CN113015108B - 基于移动网络通讯的土壤参数监测方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于移动网络通讯的土壤参数监测方法，所述方法包括如下步骤设置至少基于含水量阈值范围的告警条件；判断所述土壤参数监测装置上传至所述监测服务器的数据是否满足告警条件，如果是则向对应的所述终端设备发送告警通知数据；在所述终端设备上显示所述告警通知数据。本申请的有益之处在于提供一种具有较优网络配置以及实现远程数据采集的基于移动网络通讯的土壤参数监测方法。

Description

基于移动网络通讯的土壤参数监测方法

技术领域

本申请涉及一种基于移动网络通讯的土壤参数监测方法。

背景技术

土壤墒情是指土壤的湿度情况。土壤湿度是土壤的干湿程度，即土壤的实际含水量，可用土壤含水量水占与烘干土重或土壤体积的百分数比值表示。，也可以土壤含水量相当于田间持水量的百分比，或相对于饱和水量的百分比等相对含水量表示。现有的土壤墒情以及其他参数检测装置一般采用相应的具有探针或其他检测元件的检测头插入到土壤中进行检测。并且，现有的土壤墒情检测装置均要采用有线的供电或有线的电源传输进行工作。

这样非常不利于野外的检测环境，并且不适于长期的监测。

发明内容

为了解决现有技术的不足之处，本申请提供一种基于移动网络通讯的土壤参数监测方法，所述基于移动网络通讯的土壤参数监测方法由一个基于移动网络通讯的土壤参数监测系统所执行；所述基于移动网络通讯的土壤参数监测系统包括：土壤参数监测装置，用于完全埋设在土壤中以检测土壤的参数；监测服务器，用于处理或/和存储所述土壤参数监测装置的检测数据；终端设备，用于至少向用户显示所述土壤参数监测装置的检测数据；所述基于移动网络通讯的土壤参数监测方法包括如下步骤：设置至少基于含水量阈值范围的告警条件；判断所述土壤参数监测装置上传至所述监测服务器的数据是否满足告警条件，如果是则向对应的所述终端设备发送告警通知数据；在所述终端设备上显示所述告警通知数据。

进一步地，所述告警通知数据包括：告警内容、告警发生时间和备注信息。

进一步地，所述基于移动网络通讯的土壤参数监测方法还包括如下步骤：将所述终端设备的用户分配到工作组中；将所述土壤参数监测设备分配到工作组中；将所述工作组中的所述土壤参数监测设备的数据发送到所述工作组中用户的所述终端设备。

进一步地，所述基于移动网络通讯的土壤参数监测方法还包括如下步骤：将所述土壤参数监测设备的数据在所述终端设备以数据图表形式进行展示。

进一步地，所述基于移动网络通讯的土壤参数监测方法还包括如下步骤：所述数据图表包括数据曲线图和数据柱状图。

进一步地，所述基于移动网络通讯的土壤参数监测方法还包括如下步骤：采集用户对所述终端设备的操作数据；根据所述操作数据在所述终端设备所显示的数据图表显示一条坐标线；根据所述坐标线与所述数据图标中曲线或柱块的交点显示对应的数据详情。

进一步地，所述数据详情包括：含水量数据、温度数据和采集时间。

进一步地，所述基于移动网络通讯的土壤参数监测方法还包括如下步骤：采集所述土壤参数监测设备的位置数据；在所述终端设备中以地图定位形式显示所述土壤参数监测设备的位置。

进一步地，所述基于移动网络通讯的土壤参数监测方法还包括如下步骤：所述终端设备采集对应所述土壤参数监测设备的图形码；所述终端设备将采集的图形码所记载的数据传输至所述检测服务器以使对应的所述土壤参数监测设备加入所述终端设备所在的工作组。

进一步地，所述基于移动网络通讯的土壤参数监测方法还包括如下步骤：根据用户对所述终端设备的操作选择所述土壤参数监测设备所采集的数据的一个设定范围；将所述设定范围的数据导出至另一个所述终端设备或生成供另一个所述终端设备访问的访问地址。

本申请的有益之处在于：提供一种具有较优网络配置以及实现远程数据采集的基于移动网络通讯的土壤参数监测方法。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请一种实施例的基于移动网络通讯的土壤参数监测系统的示意图；

