CN113179297A - 一种基于物联网蓝牙采集传输灌溉数据的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于物联网蓝牙采集传输灌溉数据的系统及方法，该系统包括用于采集灌溉数据的灌溉数据采集模块、用于处理灌溉数据的灌溉数据处理模块、用于无线传输的WiFi模块以及用于查看灌溉数据的移动终端；其中，所述溉数据处理模块包括处理器、主机主控芯片以及从机主控芯片，其中，所述处理器分别与所述灌溉数据采集模块以及从机主控芯片通讯连接，所述主机主控芯片与从机主控芯片之间通过蓝牙模块通讯连接；所述WiFi模块分别与所述主机主控芯片以及移动终端通讯连接。该系统能够采集灌溉数据，利用物联网蓝牙技术实现灌溉数据的安全和快速的传输，并能对灌溉数据进行远程监控与查看。

Description

一种基于物联网蓝牙采集传输灌溉数据的系统及方法
技术领域
本发明涉及智能灌溉技术领域，具体涉及一种基于物联网蓝牙采集传输灌溉数据的系统及方法。
背景技术
灌溉，即用水浇地。灌溉原则是灌溉量、灌溉次数和时间，上述灌溉原则要根据植物需水特性、生育阶段、气候、土壤条件而定，要适时、适量，合理灌溉。在自然条件下，往往因降水量不足或分布的不均匀，不能满足作物对水分要求。因此，必须人为地进行灌溉，以补天然降雨之不足。
全世界的灌溉用水量占总水量的百分之61.4％，农业用水占比较大，到2050年，世界需要的粮食是如今的两倍，农业灌溉用水的比重也随之增大。我国是一个农业大国，人口多、耕地少、水资源相对匮乏。因此，我国需要提高灌溉用水的利用率，在灌溉过程中及时的采集环境和土壤中的数据以便于科学决策变的尤其的重要了。自上世纪中叶以来，国内开始重视自动灌溉控制设备的研制，从传统的充分灌溉向非充分灌溉发展，对灌区用水进行监测预报，实现动态管理；并通过传感器来监测土壤的情况和农作物的生长以提高水资源的利用率。现有的灌溉信息采集器多为有线传输或者通过WiFi，ZigBee传输，上述传输方式不能实现远程的查看与决策，有线传输在工程上需要铺设大量线路、造成工程施工周期长，费用高，维护困难，而WiFi和ZigBee传输抗干扰差，安全性差，社会适应性差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种基于物联网蓝牙采集传输灌溉数据的系统，该系统能够采集灌溉数据，利用物联网蓝牙技术实现灌溉数据的安全和快速的传输，并能对灌溉数据进行远程监控与查看。
本发明的另一个目的在于提供一种基于物联网蓝牙采集传输灌溉数据的方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种基于物联网蓝牙采集传输灌溉数据的系统，包括用于采集灌溉数据的灌溉数据采集模块、用于处理灌溉数据的灌溉数据处理模块、用于无线传输的WiFi模块以及用于查看灌溉数据的移动终端；其中，
所述溉数据处理模块包括处理器、主机主控芯片以及从机主控芯片，其中，所述处理器分别与所述灌溉数据采集模块以及从机主控芯片通讯连接，所述主机主控芯片与从机主控芯片之间通过蓝牙模块通讯连接；所述WiFi模块分别与所述主机主控芯片以及移动终端通讯连接；其中，
所述灌溉数据采集模块将采集的灌溉数据发送至处理器，灌溉数据经过处理器处理后发送至从机主控芯片，然后通过蓝牙模块将灌溉数据传输至主机主控芯片，最后通过WiFi模块将灌溉数据发送至移动终端。
上述基于物联网蓝牙采集传输灌溉数据的系统的工作原理是：
工作时，通过田地中的灌溉数据采集模块对灌溉数据进行采集，例如光照、风速、土壤湿度、土壤PH值以及土壤导电率等灌溉数据；采集完灌溉数据后将该灌溉数据发送至处理器，灌溉数据经过处理器处理后发送至从机主控芯片，然后通过蓝牙模块将灌溉数据传输至主机主控芯片，最后通过WiFi模块将灌溉数据发送至移动终端，使用者可以在移动终端上查看灌溉数据，并进行相应的操作。
