CN206787614U - 一种基于窄带物联网的智能农业大棚系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了基于窄带物联网的智能农业大棚系统，包括NB‑IoT模组、人机交互单元、降水量传感器、中央处理单元、大气压力传感器、光照强度传感器、二氧化碳传感器、环境温湿度传感器、土壤温湿度传感器、土壤pH值传感器、土壤成份传感器、供电单元、执行机构装置；所述监控系统包括多个所述智能农业大棚装置、远程云平台、手机应用。本实用新型通过采用低功耗的NB‑IoT通讯模块代替传统的各种RF通讯模块进行无线数据传输，电池可保持六年以上的持续供应时间，可不用数据网关节点即可直接实现与平台的远距离数据通讯。

Description

一种基于窄带物联网的智能农业大棚系统

技术领域

本实用新型涉及智慧农业及无线通讯技术领域，特别是一种基于窄带物联网的智能农业大棚系统。

背景技术

传统的智能农业大棚及相应的监控系统，多采用有线连接，布线比较复杂，往往大棚内线缆纵横交错，不但使用不便和安装维护困难，可靠性也比较差。而部分已经相对智能化的农业大棚装置，通常是通过布置在现场的采集节点，实时采集大棚内的空气温湿度、土壤水分、土壤温度、二氧化碳、光照强度等环境指标数据，接着集中汇聚到一个数据网关节点，再通过这个数据网关统一将各个采集节点的监测数据上报到远程平台。通常采集节点与数据网关节点采用有线、WiFi、ZigBee、RF射频等方式进行通讯连接与数据传输，如果中间距离间隔远，还需要增设一些路由器或中继器，而数据网关节点与远程平台基本都是采用功耗大、通讯连接不太稳定且目前已经面临逐步淘汰的GPRS通讯方式，或者采用WiFi等直接并入互联网网络中。

从目前这种农业生产管理智能化的实现技术手段来看，还是存在硬件成本开支偏高以及因设备功耗高而需要另外进行电源供应等缺陷，通常上述那些现场采集节点采用太阳能供电，而数据网关节点采用市电供电。在连续阴天的天气环境中，可能存在部分采集设备因功耗太大而维持不到晴天重新到来，就已经因掉电或因电压偏低导致功能失效或停止工作。而常规的充电锂电池，可能会因为放电过量而导致明显缩短了充电电池的使用寿命，增加了更换电池的频次，也就增加人工维护成本和硬件成本。

综上所述，当前的智能农业大棚及相应的监控系统，普遍存在设备电源供应问题、硬件成本开支问题、以及维护成本问题；更为重要的是，采用短距离通讯技术存在通讯覆盖区域受限的问题，而采用GPRS通讯技术进行监测数据传输，存在网络连接可靠性弱、数据传输不稳定性且功耗大等问题。

实用新型内容

本实用新型针对上述技术问题做出改进，即本实用新型所要解决的技术问题是提供基于低功耗窄带物联网的、无中间路由器或中继器及无数据网关节点的、成本相对低廉、维护量更少且通过电池供电的智能农业大棚系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型的一种技术方案是：基于窄带物联网的智能农业大棚系统，用于农业园区及温室环境中的农业作物生长环境检测，包括智能农业大棚装置和监控系统。

进一步地，所述智能农业大棚装置包括NB-IoT模组、人机交互单元、降水量传感器、中央处理单元、大气压力传感器、光照强度传感器、二氧化碳传感器、环境温湿度传感器、土壤温湿度传感器、土壤pH值传感器、土壤成份传感器、供电单元、执行机构装置。

进一步地，所述监控系统包括多个所述智能农业大棚装置、远程云平台、手机应用。

进一步地，所述远程云平台包括农业大棚监控系统软件、B/S服务器及可在任意地点通过浏览器打开的WEB应用；所述手机应用包括APP应用、微信服务号、微信小程序；所述手机应用及WEB应用通过有线或无线网络与所述远程云平台连接，用于查询监测环境因子。

