CN113490174A - 农田建设用水利用农田水位监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种农田建设用水利用农田水位监测系统，所述的系统包括处理模块、Zigbee模块、传感器模块、存储模块、显示模块、GSM通信模块、4G/5G通信模块、报警模块。本发明采用Zigbee无线通信技术、GSM通信和4G/5G通信相结合的方式对农田环境信息数据进行采集，更快更准确的进行数据采集，确保处理模块第一时间获取数据并进行分析；GSM通信和4G/5G通信使信息能稳定的传输至终端，确保工作人员能随时获取农田信息变化数据。
Description
技术领域
本发明属于农业技术领域，特别涉及一种农田建设用水利用农田水位监测系统。
背景技术
农田土壤水分监测是农田灌溉管理的基础，农业用水高效利用管理关键是：基于农田土壤水分信息采集传输，信息源与灌溉用水管理需求响应技术集成共享。因此，采取科学标准化的观测设施定位，确保数据采集精度与灌区用水管理需求响应有机统一，获得支撑现代农业灌溉技术性能指标和管理应用解决方案，是农田土壤水分监测技术管理应用的研究方向。
传统式农田土壤水分监测方法是由人工在农田钻取土壤分层土样，送室内称重烘干计算分析土壤含水量及灌溉用水管理技术指标。传统测验方法存在明显的信息滞后、工作量大、计算繁杂、管理落后等“科技短板”问题，无法胜任农田土壤水分监测及灌溉水高效利用管理的需求。近几年，我国在农业生产信息化、自动化和智能化方面取得了些许成就，但仍有些不足。我国是农业大国，较分散的农业分布，复杂的农业环境，还有落后的农田远程数据采集手段，都影响了数据采集和传输的实时性，导致信息滞后，对发展现代精准农业造成了严重的影响。
发明内容
针对现有农田建设存在的监测方式落后，信息滞后导致出现旱情或者涝情无法提前做出预警的缺陷，本发明提供一种农田建设水利监测系统，有效监测农田环境信息，提前预防旱情或者涝情。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种农田建设用水利用农田水位监测系统，包括处理模块、Zigbee模块、传感器模块、存储模块、显示模块、GSM通信模块、4G/5G通信模块、报警模块；所述的传感器模块、存储模块、显示模块、GSM通信模块、4G/5G通信模块、报警模块均与处理模块连接；
所述的处理模块采用STM32F103单片机；
所述的Zigbee 模块包括Zigbee 终端节点和Zigbee协调器数据处理子模块；Zigbee 终端节点与传感器模块连接，接收来自传感器模块的数据后将其传入Zigbee 协调器数据处理子模块，Zigbee 协调器处理子模块将接收的数据进行压缩处理后发送至处理器模块；Zigbee 模块与处理模块通过UART 连接；
所述的传感器模块设置于农田之间，用于监测农田间的环境数据，并将信息通过Zigbee 终端节点发送至处理模块；
所述的存储模块为RAM存储器和ROM存储器；所述的RAM存储器用于存储处理模块传送过来的信息；所述的ROM存储器内设有农田环境标准数据阈值，用于处理模块读取进行环境数据阈值对比，若传感器读取的环境数据超过农田标准数据阈值，则向报警模块发出指令在显示模块进行警报，同时处理模块发出指令通过GSM通信模块和4G/5G通信模块向手机端发出警报信息；
所述的GSM通信模块和4G/5G通信模块用于手机端远程访问处理模块，读取存储模块中的农田数据；
所述的显示模块为液晶显示器，与处理模块连接进行数据显示。
本发明采用Zigbee无线通信技术、GSM通信和4G/5G通信相结合的方式对农田环境信息数据进行采集，Zigbee无线通信技术近距离、低成本、低功耗的特点可以使传感器采集的数据更快更准确的传输，确保处理模块第一时间获取数据并进行分析；GSM通信和4G/5G通信使信息能稳定的传输至终端，确保工作人员能随时获取农田信息变化数据。
