CN107728526A - 一种基于NB‑IoT蜂窝物联网技术的大棚环境智能监测系统 - Google Patents

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李克楠
马国鹏
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Abstract

一种基于NB‑IoT蜂窝物联网技术的大棚环境智能监测系统，涉及一种境智能监测系统，所述大棚智能检测系统包括以下几个部分：系统前端各传感器模块、NB‑IoT基站、系统云端处理器、系统调节控制器组件、显示报警模块；系统前端各传感器模块为检测大棚指定环境状况和作物生长状态的各种数据采集设备；NB‑IoT基站连接传输系统云端处理器与系统前端各传感器模块、系统调节控制器组件以及显示报警模块；系统云端处理器连接大棚系统前端传感器模块、大棚系统调节控制组件、显示报警模块。该系统为一种基于NB‑IoT蜂窝物联网技术、通讯距离长、成本低、通讯稳定、功耗低的大棚智能检测系统。

Description

一种基于NB-IoT蜂窝物联网技术的大棚环境智能监测系统
技术领域
本发明涉及一种环境智能监测系统，特别是涉及一种基于NB-IoT蜂窝物联网技术的大棚环境智能监测系统。
背景技术
随着现代农业科技的发展，温室大棚已经成为我国农业发展的重要组成部分，并呈现出规模化和扩大化的趋势，为农村经济发展带来了巨大的经济效益。本发明基于温室大棚规模化和扩大化的要求，设计了一种基于NB-IoT蜂窝物联网技术的大棚环境智能监测系统。传统的温室大棚通讯采用有线通讯、ZigBee、BlueTooth短程无线通讯等方式。但是以上几种通信方式都存在着这样或那样的缺点和不足：
第一、有线通讯需要铺设电缆，具有布线复杂，检修和扩容困难等缺点；
第二、采用ZigBee技术的无线组网往往具有规模小、传输距离短等缺点。在使用中如果需要增大传输距离，还需在通信网络中增加ZigBee路由器，从而完成对数据的跳转，增强信号覆盖范围，但这无疑会在一定程序上导致延时的发生，并导致通信系统存在不稳定隐患；
第三、采用蓝牙（BlueTooth）技术的无线组网，由于蓝牙本身耗电量大，不但需要大容量的电池供电，而且蓝牙模块的功耗大、寿命短、成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于NB-IoT蜂窝物联网技术的大棚环境智能监测系统，该系统利用NB-IoT技术具有突出的优势，设计了一种基于NB-IoT蜂窝物联网技术、通讯距离长、成本低、通讯稳定、功耗低的大棚智能检测系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于NB-IoT蜂窝物联网技术的大棚环境智能监测系统，所述大棚智能检测系统包括以下几个部分：系统前端各传感器模块、NB-IoT基站、系统云端处理器、系统调节控制器组件、显示报警模块；系统前端各传感器模块为检测大棚指定环境状况和作物生长状态的各种数据采集设备；NB-IoT基站连接传输系统云端处理器与系统前端各传感器模块、系统调节控制器组件以及显示报警模块；系统云端处理器连接大棚系统前端传感器模块、大棚系统调节控制组件、显示报警模块；系统前端各传感器模块包括温湿度传感器、照度传感器、气体传感器、土壤PH值传感器、土壤EC值传感器、用于图像采集的监控设备。
所述的一种基于NB-IoT蜂窝物联网技术的大棚环境智能监测系统，所述NB-IoT基站为NB-IoT无线广域蜂窝通讯模块。
所述的一种基于NB-IoT蜂窝物联网技术的大棚环境智能监测系统，所述系统云端处理器为ARM微处理器，或FPGA、DSP微处理器的一种。
所述的一种基于NB-IoT蜂窝物联网技术的大棚环境智能监测系统，所述系统调节控制器组件包括调节大棚温度和照度的照射灯、控制遮阳卷帘的伺服电机以及通风扇；调节湿度的灌溉喷淋设备；调节土壤PH值和EC值的药剂喷洒设备。
所述的一种基于NB-IoT蜂窝物联网技术的大棚环境智能监测系统，所述显示报警模块包括放置在大棚显著位置的LED显示屏，以及语音播报设备和报警设备。
本发明的优点与效果是：
本发明是基于NB-IoT蜂窝物联网技术的大棚环境智能监测系统，区别于以往在大棚环境管理系统中应用的的通讯技术，NB-IoT蜂窝物联网技术具有如下特点：
