CN107371131A - 一种基于nb‑iot的农业物联网系统 - Google Patents

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Abstract

本发明一种基于NB‑IOT的农业物联网系统，以NB‑IOT网关为中心纽带，通过对数据和指令的上传和下达，可以对农业责任田内植物生长进行实时监控并对环境进行调整，实现农业生产过程中全面优化，确保农业生产高效、安全、健康、环保。整套系统以可分为三层结构：底层为植物生态感知传感器、植物生态控制设备、采集器、控制器和NB‑IOT网关CPU等硬件层，植物生态感知传感器用于监测植物成长过程中各类信息的变化，变将信息上传至采集器，植物生态控制设备对植物生长环境进行调整，通过控制器进行调控，NB‑IOT网关CPU进行数据和指令的上传和下达；中间层为子服务器和手持终端设备程序层，子服务器对上传的各种信息进行分析、处理、显示，并可以对NB‑IOT网关CPU进行指令下达，手持终端设备程序为子服务器的一个扩充，方便用户户外查看数据及设备控制操作；上层为中心服务器层，主要用于数据的长期保存。三层共同组成一个完整的农业物联网系统，有效的保障植物最佳生长环境和状态，节约生产成本，降低生产能耗。

Description

一种基于NB-IOT的农业物联网系统
技术领域
本发明专利涉及农业物联网领域，特别是指一种基于NB-IOT的农业物联网系统。
背景技术
我国大部分的农业责任田仍然采用人工操作模式，这种方式既费时又费力，部分采用农业物联网的操作方式也存在些许弊端，针对这种情况，急需针对农业生产用的先进物联网系统进行研发。
NB-IOT(窄带物联网)作为目前国内最火热、最有前景的物联网技术，在实现农业物联网方面有着明显的优势。相较于现有农业物联网方案，例如Zigbee、LORA等技术在农业物联网中应用的具有传输距离短、数据传输易受干扰、链接节点数量少等缺陷，NB-IOT具有强链接、高覆盖、低功耗、低成本等特点。
本发明专利将NB-IOT与农业物联网相结合，在完善普通农业作业的弊端的同时，也有效的解决了现有多种物联网技术的缺陷。
发明内容
本发明专利提出一种基于NB-IOT的农业物联网系统，其特殊之处是可以对农业责任田内植物生长进行实时监控并对环境进行调整，实现农业生产过程中全面优化，确保农业生产高效、安全、健康、环保，在此过程中，整套系统以NB-IOT为中心纽带，实现数据和指令的上传和下达。
本发明专利的技术方案是这样实现的：
整套系统分为以下几个子系统：1、多个农业责任田部分：每个农业责任田内设一组物联网NB-IOT网关，其中采集器下挂植物生态感知传感器，如土壤温湿度传感器、土壤PH值传感器、气象传感器等，控制器下挂植物生态控制设备。如水泵、大棚卷帘等；2、网关部分：NB-IOT网关主要有采集模块、控制模块、数据分析模块和通讯模块组成，并通过运营商基站连接至子服务器；3、子服务器部分：子服务器部署在用户家庭电脑PC端，子服务器均连接至中心服务器；4、终端部分：用户手持终端设备程序APP，可连接至子服务器；5、中心服务器部分：中心服务器为我司提供的云平台，可用于存储用户的数据。
每部分的具体实现方式如下：
1、农业责任田可以为农业大棚、茶园、普通农田等。将各类植物生态感知传感器放置于需要监测的具体位置，并通过485方式连接至物联网NB-IOT网关采集器；各类的植物生态控制设备连接至NB-IOT网关控制器。
2、每个农业责任田内设置一个NB-IOT网关，传感设备、控制设备通过串口连接至NB-IOT网关对应接口中。其中，NB-IOT网关可以用物联网SIM卡与电信或移动、联通运营商基站进行通信。
3、NB-IOT网关上传的UDP数据包经过基站后送达部署在用户PC端的子服务器，并显示责任田内各个生态参数及控制各个设备的运行。
4、子服务器亦可将数据上传至中心服务器，将数据进行长期保存。
5、当用户手持终端打开手持终端设备程序APP，可连接至对应的子服务器，用于查看子服务器中监测到的各类参数，亦可通过APP经子服务器对控制器下达控制指令。
其中：植物生态感知传感器包括土壤温度湿度传感器、光照度传感器、土壤PH值传感器、大气温度湿度传感器、大气压力传感器、降雨量传感器、二氧化碳传感器、PM2.5/10传感器等可影响植物生长的生态参数传感器；植物生态控制设备包括风机、水泵、喷水电磁阀、日光灯、大棚卷帘等。
附图说明
结合附图可更好的理解本发明的技术方案和系统结构，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明专利的一个典型结构图，在未具有更加创新性的技术方案和系统结构时，与附图一致或类似的方案和结构，均在本专利的合法保护范围之内。
图1是本发明专利一种基于NB-IOT的农业物联网系统中的NB-IOT网关结构示意图。
图2是本发明专利种基于NB-IOT的农业物联网系统整体连接示意图。
图3是本发明专利种基于NB-IOT的农业物联网系统中网关采集器电路图
图4是本发明专利种基于NB-IOT的农业物联网系统中控制器电路图。
图中1、散热孔；2、电源进线口；3、12V输出；4、网口；5、采集口；6、控制口4；7、控制口3；8控制口2；9控制口1；10天线接口；11、SIM卡槽；12、传感器；13、控制设备14、NB-IOT网关；15、运营商基站；16、子服务器；17、中心服务器；18、用户手持终端程序；19、采集器；20、控制器。
具体实施方式
如图2所示，一种基于NB-IOT的农业物联网系统，其具体实施方式如下，包括：
1、在农业责任田内需要监测的监测点安装植物生态感知传感器(12)，例如土壤中安装土壤温度湿度传感器，土壤PH值传感器等各类传感器接入采集器(19)中，并将植物生态控制设备(13)，例如风机，日光灯接等至控制接器(20)。将物联网SIM卡插入NB-IOT网关的卡槽中(11)，并将电压接入电源进线口(2)，各个设备上电。
2、已上电的植物生态感知传感器(12)将会自动采集所需传感参数，并上传到NB-IOT网关采集器(19)，采集器(19)完成对参数初步解析，对各类传感器上传的数据进行统一打包汇总，并由NB-IOT网关天线接口(11)通过运营商基站(15)上传至子服务器(16)。
3、将子服务器(16)部署在用户的PC端，并与手持设备上安装用户手持终端程序APP(18)，注册并登录，其注册信息将会保留在中心服务器(17)。
4、子服务器(16)自动完成对网关上传的数据的接收、处理、解析等工作，并与显示界面展示，与显示界面对应的有一控制界面，可对NB-IOT网关进行指令下达，下达的指令到达NB-IOT网关(14)时，NB-IOT网关(14)会根据收到的指令通过控制口(20)完成对植物生态控制设备(13)的控制操作。
5、子服务器(16)会将各类传感器(12)上传的数据备份至中心服务器(17)。
6、用户手持终端程序APP(18)除未与中心服务器(17)连接外，与子服务器(16)具有同等功能。其数据上传与指令下达流程为：
数据：植物生态感知传感器(12)→采集器(19)→NB-IOT网关(14)→基站(15)→子服务器(16)与手持设备(18)→中心服务器(17)指令：植物生态控制设备(13)←控制器(20)←NB-IOT网关(14)←基站(15)←子服务器(16)与手持设备(18)
与现有技术相比较，本发明的一种基于NB-IOT的农业物联网系统可分为三层结构：底层为植物生态感知传感器(12)、植物生态控制设备(13)、采集器(19)、控制器(20)和NB-IOT网关(14)等硬件层，植物生态感知传感器(12)用于监测植物成长过程中各类信息的变化，并将信息传输至采集器(19)，植物生态控制设备(13)对植物生长环境进行调整，由控制器(20)进行调控。NB-IOT网关(14)进行数据和指令的上传和下达；中间层为子服务器(16)和手持终端设备(18)程序层，子服务器(16)对上传的各种信息进行分析、处理、显示，并可以对NB-IOT网关(14)进行指令下达，手持终端设备程序(18)为子服务器(16)的一个扩充，方便用户户外查看数据及设备控制操作；上层为中心服务器(17)层，主要用于数据的长期保存。三层共同组成一个完整的农业物联网系统，有效的保障植物最佳生长环境和状态，节约生产成本，降低生产能耗，实现农业生产过程中全面优化，确保农业生产高效、安全、健康、环保。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (9)

