CN115524469A - 新型空气土壤水质的物联网监测平台系统 - Google Patents

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CN115524469A CN202210300725.7A CN202210300725A CN115524469A CN 115524469 A CN115524469 A CN 115524469A CN 202210300725 A CN202210300725 A CN 202210300725A CN 115524469 A CN115524469 A CN 115524469A
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刘畅
蒋书杰
杨莉
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丁继林
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Abstract

本发明公开了新型空气土壤水质的物联网监测平台系统,包括网关模块、空气土壤水质传感器、供电模块、物联网云平台和客户端设备;网关模块用于数据采集、数据预处理、数据传输和过滤、命令解析;空气土壤水质传感器用于采集环境数据;物联网云平台用于接收和存储来自采集端的数据,并对数据进行更加精细的数据分析和进一步处理;客户端设备用于查看数据。本发明将传感器深入接入应用环境,采集环境的空气、水质、土壤参数,使用物联网网关,通过接口连接传感器,采集和初步分析传感器原始数据后将数据上传至物联网平台,物联网平台端将进行更多的数据处理、数据存储、数据挖掘、分析和预测、可视化页面定制,将环境监测数据实时发送到用户设备。

Description

新型空气土壤水质的物联网监测平台系统
技术领域
本发明属于属传感器、物联网、软件领域,特别是涉及一种新型空气土壤水质的物联网监测平台系统设备。
背景技术
随着工业化进程的高速发展,消耗了大量资源和能源,忽视社会环境带来的潜在危害,致使环境污染的蔓延和加剧有增无减。而新的污染物质和潜在性持久性污染物的危害已经通过河流、土壤、空气等介质又回到人们的食物链中,对环境和食物安全都造成潜在的巨大危害。环境监测是环境保护的基础,是环境执法和评价环境质量现状与变化趋势的重要手段。
物联网技术在近5年内实现了突飞猛进的发展,有云计算、大数据技术加持,更让这个之前让大众普遍认为虚大于实的产业发展越来越明晰,在传感器监测领域应用物联网技术使得该领域如虎添翼,前景更加明朗。但是传感器监测领域的后发优势仍然没能全方位应用物联网的最新技术,实时性、数据可视化、历史数据挖掘、异常告警和设备价格平民化等仍有改进空间,尤其是设备高昂和原生数据普遍价值低导致用户成本上升,而实际效果不佳,难以高度匹配用户应用场景,一旦场景有变化,新设备的资金投入又是一大笔资金。对高频率应用的空气、土壤、水质这三种传感器的数据处理仍然存在较大技术短板,原始数据的价值低导致很多产品仅停留在数据展示。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型空气土壤水质的物联网监测平台系统,解决当前传感器设备的系统化数据监测的技术短板、挖掘原始数据的价值,发挥物联网的技术优势。
为达上述目的,本发明是通过以下技术方案实现的:
新型空气土壤水质的物联网监测平台系统,包括网关模块、空气土壤水质传感器、供电模块、物联网云平台和客户端设备;
网关模块用于数据采集、数据预处理、数据传输和过滤、命令解析;
空气土壤水质传感器用于采集环境数据;
物联网云平台用于接收和存储来自采集端的数据,并对数据进行更加精细的数据分析和进一步处理;
客户端设备用于查看数据。
