CN205721456U - 基于4g网络的温室大棚环境远程监控系统 - Google Patents

Abstract

一种基于4G网络的温室大棚环境远程监控系统包括主控模块、数据采集模块、4G网络模块、远程管理平台、视频采集模块、温室门禁模块、温室强电设备控制模块、触摸显示屏和远程监控终端；所述主控模块分别与视频采集模块、温室门禁模块、温室强电设备控制模块、触摸显示屏、数据采集模块和4G网络模块连接，并通过4G网络模块将监测到的温室大棚环境参数发到远程管理平台；远程管理平台通过互联网网络与远程监控终端连接；本实用新型系统除了能够控制温室里边的设备开启与关闭之外，通过4G网络接入互联网，远程管理平台使用网页形式，适应性强，在任何接入了互联网的PC机或者手机上实现远程监测并动态控制温室大棚里边的植物生长环境。

Description

基于4G网络的温室大棚环境远程监控系统

技术领域

本实用新型涉及一种温室大棚环境监控系统，特别是一种基于4G网络的温室大棚环境远程监控系统。

背景技术

我国是一个农业大国，农业生产正在从粗放型传统农业向现代化精细农业转变，在有线的土地资源上实现节能减排和精耕细作，是解决现在耕作用地紧张的有效办法。温室大棚可以人为的调节植物生长所需的环境，温室大棚环境监测与控制系统应运而生。目前，世面上有不少温室大棚控制系统，能统一控制温室大棚内的灌溉设备、遮阳顶棚、加温加湿器等，但是在远程操作这方面，只有少部分系统可以做到。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于4G网络的温室大棚环境远程监控系统，该系统除了能够控制温室里边的设备开启与关闭之外，通过4G网络接入互联网，在任何接入了互联网的PC机或者手机上实现远程监测并动态控制温室大棚里边的植物生长环境；并将温室的环境参数记录保存在远程管理平台中的云端服务器，保证数据的安全性，以克服现有技术所存在的上述不足。

解决上述问题的技术方案是：一种基于4G网络的温室大棚环境远程监控系统，该系统包括

主控模块、数据采集模块、4G网络模块、远程管理平台、视频采集模块、温室门禁模块、温室强电设备控制模块、触摸显示屏和远程监控终端；

所述触摸显示屏通过串口与主控模块连接，用于提供整个系统的人机交互接口，用户通过触摸操作触摸显示屏实现人机交互，用于输入和调整设定的参数，并对整个系统的运行状况进行监控；

所述数据采集模块能自动组网进行通讯，所述数据采集模块包括协调器、路由节点和无线数据采集节点；

所述无线数据采集节点，用于作为子节点，采集温室大棚环境的数据，将采集到的数据无线传输到协调器或是路由节点；

所述路由节点，设置在无线采集节点与协调器节点之间，用于接收无线数据采集节点的数据并将接收到的数据传输给协调器，当无线采集节点与协调器主节点之间的距离过长，超出通信范围，起到中继作用；

所述协调器与主控模块串口连接，用于作为主节点，通过路由节点或是无线数据采集节点接收多个无线数据采集节点的数据并将接收到的数据汇总进行滤波，得出温室大棚环境参数，并将参数传送给主控模块；

所述主控模块还分别与视频采集模块、温室门禁模块、温室强电设备控制模块连接，用于根据用户输入设定参数，给温室强电设备控制模块下达执行命令，同时不断将协调器回传的温室大棚环境的数据与用户输入设定值进行计算、分析和比较，并根据结果调整修正下达执行指令以确保温室大棚环境接近用户设定的值；并通过4G网络模块将监测到的温室大棚环境参数发到远程管理平台；同时主控模块还控制视频采集模块的拍摄动作及控制温室门禁模块的开关动作；

所述视频采集模块为网络摄像头，与主控模块连接，摄像头的视频数据通过WiFi直接发送到4G网络模块，用于监控整个温室大棚中的情况；

所述温室门禁模块与主控模块连接，当远程管理平台发送开门指令或者在本地输入密码后，开启温室大棚的门禁；

所述温室强电设备控制模块与主控模块连接，负责控制温室里边的强电设备；

所述4G网络模块与主控模块串口连接，用于将主控模块发来的数据通过无线通信传输到远程管理平台；

所述远程管理平台用于接收保存和显示4G网络模块传来的数据，通过互联网网络与远程监控终端连接；

所述远程监控终端包括PC机和手机；所述PC机和手机通过互联网，进入远程管理平台的网址并且登陆后，实现对温室监控系统的远程控制；

或所述手机通过互联网，进入相应的APP控制软件，实现对温室监控系统的远程控制。

其进一步技术方案是：所述主控模块包括主控芯片Ⅰ、TF卡、flash芯片和电源模块；所述主控芯片Ⅰ分别与TF卡通过SDIO接口连接、与flash芯片通过SPI接口连接、与电源模块通过供电引脚连接、与协调器通过串口Ⅰ连接、与触摸显示屏通过串口Ⅱ连接、与4G网络模块通过串口Ⅲ连接。