本发明的传感器模块采集数据并通过模数转换后发送到Zigbee终端节点，终端节点通过Zigbee无线网络再将数据发送到Zigbee协调器数据处理子模块，Zigbee协调器数据处理子模块对数据进行预处理后，再通过算法压缩打包，最后发送至处理模块，处理模块最后对数据进行分析后在显示模块上进行显示，同时通过GSM通信和4G/5G通信将数据信息发送至便携客户端（手机、平板电脑）进行显示。
作为本发明的进一步改进，所述的传感器模块包括空气湿度传感器、空气温度传感器、风速传感器、水位传感器、气压传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤酸度传感器。
本发明使用的空气湿度传感器为HSC-HMP50U空气湿度传感器，空气温度传感器为43347空气温度传感器，风速传感器为LVFSC-12风速传感器，水位传感器为LC-SW1水位传感器，气压传感器为VMS-3002大气压力传感器，土壤温度传感器为LVDWZ-31土壤温度传感器，土壤湿度传感器为WSD-100土壤湿度传感器，土壤酸碱度传感器为JASPS2111土壤酸碱度传感器。这些传感器具备适应土壤，空气和水环境的特征，耐腐蚀，精度准确性高。
作为本发明的进一步改进，所述的系统还包括供电模块，所述的供电模块包括太阳能电池、蓄电池和电源转换器，太阳能电池和蓄电池分别与电源转换器连接，电源转换器分别与处理器模块、Zigbee模块、传感器模块、存储模块、显示模块、GSM通信模块、4G/5G通信模块、报警模块连接。
电源模块采用太阳能电池与蓄电池相结合，避免恶劣天气导致突然断电造成的数据丢失以及设备损坏，提高了整个系统的安全性。
本发明的有益效果：
1、本发明通过Zigbee通信快速的获取传感器采集的农田环境各项数据，确保信息的时效性和及时性，为信息处理后作出应对提供更快更准的信息源，提高了农田水利监测的准确性和及时性。
2、本发明采用智能监测系统，精细地测量农田环境数据，并与存储模块中内置的数据进行对比，以便发出警报，为发生旱情或者涝情提前做出准备。
3、本发明的监测系统不仅可以通过PC端进行监测查看农田环境数据，同时可以通过移动端进行监测查看，随时随地都能对农田环境数据进行查看，提高了本系统的实用性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种农田建设用水利用农田水位监测系统，包括处理模块、Zigbee模块、传感器模块、存储模块、显示模块、GSM通信模块、4G/5G通信模块、报警模块；所述的传感器模块、存储模块、显示模块、GSM通信模块、4G/5G通信模块、报警模块均与处理模块连接；
所述的处理模块采用STM32F103单片机，采用嵌入式Windows7操作系统，界面采用QT开发，支持MYSQL数据库，可对采集到的数据进行储存与查询。
所述的Zigbee 模块所用芯片皆采用TI公司的CC2530芯，支持多种串行通信协议的强大UART，具备极高的接收灵敏度和抗干扰性能，配合TI公司的ZSTACK协议栈，为本系统提供了一个很好的近距离无线通信解决方案；Zigbee 模块包括Zigbee 终端节点和Zigbee协调器数据处理子模块；Zigbee 终端节点与传感器模块连接，接收来自传感器模块的数据后将其传入Zigbee 协调器数据处理子模块，Zigbee 协调器处理子模块将接收的数据进行压缩处理后发送至处理器模块；Zigbee 模块与处理模块通过UART 连接；
所述的传感器模块设置于农田之间，用于监测农田间的环境数据，并将信息通过Zigbee 终端节点发送至处理模块；具体的，所述的传感器为：空气湿度传感器为HSC-HMP50U空气湿度传感器，空气温度传感器为43347空气温度传感器，风速传感器为LVFSC-12风速传感器，水位传感器为LC-SW1水位传感器，气压传感器为VMS-3002大气压力传感器，土壤温度传感器为LVDWZ-31土壤温度传感器，土壤湿度传感器为WSD-100土壤湿度传感器，土壤酸碱度传感器为JASPS2111土壤酸碱度传感器。