进一步的,网关模块包含WiFi通讯模块、移动通讯模块、数据处理模块、外部接口和嵌入式程序、供电接口等部分,起主要作用的嵌入式程序是数据处理模块的核心,通过控制传感器接入、采集频度、初步数据处理和过滤完成数据的初步采集,WiFi通讯模块作为有局域网接入环境时的主要网络接入方式可直接连接互联网,与此互补的是移动通讯模块更加适用于野外户外移动采集,通讯模块正常工作后即可连接远程服务器和数据库,最后通过程序设定将数据有规律地按需上传至云平台,实现感知端数据采集和传输,由于应用于户外,移动通讯模块支持2G、3G、4G、5G数据传输。
进一步的,空气土壤水质传感器,包括:温湿度、空气传感器、土壤传感器、水质传感器等传感器模块。
进一步的,供电模块,包括两种模式:市电模式和太阳能模式;市电模式:该模块在有充足电力供应时可使用220V交流电输入,通过降压为12V 给装置供电;同时市电模式支持对电池的直接充电储能,电池12V输出给装置供电,电池的规格视场景可串联多块,可提供短则几天,长则几十天的电量供应;太阳能模式:在正常太阳光照,太阳能电池板可提供源源不断的能源,同时为电池充电,即时在阴天无光照情况下,每天的白天太阳能发电也足够物联网模组使用;在连续多天光照不足、阴天、雨雪天气时可用电池放电供电。
进一步的,客户端设备包括PC电脑端、手机端、平板端、手持终端,页面会根据用户侧设备自动适应和匹配。
进一步的,物联网网关内置嵌入式程序,内有通讯模块、数据处理模块、传感器接口,天线可转为外置天线,以减少金属外壳的信号屏蔽影响。
进一步的,网关有完备的因特网协议支持,如MQTT、HTTP可以实现互联网互联互通,同时硬件支持的Lora协议支持自组网,可以在户外长距离模式下完成数据传输;OTA支持网关设备在线升级。
本发明具有以下有益效果:将传感器深入接入应用环境,采集环境的空气、水质、土壤等参数,使用物联网网关,通过接口连接传感器,采集和初步分析传感器原始数据后将数据上传至物联网平台,物联网平台端将进行更多的数据处理、数据存储、数据挖掘、分析和预测、可视化页面定制,将环境监测数据实时发送到用户设备上。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的网关硬件架构图。
图2为本发明的系统架构图。
图3为管理软件界面示意图。
图4为客户电脑端界面示意图。
图5为客户小程序端界面示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
为了保持本发明实施例的以下说明清楚且简明,本发明省略了已知功能和已知部件的详细说明。
请参阅图1至图5,新型空气土壤水质的物联网监测平台系统,包括网关模块、空气土壤水质传感器、供电模块、物联网云平台和客户端设备。
网关模块用于数据采集、数据预处理、数据传输和过滤、命令解析;
空气土壤水质传感器用于采集环境数据;
物联网云平台用于接收和存储来自采集端的数据,并对数据进行更加精细的数据分析和进一步处理;
客户端设备用于查看数据。
网关模块包含WiFi通讯模块、移动通讯模块、数据处理模块、外部接口和嵌入式程序、供电接口等部分,起主要作用的嵌入式程序是数据处理模块的核心,通过控制传感器接入、采集频度、初步数据处理和过滤完成数据的初步采集,WiFi通讯模块作为有局域网接入环境时的主要网络接入方式可直接连接互联网,与此互补的是移动通讯模块更加适用于野外户外移动采集,通讯模块正常工作后即可连接远程服务器和数据库,最后通过程序设定将数据有规律地按需上传至云平台。实现感知端数据采集和传输。由于应用于户外,移动通讯模块支持2G、3G、4G、5G数据传输。
空气土壤水质传感器,包括:温湿度、空气传感器(如PM2.5、PM10、大气压力、二氧化碳等)、土壤传感器(温湿度、氮磷钾、PH、EC导电率等)、水质传感器(温度、PH、导电率等)等传感器模块。