图2是根据本申请一种实施例的基于移动网络通讯的土壤参数监测系统中终端土壤参数监测装置与中转土壤参数监测装置的示意图；

图3是本申请的土壤参数监测系统的小程序的初始界面；

图4是本申请的土壤参数监测系统的小程序的组管理的界面；

图5是本申请的土壤参数监测系统的小程序的新建组管理的界面；

图6是本申请的土壤参数监测系统的小程序的新建组完成后的界面；

图7是本申请的土壤参数监测系统的小程序的新建组重命名的界面；

图8是本申请的土壤参数监测系统的小程序的删除组的界面；

图9是本申请的土壤参数监测系统的小程序的成员排序的界面；

图10是本申请的土壤参数监测系统的小程序的设备管理的界面；

图11是本申请的土壤参数监测系统的小程序的成员增加的界面；

图12是本申请的土壤参数监测系统的小程序的成员管理的界面；

图13是本申请的土壤参数监测系统的小程序的组管理的界面；

图14是本申请的土壤参数监测系统的小程序的设备详情的界面；

图15是本申请的土壤参数监测系统的小程序的我的设备的界面；

图16是本申请的土壤参数监测系统的小程序的设备位置的界面；

图17是本申请的土壤参数监测系统的小程序的数据导出选择的界面；

图18是本申请的土壤参数监测系统的小程序的数据导出显示的界面；

图19是本申请的土壤参数监测系统的小程序的数据预设导出的界面；

图20是本申请的土壤参数监测系统的小程序的数据曲线的界面；

图21是本申请的土壤参数监测系统的小程序的柱状图的界面；

图22是本申请的土壤参数监测系统的小程序的数据曲线横向坐标分析界面；

图23是本申请的土壤参数监测系统的小程序的数据曲线纵向坐标分析界面；

图24是本申请的土壤参数监测系统的小程序的中扫描增加设备的界面；

图25是本申请的土壤参数监测系统的小程序的在扫描增加设备的提示界面；

图26是本申请的土壤参数监测系统的小程序的设置界面；

图27是根据本申请一种实施例的基于NB-IoT的土壤参数监测装置外观示意图；

图28是根据本申请另一种实施例的基于NB-IoT的土壤参数监测装置外观示意图

图29是根据本申请一种实施例的基于NB-IoT的土壤参数监测装置的模块示意框图；

图30是根据本申请一种实施例的电源模块的电路示意图；

图31是根据本申请另一种实施例的电源模块的电路示意图；

图32是根据本申请第三种实施例的电源模块的电路示意图。

图1至图2中附图标记的含义：

基于移动网络通讯的土壤参数监测系统100；土壤参数监测装置101；监测服务器102；终端设备103、104；网络服务器105；终端土壤参数监测装置1011，中转土壤参数监测装置1012；

图27至图31中附图标记的含义：

土壤参数监测装置100，传感器本体101，探针102，保护套103，窗口1011；

土壤参数监测装置200，传感器本体201，环形电极202，太阳能电池板203。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

参照图1所示，作为本申请的一个实例，基于移动网络通讯的土壤参数监测系统包括：土壤参数监测装置、监测服务器和终端设备。

其中，土壤参数监测装置用于完全埋设在土壤中以检测土壤的参数，比如土壤的含水量、温度等。具体而言，土壤参数监测装置具有内置电源和无线通讯模块以使其能够摆脱线缆的束缚进行自由的埋设。

监测服务器用于处理和存储土壤参数监测装置的检测数据，比如将检测数据按照采集时间进行存储，或者将检测数据与土壤参数监测装置进行匹配，或者将检测数据与土壤参数监测装置的地理位置进行匹配。

终端设备用于至少向用户显示土壤参数装置的检测数据。更具体而言，终端设备为用户提供人机交互的界面，以使用户获取所需的数据或者进行相应的操作。作为一种优选方案，终端设备可以是一个移动终端设备，比如智能手机或平板电脑；在某些专业领域，终端设备也可以非移动终端，比如具有交互功能的电脑设备或者工作站设备。这里需要说明的是，当监控服务器具有或连接有人机交互设备时，其也可以作为用户与基于移动网络通讯的土壤参数监测系统进行交互的设备。

作为具体方案，土壤参数监测装置与监测服务器构成无线通讯连接以使土壤参数监测装置至少通过一个第一类网络向监测服务器传输数据。第一类网络为一个土壤参数监测装置可以进行数据传输的无线网络，土壤参数监测装置的通讯模块使它们能够通过该第一类网络进行数据的传输，传输的数据内部包括与土壤参数相关的检测数据也包括与设备自身相关的设备数据，比如设备电量、设备位置等数据。

另外，监测服务器与终端设备构成通讯连接以使监测服务器至少通过一个异于第一类网络的第二类网络向终端设备传输数据。

第一类网络和第二类网络至少在数据的传输速率上存在差异，第一类网络的传输速率要远小于第二类网络的传输速率；同时，第一类网络传输数据所需的功率也远小于第二类网络传输数据所需的功率。

作为具体方案，第二类网络的传输速率与第一类网络的传输速率的比值的取值范围为800至9375。

作为更具体的方案，第一类网络为一个低功耗广域网络(LPWAN)，其传输速率取值范围为0.3kbps至500kbps；更进一步地，其传输速率取值范围为100kbps至300kbps。

作为具体方案，第一类网络为NB-IoT、LoRa、Sigfox、eMTC中的一种或多种组合所构建的网络。作为本申请的优选方案，第一类网络为NB-IoT网络，其传输输速率取值范围为160kbps至250kbps。