进一步地，所述监控系统是通过所述智能农业大棚装置的各种传感器采集现场环境数据，并接收以无线方式上报的数据，接着进行存储、分析和进一步系统修正，然后生成直观图表、曲线和数据报表显示，结合各种传感器对应配置的执行机构装置，提供自动化的执行处理或报警处理，从而实现集约化、网络化远程管理。

进一步地，所述降水量传感器、所述光照强度传感器、所述土壤温湿度传感器、所述土壤pH值传感器及所述土壤成份传感器经过信号调理后与所述中央处理单元相连，经过所述中央处理单元内置的ADC硬件处理和软件运算后，将得到的工程量值存储于所述中央处理单元内置的存储单元中；所述大气压力传感器、所述二氧化碳传感器、所述环境温湿度传感器直接与所述中央处理单元相连，通过程序运算获得对应的传感器工程量值，并存储于所述中央处理单元内置的存储单元中。

进一步地，所述NB-IoT模组的数据收发接口与所述中央处理单元的串口相连，所述NB-IoT模组是基于蜂窝的低功耗窄带物联网通讯模组，用于与所述远程云平台进行通讯连接和数据互动，所述NB-IoT模组还包括有一采用物联网专有号段的SIM卡。

进一步地，所述供电单元包括可充电电池、太阳能板装置、电源管理电路、电池电压检测电路；所述可充电电池通过所述太阳能板装置充电后，为所述智能农业大棚装置提供电源供应。

进一步地，所述土壤温湿度传感器、所述土壤pH值传感器、所述土壤成份传感器都设有一至四个探针，所述探针直接插入待测的土壤中，用于感知土壤因子。

进一步地，所述土壤温湿度传感器、所述土壤pH值传感器也可直接用土壤水复合传感器替代。

进一步地，所述智能农业大棚装置中的所述降水量传感器、所述大气压力传感器、所述光照强度传感器、所述二氧化碳传感器、所述环境温湿度传感器、所述土壤温湿度传感器、所述土壤pH值传感器及所述土壤成份传感器是根据现场实际需要进行增减配备，用于检测农业场景的各种参数指标。

进一步地，所述执行机构装置是配备小工作电流的执行机构或报警装置；也可进一步通过继电器连接由市电供电的执行机构及报警装置。

与现有的技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

（1）低功耗设计，解决电源供电的不足。本实用新型采用低功耗的NB-IoT通讯模块代替传统的各种RF射频模块进行无线数据传输，与传统的无线通讯技术相比，NB-IoT模块功耗低，选择合适的锂电池和合适的通讯频次，电池可保持六年以上的持续供应时间；（2）而且NB-IoT模块的无线通讯穿透能力更强，同时具有信号覆盖距离大，允许连接点多的特点，可不用数据网关节点即可直接实现与平台的远距离数据通讯，可完美去掉基于GPRS的数据网关节点。（3）成本更低。不但减少了硬件成本开支，同样减少了维护成本。（4）结合云平台、监控系统软件及各种手机应用，使大棚种植管理更加智能化，可提高产量、改善品质，而且节省人力，从而提高经济效益，符合实际应用需求。

附图说明

图1为本实用新型实施例的构造示意图。

图2为本实用新型实施例的系统组成示意图。

图1中：1-NB-IoT模组、2-人机交互单元、3-降水量传感器、4-中央处理单元、5-大气压力传感器、6-光照强度传感器、7-二氧化碳传感器、8-环境温湿度传感器、9-土壤温湿度传感器、10-土壤pH值传感器、11-土壤成份传感器、12-供电单元、13-执行机构装置。

图2中：14-远程云平台、15-手机应用、1401-农业大棚监控系统软件、1402-B/S服务器、1403-WEB应用、1501-APP应用、1502-微信服务号、1503-微信小程序。

具体实施方式

下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他形式的附图。

如图1及图2所示，基于窄带物联网的智能农业大棚系统，用于农业园区及温室环境中的农业作物生长环境检测，包括布置在农业现场环境中的智能农业大棚装置和布置于监测中心的监控系统。

