CN109425721A - 一种基于LoRa无线通讯的土壤墒情检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于LoRa无线通讯的土壤墒情检测系统，其技术方案要点是包括检测系统、网关系统、云服务器和客户端系统，检测系统包括远距离LoRa无线通信模块、电池和检测传感器，检测传感器对外部土壤进行环境检测，并产生检测信号，远距离LoRa无线通信模块接收检测信号并发送无线通讯信号，网关系统包括LoRa通信接收模块、GPRS模块和蓄电池，LoRa通信接收模块接收无线通讯信号后通过GPRS模块进行无线网络传输到云服务器，云服务器能够对接收的数据信号进行转码处理，并输出分析数据进行存储，客户端系统通过数据连接云服务器，对云服务器内的存储数据进行浏览分析。本发明的一种基于LoRa无线通讯的土壤墒情检测系统能够对大面积土地进行长期监测管理。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于LoRa无线通讯的土壤墒情检测系统。
背景技术
随着人们生活质量的提高，越来越多的人爱在家中种些花草，但随着人们生活节奏的加快，人们往往会忘记给家中种载的花草浇水，而常导致盆栽植物因干渴而死亡。且在大型花木养殖基地，工人主要采用人工修剪的方式来管理花草，但是这种传统的管理方式不能满足大型养殖基地的管理效率，需要大量的工人参与花木的管理，耗时费力，同时也无法实现实时的远程管理，另外在对大片园区或农林进行土壤检测时，需要大量人力物力进行监测管理，造成了监测不方便，管理不善的情况。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种能够对大面积土地进行长期监测管理的基于LoRa无线通讯的土壤墒情检测系统。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种基于LoRa无线通讯的土壤墒情检测系统，包括检测系统、网关系统、云服务器和客户端系统，所述检测系统包括远距离LoRa无线通信模块、电池和检测传感器，所述电池对远距离LoRa无线通信模块和检测传感器进行供电连接，所述检测传感器对外部土壤进行环境检测，并产生检测信号，所述远距离LoRa无线通信模块接收检测信号并发送无线通讯信号，所述网关系统包括LoRa通信接收模块、GPRS模块和蓄电池，所述蓄电池对LoRa通信接收模块和GPRS模块进行供电连接，所述LoRa通信接收模块与远距离LoRa无线通信模块匹配，并接收无线通讯信号后通过GPRS模块进行无线网络传输到云服务器，云服务器能够对接收的数据信号进行转码处理，并输出分析数据进行存储，客户端系统通过数据连接云服务器，对云服务器内的存储数据进行浏览分析，在网关系统周围均匀安装有若干个检测系统。
本发明进一步设置为：所述检测传感器包括环境温度传感器、环境湿度传感器、环境光照传感器、土壤水分传感器、土壤温度传感器和土壤EC传感器，所述环境温度传感器、环境湿度传感器和环境光照传感器均裸露设置在土层外部，用于检测土壤外部的实时环境变化，所述土壤水分传感器、土壤温度传感器和土壤EC传感器均设置在图层内，用于检测土壤中的实时土壤变化。
本发明进一步设置为：所述环境温度传感器的输出端、环境湿度传感器的输出端和环境光照传感器的输出端、以及土壤水分传感器的输出端、土壤温度传感器的输出端和土壤EC传感器的输出端均分别与远距离LoRa无线通信模块的输入端连接。
本发明进一步设置为：所述土壤水分传感器包括检测电路和水分检测电极，所述检测电路包括方波信号发生电路、RC充放电电路和电压转换电路，所述方波信号发生电路输出规则方波，所述水分检测电极设置在土壤内，并连接RC充放电电路的输出端，RC充放电电路接收规则方波后通过水分检测电极对土壤内的水分进行电极检测后形成检测信号，所述电压转换电路连接水分检测电极，并接收检测信号后输出电压信号，检测电路内还设置有基准使能电源和校准单元，通过基准使能电源能够用于对方波信号发生电路进行使能控制，通过校准单元能够分别对方波信号发生电路、RC充放电电路和电压转换电路进行初始化预设与校准，所述水分检测电极呈梳状设置，水分检测电极的一端呈“王”字形设置，另一端套设在“王”字电极的外侧，且“王”字电极的横向空隙之间均设置有该端电极。
