CN109976275A - 一种用于智慧农业的环境数据无线监测系统及其工作方法 - Google Patents

一种用于智慧农业的环境数据无线监测系统及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及智慧农业物联网技术领域，公开了一种用于智慧农业的环境数据无线监测系统及其工作方法。通过本发明创造，一方面利用由传感器终端、基站和后台服务器构成的远程通信链路，可以实现种植园圃周围环境记录数据的集中采集和远程上传目的，另一方面在传感器终端侧利用由微控制电路单元、功放供电控制电路单元和半双工收发功放电路及天线单元构成的节能控制通路，可以在休眠时对所述半双工收发功放电路及天线单元进行下电节能操作，从而可以周期性或间隙性地启动收发消息，实现终端电池节能以及延迟续航能力的目的，使整个所述环境数据无线监测系统及传感器终端更加适用于智慧农业场景中。

Description

一种用于智慧农业的环境数据无线监测系统及其工作方法
技术领域
本发明属于智慧农业物联网技术领域，具体涉及一种用于智慧农业的环境数据无线监测系统及其工作方法。
背景技术
智慧农业是物联网技术在现代农业领域的高级应用，即运用传感器和软件进行远程监测，并通过移动平台或者电脑平台对农业生产进行控制，使传统农业更具有"智慧"。除了精准感知、控制与决策管理外，从广泛意义上讲，智慧农业还包括农业电子商务、食品溯源防伪、农业休闲旅游、农业信息服务等方面的内容。目前的智慧农业物联网技术主要包括有如下几个功能系统。
(1)监控功能系统:根据无线网络获取的植物生长环境信息，如监测土壤水分、土壤温度、空气温度、空气湿度、光照强度、植物养分含量等参数(其它参数也可以选配，如土壤中的PH值和电导率等等)。信息收集、负责接收无线传感汇聚节点发来的数据、存储、显示和数据管理，实现所有基地测试点信息的获取、管理、动态显示和分析处理，以直观的图表和曲线的方式显示给用户，并根据以上各类信息的反馈对农业园区进行自动灌溉、自动降温、自动卷模、自动进行液体肥料施肥和自动喷药等自动控制行为。
(2)监测功能系统:在农业园区内实现自动信息检测与控制，通过配备无线传感节点，太阳能供电系统、信息采集和信息路由设备配备无线传感传输系统，每个基点配置无线传感节点，每个无线传感节点可监测土壤水分、土壤温度、空气温度、空气湿度、光照强度、植物养分含量等参数。以及根据种植作物的需求提供各种声光报警信息和短信报警信息。
(3)实时图像与视频监控功能系统:农业物联网的基本概念是实现农业上作物与环境、土壤及肥力间的物物相联的关系网络，通过多维信息与多层次处理实现农作物的最佳生长环境调理及施肥管理。但是作为管理农业生产的人员而言，仅仅数值化的物物相联并不能完全营造作物最佳生长条件。视频与图像监控为物与物之间的关联提供了更直观的表达方式。比如:哪块地缺水了，在物联网单层数据上看仅仅能看到水分数据偏低，应该灌溉到什么程度，而不能死搬硬套地仅仅根据这一个数据来做决策。因为农业生产环境的不均匀性决定了农业信息获取上的先天性弊端，而很难从单纯的技术手段上进行突破。视频监控的引用，直观地反映了农作物生产的实时状态，引入视频图像与图像处理，既可直观反映一些作物的生长长势，也可以侧面反映出作物生长的整体状态及营养水平，从而可以从整体上给农户提供更加科学的种植决策理论依据。
在上述几大功能系统中，用于完成各种现场数据采集和上传的传感器终端是必不可少的关键设备之一，但是这些传感器终端一般需野外离散布置，为了避免供电及通信走线的麻烦，通常采用电池供电并利用无线物联网络进行数据上传，同时远端监测后台一般靠近定居点布置(例如农场或城镇的办公楼)，距离农业现场可能达数十公里之远，因此必然存在传感器终端节能和传感数据集中采集以及远传的需求，有必要设计一款既能延长终端电池续航能力又能实现传感数据集中采集以及远传的新型环境数据无线监测系统。
发明内容
为了解决现有无线监测系统在终端电池节能和传感数据集中采集以及远传等方面的需求，本发明目的在于提供一种用于智慧农业的环境数据无线监测系统及其工作方法。
本发明所采用的技术方案为：
一种用于智慧农业的环境数据无线监测系统，包括后台服务器、基站和若干用于布置在种植园圃内的传感器终端，其中，所述后台服务器可无线通信连接所述基站，所述基站可无线通信连接所述传感器终端，所述基站用于盘点获取来自所述传感器终端的终端唯一标识信息和环境记录数据，并将所述终端唯一标识信息和所述环境记录数据绑定上传至所述后台服务器；
所述传感器终端包括微控制电路单元、无线收发电路单元、半双工收发功放电路及天线单元、功放供电控制电路单元和若干环境传感器，其中，所述环境传感器包括土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤酸碱度传感器、光强传感器、空气温湿度传感器、二氧化碳传感器和PM2.5传感器中的任意一种或它们的任意组合；
所述微控制电路单元、所述无线收发电路单元和所述半双工收发功放电路及天线单元依次通信连接，所述微控制电路单元的功放使能输出端电连接所述功放供电控制电路单元的受控端，所述功放供电控制电路单元的供电输出端电连接所述半双工收发功放电路及天线单元的供电接入端，所述环境传感器的输出端电连接所述微控制电路单元的第一输入端。
优化的，还包括有用于布置在种植现场的显示终端，其中，所述显示终端自带有太阳能电池板且可无线通信连接所述基站。
优化的，还包括有集中管理器和中继器，其中，所述集中管理器和所述中继器分别为半双工收发无线设备；
所述后台服务器可通过由所述集中管理器和若干所述中继器构成的无线通信链路通信连接所述基站。
本发明所采用的另一种技术方案为：
一种如前所述用于智慧农业的环境数据无线监测系统的工作方法，包括：
(1)传感器终端包括有休眠模式和觉醒模式；
所述休眠模式包括步骤如下：
S101.在确定进入休眠模式后，微控制电路单元和无线收发电路单元进入节能工作状态，同时由微控制电路单元控制在功放使能输出端输出第一电平信号，使所述功放供电控制电路单元的供电输出端输出低电平电压，所述半双工收发功放电路及天线单元下电停工；
所述觉醒模式包括步骤如下：