作为具体方案，第二类网络为3G、4G或5G的移动通讯网络，或者是其他有线网络。第二类网络的传输速率与第一类网络的传输速率的比值的取值范围为800至9375。

采用这样方案可以兼顾数据采集端以及用户端不同的需求。在采集端，土壤参数一般不会剧烈变化，其更需要埋设的设备能够长期采集数据，即对采样频率要求不高而对设备能够持续进行采集的时间较高，因为一旦设备埋设后希望其能在较长的时间内起作用，这一方面对设备电源有所要求，另一方面对上传检测数据网络也有所要求。而在用户端，单点的或者单一时刻的土壤参数对于专业用户价值不大，他们往往需要众多土壤参数监测装置在一个较长时间段内数据进行分析和研究，以便做出预判或改良措施，因此他们在使用终端设备时往往需要终端设备能短时间大量获取所需的参数数据以及设备数据。正式存在这样需求，所以第一类网络和第二类网络需要是相异的网络，其考虑到土壤参数研究的现实情况，第一类网络和第二类网络的传输速率之比需要保持在一定的预设范围内，才能兼顾采集端和用户端不同的需求。

作为进一步的方案，为了更便捷的搭建系统，基于移动网络通讯的土壤参数监测系统还包括：网络服务器。该网络服务器用于在土壤参数监测装置和监测服务器之间传递数据；网络服务器与监测服务器通过第三类网络构成通讯连接。网络服务器为运营商或者其他第三方的服务器，网络服务器作为运营商已经搭建好的第一类网络的中继服务器，只要使土壤参数监测装置能够接入第一类网络，它们既可以将数据传输至网络服务器，然后再由网络服务器根据设定和协议，将数据传输至应用层面用户的服务器，即本申请中的监测服务器。多个土壤参数监测装置通讯连接至一个网络服务器。

作为一个具体方案，第一类网络采用NB-IoT，每个土壤参数监测装置可以通过其NB-IoT模块加入到运营商提供的NB-IoT网络，运营商的服务器作为本申请中网络服务器通过NB-IoT网络与土壤参数监测装置进行数据传输。

作为一个具体方案，网络服务器和监测服务器之间的第三类网络可以是有线网络也可以是无线网络，作为可选方案，第三类网络的传输速率大于等于第二类网络的传输速率。

参照图2所示，作为一种扩展方案，土壤参数监测装置分为：终端土壤参数监测装置和中转土壤参数监测装置；其中，终端土壤参数监测装置与中转土壤参数监测装置构成无线通讯连接以传输数据；中转土壤参数监测装置与监测服务器构成无线通讯连接以使中转土壤参数监测装置向监测服务器传输终端土壤参数监测装置的检测数据。

更具体而言，在没有诸如NB-IoT网络覆盖的区域，为了实现土壤参数监测装置能通过无线网络与监测服务器进行数据交互，可以设置中转土壤参数监测装置，其本身具有一般的终端土壤参数监测装置的功能，其也具有能与其他终端土壤参数监测装置组网的功能，比如采用近程网络进行组网，比如采用ZigBee网络进行组网从而使各个终端土壤参数监测装置能将数据传输至中转土壤参数监测装置(当然也可以反向传输数据)，而中转土壤参数监测装置则另外设有一个外发通讯模块，它可以通过另一种网络或者信号进行数据传输。比如，中转土壤参数监测装置可以通过卫星通讯系统传输数据，然后再经过卫星通讯系统的数据服务，再将数据传输至监测服务器。作为扩展方案，中转土壤参数监测装置相较一般的终端土壤参数监测装置而言，其具有更大容量的电池以及额外的天线装置。在进行埋设时，也可以将中转土壤参数监测装置埋设在较浅的土壤中。

参照图3至图25所示，作为控制本申请土壤参数监测装置的一个终端以及控制功能的实例，图3至图25示出一种基于移动终端和微信小程序的控制方案，以下结合该实例对本申请的土壤参数监测系统功能进行说明。

如图3所示，作为微信小程序的初始界面，初始界面提供设备的告警通知，在告警通知中包括三个方面：告警内容、告警发生时间和备注。其中，告警内容包括设备编号以及含水量的检测结果；告警发生时间显示告警发生的年月日以及具体时间点；备注主要体现报警所对应的问题以及针对该问题的措施。在该界面中还提供了“查新详情”和“项目”的按钮，“查新详情”按钮可以点击打开该设备完整数据，“项目”按钮用于打开进一步选项或菜单。

基于以上的界面，本申请的基于移动网络通讯的土壤参数监测系统具有如下功能：设置一个含水量阈值范围，当监测服务器判断土壤参数监测装置上传含水量数据超出含水量阈值范围时，向终端设备发送告警通知数据。作为扩展方案，土壤参数监测装置可以检测温度数据，并将温度数据上传至监测服务器，当温度数据超过阈值范围时，同样进行温度报警，即在本申请介绍技术方案，适用于含水量的功能同样适用于温度数据的检测和处理。

