CN113313469A - 一种基于窄带物联网的智慧农业管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于窄带物联网的智慧农业管理系统，包括监测子系统、控制子系统、窄带物联网NB‑IoT基站、云平台和移动模块；监测子系统用于对农业环境进行监测，农业环境的相关数值超出规定范围后，发起预警并上传云平台；控制子系统用于实现对用水、施药和施肥的精准控制；云平台用于通过窄带物联网NB‑IoT基站接收并储存每个模块上传的数据，给控制模块发送控制指令；移动模块用于用户在移动端对农业环境的监测和农业器械的控制；所有模块中都集成有NB‑loT通信芯片，所有模块都搭载太阳能板。基于窄带物联网NB‑IoT技术组建的智慧农业监测子系统的信号覆盖范围广、组网简单、成本低、且可接入的模块数量上限高。
Description
技术领域
本发明涉及智慧农业领域，特别是涉及一种基于窄带物联网的智慧农业管理系统。
背景技术
在传统的小规模农业种植中，农田管理者都是通过肉眼观察及经验来判断农作物的生长状况，再根据农作物出现的问题进行采取相应的有效措施，如灌溉、施药、施肥、收获等，然而对于现代化的大规模集体化的种植方式来说，传统的方式很难全面掌握农田中农作物的状况，近年来，物联网在农业环境、农作物的实时监控及控制的应用逐渐变多，如病虫害的检测和清除、作物营养状况的监控、土壤湿度控制等，但还是未能对农业整体进行一种监控和控制，只是在局部完成监控和控制，使得物联网在农业上应用的不彻底，且物联网应用于农业中一般使用Zigbee、蓝牙、WiFi等技术进行数据传输，其中Zigbee技术应用的最为广泛，将Zigbee技术应用于农业中虽然能够减少功耗，提高续航，但Zigbee本身有着通信距离短、覆盖能力弱等问题，Zigbee节点只能在几十米范围内进行通信，且中间不能出现障碍物，一般都是将Zigbee接入网关，才能实现远距离通信，考虑到网关对接入的Zigbee节点数量上的限制和网络传输中存在的网络波动、网络延迟、网络堵塞，需要有更多的网关来保证通信的顺畅，网关数量的增加势必会带来功耗的增加，故现有技术中存在着功耗高、监控网络复杂等问题，现在社会亟需一种能够降低农业监控及控制子系统的功耗和复杂程度的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于窄带物联网的智慧农业管理系统，以解决上述现有技术存在的问题，使农业监测子系统的功耗降低、组网复杂度降低。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种基于窄带物联网的智慧农业管理系统，包括：监测子系统、控制子系统、窄带物联网NB-IoT基站、云平台和移动模块；
所述监测子系统用于对农业环境进行监测，农业环境的相关数值超出规定范围后，发起预警并上传所述云平台，包括：土壤墒情监测模块、虫情监测模块、孢子监测模块、气象监控模块、田间摄像机；
所述田间摄像机用于对农田进行实时视频监控；
所述控制子系统用于实现对用水、施药和施肥的精准控制；
所述云平台用于通过所述窄带物联网NB-IoT基站接收并储存每个模块上传的数据，以及接收预警并进行决策调度，给所述控制模块发送控制指令；
所述移动模块用于用户在移动端对农业环境的监控和农业器械的控制，包括PC端和移动用户端；
所有模块中都集成有NB-loT通信芯片，所有模块都搭载太阳能板。
优选地，所述土壤墒情监测模块用于对土壤墒情的长时间持续监测，所述土壤墒情包括但不限于：土壤电导率、土壤ph值、土壤温湿度。
优选地，所述气象监控模块用于监控农业气象信息，所述农业气象信息包括但不限于风向、风速、空气温湿度、光照强度和雨量。
优选地，所述控制子系统包括灌溉模块、施肥模块和施药模块，其中所述灌溉模块基于作物种类、作物区域和所述控制指令进行灌溉，所述灌溉的方式包括但不限于滴灌和喷灌。
