CN113625805A - 一种基于Alot技术的植侣花卉监测仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及植株环境远程监控技术领域，具体公开了一种基于Alot技术的植侣花卉监测仪，包括光照传感模块、温度传感模块、土壤湿度传感模块、溶解氧传感模块、PH传感模块、盐度传感模块、亚硝酸盐含量和氨氮含量监测模块、微控制器、手机网关、云平台与账户登录模块。本发明能够监测植株生长环境的光照强度信息、温度信息、土壤湿度信息、溶解氧的浓度信息、PH值信息、离子总浓度信息与亚硝酸根与铵根离子的浓度信息，有效解决了现有的监测仪监测环境信息单一的问题，通过手机网关或蓝牙网关上传至OneNET云平台，用于随时通过网络观察植株环境变化，OneNET云平台还可以提供一种简单控制系统的方式，登陆响应的账户，也可随时随地的观察植株环境变化。

Description

一种基于Alot技术的植侣花卉监测仪

技术领域

本发明涉及植株环境远程监控技术领域，具体涉及一种基于Alot技术的植侣花卉监测仪。

背景技术

环境监测,是指环境监测机构对环境质量状况进行监视和测定的活动。环境监测是通过对反映环境质量的指标进行监视和测定，以确定环境污染状况和环境质量的高低。环境监测的内容主要包括物理指标的监测、化学指标的监测和生态系统的监测。

远程植物生长环境智能监控方法适用于家庭、植物工厂、大田等各种场合，通过智能控制系统为植物生长营造一个更合适的环境。

现有的植侣花卉监测仪，其监测产生的信息内容较为单一，不能满足用户的使用需求，并且读取的植株环境数据即使上传至物联网，但是无法通过手机随时通过网络观察植株环境变化，给植侣花卉监测仪的使用带来一定影响，因此，提出一种基于Alot技术的植侣花卉监测仪。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有的环境监测系统，其监测产生的信息内容较为单一，不能满足用户的使用需求，并且读取的植株环境数据即使上传至物联网，但是无法通过手机随时通过网络观察植株环境变化，给环境监测系统的使用带来一定影响的问题，提供了一种基于Alot技术的植侣花卉监测仪。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，一种基于Alot技术的植侣花卉监测仪，包括光照传感模块、温度传感模块、土壤湿度传感模块、溶解氧传感模块、PH传感模块、盐度传感模块、亚硝酸盐含量和氨氮含量监测模块、微控制器、手机网关、云平台与账户登录模块；

所述光照传感模块、温度传感模块、土壤湿度传感模块、溶解氧传感模块、PH传感模块、盐度传感模块、亚硝酸盐含量和氨氮含量监测模块均与微控制器通信连接，所述微控制器与手机网关通信连接，所述手机网关与云平台通信连接，所述账户登录模块也与云平台通信连接；

所述手机网关内部设置有无线通信模块，无线通信模块与微控制器以及云平台无线连接。

优选的，所述光照传感模块采用光照传感器，光照传感器与光照补偿灯电性连接，并且可以控制光照补偿灯。

优选的，所述温度传感模块采用温度传感器，温度传感器可以设置于被监测植株周围，用于获取实时温度信息。

优选的，所述土壤湿度传感模块采用电容式土壤湿度传感器，该传感器利用电容感应原理来检测土壤湿度，可以获取监测土壤的实时湿度信息。

优选的，所述溶解氧传感模块采用溶解氧传感器，用于获取监测地点的样本中的溶解氧的浓度信息。

优选的，所述PH传感模块采用PH值传感器，可以自动采集数据、数据分析，用于获取监测地点的PH值信息。

优选的，所述盐度传感模块采用电导率传感器，用于获取水溶液中离子总浓度信息；所述亚硝酸盐含量和氨氮含量监测模块采用氨氮传感器与亚硝酸盐传感器，用于获取监测地点的样本中亚硝酸根与铵根离子的浓度信息。

本发明相比现有技术具有以下优点：该植侣花卉监测仪通过设置的光照传感器、温度传感器、土壤湿度传感器、溶解氧传感器、PH值传感器、电导率传感器、氨氮传感器与亚硝酸盐传感器能够监测植株生长环境的光照强度信息、温度信息、土壤湿度信息、溶解氧的浓度信息、PH值信息、离子总浓度信息与亚硝酸根与铵根离子的浓度信息，有效解决了现有的监测仪监测环境信息单一的问题，通过手机网关或蓝牙网关上传至OneNET云平台，用于随时通过网络观察植株环境变化，OneNET云平台还可以提供一种简单控制系统的方式，登陆响应的账户，也可随时随地的观察植株环境变化，满足了用户不同使用需求，更加值得推广使用。