所述的存储模块为RAM存储器和ROM存储器；所述的RAM存储器用于存储处理模块传送过来的信息；所述的ROM存储器内设有农田环境标准数据阈值，用于处理模块读取进行环境数据阈值对比，若传感器读取的环境数据超过农田标准数据阈值，则向报警模块发出指令在显示模块进行警报，同时处理模块发出指令通过GSM通信模块和4G/5G通信模块向手机端发出警报信息；
所述的GSM通信模块和4G/5G通信模块用于手机端远程访问处理模块，读取存储模块中的农田数据；
所述的显示模块为液晶显示器，与处理模块连接进行数据显示。
上述还包括供电模块，所述的供电模块包括太阳能电池、蓄电池和电源转换器，太阳能电池和蓄电池分别与电源转换器连接，电源转换器分别与处理器模块、Zigbee模块、传感器模块、存储模块、显示模块、GSM通信模块、4G/5G通信模块、报警模块连接。电源模块采用太阳能电池与蓄电池相结合，避免恶劣天气导致突然断电造成的数据丢失以及设备损坏，提高了整个系统的安全性。
本实施例的工作原理如下：
通过传感器模块采集农田环境数据，并通过模数转换后发送到Zigbee终端节点，终端节点通过Zigbee无线网络再将数据发送到Zigbee协调器数据处理子模块，Zigbee协调器数据处理子模块对数据进行预处理后，再通过算法压缩打包，最后发送至处理模块，处理模块最后对数据进行分析后在显示模块上进行显示，同时通过GSM通信和4G/5G通信将数据信息发送至便携客户端（手机、平板电脑）进行显示；处理模块分析数据时，会从存储模块中读取预置的农田标准数据进行对比，如果采集的数据超出或者低于标准数据的阈值，则发出对报警模块发出指令进行警报，同时通过GSM通信和4G/5G通信发送信息至移动端，确保工作人员能多方位获取警报信息。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种农田建设用水利用农田水位监测系统，其特征在于：包括处理模块、Zigbee模块、传感器模块、存储模块、显示模块、GSM通信模块、4G/5G通信模块、报警模块；所述的传感器模块、存储模块、显示模块、GSM通信模块、4G/5G通信模块、报警模块均与处理模块连接；
所述的处理模块采用STM32F103单片机；
所述的Zigbee模块包括Zigbee终端节点和Zigbee协调器数据处理子模块；Zigbee终端节点与传感器模块连接，接收来自传感器模块的数据后将其传入Zigbee协调器数据处理子模块，Zigbee协调器处理子模块将接收的数据进行压缩处理后发送至处理器模块；Zigbee模块与处理模块通过UART连接；
所述的传感器模块设置于农田之间，用于监测农田间的环境数据，并将信息通过Zigbee终端节点发送至处理模块；
所述的存储模块为RAM存储器和ROM存储器；所述的RAM存储器用于存储处理模块传送过来的信息；所述的ROM存储器内设有农田环境标准数据阈值，用于处理模块读取进行环境数据阈值对比，若传感器读取的环境数据超过农田标准数据阈值，则向报警模块发出指令在显示模块进行警报，同时处理模块发出指令通过GSM通信模块和4G/5G通信模块向手机端发出警报信息；
所述的GSM通信模块和4G/5G通信模块用于手机端远程访问处理模块，读取存储模块中的农田数据；
所述的显示模块为液晶显示器，与处理模块连接进行数据显示。
2.根据权利要求1所述的农田建设用水利用农田水位监测系统，其特征在于：所述的传感器模块包括空气湿度传感器、空气温度传感器、风速传感器、水位传感器、气压传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤酸度传感器。
3.根据权利要求1所述的农田建设用水利用农田水位监测系统，其特征在于：还包括供电模块，所述的供电模块包括太阳能电池、蓄电池和电源转换器，太阳能电池和蓄电池分别与电源转换器连接，电源转换器分别与处理器模块、Zigbee模块、传感器模块、存储模块、显示模块、GSM通信模块、4G/5G通信模块、报警模块连接。
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