优选地，所述施肥模块包括肥料桶、电磁阀、混合泵、混合罐和施肥器，所述施肥模块的施肥方式为：根据所述控制指令准备肥料类型及用量，将肥料混合并溶于水中，通过所述灌溉模块对农作物的根部进行施肥，施肥时所述灌溉模块的灌溉方式为滴灌。
优选地，所述施药模块用于清除病害及虫害，清除方式为：基于控制指令准备药品的品种、剂量，并溶于水，通过所述灌溉模块进行施药，施药时所述灌溉模块采用的灌溉方式为喷灌。
优选地，所述灌溉模块的灌溉方法为：所述监控模块的监控数据超出规定范围，且通过所述气象监控模块监测未来3天之内没有雨时，进行浇灌，直到所述监控数据到达设定阈值时，结束浇灌。
优选地，所述孢子监测模块用于监测病害并预警，主要监测病害孢子的存量及扩散状态，具体方式为：所述孢子监测模块采集空气中的孢子，通过显微镜对从空气中采集到的孢子进行显微拍摄，获得孢子照片，基于孢子智能识别软件对所述孢子照片进行识别，获得孢子的种类，并统计数量，若超过阈值则给移动端发送提醒信息，并上传云平台，使得所述云平台对所述控制模块发送控制指令清除病害。
优选地，所述虫情监测模块用于对农业环境中的虫害进行监测和预警，所述虫情监测模块在夜间自动打开灯管对害虫进行诱捕，所述害虫通过撞击屏落入集虫箱，在所述集虫箱内通过紫外线进行杀虫，通过集虫箱内的摄像头拍摄害虫图片并通过害虫智能识别软件进行识别，获得害虫种类并统计数量，若超过阈值则给移动端发送提醒信息，并上传云平台，使得所述云平台对所述控制模块发送控制指令清除虫害。
本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种基于窄带物联网的智慧农业管理系统，通过监控模块监控农作物的生长环境及生长状况，并设定阈值，超出阈值后发起报警并将具体数据上传到云平台，通过云平台来给控制模块发指令，使控制模块控制相应的农用器械采取对应措施解决触发警报的问题，其中警报也会发送给管理者，本发明中各模块之间的数据传输通过窄带物联网NB-IoT基站，采用了窄带通信协议，降低了传输的功耗的同时，降低了网络的复杂度，只是在各模块上集成了NB-loT通信芯片，就完成了智慧农业的管理系统中传输网络的搭建，成本极低，本申请中的肥料、药物都是在灌溉的时候对农作物进行施肥、施药，提高了智慧农业的一体化，节省了水资源，降低了成本，基于窄带物联网NB-IoT技术组建的智慧农业监测子系统的信号覆盖范围广、组网简单、成本低、且可接入的模块数量上限高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所属领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明中所述的“份”如无特别说明，均按质量份计。
实施例1
本发明提供一种基于窄带物联网的智慧农业管理系统，包括：监测子系统、控制子系统、窄带物联网NB-IoT基站、云平台和移动模块；
所述监测子系统用于对农业环境进行监测，农业环境的相关数值超出规定范围后，发起预警并上传所述云平台，包括：土壤墒情监测模块、虫情监测模块、孢子监测模块、气象监控模块、田间摄像机；
所述田间摄像机用于对农田进行实时视频监控；
所述控制子系统用于实现对用水、施药和施肥的精准控制；
所述云平台用于通过所述窄带物联网NB-IoT基站接收并储存每个模块上传的数据，以及接收预警并进行决策调度，给所述控制模块发送控制指令；
所述移动模块用于用户在移动端对农业环境的监控和农业器械的控制，包括PC端和移动用户端；
所有模块中都集成有NB-loT通信芯片，所有模块都搭载太阳能板。
进一步地，所述土壤墒情监测模块用于对土壤墒情的长时间持续监测，所述土壤墒情包括但不限于：土壤电导率、土壤ph值、土壤温湿度。
进一步地，所述气象监控模块用于监控农业气象信息，所述农业气象信息包括但不限于风向、风速、空气温湿度、光照强度和雨量。
