CN109506712A - 一种基于物联网的农业智能管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于物联网的农业智能管理系统，其包括利用中央处理装置、湿度监测模块、信号处理电路、温度监测模块、光照监测模块、CO₂监测模块、图像采集模块、图像处理模块、用户控制端、显示器、存储器以及喷灌模块对农作物生长环境进行监测并根据监测数据进行灌溉，该系统结构简单，设计合理，并通过无线通讯技术，将农业灌溉和远程控制有效的结合，用户控制端根据其接收到的数据可以控制喷灌模块对农作物进行灌溉，便于农作物的生长，同时可以对农作物的生长状态进行监控，图像处理模块可高效、快速的提取图像采集模块的图像信息，可提高对农作物的辨识精度。

Description

一种基于物联网的农业智能管理系统

技术领域

本发明涉及农业技术领域，尤其涉及一种基于物联网的农业智能管理系统。

背景技术

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思：其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新2.0是物联网发展的灵魂。

农业问题是全球可持续发展的基本问题，也是一个国家的基本产业。我国是一个人口众多，耕地面积不足，人均粮食产量较低的国家。农业的经营手段至今还没有完全摆脱传统的手工劳作方式，存在着经营规模小、技术含量低、投入与产出不合理等不利因素，严重地制约了农业的发展，如果想在现有基础上使我国农业有较大的发展，必须依靠科技进步，必须增加农业的科技含量，使用高新技术对传统农业进行彻底改造。在智能化高速发展的今天，精细农业成为新世纪农业发展的新潮流，农业智能化也成为当今一个很重要的课题。农田信息的实时采集是精细农业的基本需求，拥有一整套完善的智能化农业田地数据采集系统，是能否及时、准确、高效地获取农业生产过程中的各项指标信息，提高农业生产管理及决策的关键。

农业为通过培育动植物生产食品及工业原料的产业，农业属于第一产业，研究农业的科学是农学。农业的劳动对象是有生命的动植物，获得的产品是动植物本身。我们把利用动物植物等生物的生长发育规律，通过人工培育来获得产品的各部门，统称为农业。农业提供支撑国民经济建设与发展的基础产品。

在农业生产过程中人们无法实时对农作物进行生长状态的监控，且当农作物含水量变化时人们无法及时了解与改善，影响农作物的生长，难以满足现代农业生产方式。

发明内容

因此，为了克服上述问题，本发明提供一种基于物联网的农业智能管理系统，利用中央处理装置、湿度监测模块、信号处理电路、温度监测模块、光照监测模块、CO2监测模块、图像采集模块、图像处理模块、用户控制端、显示器、存储器以及喷灌模块对农作物生长环境进行监测并根据监测数据进行灌溉，该系统结构简单，设计合理，并通过无线通讯技术，将农业灌溉和远程控制有效的结合，用户控制端根据其接收到的数据可以控制喷灌模块对农作物进行灌溉，便于农作物的生长，同时可以对农作物的生长状态进行监控。

显示器和存储器能够实时显示和存储农田周边空气以及农田土壤温度数据、农田周边空气以及农田土壤湿度数据、光照数据、二氧化碳浓度数据和农作物图像信息，以便于工作人员研究、分析。

根据本发明的一种基于物联网的农业智能管理系统，基于物联网的农业智能管理系统包括中央处理装置、湿度监测模块、信号处理电路、温度监测模块、光照监测模块、CO2监测模块、图像采集模块、图像处理模块、用户控制端、显示器、存储器以及喷灌模块。

其中，湿度监测模块包括若干个湿度传感器，若干个湿度传感器分别设置于农田周边以及土壤中，，用于监测农田周边空气以及土壤的湿度数据，湿度传感器的输出端与信号处理电路的输入端连接，温度监测模块包括若干个温度传感器，若干个温度传感器分别设置于农田周边以及土壤中，用于监测农田周边空气以及土壤的温度数据，光照监测模块设置于农田周边，光照监测模块用于监测农田周边的光照数据，CO2监测模块设置于农田周边，CO2监测模块用于监测农田周边空气的二氧化碳浓度数据，图像采集模块的输出端与图像处理模块的输入端连接，图像采集模块用于采集农作物的图像信息，信号处理电路的输出端、温度监测模块的输出端、光照监测模块的输出端、CO2监测模块的输出端以及图像处理模块的输出端均与中央处理装置的输入端连接，显示器的输入端、储存器的输入端以及喷灌模块的输入端均与中央处理装置的输入端连接，中央处理装置与用户控制端双向通讯连接，基于物联网的农业智能管理系统还包括一电源模块，电源模块与中央处理装置连接，电源模块为中央处理装置提供工作电压。

优选的是，图像处理模块包括图像降噪单元、图像增强单元、图像锐化单元以及图像平滑单元。

其中，图像采集模块用于采集农作物的图像信息，图像采集模块的输出端与图像降噪单元的输入端连接，图像降噪单元的输出端与图像增强单元的输入端连接，图像增强单元的输出端与图像锐化单元的输入端连接，图像锐化单元的输出端与图像平滑单元的输入端连接，图像平滑单元的输出端与中央处理装置的输入端连接。

