CN107356292A - 一种基于NB‑IoT无线通讯的大棚用数据采集及处理系统 - Google Patents

Abstract

针对现有技术中农业大棚数据采集功耗大的问题，本发明提供一种基于NB‑IoT无线通讯的大棚用数据采集及处理系统，其特征在于：包括传感器组件、数据采集模块、用于接收数据采集模块采集数据的NB‑IoT无线通讯模块I、与NB‑IoT无线通讯模块I连接的用于进行数据接收的云端处理器、与云端处理器连接的用于接收云端处理器所发出指令的NB‑IoT无线通讯模块II、反馈模块、反馈执行机构、还包括显示器。本发明结构简单，使用方便，整个系统的自动化程度较高，覆盖面积更大，功耗更低，且自动化程度高，且控制精确度高，适宜在该领域内的进一步推广。

Description

一种基于NB-IoT无线通讯的大棚用数据采集及处理系统

技术领域

本发明涉及农业大棚信息采集分析处理领域，具体涉及一种基于NB-IoT无线通讯的大棚用数据采集及处理系统。

背景技术

目前市场上常见的农业大棚用数据采集处理系统偏向单一化，采集的作物信息较为简单，因此在使用数据对作物生长环境进行控制的时候无法全面照顾，导致系统整体的工作效率较低。且由于大棚环境较为复杂，一般均为野外，会出现网络覆盖不全面，传输设备不稳定，功耗大，更换不便等问题。另外，普通农业大棚应对突发恶劣天气如暴雨、冰雹等，采用人工处理的方法，效率比较低下，可能会造成不可挽回的损失。

发明内容

针对现有技术中农业大棚数据采集中存在工作效率低、传输不稳定、功耗大的问题，本发明提供一种基于NB-IoT无线通讯的大棚用数据采集及处理系统，其结构简单，对比现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步。

所述的一种基于NB-IoT无线通讯的大棚用数据采集及处理系统，其技术方案是：包括用于检测大棚内实时数据的传感器组件、用于采集传感器组件数据的数据采集模块、用于接收数据采集模块采集数据的NB-IoT无线通讯模块I、与NB-IoT无线通讯模块I连接的用于进行数据接收的云端处理器、与云端处理器连接的用于接收云端处理器所发出指令的NB-IoT无线通讯模块II、与NB-IoT无线通讯模块II连接的用于接收NB-IoT无线通讯模块II传送指令的反馈模块、与反馈模块连接的用于将大棚内环境数据向该作物适合生长的环境数据进行趋近的反馈执行机构、还包括输入端与数据采集模块连接的用于显示大棚内实时数据的显示器；

所述的云端处理器内部存储有不同作物在不同生长阶段的适合生长的环境数据并将数据采集模块采集的数据与该作物适合生长的环境数据进行对比并向NB-IoT无线通讯模块II发出指令。

进一步的，所述的传感器组件包括等间隔设置在大棚内土地内的多个土壤湿度传感器、等间隔设置在大棚顶部的多个空气湿度传感器和空气温度传感器和对称设置在大棚内的光照强度传感器。

进一步的，所述的反馈执行机构包括用于干燥大棚内土地的风机、用于提升/降低大棚外侧挡帘以改变大棚内光线强度的卷帘机以及用于增湿大棚内土地的水泵；其中，所述的风机、卷帘机以及水泵的电源可控的电连接至反馈模块的输出端。

进一步的，所述的一种基于NB-IoT无线通讯的大棚用数据采集及处理系统，还包括冰雹应急处理系统，该冰雹应急处理系统包括设置于大棚外侧的冰雹感知装置、输入端连接冰雹感知装置输出端的数据采集模块、输入端连接数据采集模块输出端的NB-IoT无线通讯模块I、输入端连接NB-IoT无线通讯模块I输出端的NB-IoT无线通讯模块II、输入端与NB-IoT无线通讯模块II输出端连接的反馈模块以及与反馈模块连接的用于放下大棚外侧挡帘的卷帘机；