本发明的一个优选方案，其中，所述灌溉数据采集模块包括支撑杆、设置在所述支撑杆上端的遮阳面板、设置在所述遮阳面板上的太阳能面板和用于测量光照强度的光照传感器、设置在所述遮阳面板下方的用于测量风速的风速传感器以及设置所述支撑杆下端用于测量土壤信息的土壤信息测量传感器，其中，所述光照传感器、风速传感器以及土壤信息测量传感器均与所述处理器通讯连接。通过将支撑杆插入土地中，即可测量该位置的光照强度、风速以及土壤等数据，并将该测量数据发送至处理器中。
优选地，所述支撑杆为可调节高度的伸缩杆，包括位于下端的主杆以及位于上端伸缩支杆，其中，所述主杆的上端设有沿着所述主杆轴线方向延伸的伸缩孔，所述伸缩支杆的下端与所述伸缩孔滑动配合，所述主杆上设有用于将所述伸缩支杆固定在所述伸缩孔中的调节螺栓；所述遮阳面板与风速传感器均设置在所述伸缩支杆上。通过设置上述结构，可以通过调节伸缩杆的高度来调节遮阳面板以及风速传感器的高度，从而使得风速传感器能够测量不同高度的风速数据，提高了测量的灵活性。
优选地，所述土壤信息测量传感器为两组，两组土壤信息测量传感器与所述主杆之间通过连接结构连接，该连接结构包括通过螺纹连接在所述主杆上的安装盘、分别设置在安装盘两端的连杆以及测量脚；其中，所述连杆的一端与所述安装盘铰接，另一端与所述测量脚的一端铰接；两组土壤信息测量传感器分别安装在两个测量脚的末端上。采用上述结构，一方面，安装盘与主杆通过螺纹连接，可以实现安装盘在主杆上的高度调节，从而实现土壤信息测量传感器的高度调节，另一方面，通过设置连杆和测量脚，在测量数据的过程中，能够通过调节测量脚和连杆，能够使得土壤信息测量传感器测量不同土壤深度以及不同位置范围的土壤数据，实现了一个圆周内的不同土层和梯度的土壤信息的采集。
优选地，土壤信息测量传感器包括用于测量土壤湿度的湿度传感器、用于测量土壤PH值的PH值传感器以及用于测量土壤导电率的导电率传感器。通过设置上述结构，能够实现土壤湿度、土壤PH值以及土壤导电率等土壤数据的采集。
优选地，所述处理器包括两个stm32单片机，两个stm32单片机均与所述从机主控芯片通讯连接，其中，所述光照传感器与风速传感器均与其中一个stm32单片机通讯连接，所述土壤信息测量传感器与另一个stm32单片机通讯连接。其好处在可以减轻一个单片机的工作量和中间距离的连线。
优选地，所述WiFi模块包括cc3200模块以及无线路由器，所述cc3200模块分别与所述主机主控芯片以及无线路由器通讯连接，所述无线路由器与所述移动终端通讯连接。采用上述结构，cc3200模块从主机主控芯片上接收的灌溉数据发送至无线路由器，再通过无线路由器发送至移动终端，实现了灌溉数据的快速传输功能。
优选地，所述无线路由器与所述移动终端之间通过云平台通讯连接。上述结构中，无线路由器将灌溉数据上传至云平台，使用者可以通过移动终端访问云平台查看灌溉数据。
一种基于物联网蓝牙采集传输灌溉数据的方法，包括以下步骤：
(1)光照传感器、风速传感器以及土壤信息测量传感器分别采集光照强度、风速大小以及土壤信息等灌溉数据；
(2)stm32单片机通过循环程序，逐一读取光照传感器、风速传感器以及土壤信息测量传感器的灌溉数据，当到达设定时间时，将灌溉数据打包发送至从机主控芯片；
(3)从机主控芯片通过蓝牙模块将灌溉数据传输至主机主控芯片；
(4)主机主控芯片将灌溉数据传递给cc3200模块；
(5)cc3200模块通过WiFi将灌溉数据传输至无线路由器；
(6)无线路由器通过网关上传至云平台；
(7)移动终端访问云平台查看灌溉数据。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明中的系统，通过灌溉数据采集模块将采集的灌溉数据发送至处理器，灌溉数据经过处理器处理后发送至从机主控芯片，然后通过蓝牙模块将灌溉数据传输至主机主控芯片，最后通过WiFi模块将灌溉数据发送至移动终端；该系统利用物联网蓝牙技术实现灌溉数据的安全和快速的传输，并能对灌溉数据进行远程监控与查看。
2、本发明的优选方案中，通过设置连杆和测量脚，在测量数据的过程中，能够通过调节测量脚和连杆，能够使得土壤信息测量传感器测量不同土壤深度以及不同位置范围的土壤数据，实现了一个圆周内的不同土层和梯度的土壤信息的采集。
