CN108989196A - 稻田种植指导系统和稻田种植指导方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业种植领域，特别涉及一种稻田种植指导系统，包括：节点，用于与布置于稻田用来采集稻田环境监测数据的若干传感器连接；智能网关，用于若干节点通信连接；云服务器，用于与智能网关通信连接来接收环境监测数据，或者向智能网关发出控制指令来控制节点的动作。本发明还同时提出一种稻田种植指导方法。本发明通过将智能网关应用于传感器的通信层，由节点来适配已有的传感器，使得传感器之间不因品牌或者功能不同无法实现互通互联，所有传感器采集的环境监测数据则可以藉由节点与智能网关之间的通讯上传至云服务器，并由云服务器来实现稻田种植指导，给种植户提供了很多便利。

Description

稻田种植指导系统和稻田种植指导方法

技术领域

本发明涉及农业种植领域，特别涉及一种稻田种植指导系统和稻田种植指导方法。

背景技术

随着物联网技术的发展，将物联网中的传感器应用在农业当中已经成为一种新的技术趋势。常见用于环境监测的传感器包括空气温湿度，雨量，气压等，目前中国提供这种传感器生产及销售的厂家已经有超过数千家，传感器的普及使得某些水果种植户开始考虑或者已经使用这类传感器来协助种植户进行种植决策。

种植户会依据种植规模的扩大逐步增加，希望自己对种植作物环境各种环境参数更多了解，最大程度可以实现特殊情况预警，一般情况系统自动处理，正常情况随时了解情况。现在应用农业传感器不断更新，不过很多传感器难于同时连接到同一平台上进行综合分析。该发明可以使市面上99%传感器都可以连接到平台上进行综合数据处理分析。并且该系统可以把采集回来的数据通过联动开关进行自动控制，或者人工干预控制。

发明内容

本发明的实施方式旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的实施方式需要提供一种稻田种植指导系统和稻田种植指导方法。

本发明实施方式的稻田种植指导系统，其特征在于，包括：

节点，用于与布置于稻田用来采集稻田环境监测数据的若干传感器连接；

智能网关，用于若干节点与云服务器之间通信连接；

云服务器，用于与智能网关通信连接来接收环境监测数据，或者向智能网关发出控制指令来控制节点的动作。

一种实施方式中，节点上设置有继电器和联动开关，节点可通过包括LoRa、ZigBee、蓝牙在内的任意一种协议与智能网关通讯；

则云服务器可通过GSM/GPRS或者4G运营商网络向智能网关发出控制节点动作的控制指令，智能网关依据控制指令确定欲控制的节点N1通过继电器控制联动开关的开或关动作，以实现开或关的控制。

一种实施方式中，节点通过LoRa协议使用LoRa单通道与智能网关双向通讯，该LoRa协议包括起始码，有效数据长度，有效数据，校验码和结束码。

一种实施方式中，云服务器通过智能网关获取稻田内的土壤湿度数据；稻田内的水阀与节点连接；

云服务器在确定当前稻田内区域A1的湿度低于预设的湿度阈值时，向智能网关发送打开水阀的控制指令，智能网关将打开水阀的控制指令下发到区域A1对应的节点N1，由节点N1打开水阀将当前的土壤湿度提高至不低于预设的湿度阈值。

一种实施方式中，云服务器通过智能网关获取降雨量数据；稻田内的抽水装置与节点连接；

云服务器确定预定时间内区域A2降雨量大于预设降雨量阈值时，向智能网关发送抽水阀的控制指令，智能网关将抽水的控制指令下发到区域A2对应的节点N1，由节点N1控制抽水装置进行抽水。

本发明还同时提出一种利用上述稻田种植指导系统进行稻田种植指导的方法，其特征在于，包括：

步骤1，节点采集稻田内的环境监测数据；

步骤2，节点将采集的环境监测数据通过LoRa协议发送至智能网关；

步骤3，智能网关将节点采集的环境监测数据通过GSM/GPRS或者4G运营商网络发送至云服务器；

步骤4，云服务器依据采集的环境监测数据和预设的适合稻田种植的环境阈值，对稻田的环境监测数据进行控制以完成稻田种植指导。

一种实施方式中，节点上设置有继电器和联动开关，则步骤4包括：

云服务器依据采集的环境监测数据和预设的适合稻田种植的环境阈值，向智能网关发出控制节点动作的控制指令，智能网关依据控制指令确定欲控制的节点N1通过继电器控制联动开关的开或关动作，以改变稻田中对应的的环境。

