CN114063493A - 分布式数字化农业园区综合调控系统 - Google Patents
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Abstract
一种分布式数字化农业园区综合调控系统，包括本地监控与设备控制层、信息传输中继层和云平台管理监控层，本地监控采集与设备控制层和信息传输中继层连接，信息传输中继层和云平台管理监控层连接，本地监控与设备控制层包括摄像头视频监控节点、农作物生长环境环境控制节点和农作物生长状态监控节点，信息传输中继层由物联网中继网关构成，云平台管理监控层包括云服务器、云端数据库与前端网页窗口。本发明通过对农业园区的农作物生长环境监测、换气风机等农作物环境控制设备的自动控制和农业园区远程视频监控，实现农业园区的数字化控制，实现智慧农业，科学生产，为农业生产提供精准化种植、可视化管理和智能化决策。
Description
技术领域
本发明涉及一种分布式数字化农业园区综合调控系统。
背景技术
农业是利用动植物的生长发育规律，通过人工培育来获得产品的产业。农业生产过程中，温度、湿度、光照强度等多种自然因素共同影响农作物的生长，通过人的感知能力管理上述环境参数十分困难，无法达到准确性要求，容易造成农业收成率低下，管理效果不佳，且对管理人员的要求很高，智能化程度低。数字农业是将信息作为农业生产要素，用现代信息技术对农业对象、环境和全过程进行可视化表达、数字化设计、信息化管理的现代农业。但现有的数字农业中存在较多的漏洞，数据获取不完善、需要耗费大量人工。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种具有云平台远程监控与控制、本地手动控制、控制信息自动同步的分布式数字化农业园区综合调控系统，通过对农业园区的农作物生长环境监测、换气风机等农作物环境控制设备的自动控制和农业园区远程视频监控，实现农业园区的数字化控制，实现智慧农业，科学生产，为农业生产提供精准化种植、可视化管理和智能化决策。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种分布式数字化农业园区综合调控系统，所述分布式数字化农业园区综合调控系统包括本地监控与设备控制层、信息传输中继层和云平台管理监控层，所述本地监控采集与设备控制层和信息传输中继层连接，所述信息传输中继层和云平台管理监控层连接，所述本地监控与设备控制层包括摄像头视频监控节点、农作物生长环境环境控制节点和农作物生长状态监控节点，所述信息传输中继层由物联网中继网关构成，所述云平台管理监控层包括云服务器、云端数据库与前端网页窗口。
进一步，所述摄像头视频监控节点包含摄像头单元、以太网单元、电源控制单元、摄像头网络服务器，所述摄像头视频监控节点的摄像头单元分别与所述以太网单元、所述电源控制单元、所述摄像头网络服务器连接。
再进一步，所述农作物生长环境环境控制节点包含微处理器、RS485通讯单元、继电器控制单元、电源控制单元、显示与触摸单元、WIFI透传模块、换气风机单元、循环风机单元、湿帘水泵单元、遮阳单元、天窗单元、内保温单元、卷膜单元、串口信息配置单元，所述微处理器分别与所述RS485通讯单元、所述继电器控制单元、所述电源控制单元、所述显示与触摸单元、所述WIFI透传模块、所述换气风机单元、所述循环风机单元、所述湿帘水泵单元、所述遮阳单元、所述天窗单元、所述内保温单元、所述卷膜单元、所述串口信息配置单元连接。
更进一步，所述农作物生长状态监控节点包含微处理器、电源控制单元、温湿度传感器、气压传感器、氧气传感器、二氧化碳传感器、土壤养分传感器、光照传感器、PM2.5传感器、二氧化硫传感器、风速传感器、串口信息配置单元、WIFI透传模块，所述微处理器分别与所述电源控制单元、所述温湿度传感器、所述气压传感器、所述氧气传感器、所述二氧化碳传感器、所述土壤养分传感器、所述光照传感器、所述PM2.5传感器、所述二氧化硫传感器、所述风速传感器、所述串口信息配置单元、所述WIFI透传模块连接。
所述物联网中继网关包含路由器、以太网通讯单元、WIFI通讯单元，所述物联网中继网关的路由器分别与所述以太网通讯单元连接、所述WIFI通讯单元连接。