S201.在确定进入觉醒模式后，微控制电路单元和无线收发电路单元进入正常工作状态，同时由微控制电路单元读取并存储来自环境传感器的环境记录数据，由微控制电路单元控制在功放使能输出端输出第二电平信号，使所述功放供电控制电路单元的供电输出端输出高电平电压，所述半双工收发功放电路及天线单元上电工作，其中，所述环境记录数据包括土壤温度数据、土壤湿度数据、土壤酸碱度数据、光强数据、空气温湿度数据、二氧化碳含量数据和PM2.5含量数据中的任意一种或它们的任意组合；
S202.由微控制电路单元通过无线收发电路单元控制所述半双工收发功放电路及天线单元进入单工接收状态：若在唤醒信道上按期收到来自基站的终端唤醒消息，则依次执行步骤S203～S205，否则确定进入休眠模式；
S203.将本地存储的终端唯一标识信息和环境记录数据打包到数据上传消息中；
S204.由微控制电路单元通过无线收发电路单元控制所述半双工收发功放电路及天线单元进入单工发射状态：在数据信道上通过信道竞争机制向基站发送所述数据上传消息；
S205.由微控制电路单元通过无线收发电路单元控制所述半双工收发功放电路及天线单元进入单工接收状态：若在确认信道上未按期收到与所述数据上传消息对应的数据上传确认消息，则判定发送失败，然后返回步骤S204重新发送所述数据上传消息，直到所述数据上传消息的重发次数达到最大重传次数,最后确定进入休眠模式，否则判定发送成功，直接确定进入休眠模式；
(2)基站在无线接收到来自后台服务器的终端盘点启动消息后，进入终端盘点模式：在唤醒信道上无线发送所述终端唤醒消息，并通过侦听数据信道接收来自传感器终端的数据上传消息，以及在确认信道上向传感器终端反馈与数据上传消息对应的数据上传确认消息，最后将数据上传消息中的终端唯一标识信息和环境记录数据绑定上传至后台服务器；
(3)后台服务器在无线接收并绑定存储终端唯一标识信息和环境记录数据后，根据环境记录数据确定与终端唯一标识信息对应的种植园圃的当前环境状况。
优化的，若所述数据上传确认消息包含有临时休眠时长信息，则传感器终端在无线收到所述数据上传确认消息后，由微控制电路单元根据所述临时休眠时长信息确定进入临时性的休眠模式。
进一步优化的，基站在进入终端盘点模式后，还周期性地统计数据信道上的消息丢包率，然后根据消息丢包率与正在上传终端数目的映射关系，获取正在上传终端的预估数目，再然后根据该预估数目估算所有正在上传终端完成上传任务的剩余上传时长，最后根据该剩余上传时长设置所述临时休眠时长信息。
优化的，基站在进入终端盘点模式后，还周期性地统计数据信道上的消息丢包率，然后根据消息丢包率与正在上传终端数目的映射关系，获取正在上传终端的预估数目，最后在发送终端唤醒消息或数据上传确认消息前，将该预估数目添加到待发送的终端唤醒消息或数据上传确认消息中；
传感器终端在进入单工接收状态后，若收到包含有正在上传终端预估数目的终端唤醒消息或与所述数据上传消息不对应的数据上传确认消息，则由微控制电路单元根据该正在上传终端预估数目更新设置通过信道竞争机制发送所述数据上传消息的退避时间。
优化的，在所述步骤S202中，若所述终端唤醒消息为广播消息，则所述终端唤醒消息还包含有源地址无效位和/或广播地址无效位，其中，所述源地址无效位用于指示在所述终端唤醒消息中不存在源地址信息，所述广播地址无效位用于指示在所述终端唤醒消息中不存在广播地址信息，所述源地址信息用于指示所述终端唤醒消息的发送者身份，所述广播地址信息用于指示所述终端唤醒消息的接收者身份。
优化的，若所述终端盘点启动消息包含有数据返回指示信息，则当所述数据返回指示信息指示为数据直接返回时，由基站周期性地将最新收到的终端唯一标识信息和环境记录数据绑定上传至后台服务器，而当所述数据返回指示信息指示为数据读取返回时，基站在收到来自后台服务器的数据读取请求消息后，将缓存收到的终端唯一标识信息和环境记录数据绑定上传至后台服务器。
优化的，在所述步骤S201中，微控制电路单元按照轮询方式依次获取各个环境传感器的环境记录数据，并按照如下统一格式存储不同的环境记录数据：传感器分类字段、传感器参数字段、传感器制造商字段、传感器描述字段、传感器数据净荷字段、传感器数据有效位字段、终端唯一标识字段和传感器采集数据字段的任意顺序组合。
本发明的有益效果为：
(1)本发明创造提供了一种既能延长终端电池续航能力又能实现传感数据集中采集以及远传的新型环境数据无线监测系统，一方面利用由传感器终端、基站和后台服务器构成的远程通信链路，可以实现种植园圃周围环境记录数据的集中采集和远程上传目的，另一方面在传感器终端侧利用由微控制电路单元、功放供电控制电路单元和半双工收发功放电路及天线单元构成的节能控制通路，可以在休眠时对所述半双工收发功放电路及天线单元进行下电节能操作，从而可以周期性或间隙性地启动收发消息，实现终端电池节能以及延迟续航能力的目的，使整个所述环境数据无线监测系统及传感器终端更加适用于智慧农业场景中；
(2)通过在传感器终端侧采用包含休眠模式和觉醒模式的工作方法，可以进一步促使传感器终端在完成数据采集和上传过程中，充分利用各种非必要觉醒时隙来进行休眠节能，达成最佳的节能目的；
(3)在传感器终端侧的工作方法中，通过应用口令校验机制和信息加密机制，可以避免被骗取环境记录数据，实现在数据上传过程中保障信息安全的目的；
(4)可以实现环境记录数据从现场采集到后台存储处理的完整过程，使基站和后台服务器能够快速获取环境记录数据和确定种植园圃的当前环境状况，保障了环境数据无线监测的及时性，进一步利于现有农业的智慧化；
(5)所述传感器终端还具有收发状态可指示、供电情况可监测、电路结构简单和易于产品实现等优点，便于实际推广和应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的环境数据无线监测系统的系统结构框图。
图2是本发明提供的在传感器终端中微控制电路单元和收发状态指示电路单元的电路图。
图3是本发明提供的在传感器终端中无线收发电路单元的电路图。
图4是本发明提供的在传感器终端中半双工收发功放电路及天线单元和功放供电控制电路单元的电路图。
图5是本发明提供的在传感器终端中工作供电电路单元和工作电压检测电路单元的电路图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。
应当理解，尽管本文可以使用术语第一、第二等等来描述各种单元，这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。
应当理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