一种实施方式中，LoRa协议包括起始码，有效数据长度，有效数据，校验码和结束码。

一种实施方式中，稻田内的水阀与节点连接；则步骤4包括：

云服务器依据采集的当前稻田内区域A1的湿度和预设的适合稻田种植的湿度阈值，在确定当前稻田内区域A1的湿度低于预设的湿度阈值时，向智能网关发送打开水阀的控制指令，智能网关将打开水阀的控制指令下发到区域A1对应的节点N1，由节点N1打开水阀将当前的土壤湿度提高至不低于预设的湿度阈值。

一种实施方式中，稻田内的抽水装置与节点连接；则步骤4包括：

云服务器依据确定预定时间内区域A2降雨量大于预设降雨量阈值时，向智能网关发送抽水阀的控制指令，智能网关将抽水的控制指令下发到区域A2对应的节点N1，由节点N1控制抽水装置进行抽水。

本发明实施方式的稻田种植指导系统和稻田种植指导方法，通过将智能网关应用于传感器的通信层，由节点来适配已有的传感器，使得传感器之间不因品牌或者功能不同无法实现互通互联，所有传感器采集的环境监测数据则可以藉由节点与智能网关之间的通讯上传至云服务器，并由云服务器来实现稻田种植指导，给种植户提供了很多便利。

本发明的附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的实施方式的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施方式的稻田种植指导系统的组成示意图。

图2是本发明实施方式的稻田种植指导方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅可用于解释本发明的实施方式，而不能理解为对本发明的实施方式的限制。

请参阅图1和图2，本发明实施方式的稻田种植指导系统，包括：节点、智能网关和云服务器，其中，各部分介绍如下：

节点，用于与布置于稻田用来采集稻田环境监测数据的若干传感器连接。

智能网关，用于若干节点通信连接。节点可通过包括LoRa、ZigBee、蓝牙在内的任意一种协议与智能网关通讯。

云服务器，用于与智能网关通信连接来接收环境监测数据，或者向智能网关发出控制指令来控制节点的动作。

稻田中布置了用来采集稻田环境监测数据的若干传感器，包括：采集土壤EC值和土壤含水量的土壤传感器、采集空气温湿度的温湿度传感器、采集降雨量的雨量计等，节点可以通过线缆连接等方式与这些传感器实现连接和数据的传递。节点一般使用RS485连接方式与大部分传感器连接，一部分温湿度传使用单线式I/O总线传输，别一部分使用0-5V模拟电压进行传输，节点部分具有一个RS485连接和4个I/O连接能力，4个I/O可以动态配置为I2C，SPI，单I/O总线，和模拟接口，因此可以适配大部分传感器。

智能网关与这些节点通讯连接后，再将与节点连接的传感器采集的数据发送至云服务器，使得种植户无需废弃已采购并能正常使用的传感器，也能实现种植信息化指导。

本发明实施方式利用上述稻田种植指导系统进行稻田种植指导的方法，包括：

步骤1，节点采集稻田内的环境监测数据。

步骤2，节点将采集的环境监测数据通过LoRa协议发送至智能网关。

步骤3，智能网关将节点采集的环境监测数据通过GSM/GPRS或者4G运营商网络发送至云服务器。

步骤4，云服务器依据采集的环境监测数据和预设的适合稻田种植的环境阈值，对稻田的环境监测数据进行控制以完成稻田种植指导。

步骤1中，节点采集稻田内的环境监测数据。即节点通过与节点连接的若干传感器完成了环境监测数据的采集。环境监测数据一般包括：土壤EC值，土壤含水量，空气温湿度，降雨量等。

步骤2中，节点将采集的环境监测数据通过LoRa协议发送至智能网关。具体地，节点通过LoRa协议使用LoRa单通道与智能网关双向通讯，该LoRa协议包括起始码，有效数据长度，有效数据，校验码和结束码。

