CN111953769A - 一种基于LoRa通信协议的智能化一体系统 - Google Patents

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高永胜
刘雨夏
陈章
张广洁
吴兴亮
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Abstract

本发明提供了一种基于LoRa通信协议的智能化一体系统，检测模块分布在各个果园园区，数据监测器检测果园园区的数据并通过LoRa通信器传递至传输模块，LoRa子网关接收来自数据监测器的果园园区的数据并将数据汇总至LoRa总网关，LoRa总网关将数据传递至云服务器，自动控制模块根据LoRa总网关传递的数据自动生成控制指令控制相应设备，对果园进行治理。本发明采用LoRa通信系统使数据在传输过程中更加稳定、能够进行超远距离和大面积的数据传输，且具有告警和自动控制调整功能，形成一体化智能系统，减少复杂人为操作。

Description

一种基于LoRa通信协议的智能化一体系统
技术领域
本发明涉及信息通信技术领域，特别涉及一种智能化一体系统。
背景技术
长期以来，现代农业一直采用传统的方式进行农业资源管理，各项数据的实时可视化及溯源工作暂未成熟。导致农场的工作效率降低，无法减少农作物生产过程中的能耗，降低了农场的经济和生态效益。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于LoRa通信协议的智能化一体系统，实现灌溉智能化、虫害预防智能化、施肥智能化、采摘智能化、智能溯源等先进生产方式，对园区内的灌溉、施肥、喷药、机械化作业、监控、信息采集等系统进行统一管理，完成远程控制、视频监控、信息采集、报警提醒、决策分析等功能，实现对园区内开关阀门、摄像头、传感器、水泵、风机、湿帘等设备的自动控制，帮助管理人员实现农业园区的生产标准化、管理可视化、作业智能化、过程透明化；帮助农场节约能耗，提高产量、提升品质，真正意义上提升农场经济效益和生态效益。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于LoRa通信协议的智能化一体系统，包括检测模块、传输模块、云服务器和显示应用端，所述检测模块包括LoRa通信器和数据监测器，检测模块分布在各个果园园区，数据监测器检测果园园区的数据并通过LoRa通信器传递至传输模块，所述传输模块包括LoRa子网关和LoRa总网关，LoRa子网关接收来自数据监测器的果园园区的数据并将数据汇总至LoRa总网关，LoRa总网关将数据传递至云服务器，所述云服务器包括信息数据库、数据分析模块、告警模块和自动控制模块，信息数据库记录每一时刻LoRa总网关传递过来的数据，数据分析模块根据LoRa总网关传递的数据进行统计并生成数据的趋势图发送至显示应用端，告警模块将LoRa总网关传递的数据与预设的阈值进行比较，从而生成告警数据发送至显示应用端，自动控制模块根据LoRa总网关传递的数据自动生成控制指令控制相应设备，对果园进行治理。
所述相应设备包括风机，控温板，水机一体及除虫装置。
所述自动控制模块采用机器学习模型生成控制策略。
所述数据监测器为采集土壤数据的传感器或园区摄像头，所述土壤数据包括土壤温湿度、空气温湿度、土壤电导率、土壤氮磷钾含量和太阳光照强度,当数据监测器为采集土壤数据的传感器，自动控制模块采用机器学习模型，将土壤数据作为自动控制模块的输入，自动控制模块的输出为水肥的输出量，根据当前土壤数据中的土壤温湿度、土壤电导率和土壤氮磷钾含量，自动控制模块调整水肥的输出量；当数据监测器为园区摄像头，果园园区的数据包括果实的图像数据，自动控制模块采用机器学习模型自动识别果实图像中的病害部位，并控制除虫装置对病害部位进行除虫。
所述显示应用端包括手机app或电脑网页端。
本发明的有益效果在于由于采用LoRa通信系统使数据在传输过程中更加稳定、能够进行超远距离和大面积的数据传输，且具有告警和自动控制调整功能，形成一体化智能系统，减少复杂人为操作。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
其中，1-检测模块，2-传输模块，3-云服务器，4-显示应用端，5-LoRa通信器，6-数据监测器，7-LoRa子网关，8-LoRa总网关，9-信息数据库，10-数据分析模块，11-告警模块，12-自动控制模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种基于LoRa通信协议的智能化一体系统，包括检测模块(1)、传输模块(2)、云服务器(3)、显示应用端(4)，检测模块(1)包括LoRa通信器(5)和数据监测器(6)，检测模块(1)分布在各个果园园区，数据监测器(6)检测果园园区的数据并通过LoRa通信器(5)传递至传输模块(2)，传输模块(2)包括LoRa子网关(7)和LoRa总网关(8)，LoRa子网关(7)接收来自数据监测器(6)的果园园区的数据并将数据汇总至LoRa总网关(8)，LoRa总网关(8)将数据传递至云服务器(3)，云服务器(3)包括信息数据库(9)、数据分析模块(10)、告警模块(11)、自动控制模块(12)，信息数据库(9)记录每一时刻LoRa总网关(8)传递过来的数据，数据分析模块(10)根据LoRa总网关(8)传递过来的数据进行统计生成数据的趋势图发送至显示应用端(4)，告警模块(11)将LoRa总网关(8)传递过来的数据与预设的阈值进行比较，生成告警数据发送至显示应用端(4)，自动控制模块(12)根据LoRa总网关(8)传递过来的数据自动生成控制指令控制相应的设备对果园进行治理。