应当理解，当将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，当将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，不存在中间单元。应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在……之间”对“直接在……之间”,“相邻”对“直接相邻”等等)。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并不意在限制本发明的示例实施例。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解术语“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”在本文中使用时,指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性,并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。
还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如,取决于所涉及的功能/动作,实际上可以实质上并发地执行,或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。
在下面的描述中提供了特定的细节,以便于对示例实施例的完全理解。然而,本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以不必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。
实施例一
如图1～5所示，本实施例提供的所述用于智慧农业的环境数据无线监测系统，包括后台服务器、基站和若干用于布置在种植园圃内的传感器终端，其中，所述后台服务器可无线通信连接所述基站，所述基站可无线通信连接所述传感器终端，所述基站用于盘点获取来自所述传感器终端的终端唯一标识信息和环境记录数据，并将所述终端唯一标识信息和所述环境记录数据绑定上传至所述后台服务器；所述传感器终端包括微控制电路单元、无线收发电路单元、半双工收发功放电路及天线单元、功放供电控制电路单元和若干环境传感器，其中，所述环境传感器可以但不限于包括土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤酸碱度传感器、光强传感器、空气温湿度传感器、二氧化碳传感器和PM2.5传感器等中的任意一种或它们的任意组合；所述微控制电路单元、所述无线收发电路单元和所述半双工收发功放电路及天线单元依次通信连接，所述微控制电路单元的功放使能输出端PAEN电连接所述功放供电控制电路单元的受控端，所述功放供电控制电路单元的供电输出端VPA电连接所述半双工收发功放电路及天线单元的供电接入端，所述环境传感器的输出端IOT1～2电连接所述微控制电路单元的第一输入端。
如图1所示，在所述环境数据无线监测系统的具体结构中，所述传感器终端用于采集处于种植园圃周围的环境记录数据(包括但不限于土壤温度数据、土壤湿度数据、土壤酸碱度数据、光强数据、空气温湿度数据、二氧化碳含量数据和PM2.5含量数据等中的任意一种或它们的任意组合)；所述基站用于作为中间节点，一方面唤醒处于间隙性休眠状态的传感器终端，并盘点获取由传感器终端上传的终端唯一标识信息和环境记录数据，另一方面通过无线通信方式将前述终端唯一标识信息和环境记录数据绑定上传给后台服务器。所述后台服务器用于汇聚所有传感器终端所采集到环境记录数据，并予以数据存储和/或数据展示，还可以基于现有逻辑判断规则对环境记录数据进行现场环境分析，以便确定各块种植园圃的当前环境状况是否出现异常，进而实现监测预警或现场干预的目的，例如在发现某块种植园圃的当前环境状况出现干燥情况，可以发出警报信号或自动地远程控制供水系统进行浇水。此外，当所述基站为无线通信节点时，为了有效延展其与后台服务器的通信距离，所述环境数据无线监测系统还包括有集中管理器和中继器，其中，所述集中管理器和所述中继器分别为半双工收发无线设备；所述后台服务器可通过由所述集中管理器和若干所述中继器构成的无线通信链路通信连接所述基站。所述中继器用于作为所述基站与所述集中管理器之间的中继节点，所述集中管理器用于在汇聚所有传感器终端所采集到的环境记录数据后，定期地将收到的所有环境记录数据传送给所述后台服务器。
如图1所示，在所述传感器终端的具体结构中，所述微控制电路单元用于控制终端进行在休眠模式与觉醒模式之间的相互切换：(1)在确定进入休眠模式时，控制本单元和所述无线收发电路单元进入节能工作状态，同时控制在功放使能输出端PAEN输出第一电平信号(例如低电平信号)，使所述功放供电控制电路单元的供电输出端VPA输出低电平电压，进而使所述半双工收发功放电路及天线单元下电停工；(2)在确定进入觉醒模式时，控制本单元和所述无线收发电路单元进入正常工作状态，然后读取并存储来自环境传感器的环境记录数据，同时控制在功放使能输出端PAEN输出第二电平信号(例如高电平触发信号)，使所述功放供电控制电路单元的供电输出端VPA输出高电平电压，进而使所述半双工收发功放电路及天线单元上电工作，然后在通过所述半双工收发功放电路及天线单元和所述无线收发电路单元接收到来自所述基站的终端唤醒消息后，将本地存储的终端唯一标识信息和环境记录数据打包到数据上传消息中，最后通过所述无线收发电路单元和所述半双工收发功放电路及天线单元将所述数据上传消息传送给所述基站，实现传感数据采集和上传目的。如图2所示，具体的，所述微控制电路单元可以但不限于采用型号为STM8L052C6TC的微控制器芯片U1及其外围电路。
所述无线收发电路单元用于在所述微控制电路单元的控制下进行节能工作状态与正常工作状态之间的相互切换，其中，在正常工作状态时根据所述微控制电路单元的指示，控制所述半双工收发功放电路及天线单元进行单工接收状态与单工发射状态之间的切换，并在单工接收状态时，对通过所述半双工收发功放电路及天线单元接收到的模拟电信号进行相应模数处理(例如进行解调、解码和消息校验等处理)，然后将处理得到的数字信息传送至所述微控制电路单元，以及在单工发射状态时，对来自所述微控制电路单元的反馈信息进行相应数模处理(例如进行打包、编码和调制等处理)，然后将处理得到的模拟信号送至所述半双工收发功放电路及天线单元进行无线发射。如图3所示，具体的，所述无线收发电路单元可以但不限于采用型号为CY693940LFXC的无线收发器芯片U2及其外围电路。