在点击图3中“项目”按钮后，进一步显示的界面为图4所示，如图4所示，该界面底部提供四个功能按钮：组管理、我的设备、添加设备和设置。图4显示了组管理的控制界面，在该控制界面中提供了“新建组”、“默认未分组设备”、“创建的组”、“加入的组”。

点击“新建组”，界面会切换到图5所示的内容，即弹出一个对话框，供用户输入新建的工作组的组名。在输入新建组名后，界面切换至图6所示的内容，即在新建组新建完成后，界面提供“重命名”、“删除组”、“设备排序”三个按钮，对应的分别提供了将工作组重新命名和删除组的功能以及将组内设备进行排序的功能。并且，图6提供工作组内设备管理和成员管理，在设备管理和成员管理中可以通过点击加号增加设备或增加成员。

具体而言，在点击“重命名”的按钮后，弹出的对话框如图7所示，可以通过在对话框中输入新的组名。

具体而言，在点击“删除组”的按钮后，弹出的对话框如图8所示，可以选择“是”或“否”执行具体操作。

具体而言，在点击“设备排序”后，弹出的对话框如图9所示，可以通过手动拖动设备进行排序，在排序之后，点击“完成”即可，或者点击“返回”按钮返回图6所示的界面。

具体而言，在点击“设备”的加号按钮后，界面如图10所示，添加设备可以采用以下两种方式进行添加，第一种为在未分组中的设备中进行选择，第二种为直接扫描土壤参数监测装置上的二维码进行添加。

具体而言，在点击“成员”的加号按钮后，界面如图11所示，添加成员可以选择两种方式进行添加，第一种是输入用户的ID数据进行添加，另一种是通过微信朋友分享邀请好友。在点击已经存在的成员时显示的界面如图12所示，可以通过界面对成员进行移出和添加备注的操作。

点击图4中的“加入的组”中具体组的按钮后，界面如图12所示，在该界面中，提供两个按钮“重命名”和“退出组”，点击“重命名”会弹出类似于图7所示的对话框进行重命名以帮助用户备注自己所加入的组，点击图4中的“退出组”即可以退出当前的工作组。

再如图4所示，在组管理中可以分别点击设备和成员从而查看具体详情。每个设备可以包括中文名称和设备序列号。作为具体方案，可以为每个成员添加编号便于管理，对于超级管理员，可以给成员添加备注。

点击图4中的具体设备对应的“查询详情”，会显示如图14所示的界面，可以通过该界面获取设备详细信息。该界面具体包括如下模块：设备基本信息、设备数据、数据导出和图标数据筛选。

其中，设备基本信息包括：设备名称、序列号、管理者(即超级管理员，也可以是建立工作组的成员)，运营商，ICCID，湿度正常区间(含水量正常区间)，工作模式，休眠状态，预估可用时长。

具体而言，设备名称可以由用户来命名，以便用户识别，其可以采用中文或英文的方式进行命名，序列号为设备的唯一识别ID，用于在监测服务器中作为土壤参数监测设备唯一的识别信息。管理者为该设备现有对应管理成员。运营商和ICCID显示了该设备网络运营消息。温度正常区间即对应之前所表述的含水量阈值范围，在本申请中含水量阈值范围和湿度正常区间为等同概念。

工作模式为设定土壤参数监测设备检测和上传数据的模式和频率，工作模式可以被设置，具体而言，工作模式可以包含两个方面，测量和上传数据的时间是否同步，以及它们各自动作的频率。作为具体实例，图14中模式为“测传同步，每1天测传”，当然也可以设置为测传异步，上午6：00进行检测，中午12:00或者凌晨0:00进行数据上传。测传的频率可以采用每天2次或者每2天测传一次。

图14中的休眠状态是指该设备的休眠功能是否开启，休眠功能可以通过移动终端(即终端设备)进行打开或关闭，当休眠功能打开时，设备处于待机状态，即不进行检测和数据上传，使设备处于低功耗或零功耗状态，除了电源的自放电以外，设备没有电源消耗。

图14中的预估可用时长是根据当前的工作模式以及剩余电量数据，来评估剩余可用时间。如前所述由于采用特别电路方案以及通讯方案使得本申请设备具有较长的使用寿命，并契合具体使用场景。

