CN110596352A - 基于塔式剖面监测仪的土壤墒情监测系统 - Google Patents

基于塔式剖面监测仪的土壤墒情监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了属于农业管理信息技术领域的一种基于塔式剖面监测仪的土壤墒情监测系统。该系统由监测仪节点、网关、IoT云平台和Web服务器组成；其中网关由太阳能板、蓄电池、电路板、LORA无线模块、GPS模块、4G无线模块、机箱及复位开关组成。监测仪节点和网关通过LORA无线模块传输数据,实现数据通讯；网关内GPS模块用于网关所在位置定位及标识；网关内4G无线模块通过IoT云平台将采集数据传输到Web服务器上，实现数据的远距离无线传输。用户可通过网页浏览方式查看Web服务器上的实时土壤墒情数据。Web服务器可接入多个网关，从而实现广阔面积土壤墒情自动监测及无线组网功能。

Description

基于塔式剖面监测仪的土壤墒情监测系统
技术领域
本发明属于农业管理信息技术领域，特别涉及一种基于塔式剖面监测仪的土壤墒情监测系统。
背景技术
土壤墒情，即土壤含水量，是影响农作物生长发育、区域干旱程度的重要指标，由于区域地形地貌、土壤物理化学特性气象等因素的差异，致使区域墒情分布亦极不均匀，适时掌握区域土壤墒情的动态信息，对于提高抗旱管理水平，科学指导抗旱救灾，预防和减轻干旱灾害及其造成的损失，保障生活用水、生态用水、科学利用水资源具有十分重要的意义。此外，快速准确的监测土壤水分含量及土壤温度等因素，也是及时进行农田旱情分析，指导作物节水灌溉，保障粮食安全等最重要的基础工作之一。由于土壤质地本身存在不均匀性，要准确测量某一区域的土壤水分状况，需要进行多点采样和长期自动监测。目前，对于土壤水分含量等因素的监测设施中，各设备之间均采用有线连接方式，
在农田中进行较大密度的墒情监测时，会造成仪器设备过多，且线缆过长，这严重影响了农机作业和灌溉。土壤墒情的变化通常较为缓慢，不会在短时间内产生骤变。而现有技术中的土壤墒情监测网络，通常是不间断的持续监测，这就需要墒情采集器不间断地处于工作状态，这不但耗电，还可能影响墒情采集器的工作寿命，并且采集的大部分数据是重复无用的。因此，需要一种能够根据用户指令、间隙性进行数据采集和远程网络通讯的土壤墒情监测网络。从而避免能源浪费和重复数据采集的不足。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于塔式剖面监测仪的土壤墒情监测系统，其特征在于，该土壤墒情监测系统包含多监测仪节点、网关、IoT云平台和Web服务器组成。
所述监测仪节点由多个过滤器式土壤墒情传感器的塔式剖面监测仪布设组成；
所述塔式土壤剖面监测仪均有唯一的地址编码，对应唯一的数字地址；
所述监测仪节点与网关之间通过433MHz的LORA无线模块进行短距离无线数据传输；
所述Web服务器可接入多个网关，从而可实现广阔面积土壤墒情自动监测及无线组网功能。
所述网关为：
2.1所述网关由太阳能板、蓄电池，电路板上的数据采集器、2个433MHz的LORA无线模块、GPS模块、无线4G模块、机箱及复位开关组成；
2.2网关配置2个LORA无线模块实现双信道，一个主通道，一个备用通道；由于外界电磁干扰、网关和节点的环境温度差异大,会造成时钟的不一致，这些因素会导致通信失败；备用通道在主通道通信失败时候启用，保证数据的有效传输；
2.3网关获取每个监测仪节点地址，并对其分配相应的通讯时间，避免通讯冲突；监测节点与网关通讯时，监测节点从网关获取校准时间保证整个系统时钟的一致性；
2.4网关GPS模块用于网关所在位置定位及标识；
2.5网关无线4G模块通过IoT云平台，将采集数据传输到Web服务器上，实现数据的远距传输；用户可通过网页浏览方式，查看Web服务器上的墒情实时数据；
2.6网关配备低功耗、高精度、带有定时功能的时钟芯片及电源管理芯片；网关在完成数据传输任务后，发送信号至翻转机制电源管理芯片，关闭系统电源。当计时到下一个工作周期时，时钟芯片发送高电平至翻转机制电源管理芯片，使网关开启电源，如此循环。
所述网关完成数据传输任务包括发送监测数据给Web服务器及反馈节点下次通讯时间。
本发明的有益效果是，网关和多个土壤墒情传感器使用分时通讯机制，有效避免通讯冲突，防止传感器数据丢失；网关增加定时功能，可按设定时间进入休眠和工作模式，休眠时基本接近零功耗，从而大大降低能耗。
附图说明
图1为土壤墒情监测系统组成示意图。
图2为网关组成示意图
具体实施方式
本发明提出一种基于塔式剖面监测仪的土壤墒情监测系统，下面结合附图对本发明予以进一步说明。
图1所示为土壤墒情监测系统组成示意图。该土壤墒情监测系统包含多个监测仪节点、网关、IoT云平台和Web服务器组成。其中，所述监测仪节点1为多个塔式土壤剖面墒情监测仪(选用基于过滤器式探头的塔式土壤剖面墒情监测仪)布设组成；多监测仪节点1与网关2之间通过433MHz的LORA无线模块进行短距离无线数据传输；网关获取每个监测仪节点地址，并对其分配相应的通讯时间，避免通讯冲突；监测节点与网关通讯时，监测节点从网关获取校准时间保证整个系统时钟的一致性；网关4G无线模块通过IoT云平台3，将采集数据传输到Web服务器4上，实现数据的远距传输；用户可通过网页浏览方式，查看Web服务器上的墒情实时数据。
图2所示为网关组成示意图，该网关由太阳能板与机箱连接，机箱内，蓄电池和电路板连接，电路板与复位开关连接，电路板上的数据采集器、2个433MHz的LORA无线模块、无线4G模块与太阳能板连接；复位开关固定在机箱面板上组成。网关GPS模块用于网关所在位置定位及标识；该网关还配备有低功耗、高精度、带有定时功能的时钟芯片及电源管理芯片；网关在完成数据传输任务后，发送信号至翻转机制电源芯片，关闭系统电源。当计时到下一个工作周期时，时钟芯片发送高电平至翻转机制电源芯片，使网关开启电源，如此循环。