优选的是，湿度监测模块包括若干个湿度传感器，若干个湿度传感器分别设置于农田周边以及土壤中，湿度监测模块用于监测农田周边空气以及农田土壤湿度信号，湿度监测模块将采集的湿度信号传输至信号处理电路依次进行信号放大和信号滤波处理后传输至中央处理装置。

温度监测模块包括若干个温度传感器，若干个温度传感器分别设置于农田周边以及土壤中，温度监测模块用于监测农田周边空气温度数据以及农田土壤温度数据，温度监测模块将温度数据传输至中央处理装置。

光照监测模块设置于农田周边，光照监测模块用于监测农田周边的光照数据，光照监测模块将光照数据传输至中央处理装置。

CO2监测模块设置于农田周边，CO2监测模块用于监测农田周边空气的二氧化碳浓度数据，述CO2监测模块将二氧化碳浓度数据传输至中央处理装置。

优选的是，若干个湿度传感器分别设置于农田周边以及土壤中，湿度传感器用于采集农田周边以及土壤的振湿度信号，将采集的湿度信号转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至信号处理电路，V1为经过信号处理电路处理后的电压信号，信号处理电路包括信号放大单元和信号滤波单元，湿度传感器的输出端与信号放大单元的输入端连接，信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接，信号滤波单元的输出端与中央处理装置的ADC端口连接。

优选的是，信号放大单元包括集成运放A1-A3、电阻R1-R14、二极管D1-D2以及电容C1-C7。

其中，湿度传感器的输出端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与集成运放A1的反相输入端连接，电阻R1的另一端还与电容C1的一端连接，电阻R2的一端接地，电阻R2的另一端与集成运放A1的同相输入端连接，电容C1的另一端与集成运放A1的输出端连接，电阻R3的一端与-7.5V直流电压连接，电阻R3的另一端与集成运放A1的输出端连接，电阻R3的另一端还与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与集成运放A2的同相输入端连接，电阻R6的一端接地，电阻R6的另一端与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R6的另一端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与二极管D1的负极连接，二极管D1的正极与集成运放A2的输出端连接，二极管D1的负极还与电容C2的一端连接，二极管D2的负极与集成运放A2的输出端连接，二极管D1的负极还与二极管D2的正极连接，电阻R8的一端接地，电阻R8的另一端与电容C2的另一端连接，电阻R8的另一端还与电容C3的一端连接，电阻R7的一端与二极管的负极连接，电阻R7的另一端与电容C3的另一端连接，电阻R7的另一端还与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与电阻R10的一端连接，电阻R9的一端还与电容C4的一端连接，电容C4的另一端与电阻R10的另一端连接，电容C5的一端接地，电容C5的另一端与电阻R9的另一端连接，电阻R10的另一端还与集成运放A3的同相输入端连接，电阻R13的一端接地，电阻R13的另一端与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与集成运放A3的反相输入端连接，电阻R13的另一端与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端电容C6的一端连接，电容C6的一端与电容C7的一端连接，电阻R14的一端接地，电阻R14的另一端与电容C7的一端连接，电阻R14的另一端还与电容C6的另一端连接，电容C7的另一端与集成运放A3的输出端连接。

优选的是，信号滤波单元包括电阻R15-R21、电容C8-C9以及集成运放A4-A6。

其中，信号放大单元的输出端与电阻R15的一端连接，电阻R15的另一端与电阻R17的一端并联后与集成运放A4的同相输入端连接，电阻R17的另一端与集成运放A4的输出端连接，电阻R16的一端接地，电阻R16的另一端与电阻R21并联后与集成运放A4的同相输入端连接，电阻R21的另一端与集成运放A4的输出端连接，电阻R17的另一端与集成运放A4的输出端并联后与电阻R18的一端连接，电阻R18的另一端与电容C8的一端并联后与集成运放A5的反相输入端连接，电容C8的另一端与集成运放A5的输出端并联后与电阻R19的一端连接，集成运放A5的同相输入端接地，电阻R19的另一端与电容C9的一端并联后与集成运放A6的反相输入端连接，集成运放A6的同相输入端接地，电容C9的另一端与集成运放A6的输出端连接，电阻R20的一端与集成运放A4的反相输入端连接，电阻R20的另一端与集成运放A6的输出端连接，电阻R21的一端与集成运放A4的同相输入端连接，电阻R21的另一端与集成运放A5的输出端连接，集成运放A6的输出端与中央处理装置的ADC端口连接，信号处理单元将处理后的电压信号V1传输至中央处理装置的ADC端口。

优选的是，中央处理装置将接收到的农田周边空气以及农田土壤温度数据、农田周边空气以及农田土壤湿度数据、光照数据和二氧化碳浓度数据传输至显示器进行显示，中央处理装置将接收到的农田周边空气以及农田土壤温度数据、农田周边空气以及农田土壤湿度数据、光照数据和二氧化碳浓度数据传输至存储器进行存储，中央处理装置将接收到的农田周边空气以及农田土壤温度数据、农田周边空气以及农田土壤湿度数据、光照数据和二氧化碳浓度数据传输至用户控制端。