其更进一步技术方案是：所述4G网络模块采用龙尚的U8300W芯片，其供电电压为3.3V，正常工作温度为-20℃-+65℃，支持LTE、CD_SCDMA数据业务，当其工作在数据模式的时候电流小于800mA；；所述协调器采用CC2530协调器；所述主控芯片11采用STM32F103VET6芯片；所述flash芯片为W25Q64芯片；所述网络摄像头采用“智慧眼”生产的网络摄像头SC426U，其拍摄的画面分辨率为1280*720P，且具有夜视功能。

更进一步：所述强电设备包括排风风扇、紫外线灯、遮阳顶棚设备、土壤灌溉设备、空气加湿设备和人工灯光；所述的无线数据采集节点包括空气温度、空气湿度、光照强度、土壤湿度和二氧化碳浓度的无线数据采集节点。

该系统还包括一个设置在门口的人体红外传感器，所述人体红外传感器与主控模块连接，用于检测是否有人进入大棚。

由于采取上述技术方案，本实用新型之基于4G网络的温室大棚环境远程监控系统具有如下有益效果：

1、本实用新型的4G网络模块采用4G网络作为传输介质，具有着覆盖范围广、数据传输速度快、带宽大的特点，保证系统可以稳定的、实时的将监控数据上传到远程管理平台，在远程管理平台的操作也可以在系统上得到及时的响应；同时，系统可以将监测到的温室大棚数据保存到远程管理平台中的云端服务器，增加数据安全性的同时，使数据便于分享、对比。

2、远程管理平台使用网页形式，适应性强，进入相应网址登录系统即可；有相应的手机APP控制软件，有微信公众平台,关注后可以查看大棚的历史信息，便于信息的分享，公开监督等。

3、拥有视频监控功能，可以随时查看大棚状态：本实用新型的采用的网络摄像头SC426U，分辨率高，视角广，一个摄像头的监控画面就能覆盖整个温室大棚。该摄像头还具有夜视功能，即使在夜间使用也能清醒的捕捉到画面。为了节省4G流量，摄像头并不是常开状态，一种情况是当安装在门口的人体红外传感器检测到有人进入大棚时，系统就会打开摄像头，此时摄像头开始记录数据，将数据存储在摄像头的TF卡中，同时发送消息给远程管理平台；另一种情况是在远程管理平台上打开监控操作，此时摄像头也会开始拍摄，并将数据通过4G网络上传到远程管理平台；还拥有门禁功能，管理员可以远程给访问者开门。

4、本实用新型之所述数据采集模块2包括协调器、路由节点和无线数据采集节点，能自动组网进行通讯，用户可以根据大棚面积选择采集节点的数量，保证无线数据采集节点采集范围既能均匀的覆盖大棚面积，又不会因为无线数据采集节点过于密集而增加成本；无线数据采集节点采用干电池进行供电，可以安装在大棚内的任何地方。

附图说明

图1：本实用新型之基于4G网络的温室大棚环境远程监控系统结构框图；

图2：本实用新型的各模块与主控芯片Ⅰ连接引脚关系示意图；

图3：本实用新型的各模块与主控芯片Ⅱ连接框图；

图4：本实用新型之基于4G网络的温室大棚环境远程监控系统的主页面图标示意图。

图中：

1-主控模块，11-主控芯片Ⅰ，12-TF卡，13-flash芯片，14-电源模块，15-主控芯片Ⅱ；2-数据采集模块，21-协调器，22-路由节点，23-无线数据采集节点；3-4G网络模块；4-远程管理平台；5-视频采集模块；6-温室门禁模块；7-温室强电设备控制模块；8-触摸显示屏；9-远程监控终端。

具体实施方式

如图1所示，一种基于4G网络的温室大棚环境远程监控系统，该系统包括

主控模块1、数据采集模块2、4G网络模块3、远程管理平台4、视频采集模块5、温室门禁模块6、温室强电设备控制模块7、触摸显示屏8和远程监控终端9；

所述触摸显示屏8通过串口与主控模块1连接，用于提供整个系统的人机交互接口，用户通过触摸操作触摸显示屏实现人机交互，用于输入和调整设定的参数，并对整个系统的运行状况进行监控；