附图说明
图1为本发明中的一种基于物联网蓝牙采集传输灌溉数据的系统及方法的一种具体实施方式的灌溉数据传输原理图。
图2为本发明中的灌溉数据采集模块的立体结构示意图。
图3-图4为本发明中的连接结构的结构示意图，其中，图3为主视图，图4为侧视图。
图5为本发明中的stm32单片机的数据处理过程图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员很好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。
参见图1，本实施例公开一种基于物联网蓝牙采集传输灌溉数据的系统，包括用于采集灌溉数据的灌溉数据采集模块、用于处理灌溉数据的灌溉数据处理模块、用于无线传输的WiFi模块以及用于查看灌溉数据的移动终端；其中，
所述溉数据处理模块包括处理器、主机主控芯片以及从机主控芯片，其中，所述处理器分别与所述灌溉数据采集模块以及从机主控芯片通讯连接，所述主机主控芯片与从机主控芯片之间通过蓝牙模块通讯连接；所述WiFi模块与所述主机主控芯片通讯连接，该WiFi模块与所述移动终端通过云平台通讯连接；其中，
所述灌溉数据采集模块将采集的灌溉数据发送至处理器，灌溉数据经过处理器处理后发送至从机主控芯片，然后通过蓝牙模块将灌溉数据传输至主机主控芯片，最后通过WiFi模块将灌溉数据发送至云平台，通过移动终端访问云平台查看灌溉数据。
参见图2，所述灌溉数据采集模块包括支撑杆、设置在所述支撑杆上端的遮阳面板1、设置在所述遮阳面板1上的太阳能面板和用于测量光照强度的光照传感器2、设置在所述遮阳面板1下方的用于测量风速的风速传感器3以及设置所述支撑杆下端用于测量土壤信息的土壤信息测量传感器4，其中，所述光照传感器2、风速传感器3以及土壤信息测量传感器4均与所述处理器通讯连接；所述遮阳面板用于保护太阳能面板蓄电池。通过将支撑杆插入土地中，即可测量该位置的光照强度、风速以及土壤等数据，并将该测量数据发送至处理器中。
参见图2，所述支撑杆为可调节高度的伸缩杆，包括位于下端的主杆5以及位于上端伸缩支杆6，其中，所述主杆5的上端设有沿着所述主杆5轴线方向延伸的伸缩孔，所述伸缩支杆6的下端与所述伸缩孔滑动配合，所述主杆5上设有用于将所述伸缩支杆6固定在所述伸缩孔中的调节螺栓7；所述遮阳面板1与风速传感器3均设置在所述伸缩支杆6上。通过设置上述结构，可以通过调节伸缩杆的高度来调节遮阳面板1以及风速传感器3的高度，从而使得风速传感器3能够测量不同高度的风速数据，提高了测量的灵活性。
参见图2，所述风速传感器3为两个，两个风速传感器3对称分布在所述伸缩支杆6的两侧，每个风速传感器3与所述伸缩支杆6之间通过安装块11连接，所述安装块11上设有与所述伸缩支杆6相互配合的凹槽，两个安装块11之间通过螺钉固定连接，将所述伸缩支杆6抱紧在所述凹槽中。通过上述结构，便于对风速传感器的安装与拆卸。
参见图2和图4，所述土壤信息测量传感器4为两组，两组土壤信息测量传感器4与所述主杆5之间通过连接结构连接，该连接结构包括通过螺纹连接在所述主杆5上的安装盘8、分别设置在安装盘8两端的连杆9以及测量脚10；其中，所述连杆9的一端与所述安装盘8铰接，另一端与所述测量脚10的一端铰接；两组土壤信息测量传感器4分别安装在两个测量脚10的末端上。采用上述结构，一方面，安装盘8与主杆5通过螺纹连接，可以实现安装盘8在主杆5上的高度调节，从而实现土壤信息测量传感器4的高度调节，另一方面，通过设置连杆9和测量脚10，在测量数据的过程中，能够通过调节测量脚10和连杆9，能够使得土壤信息测量传感器4测量不同土壤深度以及不同位置范围的土壤数据，实现了一个圆周内的不同土层和梯度的土壤信息的采集。
进一步地，所述主杆5以及测量脚10的端部均为锥形，便于主杆5插入土壤进行固定，同时也有利于测量脚10深入土壤中，从而使得土壤信息测量传感器4更容易进入土壤中。