1.一种基于NB-IOT的农业物联网系统，其特征在于，包括：可多个农业责任田；每个农业责任田内设一组物联网NB-IOT网关，包括采集器(19)、控制器(20)，采集器(19)下挂植物生态感知传感器(12)，如土壤温湿度传感器、土壤PH值传感器、气象传感器等，控制器(20)下挂植物生态控制设备(13)。如水泵、大棚卷帘等；每组采集器(19)、控制器(20)通过NB-IOT网关SIM卡(11)连接至子服务器(16)；子服务器(16)均连接至中心服务器(17)；用户手持终端设备程序APP(18)，可连接至子服务器(16)。
2.根据权利要求1所述的基于NB-IOT的农业物联网系统，其特征在于：所述农业责任田可以为农业大棚、茶园、普通农田等。
3.根据权利要求1所述的基于NB-IOT的农业物联网系统，其特征在于：所述的通讯方式为采集器(19)、控制器(20)数据经过NB-IOT网关的SIM卡槽(11)通过运营商基站(15)连接到子服务器(16)，其中，运营商基站包括电信、或移动、联通。
4.根据权利要求1所述的基于NB-IOT的农业物联网系统，其特征在于：所述的子服务器(16)部署在用户家庭电脑PC端，可用于显示责任田内各个生态参数及控制各个设备的运行。
5.根据权利要求1所述的基于NB-IOT的农业物联网系统，其特征在于：所述的用户手持终端设备程序APP(18)，可连接至对应的子服务器(16)，用于查看子服务器(16)中监测到的各类参数，亦可通过手持终端设备程序APP(18)经子服务器(16)对NB-IOT网关下达控制指令。
6.根据权利要求1所述的基于NB-IOT的农业物联网系统，其特征在于：所述植物生态感知传感器(12)包括土壤温度湿度传感器、光照度传感器、土壤PH值传感器、大气温度湿度传感器、大气压力传感器、降雨量传感器、二氧化碳传感器、PM2.5/10传感器等可影响植物生长的生态参数传感器。
7.根据权利要求1所述的基于NB-IOT的农业物联网系统，其特征在于：所述植物生态控制设备(13)包括风机、水泵、喷水电磁阀、日光灯、大棚卷帘等。
8.根据权利要求1所述的基于NB-IOT的农业物联网系统，其特征在于：所述用户手持终端程序APP(18)可安装与IOS和android系统。
9.根据权利要求1所述的基于NB-IOT的农业物联网系统，其特征在于：所述中心服务器(17)为云平台，可长期存放大棚内各参数信息。
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Application publication date: 20171121

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