在图14的设备数据模块中按照时间顺序列出了设备的相关数据，具体包括：土壤含水量、温度、电池电压、信号强度和采样时间。当然也可以将上传数据时间作为展示项。

在图14所示的图表数据筛选模块中，默认列出了最近十条数据的图表信息，通过点击“最近10条”的按钮，可以选择最近10条、50条、100条进行选择，也可以进行自定义时段的选择。根据所选择的条数或时段，图14中图表数据筛选模块显示曲线或柱状图会进行对应显示。在图表数据筛选模块中还提供了4个按钮，分别对应“刷新”、“柱状显示”、“曲线显示”、“最大化显示或一般显示”的功能，其中，“刷新”用于刷新数据图显示，“柱状显示”、“曲线显示”用于切换数据显示的风格，“最大化显示或一般显示”用于缩放曲线显示界面，最大化显示提供全屏显示，一般显示将数据图表还原到如图14所示的局部显示。图20显示了最大化显示状态下的曲线显示的数据图表，图21显示了最大化显示状态下的柱状显示的数据图表。

如图22和图23所示，作为优选方案，用户可以通过触摸选择横纵坐标查看某个节点对应数据和时间。如图22所示，可以以拖动横坐标轴的方式查看曲线上的具体数据，这样可以以某含水量基准或温度基准查看曲线上具体数据；对应的，如图23所示，也可以以拖动纵坐标轴的方式查看曲线上的具体数据，这样可以以某个时间点基准查看曲线上具体数据。

如图23所示，在曲线以全屏显示的模式下，可以通过触摸拉动曲线下方的按钮选择曲线所针对的时间范围，即拉动按钮选取曲线呈现数据范围。

另外，在图14所示界面中，设备基本信息处还设有一个地图图标，该地图图标被点击后，切换图16所示的界面，在图16所示的界面中显示该设备的地图定位信息。这样便于用户按照定位查找设备或获知设备具体定位。

在图14所示界面中，点击数据导出会切换到图17所示的界面，在该界面中用户可以选择数据导出的开始时间和结束时间。完成开始时间和结束时间设置之后，数据导出模块转换成图18所示的状态，生成一个“复制导出数据下载地址”的按钮，用户可以通过点击该按钮获取导出数据的下载地址，从该下载地址可以获取记载在导出数据的excel文件。

在图4中点击我的设备时切换至是如图15所示界面，在该界面内提供两个模块：“我管理设备”和“可查看的设备”。在“我管理设备”中列出了用户当前管理的设备，在“可查看的设备”中列出了用户可以查看的设备，在可以查看的设备列表中，除了设备的名称和序列号以外，还显示了新设备所属的工作组的名称。点击每个单个设备可以查看的界面可参照图14所示。

在图4中点击“添加设备”按钮，会切换到图24所示的界面，用户可以通过“扫一扫”的功能添加设备，在点击“扫一扫”的按钮后，会切换到图25所示的界面，会提示用户在扫码之前需要使设备处于关机状态。

在图4中点击“设置”按钮，会切换到图26所示的界面，在“设置”界面中提供复制PC端URL的功能，通过该功能，用户可以通过网页模式(SaaS)在PC终端上进行更进一步的操作，需要说明的是，在PC终端上同样是可以实现上述移动终端的功能。在“帮助”中，会提示具体的帮助消息。

基于以上的技术方案介绍，本申请还提供一种土壤参数监测系统的监测方法，具体包括如下步骤：

设置至少基于含水量阈值范围的告警条件；

判断所述土壤参数监测装置上传至所述监测服务器的数据是否满足告警条件，如果是则向对应的所述终端设备发送告警通知数据；

在所述终端设备上显示所述告警通知数据。

作为具体方案，告警通知数据包括：告警内容、告警发生时间和备注信息。

作为优选方案，本申请的土壤参数监测系统的监测方法还包括如下步骤：

将所述终端设备的用户分配到工作组中；

将所述土壤参数监测设备分配到工作组中；

将所述工作组中的土壤参数监测设备的数据发送到所述工作组中用户的所述终端设备。

作为优选方案，用户可以通过终端设备管理工作组中的所述土壤参数监测设备和所述终端设备用户。

所述用户可以通过终端设备管理工作组中的终端设备用户是指可以增加或删除用户对应的所述终端设备在所述工作组中访问数据的权限。

所述用户可以通过终端设备管理工作组中的所述土壤参数监测设备是指可以增加或删除所述终端设备使其不再被工作组的成员所查看。

作为优选方案，具有超级管理员的用户还可以通过终端设备管理工作组，这里所指的管理是指删除或重命名工作组以及将工作组中的设备进行排序。

作为优选方案，具有超级管理的用户还可以通过终端设备整体删除工作组，当整体删除工作组时，组内成员信息将被删除，组内的土壤参数监测设备将被设置为未分组状态。

作为优选方案，本申请中，通过所述终端设备在工作组中增加所述土壤参数监测设备的方式包括两种，一种是从未分组的土壤参数监测设备中选择需要添加的设备，另一种是通过终端设备(比如智能手机)的图像传感器(比如摄像头)通过扫码的方式进行设备添加，扫码的对象可以是二维码或太阳码等可以记载数据信息的图形码。该图形码中可以记载土壤参数监测设备的序列号信息、ICCID信息等信息。