协议的起始码代表一帧数据的开始，起始码固定为一个字节的0x30；命令码代表这帧属于什么命令，用一个字节代表，如0x01是查询电压值，0x02是获取采集数据；有效数据长度码用一个字节代表，如0x01,代表后面有一个字节的有效数据；有效数据和命令码一起来填充对应的有效数据，如命令码是0x01,有效数据就填充两个字节的电压值，这两个字节就表示有效数据的长度；校验码是把有效数据通过crc16（循环冗余校验，Cyclicredundancy check 16）校验出来的两个字节，用于校验有效数据是否正确；结束码代表一帧数据的结束，起始码固定为一个字节的0x38。

例如，节点上报的命令 0x30 0x01 0x02 0x00 0x08 0x65 0x31 0x38,其中0x30就是起始码，0x01代表上传电压值，0x02代表有效数据长度为两个字节，0x00 0x08代表电压值是8V，0x65 0x31 是电压值的crc16校验码，0x38就是结束码。

本实施方式中，使用LoRa协议能够保证最大通讯距离达到5公里，并且可以在通讯过程中结合唯一识别码(Universally Unique Identifier,UUID)认证入网，来保证每次通讯动态加密。

步骤3中，智能网关将节点采集的环境监测数据通过GSM/GPRS或者4G运营商网络发送至云服务器。本发明实施方式将智能网关应用于传感器的通讯层，不需要使用的每个传感器自带通信功能，既降低了现有传感器的设计成本又保证了传感器数据的采集能够集中，即由一个网关带动多个节点，每个节点可以接入设置在稻田中的传感器。

步骤4，云服务器依据采集的环境监测数据和预设的适合稻田种植的环境阈值，对稻田的环境监测数据进行控制以完成稻田种植指导。

即云服务器可以预先根据稻田的实际地理环境构建一个稻田种植模型，模型中预先设置有适合稻田种植的环境阈值，这些环境阈值的设置可以依据水稻种植的相关论文和种植实践，由农艺师或者种植户手动输入。然后由网关通过节点采集稻田中的大量环境监测数据，每间隔一段时间，例如间隔1天时间就会采集稻田的土壤EC值，土壤含水量，空气温湿度，降雨量等环境监测数据，然后依据采集的数据和预设的适合稻田种植的环境阈值，对稻田的环境监测数据进行控制以完成稻田种植指导。

节点上设置有继电器和联动开关，节点可通过LoRa协议与智能网关通讯。则云服务器可通过GSM/GPRS或者4G运营商网络向智能网关发出控制节点动作的控制指令，智能网关依据控制指令确定欲控制的节点N1通过继电器控制联动开关的开或关动作，以实现开或关的控制。

一种实施方式中，云服务器通过智能网关获取包括稻田内的土壤湿度数据；稻田内的水阀与节点连接。步骤4包括：

云服务器在确定当前稻田内区域A1的湿度低于预设的湿度阈值时，向智能网关发送打开水阀的控制指令，智能网关将打开水阀的控制指令下发到区域A1对应的节点N1，由节点N1打开水阀将当前的土壤湿度提高至不低于预设的湿度阈值。

即不需要种植户的介入，通过云服务器对稻田的环境监测数据进行控制，在稻田内湿度过低会影响水稻种植时，由云服务器向智能网关发出控制指令来控制节点响应动作，直接打开水阀放水提高土壤湿度，并且在放水的过程中实时监测水稻土壤湿度，达到预设的湿度阈值即停止水阀放水。

另一种实施方式中，云服务器通过智能网关获取降雨量数据；稻田内的抽水装置与节点连接；则步骤4包括：

云服务器依据确定预定时间内区域A2降雨量大于预设降雨量阈值时，向智能网关发送抽水阀的控制指令，智能网关将抽水的控制指令下发到区域A2对应的节点N1，由节点N1控制抽水装置进行抽水。

即不需要种植户的介入，通过云服务器对稻田的环境监测数据进行控制，在降雨量过大使得水稻有可能受到过涝环境的影响的情况下，由云服务器向智能网关发出控制指令来控制节点响应动作，直接打开抽水装置进行抽水，并且在放水的过程中实时监测水稻土壤湿度，使得水稻在最佳土壤环境下生长。

进一步地，上述节点对于联动开关的控制，可以通过设置一个开关时间，实现对于稻田的定时定量的开或关，或者由云服务器接收种植户通过手机app发出的联动控制请求，依据种植户的联动控制请求向智能网关发出控制指令来控制节点响应动作。

在本发明的实施方式的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的实施方式和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的实施方式的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的实施方式的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的实施方式的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的实施方式中的具体含义。