所述半双工收发功放电路及天线单元用于在上电工作时且在所述无线收发电路单元的控制下进行单工接收状态与单工发射状态之间的切换，以便与所述基站进行半双工通信。如图4所示，具体的，所述半双工收发功放电路及天线单元可以但不限于采用型号为SE2611 T的功放芯片U3和型号为SN74LVC1G04DBVT的单路反向器U4且包括有第六电容C40和第七电容C41，其中，所述功放芯片U3的LEN引脚和CRX引脚分别电连接所述单路反向器U4的Y引脚，所述功放芯片U3的PEN引脚和CTX引脚以及所述单路反向器U4的A引脚分别电连接所述无线收发电路单元的半双工收发切换端TX，所述功放芯片U3的TX引脚在串联所述第六电容C40后电连接所述无线收发电路单元的射频信号连接端RFIN，所述功放芯片U3的RX引脚在串联所述第六电容C40后电连接所述无线收发电路单元的射频信号连接端RFIN。结合所述功放芯片U3和所述单路反向器U4的芯片手册可知，所述单路反向器U4的A引脚(作为所述单路反向器U4的输入引脚)用于输入来自所述半双工收发切换端TX的切换电平，然后通过所述单路反向器U4的Y引脚(作为所述单路反向器U4的输出引脚)输出相反电平给所述功放芯片U3的LEN引脚(LNA enable,低噪声放大器使能引脚)和CRX引脚(WLAN receiveantenna switch control,无线局域网接收天线切换控制引脚)，由此使得所述LEN引脚和所述CRX引脚与所述PEN引脚(Power amplifier enable,功率放大器使能端)和所述CTX引脚(WLAN transmit antenna switch control,无线局域网发射天线切换控制引脚)的输入电平始终不同，即在所述LEN引脚和所述CRX引脚输入有效电平信号(例如高电平信号)时，所述PEN引脚和所述CTX引脚会输入无效电平信号(例如低电平信号)，使所述功放芯片U3进入单工接收状态，而在所述LEN引脚和所述CRX引脚输入无效电平信号(例如低电平信号)时，所述PEN引脚和所述CTX引脚会输入有效电平信号(例如高电平信号)，使所述功放芯片U3进入单工发射状态，进而可以实现在所述无线收发电路单元的控制下进行单工接收状态与单工发射状态之间的切换目的。另外，所述功放芯片U3的TX引脚(WLAN transmit port,无线局域网发射端)和RX引脚(WLAN receive port,无线局域网接收端)分别作为反馈信号的输入端和接收信号的输出端，通信连接所述无线收发电路单元的射频信号连接端RFIN，实现不同信号的传输目的。
所述功放供电控制电路单元用于在所述微控制电路单元的控制下输出不同的电平电压，以便完成对所述半双工收发功放电路及天线单元的上电或下电操作，进而配合相应的觉醒模式或休眠模式。如图4所示，具体的，所述功放供电控制电路单元可以但不限于采用型号为MCP1824T-3302e/OT的低压差线性稳压芯片U5且包括有第三电容Cap4、第四电容C13、第五电容C14和第二电阻R5，其中，所述低压差线性稳压芯片U5的引脚(Shutdown pin,关闭引脚)作为所述功放供电控制电路单元的受控端电连接所述微控制电路单元的功放使能输出端PAEN(Power amplifier enable)，所述低压差线性稳压芯片U5的VIN引脚(即输入引脚)分别电连接电池供电接入端VBT、所述第三电容Cap4的一端和所述第四电容C13的一端，所述低压差线性稳压芯片U5的GND引脚(即接地引脚)、所述第三电容Cap4的另一端和所述第四电容C13的另一端分别接地，所述低压差线性稳压芯片U5的VOUT引脚(即输出引脚)分别电连接所述功放供电控制电路单元的供电输出端VPA、所述第五电容C14的一端和所述第二电阻R5的一端，所述低压差线性稳压芯片U5的PWRGD引脚电连接所述第二电阻R5的另一端，所述第五电容C14的另一端接地。结合所述低压差线性稳压芯片U5的芯片手册可知，在所述低压差线性稳压芯片U5的引脚输入低电平信号时，可在所述VOUT引脚处输出低电平电压，中断向所述半双工收发功放电路及天线单元供电，而在所述低压差线性稳压芯片U5的引脚输入高电平信号时，可在所述VOUT引脚处输出高电平电压，启动向所述半双工收发功放电路及天线单元供电，从而可以完成对所述半双工收发功放电路及天线单元的上电或下电操作，同时还具有操作延迟时间短的优点。
此外，所述传感器终端还应当包括有蓄电池单元，以便为所述微控制电路单元、所述无线收发电路单元、所述半双工收发功放电路及天线单元和所述功放供电控制电路单元等提供电能支持，其中，所述蓄电池单元可以但不限于为锂电池或其它电池。
由此通过前述对环境数据无线监测系统及传感器终端的详细描述，一方面利用由传感器终端、基站和后台服务器构成的远程通信链路，可以实现种植园圃周围环境记录数据的集中采集和远程上传目的，另一方面在传感器终端侧利用由微控制电路单元、功放供电控制电路单元和半双工收发功放电路及天线单元构成的节能控制通路，可以在休眠时对所述半双工收发功放电路及天线单元进行下电节能操作，从而可以周期性或间隙性地启动收发消息，实现终端电池节能以及延迟续航能力的目的，使整个所述环境数据无线监测系统及传感器终端更加适用于智慧农业场景中。
为了进一步实现终端电池节能目的，前述用于智慧农业的环境数据无线监测系统的工作方法，还可以包括如下所示的传感器终端、基站和后台服务器的具体工作方法。
(1)所述传感器终端的具体工作方法，包括有休眠模式和觉醒模式，其中，所述休眠模式可以但不限于包括步骤如下S101：
S101.在确定进入休眠模式后，微控制电路单元和无线收发电路单元进入节能工作状态，同时由微控制电路单元控制在功放使能输出端PAEN输出第一电平信号，使所述功放供电控制电路单元的供电输出端VPA输出低电平电压，所述半双工收发功放电路及天线单元下电停工。
在所述步骤S101中，是否进入休眠模式由所述微控制电路单元根据实际情况决定，一旦进入休眠模式，所述微控制电路单元和所述无线收发电路单元都将以最节能状态维持最基本的工作，例如计时工作等，同时所述半双工收发功放电路及天线单元将下电而无能耗损失，如此可在休眠阶段节省大量的电能。