进一步地，所述控制子系统包括灌溉模块、施肥模块和施药模块，其中所述灌溉模块用于基于作物种类、作物区域和所述控制指令进行灌溉，所述灌溉模块包括过滤器、电磁阀、稳压阀、灌溉泵和灌溉管网，其中所述灌溉管网包括干管、支管和毛管，所述灌溉的方式包括但不限于滴灌和喷灌，所述毛管为最小的管，所述喷灌中，毛管上安装有微喷头；所述滴灌中，毛管安装有灌水器。
进一步地，所述施肥模块包括肥料桶、电磁阀、混合泵、混合罐和施肥器，所述施肥模块的施肥方式为：根据所述控制指令准备肥料类型及用量，将肥料混合并溶于水中，通过所述灌溉模块对农作物的根部进行施肥，施肥时所述灌溉模块的灌溉方式为滴灌。
进一步地，所述孢子监测模块用于监测病害并预警，主要监测病害孢子的存量及扩散状态，具体方式为：所述孢子监测模块采集空气中的孢子，通过显微镜对从空气中采集到的孢子进行显微拍摄，获得孢子照片，基于孢子智能识别软件对所述孢子照片进行识别，获得孢子的种类，并统计数量，若超过阈值则给移动端发送提醒信息，并上传云平台，使得所述云平台对所述控制模块发送控制指令清除病害。
进一步地，所述虫情监测模块用于对农业环境中的虫害进行监测和预警，所述虫情监测模块在夜间自动打开灯管对害虫进行诱捕，所述害虫通过撞击屏落入集虫箱，在所述集虫箱内通过紫外线进行杀虫，通过集虫箱内的摄像头拍摄害虫图片并通过害虫智能识别软件进行识别，获得害虫种类并统计数量，若超过阈值则给移动端发送提醒信息，并上传云平台，使得所述云平台对所述控制模块发送控制指令清除虫害。
进一步地，所述施药模块用于清除病害及虫害，清除方式为：基于控制指令准备药品的品种、剂量，并溶于水，通过所述灌溉模块进行施药，施药时所述灌溉模块采用的灌溉方式为喷灌。
进一步地，所述灌溉模块的灌溉方法为：所述监控模块的监控数据超出规定范围，且通过所述气象监控模块监测未来3天之内没有雨时，进行浇灌，直到所述监控数据到达设定阈值时，结束浇灌。
其中所述田间摄像机还用于对农田中，农作物的播种、施肥、采摘、包装等各环节进行视频监控，使得管理人员对作物生长状况进行远程在线监控，以及质量监督检验检疫部门及上级主管波们对生产过程的有效监督和及时干预以及信息技术管理人员对现场数据信息和图像信息的获取、备份和分析处理，视频监测子系统也为以后获取生物信息提供了必要的基础条件。
所述孢子监测模块集成电子数码显微、数字图像处理、人工智能识别、GMS全球数据传输和NB-IoT技术，即所述孢子监测模块的功能包括：病菌孢子自动捕捉、自动识别、自动计数和自动储存，实现了病菌孢子的连续动态监测，显著提升农作物病害综合防控管理水平。
所述虫情监测模块的功能包括害虫诱捕和拍照、环境信息采集数据传输、数据分析于一体，实现了害虫的诱集，分类统计、实时报传、远程监测、虫害预警和防治指导的自动化、智能化。
所述土壤墒情检测模块全天候不间断监测，自动采集土壤墒情并利用所述NB-loT通信芯片和所述窄带物联网NB-IoT基站实现数据远程传输，云平台自动接收并储存各模块监测的监测数据，所述土壤墒情检测模块还包括定位模块，用于定位每个所述土壤墒情检测模块在农田中的精确位置。
所述气象监测模块还能监控紫外线强度、太阳总辐射、降雨和风力，所述气象监控模块提高了农业生产对自然环境风险的应对能力。
所述系统的工作流程为：通过所述监测子系统监控农田内的农作物生长情况和农田环境情况、农田的实时环境数据、病虫害数据、苗情数据的监测，监测子系统发现监测数据超出规定范围后，发起预警并通过窄带物联网NB-IoT基站同时上传给云平台和移动模块，所述云平台自动接收相关数据，判断预警原因并给出解决方案，给所述控制子模块发送控制指令，使得控制模块控制对应的模块解决问题，实现全自动的农业管理。
本系统的监测情况可远程查看并进行管理，控制模块的控制方式包括自动和手动，手动例如：管理者可通过移动模块对直接控制灌溉模块，远程开启灌溉。