所述云平台管理监控层中，所述云服务器用以与所述物联网中继网关进行通讯，存储设备控制状态与采集节点数据到所述云服务器，所述前端网页可以通过网页实时远程显示各类农作物生长参数，远程实现对环境控制设备的控制，自由切换云端控制与本地手动控制，并查询统计各项采集节点与监控节点的历史数据。
进一步的，所述物联网中继网关与所述摄像头视频监控节点通过以太网连接，实现一主对多从的双向有线通讯；所述物联网中继网关与所述农作物生长环境控制节点和所述农作物生长状态监控节点通过WIFI连接，实现一主对多从的双向无线通讯。
更进一步，物联网中继网关与所述云端后台服务器连接，采用HTTP协议实时向所述云端服务器后台发送农作物环境状态报文与控制设备状态报文，历史数据存储在所述云端数据库，所述网页展示端通过Web端将农作物环境状态与环境控制设备状态实时显示。
再进一步，所述农作物生长状态监控节点采用时间片轮询方式完成农作物生长环境的监测；所述物联网中继网关接收到农作物生长状态数据后，以HTTP POST方式直接提交云服务器后台。
优选的，所述物联网中继网关的数据上报时间默认为15分钟，并可以通过述所网页展示端选择查看不同时段的数据；所述物联网中继网关在接收到农作物生长状态数据以及农作物生长环境控制状态后，经过数据组包后通过HTTP协议发送至所述云服务器后台；所述网页展示端将用户操作数据通过HTTP协议发送至所述物联网中继网关，所述WIFI透传模块完成数据解析后更新所述农作物生长环境控制节点的状态信息。
优选的，所述摄像头视频监控设备采用以太网传输视频数据，数据存储在所述云服务器中，由所述网页显示端调用接口完成监控画面的实时显示，保证数据传输的准确可靠。
本发明的有益效果表现在：
1)利用接触式免调校PH传感器监测土壤PH值，并分析获取到的土壤的氮磷钾成分；利用气压传感器、温湿度传感器、氧气传感器、二氧化碳传感器和二氧化硫传感器检测农作物生长环境。每个检测节点都安装WIFI透传模块，通过WIFI将采集的数据上报到服务器。
2)通过云平台的设置能够对农业园区实现智能监控和控制，智能化程度高，方便数字化农业园区的管理。
3)本地农作环境控制单元的控制状态与云服务器的控制状态同步，可自由切换本地控制或云端远程控制，方便农业人员完成农作物生长环境控制。
4)本发明提供的分布式数字化农业园区综合调控系统，根据地面设备发送的农作物生长情况，自动分析农作物所需的最佳生长环境，自动完成农作物环境控制设备的控制，实现农业自动化。
附图说明
图1是分布式数字化农业园区综合调控系统的整体结构示意图。
图2是农作物生长环境控制节点的运行流程示意图。
图3是农作物生长状态监控节点的运行流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述
参照图1～图3，一种分布式数字化农业园区综合调控系统，所述分布式数字化农业园区综合调控系统包括本地监控采集与设备控制层1、信息传输中继层2和云平台管理监控层3，所述本地监控与设备控制层1包含摄像头视频监控节点1-1、农作物环境生长环境控制节点1-2和农作物生长状态监控节点1-3，所述信息传输中继层2包含以太网通单元2-1和WIFI通讯单元2-2，所述云平台管理监控层3包含云端后台服务器3-1、云端数据库3-2和前端网页展示端3-3。
所述摄像头视频监控节点1-1包含摄像头单元1-1-1、以太网单元1-1-2、电源控制单元1-1-3、摄像头网络服务器1-1-4，所述摄像头单元1-1-1分别与所述以太网单元1-1-2、所述电源控制单元1-1-3、所述摄像头网络服务器1-1-4连接。
所述农作物生长环境控制节点1-2包含微处理器1-2-1、RS485通讯单元1-2-2、继电器控制单元1-2-3、电源控制单元1-2-4、显示与触摸单元1-2-5、WIFI透传模块1-2-6、换气风机单元1-2-7、循环风机单元1-2-8、湿帘水泵单元1-2-9、遮阳单元1-2-10、天窗单元1-2-11、内保温单元1-2-12、卷膜单元1-2-13、串口信息配置单元1-2-14，所述微处理1-2-1分别与所述RS485通讯单元1-2-2、所述继电器控制单元1-2-3、所述电源控制单元1-2-4、所述显示与触摸单元1-2-5、所述WIFI透传模块1-2-6、所述换气风机单元1-2-7、所述循环风机单元1-2-8、所述湿帘水泵单元1-2-9、所述遮阳单元1-2-10、所述天窗单元1-2-11、所述内保温单元1-2-12、所述卷膜单元1-2-13、所述串口信息配置单元1-2-14连接。