其中，所述的冰雹感知装置包括筒形的一端设置有筒底另一端为敞口的壳体、设置在壳体侧壁上的用于检测是否是冰雹的红外线传感器、设置在壳体敞口端的易破的PVC薄膜、以及用于将PVC薄膜沿壳体侧壁绷紧在壳体敞口端的固定套；其中，所述的壳体底部可拆卸设置在大棚支架上用于接收下落冰雹。

再进一步的，所述的壳体从大棚支架连接的底部到顶部为直径逐渐减小的锥形壳体；固定套的外圈为圆形内圈为锥形的圆环；所述的壳体的外表面上设置有若干均布的凹槽；所述的固定套的外圈为圆形内圈设置有配合凹槽的用于压紧PVC薄膜的凸起。

优选的，所述的固定套内圈的锥度小于壳体的外表面的锥度。

本发明的有益效果是：本发明中采用两个NB-IoT无线通讯模块，不同通信模块可以根据实际情况采取带内、保护带或独立载波三种部署方式，与现有网络共存，降低架构难度；同时，大棚往往建设在荒郊野外，网络覆盖能力有限，以往设备可能存在信号不强或受干扰出现采集盲区或一段时间内脱机，使用两个NB-IoT无线通讯模块提高了覆盖能力，确保设备不脱机。而且对于大棚这种不能经常更换电池的场合，其各类传感监测设备不可能像智能手机一天一充电，长达几年的电池使用寿命是最本质的需求。NB-IoT聚焦小数据量、小速率应用，因此NB-IoT设备功耗可以做到非常小，设备续航时间可以从过去的几个月大幅提升 到几年。

总之，本发明结构简单，使用方便，整个系统的自动化程度较高，覆盖面积更大，功耗更低，有效延长设备寿命，同时本发明对未来农业大数据的采集及处理也做出有意的探索，在农业信息化的发展趋势下，自动化程度高，且控制精确度高，适宜在该领域内的进一步推广。

附图说明

图1为本发明的原理框图。

图2为冰雹感知装置的结构示意图。

其中，1.数据采集模块；2. NB-IoT无线通讯模块I；3. 云端处理器；4.显示器；5.NB-IoT无线通讯模块II；6. 反馈执行机构；7.传感器组件；8.反馈模块；9.冰雹；601. 风机；602.卷帘机；603.水泵；701. 土壤湿度传感器；702. 空气湿度传感器；703. 空气温度传感器；704. 光照强度传感器；705. 冰雹感知装置；7051. 大棚支架；7052. 壳体；7053.红外线传感器；7054. PVC薄膜；7055. 固定套；7052A. 凹槽；7055A. 凸起。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步的说明。

如图1，所述的一种基于NB-IoT无线通讯的大棚用数据采集及处理系统，其技术方案是： 包括用于检测大棚内实时数据的传感器组件7、用于采集传感器组件7数据的数据采集模块1、用于接收数据采集模块1采集数据的NB-IoT无线通讯模块I2、与NB-IoT无线通讯模块I2连接的用于进行数据接收的云端处理器3、与云端处理器3连接的用于接收云端处理器3所发出指令的NB-IoT无线通讯模块II5、与NB-IoT无线通讯模块II5连接的用于接收NB-IoT无线通讯模块II5传送指令的反馈模块8、与反馈模块8连接的用于将大棚内环境数据向该作物适合生长的环境数据进行趋近的反馈执行机构6、还包括输入端与数据采集模块1连接的用于显示大棚内实时数据的显示器4；

所述的云端处理器3内部存储有不同作物在不同生长阶段的适合生长的环境数据并将数据采集模块1采集的数据与该作物适合生长的环境数据进行对比并向NB-IoT无线通讯模块II5发出指令。

