于保存图片及数据采集分站上传数据信息的存储模块、用于用户交互及监控的显示按键模块、提供不同电压幅值的电源模块;其中,微控制系统模块通过数据采集分站的环境因子采集模块获取作物的多种生长环境健康因子,图像采集模块获取作物图像从而智能化调控温室大棚作物的生长环境和了解作物自身生长情况,数据监控处理基站采集的信息通过NB-IOT无线通讯模块上传至oneNET平台,用户通过电脑、手机和平板监控采集信息;
所述数据采集分站包括环境因子采集模块、继电器模块、显示模块和无线通信模块;
所述环境因子采集模块包括多个数字量传感器和模拟量传感器,用于采集二氧化碳、土壤湿度、温度、风扇状态、遮光状态、灌溉状态、光照强度信息;
所述继电器模块由遮光继电器模块、灌溉继电器模块、风扇继电器模块和二氧化碳继电器模块组成,当温室大棚环境生长因子超过设定阈值范围,专家系统对当前环境进行综合判断,并发出控制指令给微处理器来控制执行机构工作;数据监测处理基站的无线通讯模块与数据采集分站的无线通讯模块相互通讯,从而发送采集指令和接收数据采集分站上传的数据信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT的智能温室大棚监控系统,其特征在于:所述微控制系统模块包括主控芯片、外围电路和实时时钟RTC组成;所述主控芯片采用STM32F407采集作物环境因子、图像信息,控制继电器模块工作。
3.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT的智能温室大棚监控系统,其特征在于,所述图像采集模块采用OV2604摄像头,以获取作物自身生长状况。
4.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT的智能温室大棚监控系统,其特征在于,所述的数据监测处理基站的无线通信模块采用NB-IOT无线通讯模块和ESP8266无线通讯模块;
NB-IOT无线通信模块采用BC95模块,通过STM32F407的串口发送AT指令与oneNET平台进行通信,用户可以通过电脑或者手机监控采集的信息,ESP8266无线模块通过SPI进行驱动,完成通过无线的方式给数据采集分站发送采集指令和接受分站上传的数据信息。
5.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT的智能温室大棚监控系统,其特征在于,所述的存储模块包括SD卡、FLASH和EEPROM,SD卡通过STM32F407的SDIO接口来进行驱动,完成对系统图片的储存以及对数据采集分站上传的数据信息进行存储,FLASH用于存储系统文件,EEPROM存储时间信息。
6.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT的智能温室大棚监控系统,其特征在于,所述的显示按键模块包括彩屏和按键,彩屏采用TFT液晶显示模块ILI9341,通过STM32F407的FSMC接口来进行驱动,其用于完成与用户的交互以及监控显示。
7.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT的智慧温室大棚监控系统,其特征在于:所述电源模块均采用LP5907和AMS1117-5.0电源转换芯片从而产生高效稳定的系统供电电压。
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