CN109324555A - 一种基于NB-IoT的分布式农场监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于NB‑IoT的分布式农场监控系统，包括传感器网络、阀门网络、云服务器和远程终端；传感器网络包括若干个分布于农场各区域的传感器节点，传感器节点包括第一微处理器、与第一微处理器电性连接的传感器和第一NB‑IoT模块，第一微处理器控制传感器采集的信息通过第一NB‑IoT模块传输至云服务器；阀门网络包括若干个浇水器节点和滑轨电机节点，浇水器节点包括第二微处理器、与第二微处理器电性连接的浇水器阀门和第二NB‑IoT模块、与浇水器阀门连接的浇水器、与浇水器连接的水管；滑轨电机节点包括第三微处理器，与第三微处理器电性连接的第三NB‑IoT模块、滑轨电机阀门、滑轨电机，和滑轨电机连接的滑轮。本发明成本和功耗低，便于用户远程管理农场。

Description

一种基于NB-IoT的分布式农场监控系统
技术领域
本发明涉及农场环境监测技术领域，尤其涉及一种基于NB-IoT的分布式农场监控系统。
背景技术
目前我国大部分城乡社区农作物生产和护理仍然靠人工，且农场与用户相隔距离较远，用户需要住在农场旁边或者亲自从家里到农场观察农作物的生长态势，这就对用户造成极大的麻烦，耗费大量的人力资源。由于受到农场具体环境的影响，不同区域的土壤温湿度与pH值也差异较大，同时，不同农作物对土壤的温湿度和pH值也各有要求，这就需要控制不同区域的土壤温湿度。
在农场的信息化管理中，现有的技术一般采用普通的WiFi的连接方式，用户可在农场旁边搭建房屋用于监控，这样会增加较大的人力资源，同时也带来许多麻烦，不仅如此，这种连接方式功耗过高，对供电的电源要求也较高，考虑到农场实际情况，布线也极其困难。
因此，有必要设计一种农场监控系统解决以上问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种基于NB-IoT的分布式农场监控系统，成本和功耗低，便于用户远程管理农场。
为实现上述目的，本发明采用了一种技术方案：一种基于NB-IoT的分布式农场监控系统，包括传感器网络、阀门网络、云服务器、查看所述云服务器和用以输入指令的远程终端；
所述传感器网络包括若干个分布于农场各区域的传感器节点，所述传感器节点包括第一微处理器、与所述第一微处理器电性连接的传感器和第一NB-IoT模块，所述第一微处理器控制传感器采集的信息通过第一NB-IoT模块传输至云服务器；
所述阀门网络包括若干个浇水器节点和滑轨电机节点，所述浇水器节点包括第二微处理器、与所述第二微处理器电性连接的浇水器阀门和第二NB-IoT模块、与所述浇水器阀门连接的浇水器、与所述浇水器连接的水管；所述滑轨电机节点包括第三微处理器，与所述第三微处理器电性连接的第三NB-IoT模块、滑轨电机阀门、滑轨电机，与所述滑轨电机连接的滑轮；
所述第二微处理器通过第二NB-IoT模块接收云服务器的指令，控制所述浇水器阀门，进而控制所述浇水器的开启/关闭，以方便对农场的各区域浇水；所述第三微处理器通过所述第三NB-IoT模块接收云服务器的指令，控制所述滑轨电机阀门，进而控制所述滑轨电机的开启/关闭，以方便其中安装于所述滑轮上的传感器对农场的各区域采集信息。
进一步地，所述分布式农场监控系统还包括设置于农场中的若干个滑轨，所述滑轮沿滑轨滑动。
进一步地，所述传感器至少包括：土壤温湿度传感器、土壤pH传感器、图像传感器中的一种或多种，所述土壤温湿度传感器用于采集土壤的温湿度，所述土壤pH传感器用于采集土壤的pH，所述图像传感器用于采集图像。
进一步地，所述第一微处理器将接收的图像拆分为若干个图像数据包，再通过所述第一NB-IoT模块传输至云服务器。