另外，所述觉醒模式可以但不限于包括步骤如下S201～S205。
S201.在确定进入觉醒模式后，微控制电路单元和无线收发电路单元进入正常工作状态，同时由微控制电路单元读取并存储来自环境传感器的环境记录数据，由微控制电路单元控制在功放使能输出端PAEN输出第二电平信号，使所述功放供电控制电路单元的供电输出端VPA输出高电平电压，所述半双工收发功放电路及天线单元上电工作，其中，所述环境记录数据可以但不限于包括土壤温度数据、土壤湿度数据、土壤酸碱度数据、光强数据、空气温湿度数据、二氧化碳含量数据和PM2.5含量数据等中的任意一种或它们的任意组合。
在所述步骤S201中，是否进入觉醒模式由所述微控制电路单元根据实际情况决定，一旦进入觉醒模式，所述微控制电路单元和所述无线收发电路单元都将恢复正常工作，然后读取并存储来自环境传感器的环境记录数据，同时所述半双工收发功放电路及天线单元将上电，准备随时接收或发射空口消息。考虑所述传感器终端可能配置有多个不同类型的环境传感器，为了兼容不同数据格式的环境记录数据，以方便后续进行集中式的数据存储、上传、展示和读取分析等，优化的，所述微控制电路单元按照轮询方式依次获取各个环境传感器的环境记录数据，并可以但不限于按照如下统一格式存储不同的环境记录数据：传感器分类字段、传感器参数字段、传感器制造商字段、传感器描述字段、传感器数据净荷字段、传感器数据有效位字段、终端唯一标识字段和传感器采集数据字段等的任意顺序组合，其中，所述传感器分类字段用于记录对应环境传感器的类型，所述传感器参数字段用于记录对应环境传感器的配置参数，所述传感器制造商字段用于记录对应环境传感器的制造商信息，所述传感器描述字段用于记录对应环境传感器的功能描述信息，所述传感器数据净荷字段用于记录对应环境传感器的采集数据长度，所述传感器数据有效位字段用于记录对应环境传感器的采集数据起始位信息和/或末位信息，所述终端唯一标识字段用于记录对应环境传感器的所属传感器终端的唯一标识信息，所述传感器采集数据字段用于记录对应环境传感器的采集数据内容。
S202.由微控制电路单元通过无线收发电路单元控制所述半双工收发功放电路及天线单元进入单工接收状态：若在唤醒信道上按期收到来自基站的终端唤醒消息，则依次执行步骤S203～S205，否则确定进入休眠模式。
在所述步骤S202中，所述终端唤醒消息为来自所述基站的且用于唤醒间隙性休眠终端(即本实施例中的传感器终端)的专用空口消息，为了提高终端唤醒概率，可优选通过如下方式进行发送：在唤醒信道上且在第一时段内连续性地周期发送多个所述终端唤醒消息，其中，所述终端唤醒消息包含有第一时段时长信息和当前消息发送时钟信息，所述第一时段时长信息用于指示所述第一时段的时长t，所述当前消息发送时钟信息用于指示从第一时段的起始时刻起至当前消息发送时刻的时间戳tx。通过前述信息配置，可以使间隙性休眠终端在获取所述第一时段时长信息和所述当前消息发送时钟信息后，知道本轮所述终端唤醒消息的发送结束时间，进而可以设置一个较长的临时休眠时间(即t-tx)来进行定时休眠(即进入短暂的休眠模式)，直接睡到发送结束后再醒来(即再次进入觉醒模式)，从而利于终端节能。此外，所述唤醒信道为空口中专用于发射终端唤醒相关消息(包括但不限于所述终端唤醒消息)的专用信道。
详细优化的，所述第一时段的时长t大于间隙性休眠终端的睡眠周期T，所述睡眠周期T包括间隙性休眠终端的周期休眠时长Tsleep和周期觉醒时长Twake，所述终端唤醒消息的发送周期小于无线终端的周期觉醒时长Twake。通过前述时长设置，可以确保间隙性休眠终端在任何一个睡眠周期的觉醒时长内能够完整收到所述终端唤醒消息，杜绝出现唤醒遗漏。举例的，若所述周期觉醒时长Twake为100ms，所述周期休眠时长Tsleep为3900ms，则间隙性休眠终端的睡眠周期为4秒，所述发送周期可设计为60ms(假设所述终端唤醒消息的发送时长为50ms，预留10ms的时隙间距)，所述第一时段的时长可设计为4020ms，即可连续发送67次所述终端唤醒消息。
详细优化的，若要唤醒所有的间隙性休眠终端，所述终端唤醒消息可设计为广播消息，此时对于间隙性休眠终端而言，可以不必知道所述终端唤醒消息的发送者身份和/或接收者身份，因此所述终端唤醒消息还可包含有源地址无效位和/或广播地址无效位，其中，所述源地址无效位用于指示在所述终端唤醒消息中不存在源地址信息，所述广播地址无效位用于指示在所述终端唤醒消息中不存在广播地址信息，所述源地址信息用于指示所述终端唤醒消息的发送者身份，所述广播地址信息用于指示所述终端唤醒消息的接收者身份。通过前述终端唤醒消息的地址缺省配置，可以有效缩短消息长度(一般可缩短4字节或8字节)和发送时长，不但利于消息发送者节能，提高信道利用率，还可以有效缩短间隙性休眠终端的周期觉醒时长，进一步利于终端节能。
S203.将本地存储的终端唯一标识信息和环境记录数据打包到数据上传消息中。
在所述步骤S203之前，为了校验基站是否合法，防止出现“伪基站”问题，以及避免被骗取环境记录数据，在本实施例中，优化的，所述终端唤醒消息还将包含有口令验证选择信息和口令信息，如此微控制电路单元在数据打包前：还需先根据所述口令验证选择信息在本地存储区中查找预存的对应口令内容，然后判断查找到的口令内容是否与所述口令信息一致，若一致则许可数据打包，否则拒绝数据打包，其中，所述口令验证选择信息用于指示与所述口令信息对应的口令唯一标识。由于所述口令验证选择信息与口令内容的对应关系提前预置在合法的传感器终端中，并与提前预置在合法基站中的所述口令验证选择信息与所述口令信息的对应关系一致，而前述对应关系没有预置在“伪基站”中，因此所述传感器终端可以自行根据口令内容与口令信息的校验结果确定发起唤醒动作的基站是否合法，并仅在确认合法时才允许数据打包和上传，由此可以有效规避“伪基站”发送非法获取环境记录数据的安全风险，实现在数据上传过程中保障信息安全的目的。
