CN110196078A - 基于采集传感器数据的极低功耗控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

提出了一种基于采集传感器数据的极低功耗控制方法和装置，属于温室监控技术领域，所述方法包括：采集大棚内传感器的当前传感器数据；计算传感器数据的临点差值；判断所述临点差值是否超过第一阈值；如果所述临点差值超过第一阈值，则将当前传感器数据通过通信模块发送至服务器；如果所述临点差值没有超过第一阈值，则控制所述通信模块休眠。本方法和系统解决了现有调控系统耗电量大的技术问题。

Description

基于采集传感器数据的极低功耗控制方法和装置

技术领域

本发明涉及温室监控技术领域，具体涉及一种基于采集传感器数据的极低功耗控制方法和装置。

背景技术

在农业生产过程中，作物生长环境的温度和湿度是两个关键要素。如果生长环境温度适宜，作物可以在较短的时间内完成积温，提前上市，从而降低作业时间，提高农户、农企收入；如果生长环境湿度适宜，可以降低病虫灾害发生概率，减少农药施用次数和用量，对于提高农产品品质至关重要。

长期以来，在设施农业生产过程中，农业大棚内的温度都是通过生产者体感或在棚内悬挂水银温度计测量的。这两种测量方法都比较粗放，棚内温湿度调控水平较低，影响了农产品的产量和质量。这两种测量方法只限于在大棚现场测试，严重束缚了劳动者的时间，在生产者休息期间，棚内温湿度处于无人监控期，极易造成春、夏季闷棚，冬季冻棚事故。如何实时、准确采集棚内温湿度信息，并且在棚内温湿度超过或低于作物适宜生长条件时给予棚主告警提示，棚主及时采取保温或降温措施，以降低设施农业灾害发生率，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

为此，目前在农业大棚的温湿度调控中采用了传感器及监控技术，通过传感器感测大棚内的温度和湿度，并将感测到的温湿度信号传递至本地或远程监控端来实现大棚环境调控。采集传感器数据设备的特征是需要随时采集传感器数据，从而实现实时监测，因此设备在工作过程中耗电量大，不利于长时间续航。经过发明人对采集传感器数据装置进行分析可知，其设备结构中耗电量最大的部分在于传感器采集数据和远程数据通信。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出了基于采集传感器数据，计算临点差值上报数据以实现极低功耗控制的方法和装置。

根据本发明的一个方面，提出了一种基于采集传感器数据的极低功耗控制方法，所述方法包括：

步骤1，采集大棚内传感器的当前传感器数据；

步骤2，计算传感器数据的临点差值；

步骤3，判断所述临点差值是否超过第一阈值；

步骤4，如果所述临点差值超过第一阈值，则将当前传感器数据通过通信模块发送至服务器；

步骤5，如果所述临点差值没有超过第一阈值，则控制所述通信模块休眠。

根据本发明的一个方面，在步骤1中，按照预定时间间隔采集传感器数据。

根据本发明的一个方面，在步骤4中，如果所述临点差值超过第一阈值，则将当前传感器数据作为有效数据进行存储；在步骤5中，如果所述临点差值没有超过第一阈值，则删除当前传感器数据，不作为有效数据存储。

根据本发明的一个方面，在步骤5中，在控制通信模块休眠后，转入步骤1，继续采集传感器数据。

根据本发明的一个方面，在步骤5中，在控制通信模块休眠后，还对通信模块的休眠时间进行计时，如果休眠时间达到第二阈值，则唤醒所述通信模块；若所述通信模块接收到服务器下发的数据请求指令，则将最新采集的传感器数据发送至服务器。

根据本发明的一个方面，所述通信模块定时开启下行通道用于接收服务器发来的数据请求指令。

根据本发明的一个方面，在步骤5中，在控制通信模块休眠后，还对通信模块的休眠时间进行计时，如果休眠时间达到第二阈值，通信模块主动将最新采集的传感器数据发送至服务器。