优选的是，电源模块包括依次连接的太阳能板、电压转换模块以及蓄电池，其中，太阳能板将太阳能转换为电能后传输至电压转换模块，电压转换模块将太阳能板采集的电压转换为直流电压后存储至蓄电池，蓄电池与中央处理装置的电源端口连接。

优选的是，图像处理模块将处理后的图像传输至中央处理装置，中央处理装置将图像传输至显示器和存储器，并且，中央处理装置将图像传输至用户控制端。

其中，用户控制端根据接收到的数据信息和图像信息向中央处理装置传输控制信号，中央处理装置将控制信号传输至喷灌模块，喷灌模块根据控制信号实施喷灌作业。

优选的是，将图像采集模块传输至图像处理模块的农作物图像定义为二维函数f(x,y) ，其中x、y是空间坐标，图像增强单元对图像f(x,y)进行图像亮度增强处理，经过图像亮度增强处理后的图像二维函数为g(x,y)，其中，图像p(x,y)为对图像f(x,y)进行预处理后的图像，其中，

。

图像增强单元对图像g(x,y)进行图像清晰度增强处理，经过图像清晰度增强处理后的图像二维函数为h(x,y)，其中，

。

图像锐化单元对图像h(x,y)进行图像锐化处理，经过图像锐化处理后的图像二维函数为d(x,y)，其中，

。

图像平滑单元对图像d(x,y)进行图像平滑处理，经过图像平滑处理后的图像二维函数为s(x,y)，平滑函数为q(x,y)，其中，

；

；

其中，﹡为卷积符号，为自定义可调常数，平滑的作用是通过来控制的。

图像处理模块将处理后的图像s(x,y)传输至中央处理装置，中央处理装置将图像s(x,y)传输至显示器和存储器，并且，中央处理装置将图像s(x,y)传输至用户控制端。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）本发明提供一种基于物联网的农业智能管理系统，利用中央处理装置、湿度监测模块、信号处理电路、温度监测模块、光照监测模块、CO2监测模块、图像采集模块、图像处理模块、用户控制端、显示器、存储器以及喷灌模块对农作物生长环境进行监测并根据监测数据进行灌溉，该系统结构简单，设计合理，并通过无线通讯技术，将农业灌溉和远程控制有效的结合，用户控制端根据其接收到的数据可以控制喷灌模块对农作物进行灌溉，便于农作物的生长，同时可以对农作物的生长状态进行监控；

（2）本发明提供的一种基于物联网的农业智能管理系统，图像处理模块对采集的图像依次进行图像降噪、图像增强、图像锐化、图像平滑处理，可高效、快速的提取图像采集模块的图像信息，可提高对农作物的图像的辨识精度，有效地减少误判情况发生。

附图说明

图1为本发明的基于物联网的农业智能管理系统的示意图；

图2为本发明的信号处理电路的电路图；

图3为本发明的图像处理模块的示意图。

附图标记：

1-中央处理装置；2-湿度监测模块；3-信号处理电路；4-温度监测模块；5-光照监测模块；6-CO2监测模块；7-图像采集模块；8-图像处理模块；9-用户控制端；10-显示器；11-存储器；12-喷灌模块；13-电源模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明提供的基于物联网的农业智能管理系统进行详细说明。

如图1所示，本发明提供的基于物联网的农业智能管理系统包括中央处理装置1、湿度监测模块2、信号处理电路3、温度监测模块4、光照监测模块5、CO2监测模块6、图像采集模块7、图像处理模块8、用户控制端9、显示器10、存储器11以及喷灌模块12。

其中，湿度监测模块2包括若干个湿度传感器，若干个湿度传感器分别设置于农田周边以及土壤中，，用于监测农田周边空气以及土壤的湿度数据，湿度传感器的输出端与信号处理电路3的输入端连接，温度监测模块4包括若干个温度传感器，若干个温度传感器分别设置于农田周边以及土壤中，用于监测农田周边空气以及土壤的温度数据，光照监测模块5设置于农田周边，光照监测模块5用于监测农田周边的光照数据，CO2监测模块6设置于农田周边，CO2监测模块6用于监测农田周边空气的二氧化碳浓度数据，图像采集模块7的输出端与图像处理模块8的输入端连接，图像采集模块7用于采集农作物的图像信息，信号处理电路3的输出端、温度监测模块4的输出端、光照监测模块5的输出端、CO2监测模块6的输出端以及图像处理模块8的输出端均与中央处理装置1的输入端连接，显示器10的输入端、储存器11的输入端以及喷灌模块12的输入端均与中央处理装置1的输入端连接，中央处理装置1与用户控制端9双向通讯连接，基于物联网的农业智能管理系统还包括一电源模块13，电源模块13与中央处理装置1连接，电源模块13为中央处理装置提供工作电压。