本发明进一步设置为：所述方波信号发生电路为方波信号发生器，所述方波信号发生器为精准100MHZ信号发生器。
本发明进一步设置为：所述RC充放电电路包括调试电阻和逻辑处理器，所述方波信号发生器的输出端串联调试电阻后连接水分检测电极的一端，水分检测电极的另一端接地，所述逻辑处理器的一输入端连接方波信号发生器的输出端，另一输入端连接在调试电阻与水分检测电极之间，所述水分检测电极设置有4个，每个水分检测电极上均设置有检测电路。
本发明进一步设置为：所述电压转换电路为运算放大器、第一电阻和第二电阻，所述运算放大器的一输入端与逻辑处理器的输出端连接，另一输入端串联第一电阻后接地，运算放大器的输出端与运算放大器上连接第一电阻的输入端之间串联第二电阻。
本发明进一步设置为：所述逻辑处理器的输出端与运算放大器的输入端之间串联有第三电阻，所述运算放大器连接第三电阻的输入端上连接有第一电容，所述第一电容的一端连接运算放大器，另一端接地。
本发明进一步设置为：所述基准使能电源包括外接电源、第二电容和使能控制器，所述外界电源分别连接使能控制器的电源端与使能端，所述第二电容一端连接在外接电源与使能控制器之间，另一端接地，所述外接电源为2.5-5.5V的电压电源。
本发明进一步设置为：所述网关系统还包括太阳能板和GPS定位模块，所述太阳能板的输出端连接蓄电池的充电端，所述GPS定位模块的电源端连接蓄电池的电源输出端。
本发明具有下述优点：能够对大面积土地进行长期监测管理，且通过预设标准数据，能够对检测数据进行对比处理，方便用户对于实时数据进行浏览分析，通过环境温度传感器的设置能够对外部环境稳定进行检测，对土壤内植物的影响，通过环境光照传感器的设置，能够提高外部光照的检测，用于处理外部光照对植物的影响，通过环境湿度传感器的设置，能够检测外部环境中湿度水分的情况，用于检测处理外部环境中水分的多少能够控制土壤内的土壤水分，通过土壤水分传感器的设置，能够对土壤内的水分湿度进行检测，避免对土壤内过度浇水或者长时间未浇水的情况，通过土壤稳定传感器的设置，能够对土壤内的温度进行检测，用于监测和调节土壤温度和环境温度，通过土壤EC传感器的设置，能够提高土壤内可溶性盐的检测，避免离子矿物过度对植物的影响；
通过水分检测电极呈梳状设置，能够提高检测效率，通过4组检测电路和水分检测电极的设置，能够在不同的土壤深度情况下，对土壤内的水分进行检测，通过校准单元的设置，能够对各个电路进行校准控制，避免了数据误差造成芯片输出的检测数据不准确，通过方波信号发生器为精准100MHZ信号发生器的设置，能够提高输到电压信号的标准参数和检测时间调整，所述逻辑处理器的设置，能够在水分检测电极的输入信号与方波信号发生器同步输入输出时，能够进行进出数据的输出，避免了外部电源的干扰，造成出现水分检测电极产生检测信号的情况，通过第一电阻和第二电阻的设置，能够避免外部干扰信号对运算放大器的输入输出端影响，通过第一电容的设置，能够对逻辑处理器输出的检测信号进行滤波操作，提高检测信号的稳定性，避免了检测信号的跳动造成输入运算放大器的信号产生信号偏差，造成芯片输出的检测信息不准确，通过第二电容的设置，能够对外接电源进行电压稳定，提高了外接电源的电源输入效果。
附图说明
图1为本发明的系统框图；
图2为本发明的检测电路的外部电路原理图；
图3为本发明的检测电路的内部电路原理图；
图4为本发明的4组相互配合的检测电路与水分检测电极的设置图；
图5为本发明的水分检测电极的结构示意图。