根据本发明的一个方面，在步骤5中，在控制通信模块休眠后，还对通信模块的休眠时间进行计时，如果休眠时间达到第二阈值，无论所述临点差值是否超过第一阈值，通信模块都将最新采集的传感器数据发送至服务器。

根据本发明的一个方面，所述传感器数据包括定位数据和温室内环境数据，所述定位数据包括有卫星定位数据、LBS基站定位数据和加速度传感器数据，所述温室内环境数据包括有温室内空气温度、空气湿度。

根据本发明的一个方面，提出了一种基于采集传感器数据的极低功耗控制装置，所述装置包括：

基于单晶硅太阳能板的供电系统，用于为该装置供电；

数据采集模块，用于采集传感器数据；

数据差值计算模块，用于计算有效数据的临点差值；

通信模块，用于接收服务器发来的数据请求指令以及将传感器采集的有效数据发送至服务器；

控制模块，用于判断传感器数据是否大于等于设定阈值，若是则将有效数据通过通信模块转发至服务器；若否，则控制通信模块休眠。

根据本发明的一个方面，所述控制模块还用于计算通信模块的休眠时长，若休眠时长超过设定时间阈值时则唤醒通信模块接收服务器发来的数据请求指令，将传感器数据转发至服务器，然后控制通信模块休眠，继续计算临点差值及休眠时长。

根据本发明的一个方面，所述装置还包括有定时模块，所述通信模块根据定时模块的定时间隔时间开启下行通道用于接收服务器发来的数据请求指令。

根据本发明的一个方面，所述数据采集模块包括有卫星定位模块、LBS基站定位模块、加速度传感模块、温室空气温度传感模块、温室空气湿度传感模块。

根据本发明的一个方面，所述基于单晶硅太阳能板的供电系统，运用太阳能和锂电池的方式供电。

根据本发明的一个方面，还提出了一种在云平台系统中运行的方法，包括如下步骤：

步骤1，通过上述基于采集传感器数据的极低功耗控制方法收集环境数据；所述环境数据可为温度和湿度数据；

步骤2：将所述环境数据与标准数据进行比对，并判断所述环境数据是否是正常；

步骤3：若所述环境数据正常，则将所述环境数据存储于数据库并根据所述环境数据和种植作物生成标准种植日志；

步骤4：若所述环境数据异常，则向用户终端发送告警信息。

本发明通过采集传感器数据计算临点差值，根据差值采用两种不同的模式进行数据传输，提高数据传输效率，减少通信模块的工作时间；针对温室监控设备对传感器数据进行预处理，剔除无效数据，减少通信模块的数据传输量；同时结合通信模块的定时，动态设置开启下行通道的时间，避免通信模块频繁开启，同时保证能及时接收到服务器指令。

附图说明

图1为根据本发明一个实施例的基于采集传感器数据的极低功耗控制方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的基于采集传感器数据的极低功耗控制装置的结构侧视图；

图3为根据本发明一个实施例的基于采集传感器数据的极低功耗控制装置的结构侧上视图；

图4为太阳能板和固定支架的组装图。

具体实施方式

参照图1，根据本发明一个实施例的一种基于采集传感器数据的极低功耗控制方法，包括有以下步骤：

步骤1，采集大棚内传感器的当前传感器数据；

步骤2，计算传感器数据的临点差值；

步骤3，判断所述临点差值是否超过第一阈值；

步骤4，如果所述临点差值超过第一阈值，则将当前传感器数据通过通信模块发送至服务器；

步骤5，如果所述临点差值没有超过第一阈值，则控制所述通信模块休眠。

根据上述第一实施例可知，并非任意数据都要上传至服务器，只有当传感器数据的临点差值超过预定阈值，才将数据上传至服务器，减少了数据传输造成的电力消耗；此外，当没有超过预定阈值时，还控制通信模块休眠，同样大大减少了大棚温湿度调控的耗能。