上述实施方式中，利用中央处理装置1、湿度监测模块2、信号处理电路3、温度监测模块4、光照监测模块5、CO2监测模块6、图像采集模块7、图像处理模块8、用户控制端9、显示器10、存储器11以及喷灌模块12对农作物生长环境进行监测并根据监测数据进行灌溉，该系统结构简单，设计合理，并通过无线通讯技术，将农业灌溉和远程控制有效的结合，用户控制端9根据其接收到的数据可以控制喷灌模块对农作物进行灌溉，便于农作物的生长，同时可以对农作物的生长状态进行监控。

显示器10和存储器11能够实时显示和存储农田周边空气以及农田土壤温度数据、农田周边空气以及农田土壤湿度数据、光照数据、二氧化碳浓度数据和农作物图像信息，以便于工作人员研究、分析。

其中，湿度传感器和湿度传感器均为瑞士盛世恩公司的SHT10数据传感器。

光照监测模块5中包括光照传感器，具体地，光照传感器为日本ROHM公司的BH1750FVI光照传感器。

CO2监测模块6中包括二氧化碳浓度传感器，具体地，二氧化碳浓度传感器为英国GSS公司的COZIR-ambient型号的二氧化碳浓度传感器。

本发明提供的基于物联网的农业智能管理系统基于CC2430芯片，它结合一个高性能2.4GHzDSSS（直接序列扩频）射频收发器核心和128K的flash存储，本系统将温度传感器、湿度传感器、光照传感器以及二氧化碳传感器都连接到CC2430芯片上（其中，湿度传感器通过信号处理电路3连接到CC2430芯片上），使得传感器节点具有多种环境变量的功能，可以同时采样多种传感数据，并发送。

CC2430芯片还包括一扩展端口，方便增加所需的其他传感器。

CC2430芯片还包括一USB接口，Zigbee协议栈通过该USB接口烧录到CC2430芯片的flash存储后，复位芯片，CC2430芯片开始运行Zigbee协议栈，协议栈首先使节点参与整个网络的建立与配置，CC2430芯片然后读入传感器的测量值，并将数据传输至射频模块，在通过天线发送至用户控制端9，具体地，数据通过多跳的网络传输到协调器，协调器最终将数据传输至用户控制端9。

作为上述的进一步优先，如图3所示，图像处理模块8包括图像降噪单元、图像增强单元、图像锐化单元以及图像平滑单元。

其中，图像采集模块7用于采集农作物的图像信息，图像采集模块7的输出端与图像降噪单元的输入端连接，图像降噪单元的输出端与图像增强单元的输入端连接，图像增强单元的输出端与图像锐化单元的输入端连接，图像锐化单元的输出端与图像平滑单元的输入端连接，图像平滑单元的输出端与中央处理装置1的输入端连接。

上述实施方式中，图像处理模块8对采集的图像依次进行图像降噪、图像增强、图像锐化、图像平滑处理，可高效、快速的提取图像采集模块7的图像信息，可提高对农作物的图像的辨识精度，有效地减少误判情况发生。

具体地，湿度监测模块2包括若干个湿度传感器，若干个湿度传感器分别设置于农田周边以及土壤中，湿度监测模块2用于监测农田周边空气以及农田土壤湿度信号，湿度监测模块2将采集的湿度信号传输至信号处理电路3依次进行信号放大和信号滤波处理后传输至中央处理装置1。

温度监测模块4包括若干个温度传感器，若干个温度传感器分别设置于农田周边以及土壤中，温度监测模块4用于监测农田周边空气温度数据以及农田土壤温度数据，温度监测模块4将温度数据传输至中央处理装置1。

光照监测模块5设置于农田周边，光照监测模块5用于监测农田周边的光照数据，光照监测模块5将光照数据传输至中央处理装置1。

CO2监测模块6设置于农田周边，CO2监测模块6用于监测农田周边空气的二氧化碳浓度数据，述CO2监测模块6将二氧化碳浓度数据传输至中央处理装置1。

作为上述的进一步优先，如图2所示，若干个湿度传感器分别设置于农田周边以及土壤中，湿度传感器用于采集农田周边以及土壤的振湿度信号，将采集的湿度信号转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至信号处理电路3，V1为经过信号处理电路3处理后的电压信号，信号处理电路3包括信号放大单元和信号滤波单元，湿度传感器的输出端与信号放大单元的输入端连接，信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接，信号滤波单元的输出端与中央处理装置1的ADC端口连接。