进一步地，所述图像传感器为CMOS图像传感器。
进一步地，所述图像传感器通过支架安装在滑轨上，通过所述滑轨电机带动滑轮在滑轨上移动，以采集不同区域农作物的图像。
进一步地，所述支架为可伸缩的，用以调整所述图像传感器的高度。
进一步地，所述传感器节点还包括第一电源，所述浇水器节点还包括第二电源，所述滑轨电机节点还包括第三电源，所述第一电源、第二电源和第三电源分别为所述传感器节点、浇水器节点和滑轨电机节点供电。
进一步地，所述第一电源、第二电源和第三电源均包括太阳能电池板和备用电池，太阳能电池板可将太阳能转换为电能，同时将多余的电能存储于备用电池中。
进一步地，所述第一微处理器、第二微处理器和第三微处理器均为低功耗微处理器芯片。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)本发明功耗低、成本低，解决了传统农场环境远距离监控的麻烦，实现了农作物生长态势远距离可视化；(2)使用分布式土壤温湿度和pH传感器网络，能够检测农场不同区域的pH值和温湿度值，解决了农场中温湿度分布不均匀以及不同农作物对湿度要求不同的问题；(3)采用可控滑轨电机与可变焦CMOS图像传感器相结合，能够观测农场不同区域的农作物的具体生长态势，以及整个农场整体农作物的生长全景，解决了传统单摄像头造成的视野狭窄以及传统多摄像头采集带来的高成本的问题；(4)使用传感器网络与云服务器结合的方式，解决了传统方式的布线复杂的问题；(5)使用太阳能供电和备用电池的方案，解决了农场供电复杂困难的问题，提高了系统安全性、稳定性和可靠性，降低了成本。
附图说明
图1是本发明的基于NB-IoT的分布式农场监控系统的结构示意图；
图2是本发明的基于NB-IoT的分布式农场监控系统的组成示意图。
图中：1-云服务器，2-远程终端，3-传感器网络，4-阀门网络，5-传感器节点，6-第一微处理器，7-传感器，8-第一NB-IoT模块，9-土壤温湿度传感器，10-土壤pH传感器，11-图像传感器，12-浇水器节点，13-滑轨电机节点，14-浇水器阀门，15-浇水器，16-水管，17-第二微处理器，18-第二NB-IoT模块，19-滑轨电机阀门，20-滑轨电机，21-第三微处理器，22-第三NB-IoT模块，23-滑轨，24-支架，25-第一电源，26-第二电源，27-第三电源，28-农场的区域，29-滑轮。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
如图1所示，本发明的实施例公开了一种基于NB-IoT的分布式农场监控系统，包括云服务器1、远程终端2、传感器网络3和阀门网络4。所述传感器网络3将其采集的信息传输至所述云服务器1，用户可通过所述远程终端2登录云服务器1来查看信息(例如，所述传感器网络3采集的信息)或输入指令，所述云服务器1将指令传输至所述阀门网络4以执行相应的指令。所述分布式农场监控系统还包括若干个滑轨23，设置于农场中。
所述传感器网络3包括若干个传感器节点5，各个传感器节点5相互没有连接、互不干扰、独立工作，将所述传感器节点5分布在农场的各区域28，以采集各区域的信息。所述传感器节点5包括第一微处理器6、传感器7、第一NB-IoT模块8，所述第一微处理器6与传感器7、第一NB-IoT模块8均电性连接，以控制其工作。由所述第一微处理器6控制所述传感器7采集土壤的相关信息，并将采集的土壤相关信息通过所述第一NB-IoT模块8传输至所述云服务器1。