Claims (3)

1.一种基于塔式剖面监测仪的土壤墒情监测系统，其特征在于，该土壤墒情监测系统包含多个监测仪节点、网关、IoT云平台和Web服务器组成；其中，
所述监测仪节点由多个过滤器式土壤墒情传感器的塔式剖面监测仪布设组成；
所述塔式土壤剖面监测仪均有唯一的地址编码，对应唯一的数字地址；
所述监测仪节点与网关之间通过433MHz的LORA无线模块进行短距离无线数据传输；
所述Web服务器可接入多个网关，从而实现广阔面积土壤墒情自动监测及无线组网功能。
2.根据权利要求1所述基于塔式剖面监测仪的土壤墒情监测系统，其特征在于，
2.1所述网关由太阳能板、蓄电池，电路板上的数据采集器、2个433MHz的LORA无线模块、GPS模块、4G无线模块、机箱及复位开关组成；
2.2所述网关配置的2个LORA无线模块实现双信道，一个主通道，一个备用通道；由于外界电磁干扰、网关和监测仪节点的环境温度差异大,会造成时钟的不一致，这些因素会导致通信失败；备用通道在主通道通信失败时候启用，保证数据的有效传输；
2.3所述网关获取每个监测仪节点地址，并对其分配相应的通讯时间，避免通讯冲突；监测仪节点与网关通讯时，监测仪节点从网关获取校准时间保证整个系统时钟的一致性；
2.4所述网关内GPS模块用于网关所在位置定位及标识；
2.5所述网关内4G无线模块通过IoT云平台，将采集数据传输到Web服务器上，实现数据的远距传输；用户可通过网页浏览方式，查看Web服务器上的墒情实时数据；
2.6所述网关配备低功耗、高精度、带有定时功能的时钟芯片及电源管理芯片；网关在完成数据传输任务后，发送信号至翻转机制电源管理芯片，关闭系统电源；当计时到下一个工作周期时，时钟芯片发送高电平信号至翻转机制电源管理芯片，使网关开启电源，如此循环。
3.根据权利要求2所述基于塔式剖面监测仪的土壤墒情监测系统，其特征在于，所述网关完成数据传输任务包括发送监测数据给Web服务器及反馈下次通讯时间至监测节点。
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