此外，为了节省能耗，对于数据的采集同样不是无间断执行的，由于大棚的温湿度变化不会特别剧烈，因此，根据一个实施例，在步骤1中，按照预定时间间隔采集传感器数据。所述预定时间间隔可以为30秒。

在步骤2中，所述临点差值为所述当前传感器数据与最近一次的有效数据之间的差值的绝对值。

当当前传感器数据变化较小时，可以不作为有效数据存储，而变化较大时，作为有效数据存储，从而可以剔除掉对温湿度调控影响不大的数据，从而一方面可以使得调控更精确，一方面同样可以节省能耗。即，根据一个实施例，在步骤4中，如果所述临点差值超过第一阈值，则将当前传感器数据作为有效数据进行存储。在步骤5中，如果所述临点差值没有超过第一阈值，则删除当前传感器数据，不作为有效数据存储。

在步骤5中，在控制通信模块休眠后，转入步骤1，继续采集传感器数据。这样，便可循环执行该过程，对大棚进行持续温湿度调控。

根据一个实施例，在步骤5中，在控制通信模块休眠后，还对通信模块的休眠时间进行计时，如果休眠时间达到第二阈值，则唤醒所述通信模块；若所述通信模块接收到服务器下发的数据请求指令，则将最新采集的传感器数据发送至服务器。如果温湿度处于平稳状态，这时可能通信模块一直处于休眠状态，而在服务器一端的监控人员并不知晓是否通信模块或线路出现问题，而如果能够在一定时间间隔内将数据通信至服务器，那么可以提示监控人员通信模块依旧在线，从而可确定目前的温湿度变化较小。

在步骤5中，所述通信模块定时开启下行通道用于接收服务器发来的数据请求指令。

根据另一实施例，在步骤5中，在控制通信模块休眠后，还对通信模块的休眠时间进行计时，如果休眠时间达到第二阈值，通信模块主动将最新采集的传感器数据发送至服务器。

根据再一实施例，在步骤5中，在控制通信模块休眠后，还对通信模块的休眠时间进行计时，如果休眠时间达到第二阈值，无论所述临点差值是否超过第一阈值，通信模块都将最新采集的传感器数据发送至服务器。

根据一个实施例，所述传感器数据包括定位数据和温室内环境数据，所述定位数据包括有卫星定位数据、LBS基站定位数据和加速度传感器数据，所述温室内环境数据包括有温室内空气温度、空气湿度。

此外，本发明还提出了一种基于采集传感器数据的极低功耗控制装置。

所述装置包括基于单晶硅太阳能板的供电系统，用于为该装置供电；数据采集模块，用于采集传感器数据；数据差值计算模块，用于计算有效数据的临点差值；通信模块，用于接收服务器发来的数据请求指令以及将传感器采集的有效数据发送至服务器；控制模块，用于判断传感器数据是否大于等于设定阈值，若是则将有效数据通过通信模块转发至服务器；若否，则控制通信模块休眠。

此外，所述控制模块还计算通信模块的休眠时长，若休眠时长超过设定时间阈值时则唤醒通信模块接收服务器发来的数据请求指令，将传感器数据转发至服务器，然后通讯模块休眠，继续计算数据差值及休眠时长。

当然，所述控制模块还可以执行上述任一实施例提出的极低功耗控制方法，比如步骤5所执行的具体流程，这里不再赘述。

如图2和图3所示，以上各模块的外侧由具备空气流通的伞型装置覆盖，便于精准感知空气温湿度。

所述装置还包括有定时模块，所述通信模块根据定时模块的定时间隔时间开启下行通道用于接收服务器发来的数据请求指令。

所述数据采集模块包括有卫星定位模块、LBS基站定位模块、加速度传感模块、温室空气温度传感模块、温室空气湿度传感模块。

所述基于单晶硅太阳能板的供电系统，运用太阳能和锂电池的方式供电，节能环保。可以有效避免棚区停电对数据采集和传输造成的影响；有效避免有线供电系统可能造成的生产安全问题。