所述数据采集模块2能自动组网进行通讯，所述数据采集模块2包括协调器21、路由节点22和无线数据采集节点23；

所述无线数据采集节点23，用于作为子节点，采集温室大棚环境的数据，将采集到的数据无线传输到协调器或是路由节点22；

所述路由节点22，设置在无线采集节点与协调器节点之间，通过路由节点或是无线数据采集节点接收多个无线数据采集节点的数据并将接收到的数据传输给协调器，当无线采集节点与协调器主节点之间的距离过长，超出通信范围，起到中继作用；

所述协调器采用CC2530协调器，所述CC2530协调器与主控模块电路连接，用于作为主节点，接收多个无线数据采集节点的数据并将接收到的数据汇总进行滤波，得出温室大棚环境参数，并将参数传送给主控模块；

所述主控模块1还分别与视频采集模块5、温室门禁模块6、温室强电设备控制模块7连接，用于根据用户输入设定参数，给温室强电设备控制模块下达执行命令，同时不断将协调器回传的温室大棚环境的数据与用户输入设定值进行计算、分析和比较，并根据结果调整修正下达执行指令以确保温室大棚环境接近用户设定的值；并通过4G网络模块3将监测到的温室大棚环境参数发到远程管理平台；同时主控模块还控制视频采集模块的拍摄动作及控制温室门禁模块的开关动作；

所述视频采集模块5采用“智慧眼”生产的网络摄像头SC426U，所述网络摄像头SC426U拍摄的画面分辨率为1280*720P，而且视角广，该摄像头还具有夜视功能，即使在夜间使用也能清醒的捕捉到画面；该网络摄像头SC426U与主控模块连接，摄像头的视频数据不经过主控模块，通过WiFi发送到4G网络模块，用于监控整个温室大棚中的情况；摄像头的开关受主控模块控制和远程管理平台控制；为了节省4G流量，摄像头并不是常开状态，一种情况是当安装在门口的人体红外传感器检测到有人进入大棚时，系统就会打开摄像头，此时摄像头开始拍照或者录像记录数据，将数据存储在摄像头本地的TF卡（即快闪存储器卡）中，同时发送消息到远程管理平台有人进入大棚；另一种情况是远程管理平台上打开监控操作，此时摄像头也会开始拍摄，并将数据通过4G网络上传到远程管理平台。

所述温室门禁模块6与主控模块1连接，当远程管理平台4发送开门指令或者在本地输入密码后，开启温室大棚的门禁；

所述温室强电设备控制模块7与主控模块1连接，负责控制温室里边的强电设备；

所述4G网络模块3采用龙尚的U8300W芯片，该芯片与主控模块串口连接，可以硬件实现串口数据与4G数据的转换，用于将主控模块发来的数据通过无线通信传输到远程管理平台；所述龙尚的U8300W芯片供电电压为3.3V，正常工作温度为-20℃-+65℃，支持LTE、CD_SCDMA数据业务，当其工作在数据模式的时候电流小于800mA；该芯片可以配置成TCP客户端或者服务端,芯片运行稳定，功耗低；本系统将U8300W 芯片配置成一个TCP客户端；

所述远程管理平台4用于接收保存和显示4G网络模块传来的数据，通过互联网网络与远程监控终端连接；所述远程管理平台中的云端服务器配置成TCP服务端，TCP服务端采用PHP语言建立，网络端的TCP服务端的环境建立就开始监听其端口，一旦有接收到来自TCP客户端的数据并且校验正确之后，将数据存入关系型数据库管理系统MYSQL数据库；同时，将接受到的数据在远程管理平台上显示，远程管理平台使用PHP+HTML编写，任何接入网络的远程监控终端，例如PC机，进入管理平台的网址并且登陆后，可以实现对温室监控系统的远程控制。