作为优选方案，在本申请中，通过所述终端设备在工作组中增加成员的方式包括两种，一种是通过输入成员的ID进行添加，另一种是通过分享链接或公众号邀请微信好友的方式进行增加。

作为优选方案，所述监测服务器将所述土壤参数监测设备所采集的数据按照采集时间构成列表，用户可以在所述终端设备选择对应时间范围的数据进行数据显示、数据导出和数据图表化。

作为更进一步的优选方案，所述终端设备提供一个操作界面，用户可以通过对操作界面的操作：将数据图表的横纵坐标的转置、将曲线图转换为柱状图、将数据图表进行全屏显示。

参照图22和图23所示，作为本申请的一个优选方案，所述终端设备提供一种操作界面，用户可以通过对操作界面的操作：选取横坐标或纵坐标中的至少一个的坐标线进行滑动，从而显示对应该坐标线的曲线对应数值点的详细数据，详细数据以浮动标签的方式进行显示，在浮动标签中可以显示数据采集时间、含水量数据和温度数据。这样有助于用户根据需要进行数据分析。

如前所述，本申请的土壤参数监测系统的监测方法还包括：在所述终端设备提供两种以上的图表模式，至少其中一种图表模式同时显示含水量和温度的数据，并且通过一个可以设置或选择的坐标线以显示所述数据曲线与该坐标线交点处的数据详情，所述数据详情包括含水量数据、温度数据和采集时间。

作为本申请的一种优选方案，在所述监测服务器中构建一个人工神经网络，以土壤参数监测装置采集的数据作为输入数据，以发生告警通知的时间和详情作为输出数据，对该人工神经网络进行训练，从而使监测服务器能进行告警预测。

作为优选方案，输入人工神经网络的数据为根据所述土壤参数监测装置采集的数据形成数据图表，即输入为根据数据绘制的曲线。

采用这样的技术方案，监测服务器可以根据人工神经网络的训练和输出，进行智能化判断，从而在报警发生之间，进行预判同时降低人工查看带来不便，尤其是在大量采集数据的应用场景下。

参照图27至31所示，作为本申请的另一方面，介绍本申请的土壤参数监测装置。

如图27所示，土壤参数监测装置100包括：传感器本体101、探针102、保护套103，其中传感器本体101形成有一个指示灯的窗口1011。传感器本体101包括壳体和其内部结构。探针102的数目为三，它们可以并排平行设置，其中一根探针用于发射电磁信号，另外的探针可以用于接收电磁信号。传感器本体101中电路以及芯片，通过计算电磁信号传播时，介电常数的变化来获得土壤参数，比如土壤的湿度，具体可以采用FDR或TDR的原理进行测量。探针102作为本申请中电极模块电极的一种方式。

保护套103作用主要覆盖传感器本体101设有操作按钮(图27中未示出)，避免操作按钮因为在土壤中被误触，且进一步加强了操作按钮的防水性能。

如图28所示，土壤参数监测装置200包括：传感器本体201、若干个环形电极202以及太阳能电池板203。区别于图1所示的方案，土壤参数监测装置200采用环形电极202，至少两个环形电极202组成一组测量单元，它们一个负责发射电磁信号，一个负责接收电磁信号。作为可选方案，可以设置多组，从而实现一机对不同高度或位置的检测。

另外，传感器本体201被构造为具有管状结构，传感器本体201可以被完全埋设在土壤中，其可以竖直放置，也可以横向放置，当横向放置时，多组环形电极202可以检测不同横向位置，竖直放置时，检测不同高度位置。作为一种扩展方案，传感器本体201可以使其一端具有尖端。这样可以不用挖坑填埋，而可以打洞然后插入传感器本体201，在某较为浅层的检测，或者设置传感器本体201的尺寸使其一端露出时，可以设置太阳能电池板203作为电能来源。这样可以进一步提高其使用时间，但是露出部分会一定程度影响农业耕作。

如图29所示，本申请的土壤参数监测装置包括：电极模块、信号模块、主控模块、通讯模块、电源模块和交互模块。

电极模块包括若干电极，电极用于连接内部电路，以发射或接收电磁信号。作为一种优选方案，电极可以被构造成如图27所示的探针，或如图28所示环形电极，或其他形态如U型。

其中，信号模块用于产生和处理土壤参数检测所需的信号，具体而言，信号模块可以包括：信号源电路和检测电路。其中，信号源电路可以在主控模块的控制下，产生一定频率(50MHz至100MHz,优选为75MHz)的电磁脉冲信号，通过同轴缆线或其他导电连接传导至一个电极。检测电路也以类似的方式，即采用同轴缆线或其他导电连接传导至一个电极，该电极能接收到另一个电极发出的电磁信号，检测电路将电极传导过来的电磁信号进行检测和转化，变成主控模块可以处理的数字信号。