需要明确的是：传感器组件7中的各个传感器单独运行，互不干扰，将采集到的数据上传至数据采集模块1，数据采集模块1会对传感器组件7中每种传感器采集到的数据进行算法计算，剔除偏差求得均量后显示在显示器4上，并将数据通过NB-IoT无线通讯模块I2发送至云端处理器3。云端处理器3接收到数据后会根据其内部存储的该作物适合生长的环境数据进行对比，判别其条件是否适宜，对比处理后将反馈指令通过NB-IoT无线通讯模块II5发送至反馈执行机构6。

需要明确的是：云端处理器3的输入端和输出端分别连接了NB-IoT无线通讯模块I2和NB-IoT无线通讯模块II5其优点是：采用两个NB-IoT无线通讯模块， 不同通信模块可以根据实际情况采取带内、保护带或独立载波三种部署方式，与现有网络共存，降低架构难度；同时，大棚往往建设在荒郊野外，网络覆盖能力有限，以往设备可能存在信号不强或受干扰出现采集盲区或一段时间内脱机，使用两个NB-IoT无线通讯模块提高了覆盖能力，确保设备不脱机。而且对于大棚这种不能经常更换电池的场合，其各类传感监测设备不可能像智能手机一天一充电，长达几年的电池使用寿命是最本质的需求。NB-IoT聚焦小数据量、小速率应用，因此NB-IoT设备功耗可以做到非常小，设备续航时间可以从过去的几个月大幅提升到几年。满足智能大棚这种新兴的物联网业务对数据传输能力和实时性的要求。

需要明确的是：反馈模块8控制反馈执行机构6的开启或闭合，是控制领域常用的控制手段，如继电器等，为本领域人员熟知的技术。

需要明确的是：本发明中所述的云端处理器3处理数据的过程是：云端处理器3中的中央处理器将数据采集模块1采集到的数据循环分析，并将分析结果进行仿真分析。将自动提取数据采集模块1采集的数据给设定好的虚拟模型；所述虚拟模型将分析结果反馈给反馈执行机构6。中央处理器可以根据不同的控制需求，对不同的输出的命令采用不同的虚拟模型进行仿真模拟，然后采用相应的计算程序和优化程序进行模拟优化。所述优化用于将用户输入的植物、月份等参数分解为设计变量、设计目标和设计约束，再结合优化算法进行控制命令的优化。同时，虚拟模型发出的指令也可进行人为调控，进一步方便使用。以上所述的技术均为现有计算机领域非常常见的技术手段，均为可以实现的现有手段。

同样的，对上述的虚拟模型可进行视频输入、语音输入和文字输入，用于输入大棚内所栽作物的相关数据。对输入的视频数据，去除图像中的斑点噪声，提取视频中的特征值，并将特征值转换成文本数据发送到中央处理器；对输入的文字数据提取关键字发送到中央处理器；对输入的语音数据转换成文本数据，并提取关键字发送到中央处理器。

进一步的，所述的传感器组件7包括等间隔设置在大棚内土地内的多个土壤湿度传感器701、等间隔设置在大棚顶部的多个空气湿度传感器702和空气温度传感器703和对称设置在大棚内的光照强度传感器704。

进一步的，所述的反馈执行机构6包括用于干燥大棚内土地的风机601、用于提升/降低大棚外侧挡帘以改变大棚内光线强度的卷帘机602以及用于增湿大棚内土地的水泵603；其中，所述的风机601、卷帘机602以及水泵603的电源可控的电连接至反馈模块8的输出端。

具体实施方式：以洛阳地区普通日光温室大棚为例，其中光照强度传感器704两个个每5米放置一个。空气温度传感器703两个，间隔5米放置一个，空气湿度传感器702两个，间隔5米放置一个，土壤湿度传感器701两个间隔5米放置一个。每个传感器根据各自功能不同和监测环境需要分别固定在大棚内，各个传感器会根据数据采集模块1发出的指令对作物进行数据采集。数据信息采集模块1根据内设程序在每天的九点，十二点，三点，等设定时间发出指令，控制空气温度传感器703对环境温度进行检测；在十点，一点等设定时间发出指令，控制土壤湿度传感器701对土壤湿度进行检测。各个传感器会将检测到的数据通过数据采集模块1结合相关算法进行预处理，并将处理后的数据显示到显示器2上。该预处理方法为现有技术，计算机领域常用的手段。云端处理器3接收来自数据采集模块1的环境数据后将数据导入预设程序进行处理，与云端处理器3内部存储的适合该作物适合生长的环境数据进行分析，确定该环境温度数据是否符合作物生长；如果与云端处理器3内部存储的适合该作物适合生长的环境数据有差别，则发出指令给NB-IoT无线通讯模块II5，由NB-IoT无线通讯模块II5控制反馈执行机构6将大棚内环境数据向该作物适合生长的环境数据进行趋近。

