CN112679253A - 一种基于无源rfid的堆肥监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于无源RFID的堆肥监测系统，其包括云平台、监控中心、数据采集装置和无源RFID传感装置；云平台用于永久存储监控中心发送的数据，并根据需要对数据进行处理；监控中心用于接收数据采集装置发送的数据，并将数据通过网络发送给云平台；数据采集装置固定在堆肥装置的周围，用于发射和接收采集信号数据，并进行汇总后上报给监控中心；无源RFID传感装置包括RFID标签，根据需要放置在肥料堆体的内部，用于接收所述数据采集装置发射的采集信号，同时将采集到的数据发射给所述数据采集装置。本发明的堆肥监测系统可以灵活地布置传感器，能够获得堆体三维结构上的参数变化，并且实现动态连续、无人值守的数据采集。
Description
技术领域
本发明涉及废弃物处理领域，具体涉及一种基于无源RFID的堆肥监测系统。
背景技术
堆肥过程是指利用自然界广泛存在的微生物，有控制地促进有机固体废弃物中可降解有机物转化为稳定的腐殖质的生物化学过程，针对这个过程的科学研究或生产过程，都需要获取大量连续的数据做支撑，然而目前的技术存在几个问题：
(1)现有技术均采用插针式传感器，或者固定传感器位置监测废弃物的温度、含水量变化，在这种方案中，传感器或者设备一旦部署后只能采集一个点上的数据，并且很难移动。
(2)目前的传感器都是通过电池供电或者有线电源供电。电池供电的无线传感器一旦电池液泄露，就会造成堆肥的重金属污染，肥料施用到田间后，会造成农产品质量的影响。有线电源的传感器，由于受电源线限制，一般只能固定在一个特定位置，并且部署的时候数量上有局限。
无论是反应器堆肥、槽式堆肥还是条躲堆肥，由于堆体是一个立体空间，当前的方案只能监测几个或者几个点上的数据，无法获取立体空间上的数据，这会造成堆体温度的误判，影响科研数据质量和生产过程控制效果。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种基于无源RFID技术的堆肥监测系统，具体技术方案如下：
一种基于无源RFID的堆肥监测系统，包括云平台、监控中心、数据采集装置和无源RFID传感装置；
所述云平台用于永久存储所述监控中心发送的数据，并根据需要对数据进行处理；
所述监控中心用于接收数据采集装置发送的数据，并将数据通过网络发送给所述所述云平台；
所述数据采集装置固定在堆肥装置的周围，用于发射和接收采集信号数据，并进行汇总后上报给所述监控中心；
所述无源RFID传感装置包括RFID标签，根据需要放置在肥料堆体的内部，用于接收所述数据采集装置发射的采集信号，同时将采集到的数据发射给所述数据采集装置。
进一步地，所述数据采集装置包括Lora模块、RFID发射器和RFID接收器，所述RFID发射器用于向所述无源RFID传感装置发射连续波信号，所述RFID接收器用于接收所述无源RFID传感装置反馈的信号，所述Lora模块用于将采集到的数据进行汇总并上报到所述监控中心。
进一步地，所述无源RFID传感装置还包括能量捕获天线、升压整流器、电压调节器、微处理器、传感器和通讯天线，所述能量捕获天线获取无源RFID传感装置发射的连续波信号，并将其转换为电压信号；所述升压整流器将交流电压信号转换为直流电压信号，所述电压调节器用于稳定电压，提供电压给微处理器、传感器和通讯天线使用；所述传感器用于感应堆体的参数；所述微处理器用于将所述传感器感应的数据进行整理打包，并通过通讯天线发送给数据采集装置。
进一步地，所述无源RFID传感装置为球形。
进一步地，所述传感器包括温度传感器、含水量传感器和电导率传感器。
进一步地，对于反应器堆肥，所述数据采集装置固定在反应器的顶部；对于条躲堆肥，所述数据采集装置为多个，间隔一定间距布置在堆肥内部的通风管道上；对于槽式堆肥，所述数据采集装置固定在槽式堆肥的龙门架结构上，或者沿着堆肥槽的长轴方向部署在槽的边缘上。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明的堆肥监测系统可以灵活地布置传感器，能够获得堆体三维结构上的温度、含水量、电导率等参数的变化数据，并且实现动态连续、无人值守的数据采集，便于研究堆肥过程中物料温度、含水量、电导率的变化。
(2)无源RFID传感装置取消了电源供应，传感器可以长时间部署在堆体中或堆体下垫面中。
附图说明
图1为本发明实施例的堆肥监测系统的结构示意图；
图2为无源RFID传感装置的组成示意图；
图3为数据采集装置的组成示意图；
图4为反应器堆肥中数据采集装置和无源RFID传感装置的布置示意图。
图5为条剁堆肥中数据采集装置和无源RFID传感装置的布置示意图。
图6为槽式堆肥中数据采集装置和无源RFID传感装置的布置示意图。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明的基于无源RFID的堆肥监测系统包括云平台、监控中心、数据采集装置和无源RFID传感装置。