附图说明

图1是本发明的系统框图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例提供一种技术方案：一种基于Alot技术的植侣花卉监测仪，包括光照传感模块、温度传感模块、土壤湿度传感模块、溶解氧传感模块、PH传感模块、盐度传感模块、亚硝酸盐含量和氨氮含量监测模块、微控制器、手机网关、OneNET云平台与账户登录模块。

光照传感模块、温度传感模块、土壤湿度传感模块、溶解氧传感模块、PH传感模块、盐度传感模块、亚硝酸盐含量和氨氮含量监测模块均与微控制器通信连接，微控制器与手机网关通信连接，手机网关与OneNET云平台通信连接，账户登录模块也与OneNET云平台通信连接。

本实施例中，光照传感模块采用BH1750FVI光照传感器，是一种用于两线式串行总线接口的数字型光强度传感器集成电路，可以根据收集的光线强度数据来调整植株光照补偿灯的亮度，利用高分辨率可以探测较大范围的光强度变化，用于获取监测地点的实时光照强度信息。

本实施例中，温度传感模块采用DS18B20温度传感器，封装后的DS18B20温度传感器可用于植株环境测温及各种非极限温度场合，用于获取监测地点的实时温度信息；

本实施例中，土壤湿度传感模块采用电容式土壤湿度传感器，利用电容感应原理来检测土壤湿度，避免了电阻式传感器极易被腐蚀的问题，极大地延长了它的工作寿命，用于获取监测地点的实时土壤湿度信息。

溶解氧传感模块采用溶解氧传感器，用于获取监测地点的样本中的溶解氧的浓度信息，测量范围：0～20mg/L（ppm），饱和度：0～200%，测量精度：±0.3mg/L（ppm），响应时间：30秒内读取95%，45秒内读取98%，温度补偿：0℃～45℃，盐度补偿：手工，校准时处理，样本最低流速：20cm/s。

氧气在纯水中的饱和溶解度表见表1。

表1各种温度下饱和溶解氧值

温度（℃）	溶解氧（mg/L）	盐度补偿	温度（℃）	溶解氧（mg/L）	盐度补偿
						0	14.64	0.0153	18	9.46	0.0091
1	14.22	0.0148	19	9.27	0.0089
						2	13.82	0.0144	20	9.08	0.0087
3	13.44	0.0140	21	8.90	0.0086
						4	13.09	0.0135	22	8.73	0.0084
5	12.74	0.0131	23	8.57	0.0082
						6	12.42	0.0128	24	8.41	0.0081
7	12.11	0.0124	25	8.25	0.0079
						8	11.81	0.012	26	8.11	0.0078
9	11.53	0.0117	27	7.96	0.0077
						10	11.26	0.0113	28	7.82	0.0076
11	11.01	0.011	29	7.69	0.0076
						12	10.77	0.0107	30	7.56	0.0075
13	10.53	0.0104	31	7.43	0.0075
						14	10.30	0.0101	32	7.30	0.0074
15	10.08	0.0099	33	7.18	0.0074
						16	9.86	0.0096	34	7.07	0.0074
17	9.66	0.0094	35	6.95	0.0074

附盐度补偿公式：DO’=DO–S*Δ

1.将传感器擦干，垂直放置于水蒸汽饱、温度恒定的空气中，读取稳定后的数值，根据温度计算现场参数A=理论值/实测值；

2.根据当前温度范围选择盐度补偿系数Δ；

3.根据盐度计算现场参数B=–S*Δ/A；

PH传感模块采用PH值传感器，可以自动采集数据、数据分析，用于获取监测地点的PH值信息；

盐度传感模块采用电导率传感器，用于获取水溶液中离子总浓度信息；

亚硝酸盐含量和氨氮含量监测模块采用氨氮传感器与亚硝酸盐传感器，用于获取监测地点的样本中亚硝酸根与铵根离子的浓度信息；

微控制器采用的型号为STM32F103C8T6，用于实时读取植株环境数据，获取光照强度信息、温度信息、土壤湿度信息、溶解氧的浓度信息、PH值信息、离子总浓度信息与亚硝酸根与铵根离子的浓度信息，通过手机网关或蓝牙网关上传至OneNET云平台，用于随时通过网络观察植株环境变化；