一是低功耗，NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年；
二是低成本，模块预期价格不超过5美元；
三是高覆盖，室内覆盖能力强，比现有网络增益高出20dB，相当于提升了100倍覆盖区域能力；
四是强连接，NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构。
五是免布线，降低了施工和维护的难度，并且为后续测量传感器的扩展，传感器数量的增加奠定了基础。
本发明采用基于NB-IoT蜂窝物联网技术的大棚环境智能监测系统，NB-IoT技术具有突出的优势，是全球第三代合作伙伴计划（3GPP）提出的面向长距离、低速率、低功耗、多终端业务的物联网技术。它使用授权频谱，领先于LoRa等竞争技术，具有四大优势：一是低功耗，NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年；二是低成本，模块预期价格不超过5美元；三是高覆盖，室内覆盖能力强，比现有网络增益高出20dB，相当于提升了100倍覆盖区域能力；四是强连接，NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构。总体而言，NB-IoT全面超越其他技术，成为最适合长距离、低速率、低功耗、多终端物联网业务的通信技术。
由此可见，为了满足大棚规模化和扩大化，以及降低智能检测设备的成本的需求，如何提供一种通讯距离长、成本低、通讯稳定、功耗低的智能检测系统，成为亟待解决的问题。
总体而言，NB-IoT全面超越其他技术，成为最适合长距离、低速率、低功耗、低成本、强连接、免布线的多终端物联网业务的通信技术。
附图说明
图 1 为本发明实例的结构示意图 ； 图 2 为本发明实例中所示系统前端各传感器模块的结构示意图 ； 图 3 为本发明实例中系统调节控制器组件的示意图 。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。
本发明包括以下几个部分：系统前端各传感器模块、NB-IoT基站、系统云端处理器、系统调节控制器组件、显示报警模块。
系统前端各传感器模块指用于检测大棚指定环境状况和作物生长状态的各种数据采集设备。系统前端各传感器模块能够利用固定或移动采集点数据，实时采集温室大棚内空气温湿度、土壤温湿度、光照强度、 CO2 浓度、土壤PH值、土壤EC值等环境参数条件，以及采集温室大棚内各图像采集点拍摄的图像信息，从而监测作物生长状态情况。
NB-IoT基站相当于整个系统的桥梁，用于传输系统云端处理器与系统前端各传感器模块、系统调节控制器组件以及显示报警模块之间的数据，数据传送是双向的。
系统云端处理器用于处理大棚系统前端个传感器模块采集到的数据，根据对数据的处理结果，对大棚系统调节控制组件、显示报警模块发出相应的指令信号。
系统调节控制器组件用于当某类环境参数超出报警阈值之后，系统云端处理器会发出相应调节指令，根据指令信号做出相应的开关动作，以保证大棚环境数据调整到合理的区间范围之内。
显示报警模块用于在大棚显著位置显示环境参数信息，并根据各类参数之前设定的报警阈值给与相应报警，以便大棚管理人员做相应处理。
系统前端各传感器模块包括温湿度传感器、照度传感器、气体传感器、土壤PH值传感器、土壤EC值传感器、用于图像采集的监控设备等。
NB-IoT基站为NB-IoT无线广域蜂窝通讯模块。
系统云端处理器为ARM微处理器，或FPGA、DSP微处理器的一种。
系统调节控制器组件包括用于调节大棚温度和照度的照射灯、控制遮阳卷帘的伺服电机以及通风扇；用于调节湿度的灌溉喷淋设备；用于调节土壤PH值和EC值的药剂喷洒设备。
显示报警模块包括放置在大棚显著位置的LED显示屏，以及语音播报设备和报警设备。
实施例
本发明系统前端各传感器模块指用于检测大棚指定环境状况和作物生长状态的各种数据采集设备。系统前端各传感器模块能够利用固定或移动采集点数据，实时采集温室大棚内空气温湿度、土壤温湿度、光照强度、 CO2 浓度、土壤PH值、土壤EC值等环境参数条件；以及采集温室大棚内各图像采集点拍摄的图像信息，从而监测作物生长状态情况。