所述远程监控终端9包括PC机和手机；所述PC机和手机通过互联网，进入远程管理平台的网址并且登陆后，实现对温室监控系统的远程控制；

或所述手机通过互联网，进入相应的APP控制软件，实现对温室监控系统的远程控制。

所述主控模块1包括主控芯片Ⅰ11、TF卡12、flash芯片13和电源模块14；主控芯片Ⅰ采用STM32F103VET6芯片；所述flash芯片13采用W25Q64芯片；所述主控芯片Ⅰ通过SDIO接口与TF卡连接进行通信，其通信引脚为PC8-PC12、PD2，TF卡主要用来保存历史数据；主控芯片Ⅰ通过SPI接口与W25Q64芯片13连接进行通信，其通信引脚为PA4-PA7，W25Q64芯片主要用来保存用户设定的系统参数，保证系统掉电后用户设置的参数不丢失；主控芯片Ⅰ与电源模块14通过供电引脚连接，其供电引脚为VDD1-VDD5，供电属性为+3.3V电压；VSS1-VSS5为电源负极，电源模块14负责给主控芯片Ⅰ供电；主控芯片Ⅰ通过串口Ⅰ与CC2530协调器21连接进行通信，其通信引脚为PA9、PA10；主控芯片Ⅰ通过串口Ⅱ与触摸显示屏8连接进行通信，其通信引脚为PA2、PA3；主控芯片Ⅰ通过串口Ⅲ与4G网络模块3连接进行通信，其通信引脚为PB10、PB11（参见图2）。

所述主控模块还包括主控芯片Ⅱ15，所述主控芯片Ⅱ15分别与视频采集模块5、温室门禁模块6、温室强电设备控制模块7电路连接（参见图3）。

所述强电设备包括排风风扇、紫外线灯、遮阳顶棚设备、土壤灌溉设备、空气加湿设备和人工灯光；所述的无线数据采集节点包括空气温度、空气湿度、光照强度、土壤湿度和二氧化碳浓度的无线数据采集节点。

该系统还包括一个设置在门口的人体红外传感器，所述人体红外传感器与主控模块1连接，用于检测是否有人进入大棚。

在实际应用中，基于4G网络的温室大棚环境远程监控系统的主页面如图3所示；点进“手动控制”图标可以手动控制温室大棚里边的排风风扇开关、遮阳顶棚开关、土壤灌溉开关、空气加湿开关、紫外线灯开关以及人工灯光开关。点进“实时监控”图标可以显示系统采集到的最新温室大棚环境参数；点进“参数设置”图标可以设置温室大棚要保持的环境参数值，系统会自动根据设置的值对温室设备进行控制，从而将温室的环境维持在设置值之内；点进“联网信息”图标可以设置网络模块的联网信息；点进“历史数据”图标可以查看最近12个小时的历史数据，更加详细的数据可以登录远程管理平台查看；点进“系统状态”图标可以查看当前系统的状态，开启或者关闭自动控制和远程控制功能。

具体操作步骤：

1、给CC2530协调器主节点以及主控模块上电，系统进入主界面，CC2530协调器开始搜寻可用信道并建立网络，等待采集节点的加入。

2、打开路由节点，路由节点自动加入由协调器节点建立的网络。

3、打开无线数据采集节点，无线数据采集节点自动根据与协调器或者路由器的距离，采用合适的传输方式将数据传输到协调器；所述无线数据采集节点采用干电池进行供电，可以安装在大棚内的任何地方。

4、等待几分钟，待无线数据采集节点的数据稳定之后，接入温室强电设备控制模块，并开启自动控制，设置环境参之后，系统开始工作。

5、接入网线，系统接入互联网之后，登陆远程管理平台，在本地系统的主页面的“系统状态”界面中打开“远程控制”，即可实现远程控制功能，如果未打开“远程控制”选项，则远程管理平台只能进行数据的实时监控与数据的记录，不能远程控制系统。

下面举个系统在运行中的例子：当系统开启自动控制功能之后，进入“参数设置”界面设置环境参数值，空气温度设置为47℃、空气湿度为46%、土壤湿度为6%、光照强度为236LM、二氧化碳浓度为361 PPM；然后打开 “实时监测”界面，可以看到：二氧化碳浓度低于设定的值，所以产生二氧化碳的继电器已经开启；光照强度低于设定值，则灯光继电器已经开启。

进入“手动控制”界面，可以看到相应的设备开关状态已经改变，如果开启“自动控制”，此时手动开启或者关闭设备是没有效果的。

本实用新型的数据采集模块能自动组网进行通讯是采用Zigbee技术，“智慧眼”生产的网络摄像头SC426U也属于现有技术产品，以及本实施例用到的各种元器件、芯片都是市售产品，因此它们的使用方法和工作原理则不再赘述。

Claims (5)

1.一种基于4G网络的温室大棚环境远程监控系统，其特征在于：该系统包括

主控模块（1）、数据采集模块（2）、4G网络模块（3）、远程管理平台（4）、视频采集模块（5）、温室门禁模块（6）、温室强电设备控制模块（7）、触摸显示屏（8）和远程监控终端（9）；