主控模块主要用于进行信号处理等控制功能，其可以包括一个处理器和一个存储器。处理器和存储器可以由分别的芯片构成也可以由一个集成的芯片以及相应的外围电路构成。主控模块亦可以实现对其他模块的控制，这种控制可以基于主控模块的程序设定，也可以根据其他模块反馈而来信号或数据所触发。

作为扩展方案，基于NB-IoT的土壤参数监测装置包括热敏电阻，该热敏电阻用于根据温度产生对应的温度检测信号；热敏电阻与主控模块构成电性连接。随着温度变化，热敏电阻的电学参数发生变化，从而产生不同的电信号以使主控模块能根据电信号获知温度数据。作为可选方案，热敏电阻为PTC元件或NTC元件。

通讯模块包括一个通讯模块，以实现主控模块与外部的数据交互，具体的，通讯模块包括一个NB-IoT芯片，从而使主控模块可以通过一个NB-IoT网络进行通讯。作为更具体的方案，通讯模块还包括一个eSIM卡和一个天线装置，它们构成电性连接。其中，天线装置包含一个PIFA天线。

交互模块用于供用户操作或向用户反馈信息；交互模块包括一个按钮装置和一个显示装置。按钮装置用于供用户操作进行开关机和模式切换，显示装置用于显示工作模式或/和电量状态。

电源模块至少包括一个锂离子电池，电源模块主要用于提供各模块所需的电能，电源模块可以直接连接到各模块为它们供电，也可以通过主控模块间接为各个模块供电。

作为其中一种方案，电源模块直接为信号模块中的信号源电路供电，控制模块电性连接至信号源电路中的半导体器件以控制所产生电磁波信号，此时信号源电路相当于电源模块的一个脉冲放电电路。电源模块也直接为控制模块供电，再由控制模块为通讯模块或/和交互模块供电，作为具体方案，电源模块设有一个第一电源正极和一个第二电源正极，其中，第一电源正极电性连接至信号源电路，第二电源正极电性连接至主控模块。电源模块输出到信号源电路和主控模块存在差异，具体而言，电源模块输出到信号源电路的电压小于等于电源模块输出到信号源电路的电压；更具体而言，就是第一电源正极的输出电压小于等于第二电源正极的输出电压。

作为具体的方案，电源模块采用一个锂亚硫酰氯电池和一个超级电容。其中，电源模块还包括一个串联元件，串联元件与超级电容串联然后与锂离子电池并联。

如图30所示的方案，此时串联元件为一个电阻，在采用该方案时，电池正极作为第二电源正极电性连接至主控模块(或通讯模块)，电容正极作为第一电源正极电性连接至信号模块的信号源电路。

如图31所示的方案，此时串联元件为一个二极管，在采用该方案时，电池正极作为第一电源正极电性连接至信号模块的信号源电路，电容正极作为第二电源正极电性连接至主控模块(或通讯模块)。

作为备选方案，也可以不采用串联元件，而直接采用锂离子电池与超级电容直接并联，而仅仅输出一种电压的方案。

本申请的土壤参数监测装置，并不采用任何外接线缆，因此，为了实现长时间的工作，在不考虑换电和充电的基础上，需要具有一个能长时间供电的电池。因此，本申请选用了锂亚硫酰氯电池是实际应用电池系列中比能量最高的一种电池，比能量可达590W·h/kg和1100W·h/L。同时其具有相对低放电率。但是，锂亚硫酰氯电池也存在相应的缺陷，首先其并非为可充电电池，另外，放电率较低(年自放电率非常小，能量型低于1％，功率型低于2％)的原因在于金属锂与亚硫酰氯化学反应时，会生成氧化产物会附着金属锂，即产生氧化膜，其对负极金属锂起到了保护作用，从而阻止了化学反应的继续，即阻止了自放电。但是内部停止反应只是相对的，氧化膜厚度增加会导致电池内阻的增加，从而产生电压滞后的现象，而电压滞后则对其负载电路和控制电路基于电压的功能造成影响。

作为本申请在设计时另一个设计问题在于，NB-IoT芯片为一种低功率的通讯芯片，其也是本申请的土壤参数监测装置能长期工作的基础，其能耗较小；而本申请的土壤参数监测装置的检测基于发出高频的电磁波，其相对能耗较高，并且在一般的应用场景中，可以会经过多次检测(发射电磁波)才会使NB-IoT芯片发出一组有效的数据，也就是说在使用频次上，检测也大于数据传输。本申请的方案中，检测时的工作电流为25mA,而待机电流为0.006mA，可见两种放电状态差距之大，而锂亚硫酰氯电池为不能充电的电池，如果直接采用该类电池直接进行恒定值放电，则无法实现溢出的电能再利用，采用NB-IoT芯片的效果大大折扣。