所述农作物生长状态监控节点1-3包含微处理器1-3-1、电源控制单元1-3-2、温湿度传感器1-3-3、气压传感器1-3-4、氧气传感器1-3-5、二氧化碳传感器1-3-6、土壤养分传感器1-3-7、光照传感器1-3-8、PM2.5传感器1-3-9、二氧化硫传感器1-3-10、风速传感器1-3-11、串口信息配置单元1-3-12、WIFI透传模块1-3-13，所述微处理1-3-1分别与所述电源控制单元1-3-2、所述温湿度传感器1-3-3、所述气压传感器1-3-4、所述氧气传感器1-3-5、所述二氧化碳传感器1-3-6、所述土壤养分传感器1-3-7、所述光照传感器1-3-8、所述PM2.5传感器1-3-9、所述二氧化硫传感器1-3-10、所述风速传感器1-3-11、所述串口信息配置单元1-3-12、所述WIFI透传模块1-3-13连接。
所述云平台管理监控层3包含后端云服务器3-1、后端云数据库3-2与网页窗口3-3，所述后端云服务器3-1通过信息传输中继层2与所述摄像头视频监控节点1-1、农作物生长环境控制节点1-2、农作物生长状态监控节点1-3进行数据通讯，并将监控数据传输到所述后端云数据库3-2，所述网页窗口3-3可以通过网页显示当前农业园区的各项实时数据并查询统计其对应的历史数据，可在云端控制模式下控制农作物环境控制设备的开启状态。
进一步，所述摄像头视频监控节点1-1、所述农作物生长环境控制节点1-2、所述农作物生长状态监控节点1-3作为客户端，通过其各自的WIFI透传模块和以太网通讯单元实现网络连接，采用HTTP协议实时向所述后端云服务器3-1发送传感数据报文以及环境控制设备的状态，历史数据存储在所述后端云数据库3-2。
更进一步，所述摄像头视频监控节点1-1、所述农作物生长环境控制节点1-2、所述农作物生长环境监控节点1-3在网络条件正常下保持正常运行；所述后端云服务器3-1通过HTTP发送控制模式，当农作物生长环境控制节点完成报文解析后，更改本地控制模式。
再进一步，所述农作物生长环境控制节点1-2、所述农作物生长状态监控节点1-3在出厂前需要通过所述串口配置单元进行参数信息配置，参数信息包括采集节点类型、节点唯一标识符。
优选的，所述农作物生长状态监控节点1-3的默认数据上报时间间隔为15分钟，并可以通过所述网页展示端显示不同时段传感器数据，所述农作物生长环境控制节点与云服务器一直保持同步，并可以通过网页展示端切换控制模式。
优选的，所述农作物生长状态监控节点1-3采集温湿度、大气压强、氧气浓度、二氧化碳浓度、土壤养分、光照强度、PM2.5颗粒浓度、二氧化硫浓度、风速、风向，实现农作物生长环境状态监控。
下面将描述分布式数字化农业园区综合调控系统的农作物生长环境控制节点的运行流程：
所述农作物生长环境控制节点1-2的运行流程为：1)上电初始化；2)读取节点信息与WIFI接入配置，具体包含当前设备唯一标识符、当前WIFI连接状态；3)通过HTTP协议连接服务器；4)控制节点获取当前所控设备的状态，发送当前状态至HTTP服务器，显示当前状态至本地显示器，控制状态包含各被控设备的继电器状态；
5)获取设备控制模式；6)若控制模式为云端控制，则设备仅通过云端远程控制，若控制模式为本地控制，则设备仅通过本地控制。
所述农作物生长状态监控节点1-3的运行流程为：1)上电初始化；2)读取采集节点信息与WIFI接入配置，具体包含当前设备唯一标识符、当前WIFI连接状态；3)通过HTTP协议连接服务器；4)按时间片轮询方式采集所有传感器信息；5)若满足设定发送时间阈值，则将传感器数据打包JSON格式发送至云端服务器，而后再次进入时间片采集传感器数据。
本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。
Claims (10)
1.一种分布式数字化农业园区综合调控系统，其特征在于，所述分布式数字化农业园区综合调控系统包括本地监控与设备控制层、信息传输中继层和云平台管理监控层，所述本地监控采集与设备控制层和信息传输中继层连接，所述信息传输中继层和云平台管理监控层连接，所述本地监控与设备控制层包括摄像头视频监控节点、农作物生长环境环境控制节点和农作物生长状态监控节点，所述信息传输中继层由物联网中继网关构成，所述云平台管理监控层包括云服务器、云端数据库和前端网页窗口。