进一步优化的，为了进一步确保所述口令验证选择信息和/或所述口令信息的传输安全，防止被其他“黑客”站点空中截取，因此有必要对前述重要信息进行加密保护，因此在本实施例中，还使所述口令验证选择信息和/或所述口令信息在所述终端唤醒消息中被加密，且使所述终端唤醒消息还包含有加密算法选择信息/和加密密钥选择信息，如此所述微控制电路单元还需按照如下方式解密获取所述口令验证选择信息和/或所述口令信息：先根据所述加密算法选择信息在本地存储区中查找预存的对应解密算法/和根据所述加密密钥选择信息在本地存储区中查找预存的对应解密密钥，然后使用查找到的解密算法/和解密密钥解密获取所述口令验证选择信息和/或所述口令信息，其中，所述加密算法选择信息用于指示在加密所述口令验证选择信息和/或所述口令信息的过程中所采用加密算法的算法唯一标识，所述加密密钥选择信息用于指示在加密所述口令验证选择信息和/或所述口令信息的过程中所采用加密密钥的密钥唯一标识。其中，所述加密算法选择信息与解密算法的对应关系提前预置在传感器终端中，并与提前预置在合法基站中的所述加密算法选择信息与加密算法的对应关系一致；所述加密密钥选择信息与解密密钥的对应关系提前预置在传感器终端中，并与提前预置在合法基站中的所述加密密钥选择信息与加密密钥的对应关系一致。由于“黑客”设备不能提前预知前述对应关系，因此很难破解得到所述口令验证选择信息和/或所述口令信息，可以进一步提升信息安全性。
在所述步骤S203之前，优化的，当所述终端唤醒消息还包含有上传任务唯一标识和第二临时休眠时长信息，则在侦听收到所述终端唤醒消息后，若根据所述上传任务唯一标识发现已完成相应数据上传任务，则根据所述第二临时休眠时长信息确定进入定时的休眠模式。如此可不再执行后续步骤S203～S205，避免重复数据上传，以及实现及时休眠，进一步利于终端节能。
S204.由微控制电路单元通过无线收发电路单元控制所述半双工收发功放电路及天线单元进入单工发射状态：在数据信道上通过信道竞争机制向基站发送所述数据上传消息。
在所述步骤S204中，所述数据信道为空口中专用于发射传感数据相关消息(包括但不限于所述数据上传消息)的专用信道，其与所述唤醒信道可以相同，也可以不同。
S205.由微控制电路单元通过无线收发电路单元控制所述半双工收发功放电路及天线单元进入单工接收状态：若在确认信道上未按期收到与所述数据上传消息对应的数据上传确认消息，则判定发送失败，然后返回步骤S204重新发送所述数据上传消息，直到所述数据上传消息的重发次数达到最大重传次数,最后确定进入休眠模式，否则判定发送成功，直接确定进入休眠模式。
在所述步骤S205中，所述确认信道为空口中专用于发射传输确认相关消息(包括但不限于所述数据上传确认消息)的专用信道，其与所述唤醒信道或所述数据信道可以相同，也可以不同。另外优化的，若所述数据上传确认消息包含有临时休眠时长信息，则传感器终端在无线收到所述数据上传确认消息后，由微控制电路单元根据所述临时休眠时长信息确定进入临时性的休眠模式。由于传感器终端是通过信道竞争机制发送所述数据上传消息，因此存在因碰撞风险等而导致接收失败的现象，因此有必要告知终端是否接收成功，并在告知接收成功时，可以通过所述临时休眠时长信息的配置，告知已完成数据上传的传感器终端可立即进入休眠模式的时长，具体时长可以但不限于根据完成盘点所有正在上传终端的预估时长来设置，从而对于已盘点终端而言，由于在预设时段(该时段用于完成对其它未盘点终端的盘点任务)内无需再次唤醒并反馈环境记录数据，因此不但可在空口减少大量的数据上传消息，实现减少消息碰撞概率的目的，快速完成所有传感器终端的数据上传任务，还可使传感器终端进入一个较长的休眠状态，避免消耗不必要能量，最终利于终端节能及延长续航时间。
由此通过前述休眠模式和觉醒模式的详细步骤，可以进一步促使传感器终端在完成数据采集和上传过程中，充分利用各种非必要觉醒时隙来进行休眠节能，达成最佳的节能目的。此外，通过应用口令校验机制和信息加密机制，可以避免被骗取环境记录数据，实现在数据上传过程中保障信息安全的目的。
(2)所述基站的具体工作方法，可以但不限于包括：在无线接收到来自后台服务器的终端盘点启动消息后，进入终端盘点模式：在唤醒信道上无线发送所述终端唤醒消息，并通过侦听数据信道接收来自传感器终端的数据上传消息，以及在确认信道上向传感器终端反馈与数据上传消息对应的数据上传确认消息，最后将数据上传消息中的终端唯一标识信息和环境记录数据绑定上传至后台服务器。
所述终端盘点启动消息的产生方式可以是人工干预产生，也可以是定时自动产生，需要包含有基站地址信息，其中，所述基站地址信息用于指示需要立即进入终端盘点模式的基站，然后由基站判断所述基站地址信息是否与本地基站地址匹配，若匹配，则进入终端盘点模式：唤醒处于休眠状态的所有传感器终端，并收集来自各个传感器终端的环境记录数据，以及将收集的环境记录数据上传至后台服务器。优化的，为了提升基站的运行速度，避免出现数据冗余情况，还包括如下：基站在进入终端盘点模式时，清除本地缓存数据，并向后台服务器反馈终端盘点启动成功消息。此外，为了避免重复启动盘点任务，优化的，基站在结束终端盘点模式前，若又收到来自后台服务器的终端盘点启动消息，则向后台服务器反馈终端盘点启动失败消息，其中，所述终端盘点启动失败消息包含已在盘点指示信息。如此可告知后台服务器，当前已在进行终端盘点，无需重复启动。
优化的，若所述终端盘点启动消息还包含盘点模式指示信息，当所述盘点模式指示信息指示为长盘模式时，基站在收到来自后台服务器的终端盘点结束消息后立即结束终端盘点模式，当所述盘点模式指示信息指示为快盘模式时，基站根据所述终端盘点启动消息中的盘点时长信息定时结束终端盘点模式或在收到来自后台服务器的终端盘点结束消息后立即结束终端盘点模式。所述盘点模式指示信息用于指示基站是进入长盘模式还是快盘模式：(1)基站在进入长盘模式后，将会轮番不停地收集来自传感器终端的环境记录数据并返回给后台服务器，直到收到所述终端盘点结束消息(其产生方式可与所述终端盘点启动消息一致)后才停止；(2)基站在进入快盘模式后，将会定时地收集来自传感器终端的环境记录数据并返回给后台服务器，直到计时(倒计时或顺计时)到达盘点时长时或收到所述终端盘点结束消息后就停止(即可以提前结束)。通过这两种模式，可以定期地或不定期地进行终端盘点，满足灵活应用需求。
另外，所述将数据上传消息中的终端唯一标识信息和环境记录数据绑定上传至后台服务器的方式，可在所述终端盘点启动消息中提前设定，即优化的，所述终端盘点启动消息包含有数据返回指示信息，则当所述数据返回指示信息指示为数据直接返回时，由基站周期性地将最新收到的终端唯一标识信息和环境记录数据绑定上传至后台服务器，而当所述数据返回指示信息指示为数据读取返回时，基站在收到来自后台服务器的数据读取请求消息后，将缓存收到的终端唯一标识信息和环境记录数据绑定上传至后台服务器。