手机网关内部设置有无线通信模块，用于实现微控制器与OneNET云平台的无线传输；

账户登录模块用于提供一种简单控制系统的方式，登陆响应的账户，也可随时随地的观察植株环境变化。

光照传感器的校准方法如下：

步骤一：通过函数可以消除光学窗口的影响：通过改变测量时间来调整；

步骤二：通过改变MG寄存器的值可以改变传感器的灵敏度。

步骤一中当光学窗口的传输速率变为50%时，如果设置光学窗口，测量结果可以变为0.5倍，将传感器灵敏度从默认状态改变为2倍时，光学窗口的影响便可以忽略；步骤二中MG寄存器为时间测量寄存器，当需要传感器的灵敏度是原来的2倍，则MG寄存器的值需设置为2倍，当MT寄存器值设置为2倍时，则测量时间需设置为原来的2倍。

温度传感器的校准方法如下：

步骤一：先将数据线置高电平“1”；

步骤二：延时：该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点；

步骤三：数据线拉到低电平“0”；

步骤四：延时750微秒，该时间的时间范围可以从480到960微秒；

步骤五：数据线拉到高电平“1”；

步骤六：延时等待：如果初始化成功则在15到60微秒时间之内产生一个由DS18B20所返回的低电平“0”，据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制；

步骤七：若CPU读到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起，也就是步骤五的时间算起，最少要480微秒；

步骤八：将数据线再次拉高到高电平“1”后结束。

电容式土壤湿度传感器的校准方法如下：

步骤一：通过分别读取传感器在空气中和水中的数值来限定一个测量范围，步骤如下：

S1：首先请将该传感器放置在空气中读取模拟值，代表干燥时的读数；

S2：然后拿一杯水，把传感器插入水中一定深度，做一下标记，此深度为你将要插入泥土的深度，一定不能超过红色警戒线，并记录此时读到的模拟值，代表100%湿度，输出数据与湿度成反比，在水中的输出量最小；

S3：由于传感器数值会受到入土深度、土壤松紧度的影响，只能检测到土壤的相对湿度，我们把湿度的范围分为三等分，分别表示干燥、湿润、非常潮湿，之前记入的两个数据为湿度区间，这样就可以分为[(520,430],(430,350](350,260];

步骤二：打开串口监视器，将波特率根据程序设置为9600bps。

溶解氧传感器的校准方法如下：

步骤一：传感器准备：校准前先将传感器电极上的塑料保护罩或者铜罩取下，用干净的水将电极感应膜表面及铜罩冲洗干净，当遇到不易冲掉的附着物时，可用棉签轻轻拭去膜头处的杂物，然后再次冲洗干净，最后用柔软的棉布轻轻擦掉传感器侧壁及膜头处的水分；

步骤二：传感器预热：传感器连接采集终端，通电预热大于60分钟，待温度平衡；

步骤三：校准：传感器校准时，务必保持电极端竖直向下，使用采集终端将盐度值置零，待温度稳定后读取通道参数中溶解氧的饱和度，计算校准系数A=100%/当前溶解氧饱和度，将校准系数A与原始盐度值通过溶解氧采集终端设置到传感器内部。

PH值传感器的校准方法如下：

步骤一：传感器准备：校准前先将传感器电极上的塑料保护罩取下，用干净的水将玻璃电极感应头表面冲洗干净，当遇到不易冲掉的附着物时，可用棉签轻轻拭去玻璃感应头处的杂物，然后再次冲洗干净，最后用柔软的棉布轻轻擦掉传感器侧壁及玻璃电极处的水分；

步骤一：校准：传感器校准分单点校准和多点校准：

S11、单点校准，将传感器的测量电极端轻轻伸入PH=7的标准缓冲液中，将PH值传感器与数据采集终端相连，读取采集终端的工程值，计算校准系数A=7/测量值，将校准系数A写入传感器采集终端的传感器现场参数A中即可完成校准；

S21、多点校准要比单点校准的精度更高：

S211、先将传感器测量电极放到PH=4的标准溶液中，稳定10秒，利用数据采集器读取传感器的原始电压值，数据记为V1，单位为mV；

S212、将传感器电极处用蒸馏水冲洗干净后用柔软的棉布拭去玻璃电极处的水分，然后将测量电极置入PH=7的标准溶液，待稳定10秒后，测量传感器的原始电压值，数据记为V2，单位是mV，计算传感器校准系数A和传感器校准系数B，其中：