具体地，信号放大单元包括集成运放A1-A3、电阻R1-R14、二极管D1-D2以及电容C1-C7。

其中，湿度传感器的输出端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与集成运放A1的反相输入端连接，电阻R1的另一端还与电容C1的一端连接，电阻R2的一端接地，电阻R2的另一端与集成运放A1的同相输入端连接，电容C1的另一端与集成运放A1的输出端连接，电阻R3的一端与-7.5V直流电压连接，电阻R3的另一端与集成运放A1的输出端连接，电阻R3的另一端还与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与集成运放A2的同相输入端连接，电阻R6的一端接地，电阻R6的另一端与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R6的另一端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与二极管D1的负极连接，二极管D1的正极与集成运放A2的输出端连接，二极管D1的负极还与电容C2的一端连接，二极管D2的负极与集成运放A2的输出端连接，二极管D1的负极还与二极管D2的正极连接，电阻R8的一端接地，电阻R8的另一端与电容C2的另一端连接，电阻R8的另一端还与电容C3的一端连接，电阻R7的一端与二极管的负极连接，电阻R7的另一端与电容C3的另一端连接，电阻R7的另一端还与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与电阻R10的一端连接，电阻R9的一端还与电容C4的一端连接，电容C4的另一端与电阻R10的另一端连接，电容C5的一端接地，电容C5的另一端与电阻R9的另一端连接，电阻R10的另一端还与集成运放A3的同相输入端连接，电阻R13的一端接地，电阻R13的另一端与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与集成运放A3的反相输入端连接，电阻R13的另一端与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端电容C6的一端连接，电容C6的一端与电容C7的一端连接，电阻R14的一端接地，电阻R14的另一端与电容C7的一端连接，电阻R14的另一端还与电容C6的另一端连接，电容C7的另一端与集成运放A3的输出端连接。

具体地，信号滤波单元包括电阻R15-R21、电容C8-C9以及集成运放A4-A6。

其中，信号放大单元的输出端与电阻R15的一端连接，电阻R15的另一端与电阻R17的一端并联后与集成运放A4的同相输入端连接，电阻R17的另一端与集成运放A4的输出端连接，电阻R16的一端接地，电阻R16的另一端与电阻R21并联后与集成运放A4的同相输入端连接，电阻R21的另一端与集成运放A4的输出端连接，电阻R17的另一端与集成运放A4的输出端并联后与电阻R18的一端连接，电阻R18的另一端与电容C8的一端并联后与集成运放A5的反相输入端连接，电容C8的另一端与集成运放A5的输出端并联后与电阻R19的一端连接，集成运放A5的同相输入端接地，电阻R19的另一端与电容C9的一端并联后与集成运放A6的反相输入端连接，集成运放A6的同相输入端接地，电容C9的另一端与集成运放A6的输出端连接，电阻R20的一端与集成运放A4的反相输入端连接，电阻R20的另一端与集成运放A6的输出端连接，电阻R21的一端与集成运放A4的同相输入端连接，电阻R21的另一端与集成运放A5的输出端连接，集成运放A6的输出端与中央处理装置1的ADC端口连接，信号处理单元将处理后的电压信号V1传输至中央处理装置1的ADC端口。

上述实施方式中，信号处理电路3的噪声在50nV以内，漂移为0.4μV/℃，集成运放A1为LT1007低漂移放大器，集成运放A2、A3均为LT1230高速放大器，集成运放A4、A5和A6均为LT1097运放，由于集成运放A1的直流偏移与漂移并不会影响电路的整体偏移，从而使得电路有着极低的偏移和漂移。

电阻R1的阻值为1KΩ，电阻R2的阻值为100KΩ，电阻R3的阻值为10KΩ，电阻R4的阻值为1.5KΩ，电阻R5的阻值为750Ω， R6的阻值为750Ω，电阻R7的阻值为2KΩ，电阻R8的阻值为5.1KΩ，电阻R9的阻值为750Ω，电阻R10的阻值为750Ω，电阻R11的阻值为1KΩ，电阻R12的阻值为750Ω，电阻R13的阻值为750Ω，电阻R14的阻值为5.1KΩ，电阻R15的阻值为1.7KΩ，电阻R16的阻值为4.7KΩ，电阻R17的阻值为10KΩ，电阻R18的阻值为5KΩ，电阻R19的阻值为1KΩ，电阻R20的阻值为5KΩ，电阻R21的阻值为5KΩ，容C1的电容值为50pF，电容C2的电容值为390pF，C3的电容值为390pF，电容C4的电容值为470pF，电容C5的电容值为2200pF，电容C6的电容值为390pF，电容C7的电容值为470pF，电容C8的电容值为260pF，电容C9的电容值为470pF，二极管D1和二极管D2的型号均为1N4148。

由于湿度传感器采集的信号为微弱的电压信号，因而信号放大单元通过电阻R1-R14、电容C1-C6、二极管D1-D2以及集成运放A1-A3对湿度传感器输出的电压V0进行放大处理，由电阻R1-R14、电容C1-C7、二极管D1-D2以及集成运放A1-A3构成的信号放大单元只有0.5μV/℃的漂移、5μV以内的偏移、100pA偏置电流和0.1Hz到10Hz宽带内50nV的噪声。其中，信号滤波单元使用电阻R15-R21，电容C8-C9以及集成运放A4-A6对经过放大后的电压信号进行低通滤波处理，从而提高了湿度检测的精度。

具体地，中央处理装置1将接收到的农田周边空气以及农田土壤温度数据、农田周边空气以及农田土壤湿度数据、光照数据和二氧化碳浓度数据传输至显示器10进行显示，中央处理装置1将接收到的农田周边空气以及农田土壤温度数据、农田周边空气以及农田土壤湿度数据、光照数据和二氧化碳浓度数据传输至存储器11进行存储，中央处理装置1将接收到的农田周边空气以及农田土壤温度数据、农田周边空气以及农田土壤湿度数据、光照数据和二氧化碳浓度数据传输至用户控制端9。