如图1所示，在本实施例中，所述智能农业大棚装置包括NB-IoT模组1、人机交互单元2、降水量传感器3、中央处理单元4、大气压力传感器5、光照强度传感器6、二氧化碳传感器7、环境温湿度传感器8、土壤温湿度传感器9、土壤pH值传感器10、土壤成份传感器11、供电单元12、执行机构装置13。

所述供电单元12分别为所述NB-IoT模组1、所述人机交互单元2、所述降水量传感器3、所述大气压力传感器5、所述光照强度传感器6、所述二氧化碳传感器7、所述环境温湿度传感器8、所述土壤温湿度传感器9、所述土壤pH值传感器10、所述土壤成份传感器11、所述执行机构装置13供电。

如图2所示，在本实施例中，所述监控系统包括多个所述智能农业大棚装置、远程云平台14、手机应用15。

在本实施例中，所述远程云平台14包括农业大棚监控系统软件1401、B/S服务器1402及可在任意地点通过浏览器打开的WEB应用1403；所述手机应用15包括APP应用1501、微信服务号1502、微信小程序1503；所述手机应用15及WEB应用1403通过有线或无线网络与所述远程云平台14连接，用于查询监测环境因子。

在本实施例中，所述监控系统是通过所述智能农业大棚装置的各种传感器采集现场环境数据，并接收以无线方式上报的数据，接着进行存储、分析和进一步系统修正，然后生成直观图表、曲线和数据报表显示，结合各种传感器对应配置的执行机构装置，提供自动化的执行处理或报警处理，从而实现集约化、网络化远程管理。

在本实施例中，所述降水量传感器3、所述光照强度传感器6、所述土壤温湿度传感器9、所述土壤pH值传感器10及所述土壤成份传感器11经过信号调理后与所述中央处理单元4相连，经过所述中央处理单元4内置的ADC硬件处理和软件运算后，将得到的工程量值存储于所述中央处理单元4内置的存储单元中；所述大气压力传感器5、所述二氧化碳传感器7、所述环境温湿度传感器8直接与所述中央处理单元4相连，通过程序运算获得对应的传感器工程量值，并存储于所述中央处理单元4内置的存储单元中。

在本实施例中，所述NB-IoT模组1的数据收发接口与所述中央处理单元4的串口相连，所述NB-IoT模组1是基于蜂窝的低功耗窄带物联网通讯模组，用于与所述远程云平台14进行通讯连接和数据互动，所述NB-IoT模组1还包括有一采用物联网专有号段的SIM卡。

在本实施例中，所述供电单元12包括可充电电池、太阳能板装置、电源管理电路、电池电压检测电路；所述可充电电池通过所述太阳能板装置充电后，为所述智能农业大棚装置提供电源供应。

在本实施例中，所述土壤温湿度传感器9、所述土壤pH值传感器10、所述土壤成份传感器11都设有一至四个探针，所述探针直接插入待测的土壤中，用于感知土壤因子。

在本实施例中，所述土壤温湿度传感器9、所述土壤pH值传感器10直接用土壤水复合传感器替代，且传感器前端采用两个金属长片当作探针。

在本实施例中，所述智能农业大棚装置中的所述降水量传感器3、所述大气压力传感器5、所述光照强度传感器6、所述二氧化碳传感器7、所述环境温湿度传感器8、所述土壤温湿度传感器9、所述土壤pH值传感器10及所述土壤成份传感器11是根据现场实际需要进行增减配备，用于检测农业场景的各种参数指标。

在本实施例中，所述执行机构装置13是配备小工作电流的执行机构或报警装置；也可进一步通过继电器连接由市电供电的执行机构及报警装置。

在本实施例中，可根据实际现场需求选择传感器类型，选用具有简单的执行机构装置，包括低压电机、风机、阀门等装置，如果传感器选择了土壤温湿度类型，执行机构装置可配置为阀门控制器，用于开启或关闭自动流水灌溉的阀门，如果传感器选择了二氧化碳类型，执行机构装置可配置为风机装置，当检测到二氧化碳超标时，用于开启风机吹风等。需要说明的是，根据实际需求配置，可组成这些不同的实施例。