A=3/(V2-V1)；B=7∗3(v2−v1)−v2；

将A与B的值写入数据采集器的校准菜单中即可完成传感器的校准。

样本中亚硝酸根的浓度信息测量方法如下：

亚硝酸盐+磺胺~重氮化合物+阿尔法萘乙二胺=重氮-偶氮化合物（红色），再使用分光光度计测量吸光度，利用亚硝酸盐的浓度与吸光度成正比的原理，得到亚硝酸盐浓度。

样本中铵根离子的浓度信息测量方法如下：

步骤一：试剂准备：

淋洗液：15mM甲烷磺酸（量取0.98ml分析纯甲基磺酸，近似为1ml或称取1.45g溶解于1000ml高纯水中，摇匀后使用）；

铵标液（0.1mg/ml）：称取0.2970g于105―110℃干燥到恒重的NH4CL，用高纯水进行溶解、稀释定容至1000ml容量瓶中，摇匀待用；

铵标液（0.01mg/ml）：量取10ml铵标液（2.2）置于100ml容量瓶中，用高纯水稀释至刻度，摇匀、该溶液使用前配制；

NaCL（0.3g/L）：称取已500―600℃灼烧至恒重的基准NaCL0.3g左右，用高纯水进行溶解稀释定容至1000ml容量瓶中；

步骤二：分析步骤

1)标准曲线的绘制；

2)分别量取铵标液（0.01mg/ml）0.3ml、0.6m、0.9ml、1.2ml于4个100ml容量瓶中，向每个容量瓶中加入（2.4）0.3g/L的NaCL溶液稀释至刻度摇匀；

3)调整好离子色谱达到测定铵的条件后进样进行分析检测；

4)以加入的铵标液的浓度为横坐标，以峰面积为纵坐标绘制标准曲线；

步骤三：样品的测定

1)样品的处理：将待测样品用孔径小于0.45mm的滤膜进行抽滤；

2)取1ml已过滤后的被测样品于1000ml容量瓶中，用高纯水进行稀释、定容摇匀进行测定；

3)结果计算：C（总铵）=1000×C1（总铵），结果乘以1000是因为待测样品稀释了1000倍；

步骤四：分析方法的准确度实验

为了评价此方法的准确度，进行了试样回收实验，在待测元素的线性范围内对样品进行回收率测试；在3个1000ml容量瓶中分别加入0.01mg/ml的铵标液0.2ml、0.3ml、0.5ml，然后用3组已处理好测试过的样品进行稀释、定容、摇匀；做加标回收实验，结果见下表：

（表中测定值和加标量的浓度数据已乘以1000）

样品	元素	本低值 （mg/l）	加标量 （mg/l）	加标测定值	回收率
						1#	总铵	56.18	20	77.32	101.49
2#	总铵	52.35	30	82.46	100.13
						3#	总铵	54.30	50	106.80	102.40

综上，本发明在使用时，通过设置的光照传感器、温度传感器、土壤湿度传感器、溶解氧传感器、PH值传感器、电导率传感器、氨氮传感器与亚硝酸盐传感器能够监测植株生长环境的光照强度信息、温度信息、土壤湿度信息、溶解氧的浓度信息、PH值信息、离子总浓度信息与亚硝酸根与铵根离子的浓度信息，有效解决了现有的监测仪监测环境信息单一的问题，通过手机网关或蓝牙网关上传至OneNET云平台，用于随时通过网络观察植株环境变化，OneNET云平台还可以提供一种简单控制系统的方式，登陆响应的账户，也可随时随地的观察植株环境变化，满足了用户不同使用需求，更加值得推广使用。

光照传感模块采用BH1750FVI光照传感器，是一种用于两线式串行总线接口的数字型光强度传感器集成电路，可以根据收集的光线强度数据来调整植株光照补偿灯的亮度，利用高分辨率可以探测较大范围的光强度变化，用于获取监测地点的实时光照强度信息，有两种可选的I2Cslave地址，可调的测量结果影响较大的因素为光入口大小，使用这种功能能计算1.1lx到100000lx马克斯/分钟的范围，最小误差变动在±20%；

温度传感模块采用DS18B20温度传感器，封装后的DS18B20可用于植株环境测温及各种非极限温度场合，用于获取监测地点的实时温度信息，可通过数据线供电。供电范围为3.0V到5.5V，测温范围为-55～＋125℃（－67～＋257℉），在－10～＋85℃范围内精确度为±5℃，温度计分辨率可以被使用者选择为9～12位，最多在750ms内将温度转换为12位数字；