在本发明的实施方式中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的实施方式的不同结构。为了简化本发明的实施方式的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明的实施方式可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明的实施方式提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理模块的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的实施方式的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明的各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种稻田种植指导系统，其特征在于，包括：

节点，用于与布置于稻田用来采集稻田环境监测数据的若干传感器连接；

智能网关，用于若干节点与云服务器之间通信连接；

云服务器，用于与智能网关通信连接来接收环境监测数据，或者向智能网关发出控制指令来控制节点的动作。

2.如权利要求1所述稻田种植指导系统，其特征在于，节点上设置有继电器和联动开关，节点可通过包括LoRa、ZigBee、蓝牙在内的任意一种协议与智能网关通讯；

则云服务器可通过GSM/GPRS或者4G运营商网络向智能网关发出控制节点动作的控制指令，智能网关依据控制指令接受节点N1中的传感器Sensor 0，或者通过指令发送特定节点N1通过继电器控制联动开关的开或关动作。

3.如权利要求2所述稻田种植指导系统，其特征在于，节点通过LoRa协议使用LoRa单通道与智能网关双向通讯，该LoRa协议包括起始码，有效数据长度，有效数据，校验码和结束码。

4.如权利要求3所述稻田种植指导系统，其特征在于，云服务器通过智能网关获取分布稻田内N个N1的土壤湿度数据，综合得到整个水稻田平均湿度数据；稻田内的水阀与节点连接；

云服务器在确定当前稻田内区域A1的湿度低于预设的湿度阈值时，向智能网关发送打开水阀的控制指令，智能网关将打开水阀的控制指令下发到区域A1对应的节点N1，由节点N1打开水阀将当前的土壤湿度提高至不低于预设的湿度阈值。

5.如权利要求3所述稻田种植指导系统，其特征在于，云服务器通过智能网关获取降雨量数据；稻田内的抽水装置与节点连接；

云服务器确定预定时间内区域A2降雨量大于预设降雨量阈值时，向智能网关发送抽水阀的控制指令，智能网关将抽水的控制指令下发到区域A2对应的节点N2，由节点N2控制抽水装置进行抽水。

6.一种利用权力要求1所述稻田种植指导系统进行稻田种植指导的方法，其特征在于，包括：

步骤1，节点采集稻田内的环境监测数据；

步骤2，节点将采集的环境监测数据通过LoRa协议发送至智能网关；

步骤3，智能网关将节点采集的环境监测数据通过GSM/GPRS或者4G运营商网络发送至云服务器；

步骤4，云服务器依据采集的环境监测数据和预设的适合稻田种植的环境阈值，对稻田的环境监测数据进行控制以完成稻田种植指导。

7.如权利要求6所述稻田种植指导的方法，其特征在于，节点上设置有联动开关，则步骤4包括：

云服务器依据采集的环境监测数据，跟据各个数据进行平均值处理得出环境数据综合评价，些综合环境评价与预设比较是否适合稻田种植的环境参数，向智能网关发出控制节点动作的控制指令，智能网关依据控制指令确定欲控制的节点N1继电器控制联动开关的开或关动作，以改变稻田中相应的的环境，更适合稻田种植生长。

8.如权利要求6所述稻田种植指导的方法，其特征在于，LoRa协议包括起始码，有效数据长度，有效数据，校验码和结束码。

9.如权利要求8所述稻田种植指导的方法，其特征在于，稻田内的水阀与节点连接；则步骤4包括：

云服务器依据采集的当前稻田内区域A1的多个N1湿度数值进行平均处理后与预设的适合稻田种植的湿度阈值进行比较，在确定当前稻田内区域A1的湿度低于预设的湿度阈值时，向智能网关发送打开水阀的控制指令，智能网关将打开水阀的控制指令下发到区域A1对应的节点N1，由节点N1打开水阀将当前的土壤湿度提高至不低于预设的湿度阈值。

10.如权利要求8所述稻田种植指导的方法，其特征在于，稻田内的抽水装置与节点连接；则步骤4包括：

云服务器依据确定预定时间内区域A2降雨量大于预设降雨量阈值时，向智能网关发送抽水阀的控制指令，智能网关将抽水的控制指令下发到区域A2对应的节点N1，由节点N1控制抽水装置进行抽水。