CN110191147A - 一种基于NB-IoT网络的农业大棚监控装置与系统 - Google Patents

一种基于NB-IoT网络的农业大棚监控装置与系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于NB‑IoT网络的农业大棚监控装置，包括光照强度传感器(12)、NB‑IoT模块(22)、超声波测距模块(23)、MCU模块(24)和温湿度传感器模块(26)，所述的超声波测距模块(23)与温湿度传感器(26)连接MCU模块(24)，同时MCU模块(24)与NB‑IoT模块(22)连接。本发明能为大棚内的植物提供适合植物生长的光能，同时可以检测大棚内的温度、湿度、光照强度和植物的生长高度，当大棚内的温度、湿度、光照强度以及植物高度达到预警值时报警，将这些信息反馈给种植者。

Description

一种基于NB-IoT网络的农业大棚监控装置与系统
技术领域
本发明涉及大棚监控领域，更具体地，涉及一种基于NB-IoT网络的农业大棚监控装置与系统。
背景技术
传感器技术作为信息技术的三大基础之一，是当前各发达国家竞相发展的高新技术，是进入21世纪以来优先发展的十大顶尖技术之一，正向着微小型化、智能化、多功能化和网络化的方向发展，NB-IoT作为物联网的一个重要分支，其与传感器技术的结合使得设备的智能化程度大大提高，二者相结合的产物正运用于人们生活的方方面面，极大的提高了人们的生活质量。随着农业产业结构的不断发展，大棚种植技术受到越来越多种植者的欢迎，可以一年四季生产出人们想要的各种食物，然而大棚种植往往需要投入很多的人力物力去进行管理,使用传感器技术和物联网技术实现对大棚进行监控可以极大的减少人力和物力。现有技术中也有学者提出将物联网技术引入大棚种植，公开号为CN206078300U的专利一种高精度农业大棚种植用物联网植物生长监控装置可以实现多角度地观察植物的生长情况，但不能监控大棚环境。现有的大棚种植监测装置大多存在功能单一、监控范围小、制造成本高的缺点，因此亟需设计一种功能多样、监控范围大、制造成本低的大棚种植用的装置--基于NB-IoT网络的农业大棚监控装置。
发明内容
针对当前的大棚种植监测装置大多存在功能单一、监控范围小、制造成本高的问题，本发明提出一种基于NB-IoT网络的农业大棚监控装置，本发明采用的技术方案是：
一种基于NB-IoT网络的农业大棚监控装置，包括光照强度传感器、NB-IoT模块、超声波测距模块、MCU模块和温湿度传感器模块，所述的超声波测距模块与温湿度传感器连接MCU模块，同时MCU模块与NB-IoT模块连接。
优选的，所述的装置还包括外壳，外壳呈灯笼形状，包括笼体和笼头，笼头位于笼体上,笼头外部安装有光照强度传感器，笼体的内部安装有NB-IoT模块、MCU模块，笼体的底部安装有超声波测距模块和温湿度传感器模块。
优选的，所述的装置采用太阳能电池板作为电源，太阳能电池板安装于笼头外部。
优选的，还包括LED发光模块和GPS模块，所述的LED发光模块和GPS模块安装在笼体内部。
所述MCU模块作为主控制器控制着整个系统的工作，它连接光照强度传感器模块、LED发光模块、超声波测距模块、GPS定位模块、NB-IoT和温湿度传感器。所述光照强度传感器模块检测实时光照强度并传递给MCU模块，MCU模块将光照强度与其内设警戒值进行比较，当实时光照强度小于警戒值时，MCU模块开启LED发光模块的灯光为大棚内的植物提供适合植物生长的光照；所述超声波测距模块实时采集植物到地面的距离信号，并传输给MCU模块，所述MCU模块将接收的距离信号与其内设的距离警戒值进行比较，距离信号大于距离警戒值时，意味着植物需要进行处理，所述MCU模块将距离信号大于距离警戒值的信号传输给NB-IoT模块，同时读取GPS定位模块采集的位置信息并传输给NB-IoT模块，所述NB-IoT模块将接收到的距离信息和位置信息传输至远程服务器，所述远程服务器将接收信息实时推送给种植者监控终端，种植者根据位置信息快速找到对应的大棚，对大棚内的植物进行处理；所述温湿度传感器模块实时采集大棚内的温度信号和湿度信号，并传输给MCU模块，所述MCU模块接收温度信号和湿度信号，并将温度信号和湿度信号与其内设的警戒值进行比较，温度信号高于警戒值或者湿度信号低于警戒值时，意味着大棚需要进行处理，所述MCU模块将温度信号大于温度警戒值的信号以及湿度信号小于警戒值的信号传输给NB-IoT模块，同时读取GPS定位模块采集的位置信息并传输给NB-IoT模块。
优选的，所述的笼头上表面设置挂钩。
优选的，所述的太阳能电池板与光照强度传感器设置于笼头的上表面。
优选的，所述的LED发光模块发出的光为红色光和蓝紫色光。