其中，无源RFID传感装置工作过程中无需额外电源，根据需要放置在肥料堆体的内部，其包括RFID标签，还包括能量捕获天线、升压整流器、电压调节器、微处理器、传感器和通讯天线，如图2所示。能量捕获天线获取无源RFID传感装置发射的连续波信号，并将其转换为电压信号；升压整流器将交流电压信号转换为直流电压信号，所述电压调节器用于稳定电压，提供电压给微处理器、传感器和通讯天线使用。传感器包括温度传感器、含水量传感器和电导率传感器等。微处理器用于将传感器感应的数据进行整理打包，并通过通讯天线发送给数据采集装置。无源RFID传感装置优选为球形，根据需要任意分布于反应器内的堆体空间中，用于监测堆体任意位置的温度、含水量和电导率等的变化数据。无源RFID传感装置是在反应器初次加料的时候放置于堆体不同位置。如图4～6所示。
如图3所示，数据采集装置为LoRa协议数据采集器，其包括Lora模块、RFID发射器和RFID接收器，RFID发射器用于向无源RFID传感装置发射连续波信号，RFID接收器用于接收无源RFID传感装置反馈的信号，Lora模块用于将采集到的数据进行汇总并上报到监控中心。数据采集装置固定在堆肥装置的周围。
对于不同类型的堆肥方式，数据采集装置和无源RFID传感装置放置的位置和时间不同。
对于反应器堆肥，数据采集装置固定在反应器的顶部，无源RFID传感装置在反应器初次加料的时候放置于堆体不同位置。反应器的控制端包含了数据采集装置，用于向传感装置发送采集信号和接收采集数据，整体结构如图4所示。
对于条剁堆肥，如图5所示，无源RFID传感装置在堆体形成之前，固定于堆体下方土壤中，按一定规则分布，用于监测堆体底部平面上的数据。同时，对于堆体空间内的监测，可以在堆体形成过程中摆放无源RFID传感装置，也可以在堆体形成后随时插入到指定位置。数据采集装置为多个，间隔一定间距布置在堆肥内部的通风管道上，与通风管道一起安装。通过这样分布，数据采集装置可以采集整个堆体任意位置的数据。
对于槽式堆肥，数据采集装置固定在槽式堆肥的龙门架结构上，或者沿着堆肥槽的长轴方向部署在槽的边缘上。如图6所示，龙门架结构在移动过程中，数据采集装置发送数据采集信号，无源RFID传感装置接收后采集数据并反馈给数据采集装置，实现数据的采集。
无源RFID传感装置在堆肥腐熟后，即出料的过程中，可利用大孔径的筛子回收传感装置。由于本发明传感器不需要电源，所以，长期堆肥的场景中完全可以不必取出，可永久使用。
监控中心用于接收数据采集装置发送的数据，并将数据通过网络转发给云平台；云平台用于永久存储所述监控中心发送的数据，并根据需要对数据进行处理。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对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例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。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于无源RFID的堆肥监测系统，其特征在于，该系统包括云平台、监控中心、数据采集装置和无源RFID传感装置；
所述云平台用于永久存储所述监控中心发送的数据，并根据需要对数据进行处理；
所述监控中心用于接收数据采集装置发送的数据，并将数据通过网络发送给所述所述云平台；
所述数据采集装置固定在堆肥装置的周围，用于发射和接收采集信号数据，并进行汇总后上报给所述监控中心。
所述无源RFID传感装置包括RFID标签，根据需要放置在肥料堆体的内部，用于接收所述数据采集装置发射的采集信号，同时将采集到的数据发射给所述数据采集装置。
2.根据权利要求1所述的基于无源RFID的堆肥监测系统，其特征在于，所述数据采集装置包括Lora模块、RFID发射器和RFID接收器，所述RFID发射器用于向所述无源RFID传感装置发射连续波信号，所述RFID接收器用于接收所述无源RFID传感装置反馈的信号，所述Lora模块用于将采集到的数据进行汇总并上报到所述监控中心。
3.根据权利要求1所述的基于无源RFID的堆肥监测系统，其特征在于，所述无源RFID传感装置还包括能量捕获天线、升压整流器、电压调节器、微处理器、传感器和通讯天线，所述能量捕获天线获取无源RFID传感装置发射的连续波信号，并将其转换为电压信号；所述升压整流器将交流电压信号转换为直流电压信号，所述电压调节器用于稳定电压，提供电压给微处理器、传感器和通讯天线使用；所述传感器用于感应堆体的参数；所述微处理器用于将所述传感器感应的数据进行整理打包，并通过通讯天线发送给数据采集装置。
4.根据权利要求1所述的基于无源RFID的堆肥监测系统，其特征在于，所述无源RFID传感装置为球形。
5.根据权利要求3所述的基于无源RFID的堆肥监测系统，其特征在于，所述传感器包括温度传感器、含水量传感器和电导率传感器。
6.根据权利要求1所述的基于无源RFID的堆肥监测系统，其特征在于，对于反应器堆肥，所述数据采集装置固定在反应器的顶部；对于条躲堆肥，所述数据采集装置为多个，间隔一定间距布置在堆肥内部的通风管道上；对于槽式堆肥，所述数据采集装置固定在槽式堆肥的龙门架结构上，或者沿着堆肥槽的长轴方向部署在槽的边缘上。
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