具体地，电源模块13包括依次连接的太阳能板、电压转换模块以及蓄电池，其中，太阳能板将太阳能转换为电能后传输至电压转换模块，电压转换模块将太阳能板采集的电压转换为直流电压后存储至蓄电池，蓄电池与中央处理装置1的电源端口连接。

具体地，图像处理模块8将处理后的图像传输至中央处理装置1，中央处理装置1将图像传输至显示器10和存储器11，并且，中央处理装置1将图像传输至用户控制端9。

其中，用户控制端9根据接收到的数据信息和图像信息向中央处理装置1传输控制信号，中央处理装置1将控制信号传输至喷灌模块12，喷灌模块12根据控制信号实施喷灌作业。

若工作人员根据接收到的数据判断农田需要灌溉，例如，工作人员通过用户控制端9获知农田土壤湿度低于预设湿度阈值，又例如，工作人员通过用户控制端9获知农作物枯萎等，则工作人员通过用户控制端9通过中央处理装置1中的射频模块向中央处理装置1传输控制信号，中央处理装置1将控制信号传输至喷灌模块12，喷灌模块12根据控制信号实施喷灌作业，直至农田土壤湿度达到预设湿度阈值。

中央处理装置1可根据接收到的数据，控制喷灌模块12分区域进行喷灌作业。

其中，图像采集模块7设置在农田周边，用于采集农作物的图像信息，可实时监测农作物的生长情况，图像采集模块7将采集的图像信息传输至图像处理模块8，图像处理模块8对图像采集模块7采集的农作物图像信息进行处理，可获得清晰的农作物图像信息，有利于研究人员对农作物的生长情况进行研究、分析。

具体地，将图像采集模块7传输至图像处理模块8的农作物图像定义为二维函数f(x,y) ，其中x、y是空间坐标，图像增强单元对图像f(x,y)进行图像亮度增强处理，经过图像亮度增强处理后的图像二维函数为g(x,y)，其中，图像p(x,y)为对图像f(x,y)进行预处理后的图像，其中，

。

图像增强单元对图像g(x,y)进行图像清晰度增强处理，经过图像清晰度增强处理后的图像二维函数为h(x,y)，其中，

。

上述实施方式中，图像去噪单元和图象增强单元的目的是为了改进图像采集模块7采集的图像的质量，除去图象中的噪声，使边缘清晰，提高图象的可判读性。

图像锐化单元对图像h(x,y)进行图像锐化处理，经过图像锐化处理后的图像二维函数为d(x,y)，其中，

。

上述实施方式中，图像锐化单元补偿经过图像增强处理后的图像的轮廓，增强图像的边缘及灰度跳变的部分，使图像变得更加清晰。

图像平滑单元对图像d(x,y)进行图像平滑处理，经过图像平滑处理后的图像二维函数为s(x,y)，平滑函数为q(x,y)，其中，

；

；

其中，﹡为卷积符号，为自定义可调常数，平滑的作用是通过来控制的。

上述实施方式中，图像平滑单元将经过图像锐化处理后的图像亮度进行平缓渐变，减小突变梯度，从而改善图像质量。

图像处理模块8将处理后的图像s(x,y)传输至中央处理装置1，中央处理装置1将图像s(x,y)传输至显示器10和存储器11，并且，中央处理装置1将图像s(x,y)传输至用户控制端9。

经过图像处理后的农作物图像能更加清晰显示被测农作物的图像信息，从而能使研究人员获取更准确的农作物的生长信息。

本发明提供的基于物联网的农业智能管理系统是一种智能化农田管理系统，采用太阳能供电，无需铺设电缆线，安装便捷，其次，采用中央处理装置1对监测系统进行控制，智能化程度高，利用中央处理装置1、湿度监测模块2、信号处理电路3、温度监测模块4、光照监测模块5、CO2监测模块6、图像采集模块7、图像处理模块8、用户控制端9、显示器10、存储器11以及喷灌模块12对农作物生长环境进行监测并根据监测数据进行灌溉，该系统结构简单，设计合理，并通过无线通讯技术，将农业灌溉和远程控制有效的结合，用户控制端9根据其接收到的数据可以控制喷灌模块对农作物进行灌溉，便于农作物的生长，同时可以对农作物的生长状态进行监控。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于物联网的农业智能管理系统，其特征在于，所述基于物联网的农业智能管理系统包括中央处理装置（1）、湿度监测模块（2）、信号处理电路（3）、温度监测模块（4）、光照监测模块（5）、CO2监测模块（6）、图像采集模块（7）、图像处理模块（8）、用户控制端（9）、显示器（10）、存储器（11）以及喷灌模块（12）；