参见图1-图2，土壤信息测量传感器4包括用于测量土壤湿度的湿度传感器、用于测量土壤PH值的PH值传感器以及用于测量土壤导电率的导电率传感器。通过设置上述结构，能够实现土壤湿度、土壤PH值以及土壤导电率等土壤数据的采集。本实施例中，集成了5种不同的传感器，可以同时采集5种不同的数据，通过物联网技术，可以实现数据的分析整合等多种服务，还可利用各种移动终端远程的查看分析数据并进行灌溉的控制。
参见图1，所述主机主控芯片与从机主控芯片均为CC2640R2F型号，所述蓝牙模块为蓝牙5.0，其传输速度达到达到2Mbps，工作距离达到300米。该蓝牙5.0传输速度快，安全性高，功耗低。
参见图1和图5，所述处理器包括两个stm32单片机，两个stm32单片机均与从机主控芯片通讯连接，其中，所述光照传感器2与风速传感器3均与其中一个stm32单片机通讯连接，其中，所述光照传感器2通过将GPIO接口与该stm32单片机连接，所述风速传感器3通过I20接口与该stm32单片机连接，所述土壤信息测量传感器4通过485接口与另一个stm32单片机连接；所述stm32单片机包括正常工作模式与休眠模式，可以起到省电的作用。工作时，首先设置好stm32单片机的休眠时间和打包数据传输时间，进行定时采集数据，stm32单片机通过循环程序，逐一读取光照传感器2、风速传感器3以及土壤信息测量传感器4的灌溉数据，当到达设定时间(打包数据传输时间)时，将灌溉数据打包发送至从机主控芯片，未到达设定时间，继续读取灌溉数据；当stm32单片机处于休眠时间时，需要等待唤醒，唤醒后stm32单片机继续工作。
参见图5，第1种数据采集为土壤信息数据采集，第2种数据采集为光照以及风速的数据采集。
参见图1，所述WiFi模块包括cc3200模块以及无线路由器，所述cc3200模块分别与所述主机主控芯片以及无线路由器通讯连接，所述无线路由器与所述移动终端通过云平台通讯连接。采用上述结构，cc3200模块从主机主控芯片上接收的灌溉数据发送至无线路由器，再通过无线路由器将灌溉数据上传至云平台，使用者可以通过移动终端访问云平台查看灌溉数据。
参见图1，所述主机主控芯片通过UART将数据传递给cc3200模块。
参见图1，所述云平台为阿里云，首先需要在云端(云平台)建立用户数据库、设备数据库和用户-设备交互数据库。用户数据库保存用户信息以及APP绑定的信息；设备数据库用来存储本地设备信息和其所采集的灌溉数据；用户-设备交互数据库则保存用户数据库与设备数据库之间的关系。
进一步地，所述移动终端可以为平板、电脑或笔记本等多媒体设备。
参见图1，上述基于物联网蓝牙采集传输灌溉数据的系统的工作原理是：
工作时，通过田地中的灌溉数据采集模块对灌溉数据进行采集，例如光照、风速、土壤湿度、土壤PH值以及土壤导电率等灌溉数据；采集完灌溉数据后将该灌溉数据发送至处理器，灌溉数据经过处理器处理后发送至从机主控芯片，然后通过蓝牙模块将灌溉数据传输至主机主控芯片，最后通过WiFi模块将灌溉数据发送至云平台，通过移动终端访问云平台查看灌溉数据，并进行相应的操作。
参见图1和图4，本实施例公开一种基于物联网蓝牙采集传输灌溉数据的方法，包括以下步骤：
(1)光照传感器2、风速传感器3以及土壤信息测量传感器4分别采集光照强度、风速大小以及土壤信息等灌溉数据；
(2)stm32单片机通过循环程序，逐一读取光照传感器2、风速传感器3以及土壤信息测量传感器4的灌溉数据，当到达设定时间时，将灌溉数据打包发送至从机主控芯片；
(3)从机主控芯片通过蓝牙模块将灌溉数据传输至主机主控芯片；
(4)主机主控芯片将灌溉数据传递给cc3200模块；
(5)cc3200模块通过WiFi将灌溉数据传输至无线路由器；
(6)无线路由器通过网关上传至云平台；
(7)移动终端访问云平台查看灌溉数据。
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于物联网蓝牙采集传输灌溉数据的系统，包括用于采集灌溉数据的灌溉数据采集模块、用于处理灌溉数据的灌溉数据处理模块、用于无线传输的WiFi模块以及用于查看灌溉数据的移动终端；其特征在于，