所述传感器7包括但不限于：土壤温湿度传感器9、土壤pH传感器10、图像传感器11等。所述土壤温湿度传感器9用于采集土壤的温湿度，便于用户基于采集的土壤的温湿度进行相应的调控；所述土壤pH传感器10用于采集土壤的pH，便于用户基于采集的土壤的pH进行相应的调控；所述图像传感器11用于采集图像，便于用户观察农场的农作物的生长态势。所述第一微处理器6还可以将接收的图像拆分为若干个图像数据包，再通过所述第一NB-IoT模块8传输至所述云服务器1。优选的，所述图像传感器11为CMOS图像传感器。
所述阀门网络4包括若干个浇水器节点12和滑轨电机节点13，所述浇水器节点12包括浇水器阀门14、浇水器15、水管16、第二微处理器17、第二NB-IoT模块18；所述滑轨电机节点13包括滑轨电机阀门19、滑轨电机20、第三微处理器21、第三NB-IoT模块22和滑轮29。
所述第二微处理器17与浇水器阀门14、第二NB-IoT模块18电性连接，并控制其工作。所述浇水器15与水管16连接，所述水管16中的水通过所述浇水器15喷洒至农场的各区域中；所述浇水器阀门14设置在浇水器15上，用于控制所述浇水器15的开启/关闭。用户通过所述远程终端2输入指令至云服务器1，所述第二微处理器17通过第二NB-IoT模块18接收指令，以控制所述浇水器阀门14的工作，进而控制所述浇水器15的开启/关闭。例如，当某一区域的所述土壤温湿度传感器9采集的土壤温度较高或湿度较低时，用户通过所述远程终端2输入指令，由所述云服务器1将该指令传输至阀门网络4，控制开启所述浇水器阀门14，利用所述浇水器15向对应的区域进行浇水。若干个浇水器节点12分布在农场的各区域，以方便对农场的各区域进行浇水。
所述第三微处理器21与滑轨电机阀门19、滑轨电机20、第三NB-IoT模块22电性连接，并控制其工作。所述滑轮29与滑轨电机20连接，所述滑轮29安装于滑轨23上，通过所述滑轨电机20带动滑轮29沿所述滑轨23滑动；所述滑轨电机阀门19设置在滑轨电机20上，用于控制所述滑轨电机20的开启/关闭。所述第三微处理器21通过第三NB-IoT模块22接收来自云服务器1的指令，以控制所述滑轨电机阀门19的工作，进而控制所述滑轨电机20的开启/关闭。所述图像传感器11通过支架24安装在滑轮29上，通过所述滑轨电机20带动滑轮29在滑轨23上移动，以采集不同区域的农作物的图像，不同滑轨23上的图像传感器11可以采集农作物的不同角度。所述支架24为可伸缩的，用以调整所述图像传感器11的高度。
所述传感器节点5还包括第一电源25，所述浇水器节点12还包括第二电源26，所述滑轨电机节点13还包括第三电源27，所述第一电源25、第二电源2和第三电源27均包括太阳能电池板和备用电池，太阳能电池板可将太阳能转换为电能，以分别为所述传感器节点5、浇水器节点12和滑轨电机节点13等供电，同时将多余的电能存储于备用电池中，当太阳能电池板无法供电或电量不足时，切换至备用电池供电，提高了本发明系统的安全性、稳定性和可靠性。
所述第一微处理器6、第二微处理器17和第三微处理器21均为低功耗微处理器芯片，例如msp430。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)本发明功耗低、成本低，解决了传统农场环境远距离监控的麻烦，实现了农作物生长态势远距离可视化；(2)使用分布式土壤温湿度和pH传感器网络，能够检测农场不同区域的pH值和温湿度值，解决了农场中温湿度分布不均匀以及不同农作物对湿度要求不同的问题；(3)采用可控滑轨电机与可变焦CMOS图像传感器相结合，能够观测农场不同区域的农作物的具体生长态势，以及整个农场整体农作物的生长全景，解决了传统单摄像头造成的视野狭窄以及传统多摄像头采集带来的高成本的问题；(4)使用传感器网络与云服务器结合的方式，解决了传统方式的布线复杂的问题；(5)使用太阳能供电和备用电池的方案，解决了农场供电复杂困难的问题，提高了系统安全性、稳定性和可靠性，降低了成本。