该采集传感器数据的极低功耗控制装置能够采集温室内的实时空气温湿度，通过空气温湿度数据积累运算出历史积温(在不同的生长周期最适宜作物生长的温度的累积时间)，指导未来应如何积温操作及预判未来可能发生的病虫害，便于及时调整环境、减少病害。

具体而言，该装置的传感器使用一个经过改进的电容式湿度传感元件和一个标准的能隙温度传感元件，该元件在高湿环境下的性能更稳定。该元件还包含一个放大器、模拟/数字转换器和数字处理单元。该元件温度分辨率可达0.01℃；典型精度误差为±0.3℃；重复性为±0.1℃；工作范围为-10至60℃；温度响应时间在5到30秒；长时间漂移＜0.04℃/yr。该元件湿度分辨率可达0.04％RH；典型精度误差为±2％RH；重复性为±0.1％RH；工作范围为0至100％RH；湿度响应时间的典型值为8秒；长时间漂移＜0.5％RH/yr。该元件出厂时完全标定(Fully Calibrated)。

该装置使用一块集成数据传输、增值业务、电源管理功能为一体的GSM/GPRS通讯模组。该元件遵从GSM Phase 2/2+标准，支持900/1800/850/1900MHz四频段；遵从GPRSMulti-slot Class 12标准，最高上/下行速率为85.6kpbs，内嵌TCP/IP协议；支持FOTA空中升级，可以便捷的完成固件更新；休眠平均功耗在2mA以下，可以降低整机功耗，节能环保。

该装置使用贴片SIM卡，防震动、防氧化；工作温度-10℃到60℃，在温度为50℃时，相对湿度90％RH至95％RH条件下，可以连续工作1000小时，通过了JESD22-A107标准规定的盐雾测试，适应设施农业大棚的高温、高湿、高盐度工作环境；数据保存年限在10年以上。

该装置使用了硬件看门狗电路，保证设备软件不死机，有效、可靠、持续采集现场温湿度和传输数据。

该装置利用特有的伞形外壳，遮光且通风。解决了现有传感器在太阳直射下温度测得值高于棚内实际空气温度值的问题。

该装置使用太阳能+锂电池的方式供电，节能环保。可以有效避免棚区停电对数据采集和传输造成的影响；有效避免有线供电系统可能造成的生产安全问题。该充电系统的输入电压可以高达18V，稳定应对不同时段的光照强度；充电电流和充满电流可以通过电路调节，有效保护锂电池，增加设备使用寿命。

该装置还支持5V电源适配器供电，在无阳光直射的环境下，比如食用菌棚、马铃薯储藏窖中也可以正常使用。

如图4所示，该装置的太阳能板使用万向鸭嘴支架固定，支架水平方向360°可调节，垂直方向150°可调节，使用于各种安装环境，保证太阳能板的光电转化效率。

此外，本发明还提供了一种云平台系统，其与上述基于采集传感器数据的极低功耗控制方法结合运作，其中执行以下步骤：

S1：通过上述任一实施例的一种基于采集传感器数据的极低功耗控制方法收集环境数据；所述环境数据可为温度和湿度数据；

S2：将所述环境数据与标准数据进行比对，并判断所述环境数据是否是正常；

S3：若所述环境数据正常，则将所述环境数据存储于数据库并根据所述环境数据和种植作物生成标准种植日志；

S4：若所述环境数据异常，则向用户终端发送告警信息。

所述云平台系统可运行于上文所述的服务器中，所述云平台软件系统结合一种基于采集传感器数据的极低功耗控制方法所获得的技术效果与上述一种基于采集传感器数据的极低功耗控制方法和装置类似，为节约篇幅，在此不再赘述。

上述实施例仅为说明本发明所提出的技术方案而提出，并不意图限制本发明要求保护的范围，本领域技术人员可基于本发明提出的思想对上述方案进行修改，这些修改同样落入本申请要求保护的范围之内。