其中，所述湿度监测模块（2）包括若干个湿度传感器，若干个所述湿度传感器分别设置于农田周边以及土壤中，，用于监测农田周边空气以及土壤的湿度数据，湿度传感器的输出端与所述信号处理电路（3）的输入端连接，所述温度监测模块（4）包括若干个温度传感器，若干个所述温度传感器分别设置于农田周边以及土壤中，用于监测农田周边空气以及土壤的温度数据，所述光照监测模块（5）设置于农田周边，所述光照监测模块（5）用于监测农田周边的光照数据，所述CO2监测模块（6）设置于农田周边，所述CO2监测模块（6）用于监测农田周边空气的二氧化碳浓度数据，所述图像采集模块（7）的输出端与所述图像处理模块（8）的输入端连接，所述图像采集模块（7）用于采集农作物的图像信息，所述信号处理电路（3）的输出端、所述温度监测模块（4）的输出端、所述光照监测模块（5）的输出端、所述CO2监测模块（6）的输出端以及所述图像处理模块（8）的输出端均与所述中央处理装置（1）的输入端连接，所述显示器（10）的输入端、所述储存器（11）的输入端以及所述喷灌模块（12）的输入端均与所述中央处理装置（1）的输入端连接，所述中央处理装置（1）与所述用户控制端（9）双向通讯连接，所述基于物联网的农业智能管理系统还包括一电源模块（13），所述电源模块（13）与所述中央处理装置（1）连接，所述电源模块（13）为所述中央处理装置提供工作电压。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的农业智能管理系统，其特征在于，所述图像处理模块（8）包括图像降噪单元、图像增强单元、图像锐化单元以及图像平滑单元；

其中，所述图像采集模块（7）用于采集农作物的图像信息，所述图像采集模块（7）的输出端与所述图像降噪单元的输入端连接，所述图像降噪单元的输出端与所述图像增强单元的输入端连接，所述图像增强单元的输出端与所述图像锐化单元的输入端连接，所述图像锐化单元的输出端与所述图像平滑单元的输入端连接，所述图像平滑单元的输出端与所述中央处理装置（1）的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的基于物联网的农业智能管理系统，其特征在于，所述湿度监测模块（2）包括若干个湿度传感器，若干个所述湿度传感器分别设置于农田周边以及土壤中，所述湿度监测模块（2）用于监测农田周边空气以及农田土壤湿度信号，所述湿度监测模块（2）将采集的湿度信号传输至所述信号处理电路（3）依次进行信号放大和信号滤波处理后传输至所述中央处理装置（1）；

所述温度监测模块（4）包括若干个温度传感器，若干个所述温度传感器分别设置于农田周边以及土壤中，所述温度监测模块（4）用于监测农田周边空气温度数据以及农田土壤温度数据，所述温度监测模块（4）将温度数据传输至所述中央处理装置（1）；

所述光照监测模块（5）设置于农田周边，所述光照监测模块（5）用于监测农田周边的光照数据，所述光照监测模块（5）将所述光照数据传输至所述中央处理装置（1）；

所述CO2监测模块（6）设置于农田周边，所述CO2监测模块（6）用于监测农田周边空气的二氧化碳浓度数据，所述述CO2监测模块（6）将二氧化碳浓度数据传输至所述中央处理装置（1）。

4.根据权利要求3所述的基于物联网的农业智能管理系统，其特征在于，若干个所述湿度传感器分别设置于农田周边以及土壤中，所述湿度传感器用于采集农田周边以及土壤的振湿度信号，将采集的湿度信号转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至所述信号处理电路（3），V1为经过所述信号处理电路（3）处理后的电压信号，所述信号处理电路（3）包括信号放大单元和信号滤波单元，所述湿度传感器的输出端与所述信号放大单元的输入端连接，所述信号放大单元的输出端与所述信号滤波单元的输入端连接，所述信号滤波单元的输出端与所述中央处理装置（1）的ADC端口连接。

5.根据权利要求4所述的基于物联网的农业智能管理系统，其特征在于，所述信号放大单元包括集成运放A1-A3、电阻R1-R14、二极管D1-D2以及电容C1-C7；

其中，所述湿度传感器的输出端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与集成运放A1的反相输入端连接，电阻R1的另一端还与电容C1的一端连接，电阻R2的一端接地，电阻R2的另一端与集成运放A1的同相输入端连接，电容C1的另一端与集成运放A1的输出端连接，电阻R3的一端与-7.5V直流电压连接，电阻R3的另一端与集成运放A1的输出端连接，电阻R3的另一端还与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与集成运放A2的同相输入端连接，电阻R6的一端接地，电阻R6的另一端与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R6的另一端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与二极管D1的负极连接，二极管D1的正极与集成运放A2的输出端连接，二极管D1的负极还与电容C2的一端连接，二极管D2的负极与集成运放A2的输出端连接，二极管D1的负极还与二极管D2的正极连接，电阻R8的一端接地，电阻R8的另一端与电容C2的另一端连接，电阻R8的另一端还与电容C3的一端连接，电阻R7的一端与二极管的负极连接，电阻R7的另一端与电容C3的另一端连接，电阻R7的另一端还与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与电阻R10的一端连接，电阻R9的一端还与电容C4的一端连接，电容C4的另一端与电阻R10的另一端连接，电容C5的一端接地，电容C5的另一端与电阻R9的另一端连接，电阻R10的另一端还与集成运放A3的同相输入端连接，电阻R13的一端接地，电阻R13的另一端与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与集成运放A3的反相输入端连接，电阻R13的另一端与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端电容C6的一端连接，电容C6的一端与电容C7的一端连接，电阻R14的一端接地，电阻R14的另一端与电容C7的一端连接，电阻R14的另一端还与电容C6的另一端连接，电容C7的另一端与集成运放A3的输出端连接。