图中：1、检测系统；2、网关系统；3、云服务器；4、客户端系统；5、远距离LoRa无线通信模块；6、电池；7、检测传感器；8、LoRa通信接收模块；9、GPRS模块；10、蓄电池；11、环境温度传感器；12、环境湿度传感器；13、环境光照传感器；14、土壤水分传感器；15、土壤温度传感器；16、土壤EC传感器；17、检测电路；18、水分检测电极；19、方波信号发生电路；20、RC充放电电路；21、电压转换电路；22、调试电阻；23、逻辑处理器；24、运算放大器；25、第一电阻；26、第二电阻；27、第三电阻；28、第一电容；29、外接电源；30、第二电容；31、使能控制器；32、太阳能板；33、GPS定位模块。
具体实施方式
参照图1至5所示，本实施例的一种基于LoRa无线通讯的土壤墒情检测系统，包括检测系统1、网关系统2、云服务器3和客户端系统4（客户端系统4包括有手机、电脑或者带数据连接功能的移动设备），所述检测系统1包括远距离LoRa无线通信模块5、电池6和检测传感器7，所述电池6对远距离LoRa无线通信模块5和检测传感器7进行供电连接，所述检测传感器7对外部土壤进行环境检测，并产生检测信号，所述远距离LoRa无线通信模块5接收检测信号并发送无线通讯信号，所述网关系统2包括LoRa通信接收模块8、GPRS模块9和蓄电池10，所述蓄电池10对LoRa通信接收模块8和GPRS模块9进行供电连接，所述LoRa通信接收模块8与远距离LoRa无线通信模块5匹配，并接收无线通讯信号后通过GPRS模块9进行无线网络传输到云服务器3，云服务器3能够对接收的数据信号进行转码处理，并输出分析数据进行存储，客户端系统4通过数据连接云服务器3，对云服务器3内的存储数据进行浏览分析，在网关系统2周围均匀安装有若干个检测系统1（其网关系统2与检测系统1之间的布局面积为网关系统2与检测系统1之间LoRa无线通讯最远距离的圆周面，检测系统1在该圆周面内呈预定间距均匀安装到土壤中）。
所述检测传感器7包括环境温度传感器11、环境湿度传感器12、环境光照传感器13、土壤水分传感器14、土壤温度传感器15和土壤EC传感器16，所述环境温度传感器11、环境湿度传感器12和环境光照传感器13均裸露设置在土层外部，用于检测土壤外部的实时环境变化，所述土壤水分传感器14、土壤温度传感器15和土壤EC传感器16均设置在图层内，用于检测土壤中的实时土壤变化。
所述环境温度传感器11的输出端、环境湿度传感器12的输出端和环境光照传感器13的输出端、以及土壤水分传感器14的输出端、土壤温度传感器15的输出端和土壤EC传感器16的输出端均分别与远距离LoRa无线通信模块5的输入端连接。
所述土壤水分传感器14包括检测电路17和水分检测电极18，所述检测电路17包括方波信号发生电路19、RC充放电电路20和电压转换电路21，所述方波信号发生电路19输出规则方波，所述水分检测电极18设置在土壤内，并连接RC充放电电路20的输出端，RC充放电电路20接收规则方波后通过水分检测电极18对土壤内的水分进行电极检测后形成检测信号，所述电压转换电路21连接水分检测电极18，并接收检测信号后输出电压信号，检测电路17内还设置有基准使能电源和校准单元，通过基准使能电源能够用于对方波信号发生电路19进行使能控制，通过校准单元能够分别对方波信号发生电路19、RC充放电电路20和电压转换电路21进行初始化预设与校准，所述水分检测电极18呈梳状设置，水分检测电极18的一端呈“王”字形设置，另一端套设在“王”字电极的外侧，且“王”字电极的横向空隙之间均设置有该端电极。
所述方波信号发生电路19为方波信号发生器，所述方波信号发生器为精准100MHZ信号发生器。
所述RC充放电电路20包括调试电阻22和逻辑处理器23，所述方波信号发生器的输出端串联调试电阻22后连接水分检测电极18的一端，水分检测电极18的另一端接地，所述逻辑处理器23的一输入端连接方波信号发生器的输出端，另一输入端连接在调试电阻22与水分检测电极18之间，所述水分检测电极18设置有4个，每个水分检测电极18上均设置有检测电路17。