所述触摸显示屏（8）通过串口与主控模块（1）连接，用于提供整个系统的人机交互接口，用户通过触摸操作触摸显示屏实现人机交互，用于输入和调整设定的参数，并对整个系统的运行状况进行监控；

所述数据采集模块（2）能自动组网进行通讯，所述数据采集模块（2）包括协调器（21）、路由节点（22）和无线数据采集节点（23）；

所述无线数据采集节点（23），用于作为子节点，采集温室大棚环境的数据，将采集到的数据无线传输到协调器（21）或是路由节点（23）；

所述路由节点（22），设置在无线采集节点与协调器节点之间，用于接收无线数据采集节点的数据并将接收到的数据传输给协调器，当无线采集节点与协调器主节点之间的距离过长，超出通信范围，起到中继作用；

所述协调器（21）与主控模块串口连接，用于作为主节点，通过路由节点或是无线数据采集节点接收多个无线数据采集节点的数据并将接收到的数据汇总进行滤波，得出温室大棚环境参数，并将参数传送给主控模块；

所述主控模块（1）还分别与视频采集模块（5）、温室门禁模块（6）、温室强电设备控制模块（7）连接，用于根据用户输入设定参数，给温室强电设备控制模块下达执行命令，同时不断将协调器回传的温室大棚环境的数据与用户输入设定值进行计算、分析和比较，并根据结果调整修正下达执行指令以确保温室大棚环境接近用户设定的值；并通过4G网络模块（3）将监测到的温室大棚环境参数发到远程管理平台；同时主控模块还控制视频采集模块的拍摄动作及控制温室门禁模块的开关动作；

所述视频采集模块（5）为网络摄像头，与主控模块连接，摄像头的视频数据通过WiFi直接发送到4G网络模块，用于监控整个温室大棚中的情况；

所述温室门禁模块（6）与主控模块（1）连接，当远程管理平台（4）发送开门指令或者在本地输入密码后，开启温室大棚的门禁；

所述温室强电设备控制模块（7）与主控模块（1）连接，负责控制温室里边的强电设备；

所述4G网络模块（3）与主控模块串口连接，用于将主控模块发来的数据通过无线通信传输到远程管理平台；

所述远程管理平台（4）用于接收保存和显示4G网络模块传来的数据，通过互联网网络与远程监控终端连接；

所述远程监控终端（9）包括PC机和手机；所述PC机和手机通过互联网，进入远程管理平台的网址并且登陆后，实现对温室监控系统的远程控制；

或所述手机通过互联网，进入相应的APP控制软件，实现对温室监控系统的远程控制。

2.根据权利要求1所述的基于4G网络的温室大棚环境远程监控系统，其特征在于：所述主控模块（1）包括主控芯片Ⅰ（11）、TF卡（12）、flash芯片（13）和电源模块（14）；所述主控芯片Ⅰ分别与TF卡通过SDIO接口连接、与flash芯片（13）通过SPI接口连接、与电源模块（14）通过供电引脚连接、与协调器（21）通过串口Ⅰ连接、与触摸显示屏（8）通过串口Ⅱ连接、与4G网络模块（3）通过串口Ⅲ连接。

3.根据权利要求2所述的基于4G网络的温室大棚环境远程监控系统，其特征在于：所述4G网络模块采用龙尚的U8300W芯片，其供电电压为3.3V，正常工作温度为-20℃-+65℃，支持LTE、CD_SCDMA数据业务，当其工作在数据模式的时候电流小于800mA；；所述协调器（21）采用CC2530协调器；所述主控芯片Ⅰ（11）采用STM32F103VET6芯片；所述flash芯片（13）为W25Q64芯片；所述网络摄像头采用“智慧眼”生产的网络摄像头SC426U，其拍摄的画面分辨率为1280*720P，且具有夜视功能。

4.根据权利要求1-3任一所述的基于4G网络的温室大棚环境远程监控系统，其特征在于：所述强电设备包括排风风扇、紫外线灯、遮阳顶棚设备、土壤灌溉设备、空气加湿设备和人工灯光；所述的无线数据采集节点包括空气温度、空气湿度、光照强度、土壤湿度和二氧化碳浓度的无线数据采集节点。

5.根据权利要求4所述的基于4G网络的温室大棚环境远程监控系统，其特征在于：该系统还包括一个设置在门口的人体红外传感器，所述人体红外传感器与主控模块（1）连接，用于检测是否有人进入大棚。