自动控制模块(12)采用机器学习模型生成控制策略。
数据监测器(6)包括土壤数据的各个传感器，果园园区的数据包括土壤的各个指标数据，自动控制模块(12)采用机器学习模型，将土壤的各个指标数据作为输入，将水肥量的调整策略作为输出，根据当前的土壤各个指标数据，自动调整水肥的输出量。
数据监测器(6)包括园区摄像头，果园园区的数据包括果实的图像数据，自动控制模块(12)采用机器学习模型自动识别果实图像中的病害部位，并控制除虫装置对病害部位部位进行除虫。
显示应用端(4)包括手机app或电脑网页端。
具体的，基于LoRa技术的智能灌溉物联网运营云平台的功能可简述为以下部分：
水肥监测施用一体化功能：根据物联网结点监测相关数据信息，进行数据反馈，实现自动化水肥灌溉。结合农产品的生长特性等，选择合适的灌溉方式，并搭配温度等情况进行自适应的水肥调整。将节能保水和施肥管理一步集成，减少复杂人为操作。
病虫害监测与防治功能：目前的技术路线拟通过摄像机进行实时监控，通过采集图像对相关区域进行采样匹配，利用机器学习建立合适的害虫库，对病虫害进行监测并给出防虫警告及相关治理方案。
生产环节追溯及数据管理功能：通过对生产作物进行标样和编号，记录其生长的相关数据(如：具体品种，生长阶段时间明晰，生长温度统计数据，施用化肥等)，可以使客户在购买时，清晰明了的获取农作物在种植、培育、采摘、运输时的各项数据。
其技术核心为采用LoRa协议以低成本组件自己的低功耗广域物联网络，搭建信息平台，自助收集各个采区的数据，做到监控自动化、气象数据可视化、灌溉数据实时处理、远程提供灌溉指导方案等，用户只需通过浏览器或智能手机就可以轻松享用全部平台服务，同时可以设置阈值指标，当超标时可接受到超标体系信息/邮件/蜂鸣等。
本设计在完成基本需求的同时，具备以下技术层面的优势：
1、设计过程清晰明了，构架成本低，无需像运营商付费；
2、LoRa通信协议具备低功耗、长距离、安全稳定、寿命长等优势；
3、本系统一次搭建终身使用，维护便捷，安全可靠；
4、用户管理界面构建效率高，可视化效果好，可扩展性强；
5、可考虑为网关提供5G支持，使数据传输更高效。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于LoRa通信协议的智能化一体系统，包括检测模块、传输模块、云服务器和显示应用端，其特征在于：
所述检测模块包括LoRa通信器和数据监测器，检测模块分布在各个果园园区，数据监测器检测果园园区的数据并通过LoRa通信器传递至传输模块，所述传输模块包括LoRa子网关和LoRa总网关，LoRa子网关接收来自数据监测器的果园园区的数据并将数据汇总至LoRa总网关，LoRa总网关将数据传递至云服务器，所述云服务器包括信息数据库、数据分析模块、告警模块和自动控制模块，信息数据库记录每一时刻LoRa总网关传递过来的数据，数据分析模块根据LoRa总网关传递的数据进行统计并生成数据的趋势图发送至显示应用端，告警模块将LoRa总网关传递的数据与预设的阈值进行比较，从而生成告警数据发送至显示应用端，自动控制模块根据LoRa总网关传递的数据自动生成控制指令控制相应设备，对果园进行治理。
2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa通信协议的智能化一体系统，其特征在于：所述相应设备包括风机，控温板，水机一体及除虫装置。
3.根据权利要求1所述的一种基于LoRa通信协议的智能化一体系统，其特征在于：所述自动控制模块采用机器学习模型生成控制策略。
4.根据权利要求1所述的一种基于LoRa通信协议的智能化一体系统，其特征在于：
所述数据监测器为采集土壤数据的传感器或园区摄像头，所述土壤数据包括土壤温湿度、空气温湿度、土壤电导率、土壤氮磷钾含量和太阳光照强度,当数据监测器为采集土壤数据的传感器，自动控制模块采用机器学习模型，将土壤数据作为自动控制模块的输入，自动控制模块的输出为水肥的输出量，根据当前土壤数据中的土壤温湿度、土壤电导率和土壤氮磷钾含量，自动控制模块调整水肥的输出量；当数据监测器为园区摄像头，果园园区的数据包括果实的图像数据，自动控制模块采用机器学习模型自动识别果实图像中的病害部位，并控制除虫装置对病害部位进行除虫。
5.根据权利要求1所述的一种基于LoRa通信协议的智能化一体系统，其特征在于：所述显示应用端包括手机app或电脑网页端。
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