鉴于以上的原理和实际情况，本申请的电源模块采用之前介绍的方案，采用一个超级电容与锂亚硫酰氯电池搭配方案，使超级电容能够克服因为锂亚硫酰氯电池特性而造成电能浪费的现象，同时，又结合力土壤参数监测装置本身检测特点，使锂亚硫酰氯电池经过脉冲放电消除部分氧化膜带来的电压滞后的影响，同时超级电容又能够为控制模块提供较为稳定和准确电压来源。

如图30所示的方案，锂亚硫酰氯电池通过二极管为超级电容充电直至等电位，由于二级管的存在超级电容为主控模块提供电压即为上次锂亚硫酰氯电池放电后电压，而锂亚硫酰氯电池正极直接连接信号源电路，即一个脉冲放电电路，在信号源电路工作时，其可以消除锂亚硫酰氯电池的氧化膜，降低其内阻，而在其内阻高时亦继续为超级电容充电，不至于使电能浪费，同时用以消除氧化膜的能量也会在内阻再次变高后回充到超级电容中，采用这样的方案，兼顾土壤检测的特点同时又克服电池本身以及架构本身的原因带来的电能浪费，降低了瞬时工作电流节约电能。使锂亚硫酰氯电池放出的每个电能被最大化利用。

作为一种扩展方案，如图32所示，二极管可以替换为场效应管等可控半导体元件，其控制端可以由主控模块控制，从而更智能的控制电源模块电能分配。

如图31所示的方案，由于电阻的存在，在信号源电路脉冲放电时，先使用超级电容中的电能，由于脉冲放电同时影响了锂亚硫酰氯电池，使其内阻降低，电压下降到真实水平，之前因为内阻升高而存储于超级电动中的电能用于信号源电路同时也用于消除氧化膜。

综上，本申请克服了直接采用锂亚硫酰氯电池和NB-IoT模块直接用于土壤参数监测装置，尤其是基于FDR的土壤湿度传感器所带来技术问题，提供一种综合考虑检测、通讯、能耗各方面问题的土壤参数监测装置。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于移动网络通讯的土壤参数监测方法，其特征在于：

所述基于移动网络通讯的土壤参数监测方法由一个基于移动网络通讯的土壤参数监测系统所执行；

所述基于移动网络通讯的土壤参数监测系统包括：

土壤参数监测装置，用于完全埋设在土壤中以检测土壤的参数；

监测服务器，用于处理或/和存储所述土壤参数监测装置的检测数据；

终端设备，用于至少向用户显示所述土壤参数监测装置的检测数据；

所述基于移动网络通讯的土壤参数监测方法包括如下步骤：

设置至少基于含水量阈值范围的告警条件；

判断所述土壤参数监测装置上传至所述监测服务器的数据是否满足告警条件，如果是则向对应的所述终端设备发送告警通知数据；

在所述终端设备上显示所述告警通知数据；

所述告警通知数据包括：告警内容、告警发生时间和备注信息；

所述基于移动网络通讯的土壤参数监测方法还包括如下步骤：

将所述终端设备的用户分配到工作组中；

将所述土壤参数监测设备分配到工作组中；

将所述工作组中的所述土壤参数监测设备的数据发送到所述工作组中用户的所述终端设备；

所述基于移动网络通讯的土壤参数监测方法还包括如下步骤：

将所述土壤参数监测设备的数据在所述终端设备以数据图表形式进行展示；

所述基于移动网络通讯的土壤参数监测方法还包括如下步骤：

所述数据图表包括数据曲线图和数据柱状图；

所述基于移动网络通讯的土壤参数监测方法还包括如下步骤：

采集用户对所述终端设备的操作数据；

根据所述操作数据在所述终端设备所显示的数据图表显示一条坐标线；

根据所述坐标线与所述数据图标中曲线或柱块的交点显示对应的数据详情；

所述数据详情包括：含水量数据、温度数据和采集时间；

所述基于移动网络通讯的土壤参数监测方法还包括如下步骤：

采集所述土壤参数监测设备的位置数据；

在所述终端设备中以地图定位形式显示所述土壤参数监测设备的位置；

所述基于移动网络通讯的土壤参数监测方法还包括如下步骤：

所述终端设备采集对应所述土壤参数监测设备的图形码；

所述终端设备将采集的图形码所记载的数据传输至所述监测服务器以使对应的所述土壤参数监测设备加入所述终端设备所在的工作组；

所述基于移动网络通讯的土壤参数监测方法还包括如下步骤：

根据用户对所述终端设备的操作选择所述土壤参数监测设备所采集的数据的一个设定范围；

将所述设定范围的数据导出至另一个所述终端设备或生成供另一个所述终端设备访问的访问地址；

所述基于移动网络通讯的土壤参数监测方法还包括如下步骤：

设置所述土壤参数监测装置的工作模式；

其中，所述工作模式为设定所述土壤参数监测设备检测和上传数据的模式和频率；所述测量和上传数据的模式包括测传异步模式，在所述测传异步模式时，所述土壤参数监测设备在不同的时间检测和上传数据。

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