供电模块,包括两种模式:市电模式和太阳能模式。市电模式:该模块在有充足电力供应时可使用220V交流电输入,通过降压为12V给装置供电;同时市电模式支持对电池的直接充电储能,电池12V输出给装置供电,电池的规格视场景可串联多块,可提供短则几天,长则几十天的电量供应。太阳能模式:在正常太阳光照,太阳能电池板可提供源源不断的能源,同时为电池充电,即时在阴天无光照情况下,每天的白天太阳能发电也足够物联网模组使用。在连续多天光照不足、阴天、雨雪天气时可用电池放电供电。
物联网云平台。该平台可以接收和存储来自采集端的数据,并对数据进行更加精细的数据分析和进一步处理。云平台应用于户外各种环境,用于数据云存储、数据分析、预测告警、报表报告等,是一个强大的物联网数据处理平台。
客户端设备。客户端设备包括PC电脑端、手机端、平板端、手持终端等。页面会根据用户侧设备自动适应和匹配,不限于网页、小程序和APP 等客户端形式。
图1是硬件架构图。该图将该发明所涉及的主要硬件,包含的主要模块包括光伏太阳能模块、市电输入、变压器降压模块、电池、网关、传感器、通讯模块、外置天线。光伏太阳能模块是用于太阳能发电,市电输入是220V电压输入,经过变压器模块降压应用于本发明硬件的12V电源输入。电池是存储电能的器件,不限于电池规格和型号,包含但不限于锂电池、铅酸电池、磷酸铁锂电池等。网关是本发明的核心部件,即物联网网关,是采集数据和传输数据的关键模块。传感器如土壤质量测量传感器、光照强度传感器、噪声传感器、气压传感器、风速风向传感器等,根据实际需要不同,选用不同类型传感器即可。
物联网网关内置嵌入式程序,内有通讯模块、数据处理模块、传感器接口等,天线可转为外置天线,以减少金属外壳的信号屏蔽影响。
图2是系统架构图。如图所示,网关完成数据采集后,通过云平台的数据处理,完成数据采集、数据转发、数据处理、数据展示的闭环流程,发挥云平台的强大计算能力可以构建一个高效、实时性高和低成本的物联网系统。正是由于传统传感器行业的发展使其成本已经低到为物联网规模化发展提供低成本环境,才使得任何物理数据化后依托物联网和核心网关实现万物互联。从系统架构阐述:
网关:网关是物联网的核心网关设备,起到数据采集、数据预处理、数据传输和过滤、命令解析等核心功能。和各种传感器共同构成采集万物数据的数据采集端。因网关有完备的因特网协议支持,如MQTT、HTTP可以实现互联网互联互通,同时硬件支持的Lora协议支持自组网,可以在户外长距离模式下完成数据传输;OTA支持网关设备在线升级。
物联网平台:对空气、土壤和水质数据采集后,在云端服务器处理过程中可进行基础的数据汇集、处理、存储服务,同时云端服务器可集成更加智能更加强大的不同能力算法,如云计算、人工智能算法、规则链等,将计算压力放在服务器端可大福降低网关设备端的CPU消耗和压力。
服务器数据库集群:是多种分布式数据库和服务器的集群,具有强大的算法能力、高可靠性和稳定性,可以承受极端情况下的流量峰值访问和数据处理能力,同时有完善的灾备方案,提供热备份和冷备份以适应不同场景的应急场景需求。
管理端:为系统管理员提供全套后台管理系统,可对数据进行分区处理、分产品、分系统处理,同时后台监测可实时管理多端设备,管理多种角色的管理员和用户,确保数据安全。客户的账号、资产、设备、硬件固件升级管理等也都在管理端,以确保数据服务的持续性,因客户端系统需要的稳定性和易用性更适合于将物联网设备管理放在有专业技术的管理员端。
客户端:任何应用该系统的客户都可以通过便携式或固定式计算机或设备进行随时、随地、随心意的全天候监控,支持网站、APP和小程序等多种形式的对接方式,满足客户的不同应用习惯。客户端可以看到呈现给客户的数据报表、告警、图表、设备地图等信息。
本发明具有以下优点:
(1)支持绝大多数支持485协议的空气、土壤、水质传感器接入;
(2)网关具有预处理、命令解析、MQTT、HTTP、OTA升级、自组网功能;
(3)管理端具有权限管理、账号管理、资产管理、设备管理、固件管理等功能;
(4)客户端支持小程序、电脑Web端、手机APP、其他手持终端等形式;
(5)云平台集成数据处理模型、人工智能算法、云计算和规则链等功能,可以大幅降低网关的计算压力;