值得说明的是：在本发明的描述中，“若干个”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，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中的具体含义。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
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 (10)

1.一种基于NB-IoT的分布式农场监控系统，其特征在于：包括传感器网络、阀门网络、云服务器、查看所述云服务器和用以输入指令的远程终端；
所述传感器网络包括若干个分布于农场各区域的传感器节点，所述传感器节点包括第一微处理器、与所述第一微处理器电性连接的传感器和第一NB-IoT模块，所述第一微处理器控制传感器采集的信息通过第一NB-IoT模块传输至云服务器；
所述阀门网络包括若干个浇水器节点和滑轨电机节点，所述浇水器节点包括第二微处理器、与所述第二微处理器电性连接的浇水器阀门和第二NB-IoT模块、与所述浇水器阀门连接的浇水器、与所述浇水器连接的水管；所述滑轨电机节点包括第三微处理器，与所述第三微处理器电性连接的第三NB-IoT模块、滑轨电机阀门、滑轨电机，与所述滑轨电机连接的滑轮；
所述第二微处理器通过第二NB-IoT模块接收云服务器的指令，控制所述浇水器阀门，进而控制所述浇水器的开启/关闭，以方便对农场的各区域浇水；所述第三微处理器通过所述第三NB-IoT模块接收云服务器的指令，控制所述滑轨电机阀门，进而控制所述滑轨电机的开启/关闭，以方便其中安装于所述滑轮上的传感器对农场的各区域采集信息。
2.根据权利要求1所述的基于NB-IoT的分布式农场监控系统，其特征在于：所述分布式农场监控系统还包括设置于农场中的若干个滑轨，所述滑轮沿滑轨滑动。
3.根据权利要求1所述的基于NB-IoT的分布式农场监控系统，其特征在于：所述传感器至少包括：土壤温湿度传感器、土壤pH传感器、图像传感器中的一种或多种，所述土壤温湿度传感器用于采集土壤的温湿度，所述土壤pH传感器用于采集土壤的pH，所述图像传感器用于采集图像。
4.根据权利要求3所述的基于NB-IoT的分布式农场监控系统，其特征在于：所述第一微处理器将接收的图像拆分为若干个图像数据包，再通过所述第一NB-IoT模块传输至云服务器。
5.根据权利要求3所述的基于NB-IoT的分布式农场监控系统，其特征在于：所述图像传感器为CMOS图像传感器。
6.根据权利要求3所述的基于NB-IoT的分布式农场监控系统，其特征在于：所述图像传感器通过支架安装在滑轨上，通过所述滑轨电机带动滑轮在滑轨上移动，以采集不同区域农作物的图像。
7.根据权利要求6所述的基于NB-IoT的分布式农场监控系统，其特征在于：所述支架为可伸缩的，用以调整所述图像传感器的高度。
8.根据权利要求1所述的基于NB-IoT的分布式农场监控系统，其特征在于：所述传感器节点还包括第一电源，所述浇水器节点还包括第二电源，所述滑轨电机节点还包括第三电源，所述第一电源、第二电源和第三电源分别为所述传感器节点、浇水器节点和滑轨电机节点供电。
9.根据权利要求8所述的基于NB-IoT的分布式农场监控系统，其特征在于：所述第一电源、第二电源和第三电源均包括太阳能电池板和备用电池，太阳能电池板可将太阳能转换为电能，同时将多余的电能存储于备用电池中。
10.根据权利要求1所述的基于NB-IoT的分布式农场监控系统，其特征在于：所述第一微处理器、第二微处理器和第三微处理器均为低功耗微处理器芯片。
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