所述电压转换电路21为运算放大器24、第一电阻25和第二电阻26，所述运算放大器24的一输入端与逻辑处理器23的输出端连接，另一输入端串联第一电阻25后接地，运算放大器24的输出端与运算放大器24上连接第一电阻25的输入端之间串联第二电阻26。
所述逻辑处理器23的输出端与运算放大器24的输入端之间串联有第三电阻27，所述运算放大器24连接第三电阻27的输入端上连接有第一电容28，所述第一电容28的一端连接运算放大器24，另一端接地。
所述基准使能电源包括外接电源29、第二电容30和使能控制器31，所述外界电源分别连接使能控制器31的电源端与使能端，所述第二电容30一端连接在外接电源29与使能控制器31之间，另一端接地，所述外接电源29为2.5-5.5V的电压电源。
所述网关系统2还包括太阳能板32和GPS定位模块33，所述太阳能板32的输出端连接蓄电池10的充电端，所述GPS定位模块33的电源端连接蓄电池10的电源输出端。
通过采用上述技术方案，能够对大面积土地进行长期监测管理，且通过预设标准数据，能够对检测数据进行对比处理，方便用户对于实时数据进行浏览分析，通过环境温度传感器11的设置能够对外部环境稳定进行检测，对土壤内植物的影响，通过环境光照传感器13的设置，能够提高外部光照的检测，用于处理外部光照对植物的影响，通过环境湿度传感器12的设置，能够检测外部环境中湿度水分的情况，用于检测处理外部环境中水分的多少能够控制土壤内的土壤水分，通过土壤水分传感器14的设置，能够对土壤内的水分湿度进行检测，避免对土壤内过度浇水或者长时间未浇水的情况，通过土壤稳定传感器的设置，能够对土壤内的温度进行检测，用于监测和调节土壤温度和环境温度，通过土壤EC传感器16的设置，能够提高土壤内可溶性盐的检测，避免离子矿物过度对植物的影响；
通过水分检测电极18呈梳状设置，能够提高检测效率，通过4组检测电路17和水分检测电极18的设置，能够在不同的土壤深度情况下，对土壤内的水分进行检测，通过校准单元的设置，能够对各个电路进行校准控制，避免了数据误差造成芯片输出的检测数据不准确，通过方波信号发生器为精准100MHZ信号发生器的设置，能够提高输到电压信号的标准参数和检测时间调整，所述逻辑处理器23的设置，能够在水分检测电极18的输入信号与方波信号发生器同步输入输出时，能够进行进出数据的输出，避免了外部电源的干扰，造成出现水分检测电极18产生检测信号的情况，通过第一电阻25和第二电阻26的设置，能够避免外部干扰信号对运算放大器24的输入输出端影响，通过第一电容28的设置，能够对逻辑处理器23输出的检测信号进行滤波操作，提高检测信号的稳定性，避免了检测信号的跳动造成输入运算放大器24的信号产生信号偏差，造成芯片输出的检测信息不准确，通过第二电容30的设置，能够对外接电源29进行电压稳定，提高了外接电源29的电源输入效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于LoRa无线通讯的土壤墒情检测系统，其特征在于：包括检测系统、网关系统、云服务器和客户端系统，所述检测系统包括远距离LoRa无线通信模块、电池和检测传感器，所述电池对远距离LoRa无线通信模块和检测传感器进行供电连接，所述检测传感器对外部土壤进行环境检测，并产生检测信号，所述远距离LoRa无线通信模块接收检测信号并发送无线通讯信号，所述网关系统包括LoRa通信接收模块、GPRS模块和蓄电池，所述蓄电池对LoRa通信接收模块和GPRS模块进行供电连接，所述LoRa通信接收模块与远距离LoRa无线通信模块匹配，并接收无线通讯信号后通过GPRS模块进行无线网络传输到云服务器，云服务器能够对接收的数据信号进行转码处理，并输出分析数据进行存储，客户端系统通过数据连接云服务器，对云服务器内的存储数据进行浏览分析，在网关系统周围均匀安装有若干个检测系统。