NB-IoT基站相当于整个系统的桥梁，用于传输系统云端处理器与系统前端各传感器模块、系统调节控制器组件以及显示报警模块之间的数据，数据传送是双向的。
系统云端处理器用于处理大棚系统前端个传感器模块采集到的数据，根据对数据的处理结果，对大棚系统调节控制组件、显示报警模块发出相应的指令信号。
系统调节控制器组件用于当某类环境参数超出报警阈值之后，系统云端处理器会发出相应调节指令，根据指令信号做出相应的开关动作，以保证大棚环境数据调整到合理的区间范围之内。
显示报警模块用于在大棚显著位置显示环境参数信息，并根据各类参数之前设定的报警阈值给与相应报警，以便大棚管理人员做相应处理。
系统前端各传感器模块包括温湿度传感器201、照度传感器202、气体传感器203、土壤PH值传感器204、土壤EC值传感器205、用于图像采集的监控设备206等。
NB-IoT基站为NB-IoT无线广域蜂窝通讯模块。
系统云端处理器为ARM微处理器，或FPGA、DSP微处理器的一种。
系统调节控制器组件包括用于调节大棚温度和照度的照射灯301、控制遮阳卷帘的伺服电机302以及通风扇303；用于调节湿度的灌溉喷淋设备304；用于调节土壤PH值和EC值的药剂喷洒设备305。
显示报警模块包括放置在大棚显著位置的LED显示屏，以及语音播报设备和报警设备。
NB-IoT基站分别与温湿度传感器、照度传感器、气体传感器、土壤PH值传感器、土壤EC值传感器、图像采集设备等系统前端各传感器模块通过NB-IoT无线广域蜂窝物联网相连接。
系统云端处理器通过TCP/IP协议技术与NB-IoT基站相连接。
系统调节控制组件与NB-IoT基站相连接，系统云端服务器将系统前端各传感器采集回来的信息进行数据处理，如果某数据超出报警阈值，系统云端服务器将控制统调节控制组件的运行，从而形成闭环管理。
显示报警模块与NB-IoT基站相连接，系统云端服务器将系统前端各传感器采集回来的信息进行数据处理，处理后的数据通过显示模块在大棚显著位置显示环境参数信息，并根据各类参数之前设定的报警阈值给与相应报警，以便大棚管理人员做相应处理。
以上所述仅为本发明的示例性实施例，凡在本发明的范围下进行的等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.种基于NB-IoT蜂窝物联网技术的大棚环境智能监测系统，其特征在于，所述大棚智能检测系统包括以下几个部分：系统前端各传感器模块、NB-IoT基站、系统云端处理器、系统调节控制器组件、显示报警模块；系统前端各传感器模块为检测大棚指定环境状况和作物生长状态的各种数据采集设备；NB-IoT基站连接传输系统云端处理器与系统前端各传感器模块、系统调节控制器组件以及显示报警模块；系统云端处理器连接大棚系统前端传感器模块、大棚系统调节控制组件、显示报警模块；系统前端各传感器模块包括温湿度传感器、照度传感器、气体传感器、土壤PH值传感器、土壤EC值传感器、用于图像采集的监控设备。
2.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT蜂窝物联网技术的大棚环境智能监测系统，其特征在于，所述NB-IoT基站为NB-IoT无线广域蜂窝通讯模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT蜂窝物联网技术的大棚环境智能监测系统，其特征在于，所述系统云端处理器为ARM微处理器，或FPGA、DSP微处理器的一种。
4.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT蜂窝物联网技术的大棚环境智能监测系统，其特征在于，所述系统调节控制器组件包括调节大棚温度和照度的照射灯、控制遮阳卷帘的伺服电机以及通风扇；调节湿度的灌溉喷淋设备；调节土壤PH值和EC值的药剂喷洒设备。
5.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT蜂窝物联网技术的大棚环境智能监测系统，其特征在于，所述显示报警模块包括放置在大棚显著位置的LED显示屏，以及语音播报设备和报警设备。
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