本发明还提供一种基于NB-IoT网络的农业大棚系统，包括基于NB-IoT网络的农业大棚监控装置、远程服务器与监控终端，远程服务器分别与基于NB-IoT网络的农业大棚监控装置、监控终端进行无线连接。
优选的，所述远程服务器为云服务器，所述监控终端为手机，服务器以短信和网络数据与监控终端进行连接。
优选的，NB-IoT模块和云服务器之间采用基于UDP协议的CoAP协议进行数据传输。所述NB-IoT模块将接收到的信息传输至远程服务器，所述远程服务器将接收信息实时推送给种植者监控终端，种植者根据位置信息快速找到对应的大棚，对大棚进行处理。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
(1)发明通过超声波测距检测植物生长高度以及温湿度传感器检测大棚内的温度和湿度，在高度、温度和湿度达到相应的预警值时通知种植者进行相关处理，避免了需要种植者自己去实时查看的问题，可以节省人力和物力，同时由于处理及时利于植物生长可以为种植者带来好的收成，并通过光照强度传感器检测光照强度，在光照强度小于相应的预警值时自动开启能够提供适合植物生长的光照，有利于植物的生长。
(2)本发明所采用的NB-IoT模块与远程服务器进行无线数据传输，NB-IoT模块具有低功耗、覆盖范围广、连接能力强和使用寿命长的优点，能适应山区或者乡村各种复杂的环境。
附图说明
图1是本发明实施例中一种基于NB-IoT网络的农业大棚监控装置的示意图。
图2是本发明实施例中一种基于NB-IoT网络的基于NB-IoT网络的农业大棚监控装置的另一示意图。
图3是本发明实施例中一种基于NB-IoT网络的基于NB-IoT网络的农业大棚监控装置的工作流程图。
其中：1.笼头2.笼体11.太阳能电池板12.光照强度传感器21.LED发光模块22.NB-IoT模块23.超声波测距模块24.MCU模块25.GPS定位模块26.温湿度传感器模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
请参考图1，本发明的实施例提供了一种基于NB-IoT网络的农业大棚监控装置，包括光照强度传感器12、NB-IoT模块22、超声波测距模块23、MCU模块24和温湿度传感器模块26，所述的超声波测距模块23与温湿度传感器26连接MCU模块24，同时MCU模块24与NB-IoT模块22连接。
所述的装置还包括外壳，外壳呈灯笼形状，包括笼体2和笼头1，笼头1位于笼体2上,笼头1外部安装有太阳能电池板11和光照强度传感器12，笼体的内部安装有LED发光模块21、NB-IoT模块22、MCU模块24，笼体2的底部安装有超声波测距模块23和温湿度传感器模块26。所述太阳能电池板11吸收太阳能，将太阳能转换为电能，太阳能电池板11位于笼头1的上表面，光照强度传感器12位于太阳能电池板11旁边。
笼体2的内部安装有LED发光模块21、NB-IoT模块22、MCU模块24和GPS定位模块25，LED发光模块21位于灯笼的正中心为大棚内植物提供光照，MCU模块24的核心为16位MSP430低功耗单片机，所采用的MSP430单片机具有功耗低，价格低廉，处理速度快，性能好的特点。
笼体2的底部安装有超声波测距模块23和温湿度传感器模块26，超声波测距模块23可以采集植物生长高度，便于监测植物生长情况，温湿度传感器模块26的核心为SHT30温湿度传感器，该传感器精度较高而且价格低廉。
优选的，所述的笼头1上表面设置挂钩。
实施例2
本实施例提供一种基于NB-IoT网络的农业大棚监控系统，在本系统中装置通过NB-IoT模块22连接远程服务器，远程服务器连接种植者监控终端，监控终端优选为电脑客户端或者手机APP。
请参考图2，图中虚线为电源连接线，用于给各模块供电，实线为信号传输连接导线，用于连接各个模块给各模块传输信号，太阳能电池板11通过电源线连接光照强度传感器模块12、LED发光模块21、NB-IoT模块22、超声波测距模块23、MCU模块24、GPS定位模块25、温湿度传感器模块26，太阳能电池板11将电能供给光照强度传感器模块12、LED发光模块21、NB-IoT模块22、超声波测距模块23、MCU模块24、GPS定位模块25、温湿度传感器模块26；所述MCU模块24连接并控制光照强度传感器模块12、LED发光模块21、NB-IoT模块22、超声波测距模块23、MCU模块24、GPS定位模块25、温湿度传感器模块26的工作。
如图3所示，所述温湿度传感器模块26实时采集大棚内的温度信号和湿度信号，并传输给MCU模块24，所述MCU模块24将接收的温度信号和湿度信号与其内设的温度警戒值进行比较，温度信号高于警戒值时或湿度信号低于警戒值时，意味着大棚需要对棚内的温湿度进行处理，此时，MCU模块24触发GPS定位模块25进行定位并读取位置信息，然后MCU模块24将位置信息和超标的温度或湿度信息通过NB-IoT模块22传输至远程服务器，所述远程服务器将接收到的信息实时推送给种植者监控终端，种植者根据位置信息快速找到对应的大棚，对大棚进行处理。