2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa无线通讯的土壤墒情检测系统，其特征在于：所述检测传感器包括环境温度传感器、环境湿度传感器、环境光照传感器、土壤水分传感器、土壤温度传感器和土壤EC传感器，所述环境温度传感器、环境湿度传感器和环境光照传感器均裸露设置在土层外部，用于检测土壤外部的实时环境变化，所述土壤水分传感器、土壤温度传感器和土壤EC传感器均设置在图层内，用于检测土壤中的实时土壤变化。
3.根据权利要求2所述的一种基于LoRa无线通讯的土壤墒情检测系统，其特征在于：所述环境温度传感器的输出端、环境湿度传感器的输出端和环境光照传感器的输出端、以及土壤水分传感器的输出端、土壤温度传感器的输出端和土壤EC传感器的输出端均分别与远距离LoRa无线通信模块的输入端连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于LoRa无线通讯的土壤墒情检测系统，其特征在于：所述土壤水分传感器包括检测电路和水分检测电极，所述检测电路包括方波信号发生电路、RC充放电电路和电压转换电路，所述方波信号发生电路输出规则方波，所述水分检测电极设置在土壤内，并连接RC充放电电路的输出端，RC充放电电路接收规则方波后通过水分检测电极对土壤内的水分进行电极检测后形成检测信号，所述电压转换电路连接水分检测电极，并接收检测信号后输出电压信号，检测电路内还设置有基准使能电源和校准单元，通过基准使能电源能够用于对方波信号发生电路进行使能控制，通过校准单元能够分别对方波信号发生电路、RC充放电电路和电压转换电路进行初始化预设与校准，所述水分检测电极呈梳状设置，水分检测电极的一端呈“王”字形设置，另一端套设在“王”字电极的外侧，且“王”字电极的横向空隙之间均设置有该端电极。
5.根据权利要求4所述的一种基于LoRa无线通讯的土壤墒情检测系统，其特征在于：所述方波信号发生电路为方波信号发生器，所述方波信号发生器为精准100MHZ信号发生器。
6.根据权利要求5所述的一种基于LoRa无线通讯的土壤墒情检测系统，其特征在于：所述RC充放电电路包括调试电阻和逻辑处理器，所述方波信号发生器的输出端串联调试电阻后连接水分检测电极的一端，水分检测电极的另一端接地，所述逻辑处理器的一输入端连接方波信号发生器的输出端，另一输入端连接在调试电阻与水分检测电极之间，所述水分检测电极设置有4个，每个水分检测电极上均设置有检测电路。
7.根据权利要求6所述的一种基于LoRa无线通讯的土壤墒情检测系统，其特征在于：所述电压转换电路为运算放大器、第一电阻和第二电阻，所述运算放大器的一输入端与逻辑处理器的输出端连接，另一输入端串联第一电阻后接地，运算放大器的输出端与运算放大器上连接第一电阻的输入端之间串联第二电阻。
8.根据权利要求7所述的一种基于LoRa无线通讯的土壤墒情检测系统，其特征在于：所述逻辑处理器的输出端与运算放大器的输入端之间串联有第三电阻，所述运算放大器连接第三电阻的输入端上连接有第一电容，所述第一电容的一端连接运算放大器，另一端接地。
9.根据权利要求8所述的一种基于LoRa无线通讯的土壤墒情检测系统，其特征在于：所述基准使能电源包括外接电源、第二电容和使能控制器，所述外界电源分别连接使能控制器的电源端与使能端，所述第二电容一端连接在外接电源与使能控制器之间，另一端接地，所述外接电源为2.5-5.5V的电压电源。
10.根据权利要求1所述的一种基于LoRa无线通讯的土壤墒情检测系统，其特征在于：所述网关系统还包括太阳能板和GPS定位模块，所述太阳能板的输出端连接蓄电池的充电端，所述GPS定位模块的电源端连接蓄电池的电源输出端。
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