土壤湿度传感模块采用电容式土壤湿度传感器，利用电容感应原理来检测土壤湿度，避免了电阻式传感器极易被腐蚀的问题，极大地延长了它的工作寿命，用于获取监测地点的实时土壤湿度信息，传感器内置稳压芯片，支持3.3~5.5V宽电压工作环境，这意味着即使在3.3V的，Arduino主控板上，它也能正常工作，标志性的DFRobot-Gravity接口保证了接口的兼容性，可以直接与GavityIO扩展板相连接；

溶解氧传感模块采用溶解氧传感器，用于获取监测地点的样本中的溶解氧的浓度信息；

PH传感模块采用PH值传感器，可以自动采集数据、数据分析，用于获取监测地点的PH值信息，测量原理：Ag/AgCL参比系统玻璃电极法，供电：3.3～12VDC，输出：0～2.5VDC，最大适用水深：10m（可定制线缆长度），范围：2～14，测量精度：±0.1，响应时间：2秒内读取95%，温度范围：5℃～45℃，不要把传感器放在含有：高氯酸盐(或酯)、银或硫离子的溶液中。也不要把传感器放在含有氢氟酸或浓度高于1.0mol的酸或碱溶液中。它可以测量浓度接近1.0mol的氢氧化钠溶液的pH值，但不能在此溶液中放置5分钟以上。在高温或低温(0°C左右)中使用将造成传感器无法修复的损害；

盐度传感模块采用电导率传感器，用于获取水溶液中离子总浓度信息；亚硝酸盐含量和氨氮含量监测模块采用氨氮传感器与亚硝酸盐传感器，用于获取监测地点的样本中亚硝酸根与铵根离子的浓度信息；微控制器采用的型号为STM32F103C8T6，用于实时读取植株环境数据，获取光照强度信息、温度信息、土壤湿度信息、溶解氧的浓度信息、PH值信息、离子总浓度信息与亚硝酸根与铵根离子的浓度信息，通过手机网关或蓝牙网关上传至OneNET云平台，用于随时通过网络观察植株环境变化；手机网关内部设置有无线通信模块，用于实现微控制器与OneNET云平台的无线传输；账户登录模块用于提供一种简单控制系统的方式，登陆响应的账户，也可随时随地的观察植株环境变化。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种基于Alot技术的植侣花卉监测仪，其特征在于，包括光照传感模块、温度传感模块、土壤湿度传感模块、溶解氧传感模块、PH传感模块、盐度传感模块、亚硝酸盐含量和氨氮含量监测模块、微控制器、手机网关、云平台与账户登录模块；

所述光照传感模块、温度传感模块、土壤湿度传感模块、溶解氧传感模块、PH传感模块、盐度传感模块、亚硝酸盐含量和氨氮含量监测模块均与微控制器通信连接，所述微控制器与手机网关通信连接，所述手机网关与云平台通信连接，所述账户登录模块也与云平台通信连接；

所述手机网关内部设置有无线通信模块，无线通信模块与微控制器以及云平台无线连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于Alot技术的植侣花卉监测仪，其特征在于：所述光照传感模块采用光照传感器，光照传感器与光照补偿灯电性连接，并且可以控制光照补偿灯。

3.根据权利要求1所述的一种基于Alot技术的植侣花卉监测仪，其特征在于：所述温度传感模块采用温度传感器，温度传感器可以设置于被监测植株周围，用于获取实时温度信息。

4.根据权利要求1所述的一种基于Alot技术的植侣花卉监测仪，其特征在于：所述土壤湿度传感模块采用电容式土壤湿度传感器，该传感器利用电容感应原理来检测土壤湿度，可以获取监测土壤的实时湿度信息。

5.根据权利要求1所述的一种基于Alot技术的植侣花卉监测仪，其特征在于：所述溶解氧传感模块采用溶解氧传感器，用于获取监测地点的样本中的溶解氧的浓度信息。

6.根据权利要求1所述的一种基于Alot技术的植侣花卉监测仪，其特征在于：所述PH传感模块采用PH值传感器，可以自动采集数据、数据分析，用于获取监测地点的PH值信息。

7.根据权利要求1所述的一种基于Alot技术的植侣花卉监测仪，其特征在于：所述盐度传感模块采用电导率传感器，用于获取水溶液中离子总浓度信息；所述亚硝酸盐含量和氨氮含量监测模块采用氨氮传感器与亚硝酸盐传感器，用于获取监测地点的样本中亚硝酸根与铵根离子的浓度信息。

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