Claims (15)

1.一种基于采集传感器数据的极低功耗控制方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1，采集大棚内传感器的当前传感器数据；

步骤2，计算传感器数据的临点差值；

步骤3，判断所述临点差值是否超过第一阈值；

步骤4，如果所述临点差值超过第一阈值，则将当前传感器数据通过通信模块发送至服务器；

步骤5，如果所述临点差值没有超过第一阈值，则控制所述通信模块休眠。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

在步骤1中，按照预定时间间隔采集传感器数据。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

在步骤4中，如果所述临点差值超过第一阈值，则将当前传感器数据作为有效数据进行存储；在步骤5中，如果所述临点差值没有超过第一阈值，则删除当前传感器数据，不作为有效数据存储。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

在步骤5中，在控制通信模块休眠后，转入步骤1，继续采集传感器数据。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：

在步骤5中，在控制通信模块休眠后，还对通信模块的休眠时间进行计时，如果休眠时间达到第二阈值，则唤醒所述通信模块；若所述通信模块接收到服务器下发的数据请求指令，则将最新采集的传感器数据发送至服务器。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：

所述通信模块定时开启下行通道用于接收服务器发来的数据请求指令。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：

在步骤5中，在控制通信模块休眠后，还对通信模块的休眠时间进行计时，如果休眠时间达到第二阈值，通信模块主动将最新采集的传感器数据发送至服务器。

8.根据权利要求4-7任一所述的方法，其特征在于：

在步骤5中，在控制通信模块休眠后，还对通信模块的休眠时间进行计时，如果休眠时间达到第二阈值，无论所述临点差值是否超过第一阈值，通信模块都将最新采集的传感器数据发送至服务器。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述传感器数据包括定位数据和温室内环境数据，所述定位数据包括有卫星定位数据、LBS基站定位数据和加速度传感器数据，所述温室内环境数据包括有温室内空气温度、空气湿度。

10.一种基于采集传感器数据的极低功耗控制装置，其特征在于：

所述装置包括：

基于单晶硅太阳能板的供电系统，用于为该装置供电；

数据采集模块，用于采集传感器数据；

数据差值计算模块，用于计算有效数据的临点差值；

通信模块，用于接收服务器发来的数据请求指令以及将传感器采集的有效数据发送至服务器；

控制模块，用于判断传感器数据是否大于等于设定阈值，若是则将有效数据通过通信模块转发至服务器；若否，则控制通信模块休眠。

11.根据权利要求10所述的极低功耗控制装置，其特征在于：

所述控制模块还用于计算通信模块的休眠时长，若休眠时长超过设定时间阈值时则唤醒通信模块接收服务器发来的数据请求指令，将传感器数据转发至服务器，然后控制通信模块休眠，继续计算临点差值及休眠时长。

12.根据权利要求10所述的极低功耗控制装置，其特征在于：

所述装置还包括有定时模块，所述通信模块根据定时模块的定时间隔时间开启下行通道用于接收服务器发来的数据请求指令。

13.根据权利要求10所述的极低功耗控制装置，其特征在于：

所述数据采集模块包括有卫星定位模块、LBS基站定位模块、加速度传感模块、温室空气温度传感模块、温室空气湿度传感模块。

14.根据权利要求10所述的极低功耗控制装置，其特征在于：

所述基于单晶硅太阳能板的供电系统，运用太阳能和锂电池的方式供电。

15.一种在云平台系统中运行的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，通过权利要求1-9任意一项的基于采集传感器数据的极低功耗控制方法收集环境数据；所述环境数据可为温度和湿度数据；

步骤2：将所述环境数据与标准数据进行比对，并判断所述环境数据是否是正常；

步骤3：若所述环境数据正常，则将所述环境数据存储于数据库并根据所述环境数据和种植作物生成标准种植日志；

步骤4：若所述环境数据异常，则向用户终端发送告警信息。