所述超声波测距模块23实时采集植物到地面的距离信号，并传输给MCU模块24，所述MCU模块24将接收的距离信号与其内设的距离警戒值进行比对，距离信号大于距离警戒值时，意味着植物需要进行处理，此时，MCU模块24触发GPS定位模块25进行定位并读取位置信息，然后MCU模块24将位置信息和超标的距离信息通过NB-IoT模块22传输至远程服务器，所述远程服务器将接收到的信息实时推送给种植者监控端，种植者根据位置信息快速找到对应的大棚，对植物进行处理。NB-IoT模块22与远程服务器进行无线数据传输，NB-IoT模块22具有低功耗、覆盖范围广、连接能力强和使用寿命长的优点，能适应山区或者乡村各种复杂的环境，所述远程服务器通过无线传输将信息推送给种植者监控终端，所述种植者监控终端为手机APP，可以实时提供监控信息，而且能够以短信的方式通知种植者，种植者收到信息后会及时进行处理。
所述光照强度传感器12实时采集大棚光照强度，并传输给MCU模块24，所述MCU模块24将接收的光照强度信号与内设的参数警戒值进行比较，当接收到的信号值小于警戒值时开启LED发光模块21的灯光时，MCU模块24开启LED发光模块21的灯光给大棚植物提供光照促进光合作用，当接收到的信号大于警戒值时，MCU模块24关闭LED发光模块21的灯光停止给大棚植物提供光照。
本发明通过光照强度传感器12检测光照强度，当光照强度小于预设值时开启LED发光模块21的灯光给植物提供光照促进光合作用，有利于植物的生长，并超声波测距模块23检测植物生长高度以及温湿度传感器26检测大棚内的温度和湿度，在高度、温度和湿度达到预警值时通知种植者进行相关处理，避免了需要种植者自己去实时查看的问题，可以节省人力和物力，同时由于处理及时利于植物生长可以为种植者带来好的收成，具有很高的经济效益，通过GPS定位模块25准确定位，种植者可以从远程监控端读到详细的大棚位置信息和大棚编号，可以非常准确的找到需要处理的大棚，可以提高工作效率。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于NB-IoT网络的农业大棚监控装置，其特征在于，包括光照强度传感器(12)、NB-IoT模块(22)、超声波测距模块(23)、MCU模块(24)和温湿度传感器模块(26)，所述的超声波测距模块(23)与温湿度传感器(26)连接MCU模块(24)，同时MCU模块(24)与NB-IoT模块(22)连接。
2.根据权利要求1所述的基于NB-IoT网络的农业大棚监控装置，其特征在于，所述的装置还包括外壳，外壳呈灯笼形状，包括笼体(2)和笼头(1)，笼头(1)位于笼体(2)上,笼头(1)外部安装光照强度传感器(12)，笼体的内部安装NB-IoT模块(22)、MCU模块(24)，笼体(2)的底部安装有超声波测距模块(23)和温湿度传感器模块(26)。
3.根据权利要求2所述的基于NB-IoT网络的农业大棚监控装置，其特征在于，所述的装置采用太阳能电池板(11)作为电源，太阳能电池板安装于笼头外部。
4.根据权利要求2所述的基于NB-IoT网络的农业大棚监控装置，其特征在于，还包括LED发光模块(21)和GPS模块(25)，所述的LED发光模块(21)和GPS模块(25)安装在笼体内部。
5.根据权利要求2所述的基于NB-IoT网络的农业大棚监控装置，其特征在于，所述的笼头(1)上表面设置挂钩。
6.根据权利要求4所述的基于NB-IoT网络的农业大棚监控装置，其特征在于，所述的太阳能电池板(11)与光照强度传感器(12)设置于笼头(1)的上表面。
7.根据权利要求4所述的基于NB-IoT网络的农业大棚监控装置，其特征在于，所述的LED发光模块(21)发出的光为红色光和蓝紫色光。
8.一种基于NB-IoT网络的农业大棚系统，其特征在于，包括基于NB-IoT网络的农业大棚监控装置、远程服务器与监控终端，远程服务器分别与基于NB-IoT网络的农业大棚监控装置、监控终端进行无线连接。
9.根据权利要求8所述的基于NB-IoT网络的农业大棚监控系统，其特征在于，所述远程服务器为云服务器，所述监控终端为手机，服务器以短信和网络数据与监控终端进行连接。
10.根据权利要求9所述的基于NB-IoT网络的农业大棚监控系统，其特征在于，NB-IoT模块(22)和云服务器之间采用基于UDP协议的CoAP协议进行数据传输。
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