6.根据权利要求5所述的基于物联网的农业智能管理系统，其特征在于，所述信号滤波单元包括电阻R15-R21、电容C8-C9以及集成运放A4-A6；

其中，所述信号放大单元的输出端与电阻R15的一端连接，电阻R15的另一端与电阻R17的一端并联后与集成运放A4的同相输入端连接，电阻R17的另一端与集成运放A4的输出端连接，电阻R16的一端接地，电阻R16的另一端与电阻R21并联后与集成运放A4的同相输入端连接，电阻R21的另一端与集成运放A4的输出端连接，电阻R17的另一端与集成运放A4的输出端并联后与电阻R18的一端连接，电阻R18的另一端与电容C8的一端并联后与集成运放A5的反相输入端连接，电容C8的另一端与集成运放A5的输出端并联后与电阻R19的一端连接，集成运放A5的同相输入端接地，电阻R19的另一端与电容C9的一端并联后与集成运放A6的反相输入端连接，集成运放A6的同相输入端接地，电容C9的另一端与集成运放A6的输出端连接，电阻R20的一端与集成运放A4的反相输入端连接，电阻R20的另一端与集成运放A6的输出端连接，电阻R21的一端与集成运放A4的同相输入端连接，电阻R21的另一端与集成运放A5的输出端连接，集成运放A6的输出端与所述中央处理装置（1）的ADC端口连接，所述信号处理单元将处理后的电压信号V1传输至所述中央处理装置（1）的ADC端口。

7.根据权利要求3所述的基于物联网的农业智能管理系统，其特征在于，所述中央处理装置（1）将接收到的农田周边空气以及农田土壤温度数据、农田周边空气以及农田土壤湿度数据、光照数据和二氧化碳浓度数据传输至所述显示器（10）进行显示，所述中央处理装置（1）将接收到的农田周边空气以及农田土壤温度数据、农田周边空气以及农田土壤湿度数据、光照数据和二氧化碳浓度数据传输至所述存储器（11）进行存储，所述中央处理装置（1）将接收到的农田周边空气以及农田土壤温度数据、农田周边空气以及农田土壤湿度数据、光照数据和二氧化碳浓度数据传输至所述用户控制端（9）。

8.根据权利要求1所述的基于物联网的农业智能管理系统，其特征在于，所述电源模块（13）包括依次连接的太阳能板、电压转换模块以及蓄电池，其中，所述太阳能板将太阳能转换为电能后传输至所述电压转换模块，所述电压转换模块将所述太阳能板采集的电压转换为直流电压后存储至所述蓄电池，所述蓄电池与中央处理装置（1）的电源端口连接。

9.根据权利要求7所述的基于物联网的农业智能管理系统，其特征在于，所述图像处理模块（8）将处理后的图像传输至所述中央处理装置（1），所述中央处理装置（1）将所述图像传输至所述显示器（10）和所述存储器（11），并且，所述中央处理装置（1）将所述图像传输至所述用户控制端（9）；

其中，所述用户控制端（9）根据接收到的数据信息和图像信息向所述中央处理装置（1）传输控制信号，所述中央处理装置（1）将所述控制信号传输至所述喷灌模块（12），所述喷灌模块（12）根据所述控制信号实施喷灌作业。

10.根据权利要求2所述的基于物联网的农业智能管理系统，其特征在于，将所述图像采集模块（7）传输至所述图像处理模块（8）的农作物图像定义为二维函数f(x,y) ，其中x、y是空间坐标，所述图像增强单元对图像f(x,y)进行图像亮度增强处理，经过图像亮度增强处理后的图像二维函数为g(x,y)，其中，图像p(x,y)为对图像f(x,y)进行预处理后的图像，其中，

；

所述图像增强单元对图像g(x,y)进行图像清晰度增强处理，经过图像清晰度增强处理后的图像二维函数为h(x,y)，其中，

；

所述图像锐化单元对图像h(x,y)进行图像锐化处理，经过图像锐化处理后的图像二维函数为d(x,y)，其中，

；

所述图像平滑单元对图像d(x,y)进行图像平滑处理，经过图像平滑处理后的图像二维函数为s(x,y)，平滑函数为q(x,y)，其中，

；

；

其中，﹡为卷积符号，为自定义可调常数，平滑的作用是通过来控制的；

所述图像处理模块（8）将处理后的图像s(x,y)传输至所述中央处理装置（1），所述中央处理装置（1）将所述图像s(x,y)传输至所述显示器（10）和所述存储器（11），并且，所述中央处理装置（1）将所述图像s(x,y)传输至所述用户控制端（9）。