需要明确的是：云端处理器3内部存储的适合该作物适合生长的环境数据可以根据实际情况与该地区的农业部门联网进行更新，以便提供更好的生长环境数据。

进一步的，所述的一种基于NB-IoT无线通讯的大棚用数据采集及交叉处理系统，还包括冰雹应急处理系统，该冰雹应急处理系统包括设置于大棚外侧的冰雹感知装置705、输入端连接冰雹感知装置705输出端的数据采集模块1、输入端连接数据采集模块1输出端的NB-IoT无线通讯模块I2、输入端连接NB-IoT无线通讯模块I2输出端的NB-IoT无线通讯模块II5、输入端与NB-IoT无线通讯模块II5输出端连接的反馈模块8以及与反馈模块8连接的用于放下大棚外侧挡帘的卷帘机602；

如图2，其中，所述的冰雹感知装置705包括筒形的一端设置有筒底另一端为敞口的壳体7052、设置在壳体7052侧壁上的用于检测是否是冰雹9的红外线传感器7053、设置在壳体7052敞口端的易破的PVC薄膜7054、以及用于将PVC薄膜7053沿壳体7052侧壁绷紧在壳体7052敞口端的固定套7055；其中，所述的壳体7052底部可拆卸设置在大棚支架7051上用于接收下落冰雹9。

需要明确的是：在本发明中采用冰雹感知装置705对冰雹9进行检测，可以有效的保护大棚，避免损失。

需要明确的是：与一般的大棚防雹设置压力传感器不同，本发明采用壳体7052底部相对侧开口端的易破的PVC薄膜7054，壳体7052侧壁上的用于检测是否是冰雹9的红外线传感器7053。设置PVC薄膜7054的好处是：

1.在无冰雹时可以防止外界异物落入壳体7052，红外线传感器7053检测到异物后误认为是冰雹9，而造成的误报警，提升抗异物能力。

2.在下雨无冰雹时，PVC薄膜7054可保证大的雨滴不落入壳体7052内，红外线传感器7053不会因为检测到大雨滴而误认为是冰雹9，而造成误报警，提升了抗雨能力。

3.当有冰雹9下落，则将PVC薄膜7054击破，落入壳体7052内，红外线传感器7053检测到冰雹9后因为冰雹9不会马上融化，发出信号，后续模块工作放下大棚外侧挡帘，以保护大棚不会毁坏。

4.采用固定套7055将PVC薄膜7053沿壳体7052侧壁绷紧在壳体7052敞口端，当PVC薄膜7053被冰雹9损毁或被其他因素破坏，方便更换。

需要明确的是：1. 壳体7052的形状可根据当地的情况设置，可以将壳体7052的形状设置为圆形。2. PVC薄膜7054的强度是可选的，处于大雨时不会损坏，小的冰雹在对大棚薄膜无害的情况下也要求不会损坏。

所述的冰雹应急处理系统的工作过程是：当冰雹感知装置705感知到有冰雹降落，则红外线传感器7053发出信号至数据采集模块1，数据采集模块1将信号发送至NB-IoT无线通讯模块I2，NB-IoT无线通讯模块I2直接将信号发送至NB-IoT无线通讯模块II5，绕过云端处理器3节约大量处理时间，NB-IoT无线通讯模块II5直接将指令发送至反馈模块8，反馈模块8控制卷帘机602动作，保护大棚。