2.如权利要求1所述的分布式数字化农业园区综合调控系统，其特征在于，所述摄像头视频监控节点包含摄像头单元、以太网单元、电源控制单元、摄像头网络服务器，所述摄像头视频监控节点的摄像头单元分别与所述以太网单元、所述电源控制单元、所述摄像头网络服务器连接。
3.如权利要求1或2所述的分布式数字化农业园区综合调控系统，其特征在于，所述农作物生长环境环境控制节点包含微处理器、RS485通讯单元、继电器控制单元、电源控制单元、显示与触摸单元、WIFI透传模块、换气风机单元、循环风机单元、湿帘水泵单元、遮阳单元、天窗单元、内保温单元、卷膜单元、串口信息配置单元，所述微处理器分别与所述RS485通讯单元、所述继电器控制单元、所述电源控制单元、所述显示与触摸单元、所述WIFI透传模块、所述换气风机单元、所述循环风机单元、所述湿帘水泵单元、所述遮阳单元、所述天窗单元、所述内保温单元、所述卷膜单元、所述串口信息配置单元连接。
4.如权利要求1或2所述的分布式数字化农业园区综合调控系统，其特征在于，所述农作物生长状态监控节点包含微处理器、电源控制单元、温湿度传感器、气压传感器、氧气传感器、二氧化碳传感器、土壤养分传感器、光照传感器、PM2.5传感器、二氧化硫传感器、风速传感器、串口信息配置单元、WIFI透传模块，所述微处理器分别与所述电源控制单元、所述温湿度传感器、所述气压传感器、所述氧气传感器、所述二氧化碳传感器、所述土壤养分传感器、所述光照传感器、所述PM2.5传感器、所述二氧化硫传感器、所述风速传感器、所述串口信息配置单元、所述WIFI透传模块连接。
5.如权利要求1或2所述的分布式数字化农业园区综合调控系统，其特征在于，所述物联网中继网关包含路由器、以太网通讯单元、WIFI通讯单元，所述物联网中继网关的路由器分别与所述以太网通讯单元连接、所述WIFI通讯单元连接。
6.如权利要求1或2所述的分布式数字化农业园区综合调控系统，其特征在于，所述云平台管理监控层中，所述云服务器用以与所述物联网中继网关进行通讯，存储设备控制状态与采集节点数据到所述云服务器，所述前端网页可以通过网页实时远程显示各类农作物生长参数，远程实现对环境控制设备的控制，自由切换云端控制与本地手动控制，并查询统计各项采集节点与监控节点的历史数据。
7.如权利要求1或2所述的分布式数字化农业园区综合调控系统，其特征在于，所述物联网中继网关与所述摄像头视频监控节点通过以太网连接，实现一主对多从的双向有线通讯；所述物联网中继网关与所述农作物生长环境控制节点和所述农作物生长状态监控节点通过WIFI连接，实现一主对多从的双向无线通讯。
8.如权利要求1或2所述的分布式数字化农业园区综合调控系统，其特征在于，所述物联网中继网关与所述云端后台服务器连接，采用HTTP协议实时向所述云端服务器后台发送农作物环境状态报文与控制设备状态报文，历史数据存储在所述云端数据库，所述网页展示端通过Web端将农作物环境状态与环境控制设备状态实时显示。
9.如权利要求1或2所述的分布式数字化农业园区综合调控系统，其特征在于，所述农作物生长状态监控节点采用时间片轮询方式完成农作物生长环境的监测；所述物联网中继网关接收到农作物生长状态数据后，以HTTP POST方式直接提交云服务器后台。
10.如权利要求1或2所述的分布式数字化农业园区综合调控系统，其特征在于，所述物联网中继网关的数据上报时间默认为15分钟，并可以通过述所网页展示端选择查看不同时段的数据；所述物联网中继网关在接收到农作物生长状态数据以及农作物生长环境控制状态后，经过数据组包后通过HTTP协议发送至所述云服务器后台；所述网页展示端将用户操作数据通过HTTP协议发送至所述物联网中继网关，所述WIFI透传模块完成数据解析后更新所述农作物生长环境控制节点的状态信息。
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2021
- 2021-10-20 CN CN202111218567.2A patent/CN114063493A/zh active Pending
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