优化的，基站在进入终端盘点模式后，还可周期性地统计数据信道上的消息丢包率，然后根据消息丢包率与正在上传终端数目的映射关系，获取正在上传终端的预估数目，再然后根据该预估数目估算所有正在上传终端完成上传任务的剩余上传时长，最后根据该剩余上传时长设置所述临时休眠时长信息。由于消息丢包率在很大程度上是由消息碰撞而引起的，因此通过常规试验可以获取消息丢包率与未上传终端数目的映射关系，该映射关系可以为一对数值范围的映射关系，例如针对0～1％的消息丢包率，对应的未上传终端数目可为0～50；针对2～3％的消息丢包率，对应的未上传终端数目可为100～200。此外，预估数目与估算的剩余上传时长同样可以通过常规试验获取。
进一步优化的，为了使未完成数据上传的传感器终端能够获知正在上传终端数目，以便动态设置通过信道竞争机制发送数据上传消息的退避时间，可使基站在发送终端唤醒消息或数据上传确认消息前，将所述预估数目添加到待发送的终端唤醒消息或数据上传确认消息中。如此传感器终端在进入单工接收状态后，若收到包含有正在上传终端预估数目的终端唤醒消息或与所述数据上传消息不对应的数据上传确认消息，则可由微控制电路单元根据该正在上传终端预估数目更新设置通过信道竞争机制发送所述数据上传消息的退避时间。其中，所述传感器终端根据该预估数目更新设置退避时间的具体方式可为：在预估数目较大时设置较长的当前退避时间或最大退避时间，在预估数目较小时设置较短的当前退避时间或最大退避时间，由此通过动态设置退避时间，可进一步利于降低消息丢包率和快速完成所有数据上传任务。
(3)所述后台服务器的具体工作方法，可以但不限于包括：在无线接收并绑定存储终端唯一标识信息和环境记录数据后，根据环境记录数据确定与终端唯一标识信息对应的种植园圃的当前环境状况。
由此通过前述(1)、(2)和(3)的具体工作方法，可以实现环境记录数据从现场采集到后台存储处理的完整过程，使基站和后台服务器能够快速获取环境记录数据和确定种植园圃的当前环境状况，保障了环境数据无线监测的及时性，进一步利于现有农业的智慧化。
优化的，所述环境数据无线检测系统还包括有用于布置在种植现场的显示终端，其中，所述显示终端自带有太阳能电池板且可无线通信连接所述基站。所述显示终端(图1中未示出)用于在现场展示由所述基站收集到的环境记录数据，方便工作人员巡查或外部人员参观。另外，由于所述显示终端自带有太阳能电池板，还可以自动获取电能，从而无需对供电线路的进行走线设计，方便野外布置。
优化的，在所述传感器终端中，还包括收发状态指示电路单元，其中，所述收发状态指示电路单元包括双向发光二极管LEDs、第三电阻R12和第四电阻R16，所述双向发光二极管LEDs的一端电连接所述微控制电路单元的第二输出端LEDB，所述双向发光二极管LEDs的另一端分别电连接所述第三电阻R12的一端和所述第四电阻R16的一端，所述第三电阻R12的另一端电连接所述微控制电路单元的第三输出端LEDA，所述第四电阻R16的另一端接地。如图1和2所示，通过设置所述收发状态指示电路单元，可以在单工接收状态或单工发射状态时，通过在所述微控制电路单元的第二输出端LEDB和第三输出端LEDA输出不同电平，使所述双向发光二极管LEDs发出不同的颜色来指示对应的收发状态，例如发出红光指示单工发射状态，发出绿光指示单工接收状态，进而可以利于用户进行设备检测和验证。
优化的，在所述传感器终端中，还包括工作供电电路单元及工作电压检测电路单元，其中，所述工作电压检测电路单元的检测电压输出端ADCW电连接所述微控制电路单元的第二输入端。如图1和5所述，通过配置所述工作电压检测电路单元可以检测终端电池的工作供电是否正常，若不正常，可以被所述微控制电路单元所察觉，以便向基站及后台服务器上报发送指示相应供电情况出现异常的报警消息。
综上，采用本实施例所提供的用于智慧农业的环境数据无线监测系统及其工作方法，具有如下技术效果：
(1)本实施例提供了一种既能延长终端电池续航能力又能实现传感数据集中采集以及远传的新型环境数据无线监测系统，一方面利用由传感器终端、基站和后台服务器构成的远程通信链路，可以实现种植园圃周围环境记录数据的集中采集和远程上传目的，另一方面在传感器终端侧利用由微控制电路单元、功放供电控制电路单元和半双工收发功放电路及天线单元构成的节能控制通路，可以在休眠时对所述半双工收发功放电路及天线单元进行下电节能操作，从而可以周期性或间隙性地启动收发消息，实现终端电池节能以及延迟续航能力的目的，使整个所述环境数据无线监测系统及传感器终端更加适用于智慧农业场景中；
(2)通过在传感器终端侧采用包含休眠模式和觉醒模式的工作方法，可以进一步促使传感器终端在完成数据采集和上传过程中，充分利用各种非必要觉醒时隙来进行休眠节能，达成最佳的节能目的；
(3)在传感器终端侧的工作方法中，通过应用口令校验机制和信息加密机制，可以避免被骗取环境记录数据，实现在数据上传过程中保障信息安全的目的；
(4)可以实现环境记录数据从现场采集到后台存储处理的完整过程，使基站和后台服务器能够快速获取环境记录数据和确定种植园圃的当前环境状况，保障了环境数据无线监测的及时性，进一步利于现有农业的智慧化；
(5)所述传感器终端还具有收发状态可指示、供电情况可监测、电路结构简单和易于产品实现等优点，便于实际推广和应用。
以上所描述的多个实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
最后应说明的是，本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.一种用于智慧农业的环境数据无线监测系统，其特征在于：包括后台服务器、基站和若干用于布置在种植园圃内的传感器终端，其中，所述后台服务器可无线通信连接所述基站，所述基站可无线通信连接所述传感器终端，所述基站用于盘点获取来自所述传感器终端的终端唯一标识信息和环境记录数据，并将所述终端唯一标识信息和所述环境记录数据绑定上传至所述后台服务器；
所述传感器终端包括微控制电路单元、无线收发电路单元、半双工收发功放电路及天线单元、功放供电控制电路单元和若干环境传感器，其中，所述环境传感器包括土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤酸碱度传感器、光强传感器、空气温湿度传感器、二氧化碳传感器和PM2.5传感器中的任意一种或它们的任意组合；