所述溉数据处理模块包括处理器、主机主控芯片以及从机主控芯片，其中，所述处理器分别与所述灌溉数据采集模块以及从机主控芯片通讯连接，所述主机主控芯片与从机主控芯片之间通过蓝牙模块通讯连接；所述WiFi模块分别与所述主机主控芯片以及移动终端通讯连接；其中，
所述灌溉数据采集模块将采集的灌溉数据发送至处理器，灌溉数据经过处理器处理后发送至从机主控芯片，然后通过蓝牙模块将灌溉数据传输至主机主控芯片，最后通过WiFi模块将灌溉数据发送至移动终端。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网蓝牙采集传输灌溉数据的系统，其特征在于，所述灌溉数据采集模块包括支撑杆、设置在所述支撑杆上端的遮阳面板、设置在所述遮阳面板上的太阳能面板和用于测量光照强度的光照传感器、设置在所述遮阳面板下方的用于测量风速的风速传感器以及设置所述支撑杆下端用于测量土壤信息的土壤信息测量传感器，其中，所述光照传感器、风速传感器以及土壤信息测量传感器均与所述处理器通讯连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于物联网蓝牙采集传输灌溉数据的系统，其特征在于，所述支撑杆为可调节高度的伸缩杆，包括位于下端的主杆以及位于上端伸缩支杆，其中，所述主杆的上端设有沿着所述主杆轴线方向延伸的伸缩孔，所述伸缩支杆的下端与所述伸缩孔滑动配合，所述主杆上设有用于将所述伸缩支杆固定在所述伸缩孔中的调节螺栓；所述遮阳面板与风速传感器均设置在所述伸缩支杆上。
4.根据权利要求3所述的一种基于物联网蓝牙采集传输灌溉数据的系统，其特征在于，所述土壤信息测量传感器为两组，两组土壤信息测量传感器与所述主杆之间通过连接结构连接，该连接结构包括通过螺纹连接在所述主杆上的安装盘、分别设置在安装盘两端的连杆以及测量脚；其中，所述连杆的一端与所述安装盘铰接，另一端与所述测量脚的一端铰接；两组土壤信息测量传感器分别安装在两个测量脚的末端上。
5.根据权利要求2-4任一项所述的一种基于物联网蓝牙采集传输灌溉数据的系统，其特征在于，土壤信息测量传感器包括用于测量土壤湿度的湿度传感器、用于测量土壤PH值的PH值传感器以及用于测量土壤导电率的导电率传感器。
6.根据权利要求2所述的一种基于物联网蓝牙采集传输灌溉数据的系统，其特征在于，所述处理器包括两个stm32单片机，两个stm32单片机均与所述从机主控芯片通讯连接，其中，所述光照传感器与风速传感器均与其中一个stm32单片机通讯连接，所述土壤信息测量传感器与另一个stm32单片机通讯连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于物联网蓝牙采集传输灌溉数据的系统，其特征在于，所述WiFi模块包括cc3200模块以及无线路由器，所述cc3200模块分别与所述主机主控芯片以及无线路由器通讯连接，所述无线路由器与所述移动终端通讯连接。
8.根据权利要求7所述的一种基于物联网蓝牙采集传输灌溉数据的系统，其特征在于，所述无线路由器与所述移动终端之间通过云平台通讯连接。
9.一种基于物联网蓝牙采集传输灌溉数据的方法，其特征在于，该方法应用于上述权利要求1-8任一项所述的一种基于物联网蓝牙采集传输灌溉数据的系统，包括以下步骤：
(1)光照传感器、风速传感器以及土壤信息测量传感器分别采集光照强度、风速大小以及土壤信息等灌溉数据；
(2)stm32单片机通过循环程序，逐一读取光照传感器、风速传感器以及土壤信息测量传感器的灌溉数据，当到达设定时间时，将灌溉数据打包发送至从机主控芯片；
(3)从机主控芯片通过蓝牙模块将灌溉数据传输至主机主控芯片；
(4)主机主控芯片将灌溉数据传递给cc3200模块；
(5)cc3200模块通过WiFi将灌溉数据传输至无线路由器；
(6)无线路由器通过网关上传至云平台；
(7)移动终端访问云平台查看灌溉数据。
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