所述灌溉模块还包括自动水表，所述自动水表用于自动抄表、显示用水量，负责用水量的记录和统计。
所述系统中的模块都搭载太阳能板，模块在夜间使用太阳能转化出的电，当太阳能转化的电量用尽后使用市电。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种基于窄带物联网的智慧农业管理系统，其特征在于：包括：监测子系统、控制子系统、窄带物联网NB-IoT基站、云平台和移动模块；
所述监测子系统用于对农业环境进行监测，农业环境的相关数值超出规定范围后，发起预警并上传所述云平台，包括：土壤墒情监测模块、虫情监测模块、孢子监测模块、气象监控模块、田间摄像机；
所述田间摄像机用于对农田进行实时视频监控；
所述控制子系统用于实现对用水、施药和施肥的精准控制；
所述云平台用于通过所述窄带物联网NB-IoT基站接收并储存每个模块上传的数据，以及接收预警并进行决策调度，给所述控制模块发送控制指令；
所述移动模块用于用户在移动端对农业环境的监控和农业器械的控制，包括PC端和移动用户端；
所有模块中都集成有NB-loT通信芯片，所有模块都搭载太阳能板。
2.根据权利要求1所述的基于窄带物联网的智慧农业管理系统，其特征在于：所述土壤墒情监测模块用于对土壤墒情的长时间持续监测，所述土壤墒情包括但不限于：土壤电导率、土壤ph值、土壤温湿度。
3.根据权利要求1所述的基于窄带物联网的智慧农业管理系统，其特征在于：所述气象监控模块用于监控农业气象信息，所述农业气象信息包括但不限于风向、风速、空气温湿度、光照强度和雨量。
4.根据权利要求1所述的基于窄带物联网的智慧农业管理系统，其特征在于：所述控制子系统包括灌溉模块、施肥模块和施药模块，其中所述灌溉模块基于作物种类、作物区域和所述控制指令进行灌溉，所述灌溉的方式包括但不限于滴灌和喷灌。
5.根据权利要求4所述的基于窄带物联网的智慧农业管理系统，其特征在于：所述施肥模块包括肥料桶、电磁阀、混合泵、混合罐和施肥器，所述施肥模块的施肥方式为：根据所述控制指令准备肥料类型及用量，将肥料混合并溶于水中，通过所述灌溉模块对农作物的根部进行施肥，施肥时所述灌溉模块的灌溉方式为滴灌。
6.根据权利要求4所述的基于窄带物联网的智慧农业管理系统，其特征在于：所述施药模块用于清除病害及虫害，清除方式为：基于控制指令准备药品的品种、剂量，并溶于水，通过所述灌溉模块进行施药，施药时所述灌溉模块采用的灌溉方式为喷灌。
7.根据权利要求4所述的基于窄带物联网的智慧农业管理系统，其特征在于：所述灌溉模块的灌溉方法为：所述监控模块的监控数据超出规定范围，且通过所述气象监控模块监测未来3天之内没有雨时，进行浇灌，直到所述监控数据到达设定阈值时，结束浇灌。
8.根据权利要求1所述的基于窄带物联网的智慧农业管理系统，其特征在于：所述孢子监测模块用于监测病害并预警，主要监测病害孢子的存量及扩散状态，具体方式为：所述孢子监测模块采集空气中的孢子，通过显微镜对从空气中采集到的孢子进行显微拍摄，获得孢子照片，基于孢子智能识别软件对所述孢子照片进行识别，获得孢子的种类，并统计数量，若超过阈值则给移动端发送提醒信息，并上传云平台，使得所述云平台对所述控制模块发送控制指令清除病害。
9.根据权利要求1所述的基于窄带物联网的智慧农业管理系统，其特征在于：所述虫情监测模块用于对农业环境中的虫害进行监测和预警，所述虫情监测模块在夜间自动打开灯管对害虫进行诱捕，所述害虫通过撞击屏落入集虫箱，在所述集虫箱内通过紫外线进行杀虫，通过集虫箱内的摄像头拍摄害虫图片并通过害虫智能识别软件进行识别，获得害虫种类并统计数量，若超过阈值则给移动端发送提醒信息，并上传云平台，使得所述云平台对所述控制模块发送控制指令清除虫害。
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