所述微控制电路单元、所述无线收发电路单元和所述半双工收发功放电路及天线单元依次通信连接，所述微控制电路单元的功放使能输出端(PAEN)电连接所述功放供电控制电路单元的受控端，所述功放供电控制电路单元的供电输出端(VPA)电连接所述半双工收发功放电路及天线单元的供电接入端，所述环境传感器的输出端(IOT1～2)电连接所述微控制电路单元的第一输入端。
2.如权利要求1所述的一种用于智慧农业的环境数据无线监测系统，其特征在于：还包括有用于布置在种植现场的显示终端，其中，所述显示终端自带有太阳能电池板且可无线通信连接所述基站。
3.如权利要求1所述的一种用于智慧农业的环境数据无线监测系统，其特征在于：还包括有集中管理器和中继器，其中，所述集中管理器和所述中继器分别为半双工收发无线设备；
所述后台服务器可通过由所述集中管理器和若干所述中继器构成的无线通信链路通信连接所述基站。
4.一种如权利要求1～3任意一项所述用于智慧农业的环境数据无线监测系统的工作方法，其特征在于：
(1)传感器终端包括有休眠模式和觉醒模式；
所述休眠模式包括步骤如下：
S101.在确定进入休眠模式后，微控制电路单元和无线收发电路单元进入节能工作状态，同时由微控制电路单元控制在功放使能输出端(PAEN)输出第一电平信号，使所述功放供电控制电路单元的供电输出端(VPA)输出低电平电压，所述半双工收发功放电路及天线单元下电停工；
所述觉醒模式包括步骤如下：
S201.在确定进入觉醒模式后，微控制电路单元和无线收发电路单元进入正常工作状态，同时由微控制电路单元读取并存储来自环境传感器的环境记录数据，由微控制电路单元控制在功放使能输出端(PAEN)输出第二电平信号，使所述功放供电控制电路单元的供电输出端(VPA)输出高电平电压，所述半双工收发功放电路及天线单元上电工作，其中，所述环境记录数据包括土壤温度数据、土壤湿度数据、土壤酸碱度数据、光强数据、空气温湿度数据、二氧化碳含量数据和PM2.5含量数据中的任意一种或它们的任意组合；
S202.由微控制电路单元通过无线收发电路单元控制所述半双工收发功放电路及天线单元进入单工接收状态：若在唤醒信道上按期收到来自基站的终端唤醒消息，则依次执行步骤S203～S205，否则确定进入休眠模式；
S203.将本地存储的终端唯一标识信息和环境记录数据打包到数据上传消息中；
S204.由微控制电路单元通过无线收发电路单元控制所述半双工收发功放电路及天线单元进入单工发射状态：在数据信道上通过信道竞争机制向基站发送所述数据上传消息；
S205.由微控制电路单元通过无线收发电路单元控制所述半双工收发功放电路及天线单元进入单工接收状态：若在确认信道上未按期收到与所述数据上传消息对应的数据上传确认消息，则判定发送失败，然后返回步骤S204重新发送所述数据上传消息，直到所述数据上传消息的重发次数达到最大重传次数,最后确定进入休眠模式，否则判定发送成功，直接确定进入休眠模式；
(2)基站在无线接收到来自后台服务器的终端盘点启动消息后，进入终端盘点模式：在唤醒信道上无线发送所述终端唤醒消息，并通过侦听数据信道接收来自传感器终端的数据上传消息，以及在确认信道上向传感器终端反馈与数据上传消息对应的数据上传确认消息，最后将数据上传消息中的终端唯一标识信息和环境记录数据绑定上传至后台服务器；
(3)后台服务器在无线接收并绑定存储终端唯一标识信息和环境记录数据后，根据环境记录数据确定与终端唯一标识信息对应的种植园圃的当前环境状况。
5.如权利要求4所述的一种用于智慧农业的环境数据无线监测系统的工作方法，其特征在于：
若所述数据上传确认消息包含有临时休眠时长信息，则传感器终端在无线收到所述数据上传确认消息后，由微控制电路单元根据所述临时休眠时长信息确定进入临时性的休眠模式。
6.如权利要求5所述的一种用于智慧农业的环境数据无线监测系统的工作方法，其特征在于：
基站在进入终端盘点模式后，还周期性地统计数据信道上的消息丢包率，然后根据消息丢包率与正在上传终端数目的映射关系，获取正在上传终端的预估数目，再然后根据该预估数目估算所有正在上传终端完成上传任务的剩余上传时长，最后根据该剩余上传时长设置所述临时休眠时长信息。
7.如权利要求4所述的一种用于智慧农业的环境数据无线监测系统的工作方法，其特征在于：
基站在进入终端盘点模式后，还周期性地统计数据信道上的消息丢包率，然后根据消息丢包率与正在上传终端数目的映射关系，获取正在上传终端的预估数目，最后在发送终端唤醒消息或数据上传确认消息前，将该预估数目添加到待发送的终端唤醒消息或数据上传确认消息中；
传感器终端在进入单工接收状态后，若收到包含有正在上传终端预估数目的终端唤醒消息或与所述数据上传消息不对应的数据上传确认消息，则由微控制电路单元根据该正在上传终端预估数目更新设置通过信道竞争机制发送所述数据上传消息的退避时间。
8.如权利要求4所述的一种用于智慧农业的环境数据无线监测系统的工作方法，其特征在于：
在所述步骤S202中，若所述终端唤醒消息为广播消息，则所述终端唤醒消息还包含有源地址无效位和/或广播地址无效位，其中，所述源地址无效位用于指示在所述终端唤醒消息中不存在源地址信息，所述广播地址无效位用于指示在所述终端唤醒消息中不存在广播地址信息，所述源地址信息用于指示所述终端唤醒消息的发送者身份，所述广播地址信息用于指示所述终端唤醒消息的接收者身份。
9.如权利要求4所述的一种用于智慧农业的环境数据无线监测系统的工作方法，其特征在于：
若所述终端盘点启动消息包含有数据返回指示信息，则当所述数据返回指示信息指示为数据直接返回时，由基站周期性地将最新收到的终端唯一标识信息和环境记录数据绑定上传至后台服务器，而当所述数据返回指示信息指示为数据读取返回时，基站在收到来自后台服务器的数据读取请求消息后，将缓存收到的终端唯一标识信息和环境记录数据绑定上传至后台服务器。
10.如权利要求4所述的一种用于智慧农业的环境数据无线监测系统的工作方法，其特征在于：
在所述步骤S201中，微控制电路单元按照轮询方式依次获取各个环境传感器的环境记录数据，并按照如下统一格式存储不同的环境记录数据：传感器分类字段、传感器参数字段、传感器制造商字段、传感器描述字段、传感器数据净荷字段、传感器数据有效位字段、终端唯一标识字段和传感器采集数据字段的任意顺序组合。
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