以上所述仅为发明的较佳实施例而己，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于NB-IoT无线通讯的大棚用数据采集及处理系统，其特征在于： 包括用于检测大棚内实时数据的传感器组件（7）、用于采集传感器组件（7）数据的数据采集模块（1）、用于接收数据采集模块（1）采集数据的NB-IoT无线通讯模块I（2）、与NB-IoT无线通讯模块I（2）连接的用于进行数据接收的云端处理器（3）、与云端处理器（3）连接的用于接收云端处理器（3）所发出指令的NB-IoT无线通讯模块II（5）、与NB-IoT无线通讯模块II（5）连接的用于接收NB-IoT无线通讯模块II（5）传送指令的反馈模块（8）、与反馈模块（8）连接的用于将大棚内环境数据向该作物适合生长的环境数据进行趋近的反馈执行机构（6）、还包括输入端与数据采集模块（1）连接的用于显示大棚内实时数据的显示器（4）；

所述的云端处理器（3）内部存储有不同作物在不同生长阶段的适合生长的环境数据并将数据采集模块（1）采集的数据与该作物适合生长的环境数据进行对比并向NB-IoT无线通讯模块II（5）发出指令。

2.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT无线通讯的大棚用数据采集及交叉处理系统，其特征在于：所述的传感器组件（7）包括等间隔设置在大棚内土地内的多个土壤湿度传感器（701）、等间隔设置在大棚顶部的多个空气湿度传感器（702）和空气温度传感器（703）和对称设置在大棚内的光照强度传感器（704）。

3.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT无线通讯的大棚用数据采集及交叉处理系统，其特征在于：所述的反馈执行机构（6）包括用于干燥大棚内土地的风机（601）、用于提升/降低大棚外侧挡帘以改变大棚内光线强度的卷帘机（602）以及用于增湿大棚内土地的水泵（603）；其中，所述的风机（601）、卷帘机（602）以及水泵（603）的电源可控的电连接至反馈模块（8）的输出端。

4.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT无线通讯的大棚用数据采集及交叉处理系统，其特征在于：还包括冰雹应急处理系统，该冰雹应急处理系统包括设置于大棚外侧的冰雹感知装置（705）、输入端连接冰雹感知装置（705）输出端的数据采集模块（1）、输入端连接数据采集模块（1）输出端的NB-IoT无线通讯模块I（2）、输入端连接NB-IoT无线通讯模块I（2）输出端的NB-IoT无线通讯模块II（5）、输入端与NB-IoT无线通讯模块II（5）输出端连接的反馈模块（8）以及与反馈模块（8）连接的用于放下大棚外侧挡帘的卷帘机（602）；

其中，所述的冰雹感知装置（705）包括筒形的一端设置有筒底另一端为敞口的壳体（7052）、设置在壳体（7052）侧壁上的用于检测是否是冰雹的红外线传感器（7053）、设置在壳体（7052）敞口端的易破的PVC薄膜（7054）、以及用于将PVC薄膜（7053）沿壳体（7052）侧壁绷紧在壳体（7052）敞口端的固定套（7055）；其中，所述的壳体（7052）底部可拆卸设置在大棚支架（7051）上用于接收下落冰雹。

5.根据权利要求4所述的一种基于NB-IoT无线通讯的大棚用数据采集及交叉处理系统，其特征在于：所述的壳体（7052）从大棚支架（7051）连接的底部到顶部为直径逐渐减小的锥形壳体；固定套（7055）的外圈为圆形内圈为锥形的圆环；所述的壳体（7052）的外表面上设置有若干均布的凹槽（7052A）；所述的固定套（7055）的外圈为圆形内圈设置有配合凹槽（7052A）的用于压紧PVC薄膜（7054）的凸起（7055A）。

6.根据权利要求5所述的一种基于NB-IoT无线通讯的大棚用数据采集及交叉处理系统，其特征在于：所述的固定套（7055）内圈的锥度小于壳体（7052）的外表面的锥度。