(6)客户端可视化页面丰富可定制化可组件化;
(7)平台稳定,投入成本低廉,部署速度快。
本发明将传感器深入接入应用环境,采集环境的空气、水质、土壤等参数,使用物联网网关,通过接口连接传感器,采集和初步分析传感器原始数据后将数据上传至物联网平台,物联网平台端将进行更多的数据处理、数据存储、数据挖掘、分析和预测、可视化页面定制及手机短信/邮箱/小程序等告警,将环境监测数据实时发送到用户侧电脑/手机/手持终端等设备上。
该装置适合空气监测、土壤监测、水质监测、智慧农业和智慧大棚从业者等。
需要说明的是,本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
在本发明的描述中,需要理解的是,方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,在未作相反说明的情况下,这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明保护范围的限制;方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

Claims (7)

1.新型空气土壤水质的物联网监测平台系统,其特征在于:包括网关模块、空气土壤水质传感器、供电模块、物联网云平台和客户端设备;
网关模块用于数据采集、数据预处理、数据传输和过滤、命令解析;
空气土壤水质传感器用于采集环境数据;
物联网云平台用于接收和存储来自采集端的数据,并对数据进行更加精细的数据分析和进一步处理;
客户端设备用于查看数据。
2.如权利要求1所述的新型空气土壤水质的物联网监测平台系统,其特征在于:网关模块包含WiFi通讯模块、移动通讯模块、数据处理模块、外部接口和嵌入式程序、供电接口等部分,起主要作用的嵌入式程序是数据处理模块的核心,通过控制传感器接入、采集频度、初步数据处理和过滤完成数据的初步采集,WiFi通讯模块作为有局域网接入环境时的主要网络接入方式可直接连接互联网,与此互补的是移动通讯模块更加适用于野外户外移动采集,通讯模块正常工作后即可连接远程服务器和数据库,最后通过程序设定将数据有规律地按需上传至云平台,实现感知端数据采集和传输,由于应用于户外,移动通讯模块支持2G、3G、4G、5G数据传输。
3.如权利要求1所述的新型空气土壤水质的物联网监测平台系统,其特征在于:空气土壤水质传感器,包括:温湿度、空气传感器、土壤传感器、水质传感器等传感器模块。
4.如权利要求1所述的新型空气土壤水质的物联网监测平台系统,其特征在于:供电模块,包括两种模式:市电模式和太阳能模式;市电模式:该模块在有充足电力供应时可使用220V交流电输入,通过降压为12V给装置供电;同时市电模式支持对电池的直接充电储能,电池12V输出给装置供电,电池的规格视场景可串联多块,可提供短则几天,长则几十天的电量供应;太阳能模式:在正常太阳光照,太阳能电池板可提供源源不断的能源,同时为电池充电,即时在阴天无光照情况下,每天的白天太阳能发电也足够物联网模组使用;在连续多天光照不足、阴天、雨雪天气时可用电池放电供电。
5.如权利要求1所述的新型空气土壤水质的物联网监测平台系统,其特征在于:客户端设备包括PC电脑端、手机端、平板端、手持终端,页面会根据用户侧设备自动适应和匹配。
6.如权利要求1所述的新型空气土壤水质的物联网监测平台系统,其特征在于:物联网网关内置嵌入式程序,内有通讯模块、数据处理模块、传感器接口,天线可转为外置天线,以减少金属外壳的信号屏蔽影响。
7.如权利要求1所述的新型空气土壤水质的物联网监测平台系统,其特征在于:网关有完备的因特网协议支持,如MQTT、HTTP可以实现互联网互联互通,同时硬件支持的Lora协议支持自组网,可以在户外长距离模式下完成数据传输;OTA支持网关设备在线升级。
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