在本实施例中，本实用新型通过采用低功耗的NB-IoT通讯模块代替传统的各种RF通讯模块进行无线数据传输，与传统的RF等通讯技术相比，NB-IoT模块不但功耗低，选择合适的锂电池和合适的通讯频次，电池可保持六年以上的持续供应时间；而且NB-IoT模块的无线通讯穿透能力更强，同时具有信号覆盖距离大，允许连接点多的特点，可不用数据网关节点即可直接实现与平台的远距离数据通讯，可完美去掉基于GPRS的数据网关节点。本实用新型不但减少了硬件成本开支，同样减少了维护成本。同时结合云平台、监控系统软件及各种手机应用，使大棚种植管理更加智能化，可提高产量、改善品质，而且节省人力，从而提高经济效益，符合实际应用需求。

本实用新型具备较大的市场前景，技术实现方便，适合大力推广，未来经济效益很明显。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，任何人在本实用新型的启示下都可以得出其他各种形式的基于窄带物联网的智能农业大棚系统，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种基于窄带物联网的智能农业大棚系统，用于农业园区及温室环境中的农业作物生长环境检测，其特征在于，包括智能农业大棚装置和监控系统；

所述智能农业大棚装置包括中央处理单元（4），及与所述中央处理单元（4）相连的NB-IoT模组（1）、人机交互单元（2）、降水量传感器（3）、大气压力传感器（5）、光照强度传感器（6）、二氧化碳传感器（7）、环境温湿度传感器（8）、土壤温湿度传感器（9）、土壤pH值传感器（10）、土壤成份传感器（11）、供电单元（12）、执行机构装置（13）；

所述供电单元（12）分别为所述NB-IoT模组（1）、所述人机交互单元（2）、所述降水量传感器（3）、所述大气压力传感器（5）、所述光照强度传感器（6）、所述二氧化碳传感器（7）、所述环境温湿度传感器（8）、所述土壤温湿度传感器（9）、所述土壤pH值传感器（10）、所述土壤成份传感器（11）、所述执行机构装置（13）供电，

所述监控系统包括多个所述智能农业大棚装置、远程云平台（14）、手机应用（15）。

2.根据权利要求1所述的基于窄带物联网的智能农业大棚系统，其特征在于，所述远程云平台（14）包括农业大棚监控系统软件（1401）、B/S服务器（1402）及可在任意地点通过浏览器打开的WEB应用（1403）；所述手机应用（15）包括APP应用（1501）、微信服务号（1502）、微信小程序（1503）；所述手机应用（15）及WEB应用（1403）通过有线或无线网络与所述远程云平台（14）连接，用于查询监测环境因子。

3.根据权利要求1所述的基于窄带物联网的智能农业大棚系统，其特征在于，所述降水量传感器（3）、所述光照强度传感器（6）、所述土壤温湿度传感器（9）、所述土壤pH值传感器（10）及所述土壤成份传感器（11）经过信号调理后与所述中央处理单元（4）相连，经过所述中央处理单元（4）内置的ADC硬件处理和软件运算后，将得到的工程量值存储于所述中央处理单元（4）内置的存储单元中；所述大气压力传感器（5）、所述二氧化碳传感器（7）、所述环境温湿度传感器（8）直接与所述中央处理单元（4）相连，通过程序运算获得对应的传感器工程量值，并存储于所述中央处理单元（4）内置的存储单元中。

4.根据权利要求1所述的基于窄带物联网的智能农业大棚系统，其特征在于，所述NB-IoT模组（1）的数据收发接口与所述中央处理单元（4）的串口相连，所述NB-IoT模组（1）是基于蜂窝的低功耗窄带物联网通讯模组，用于与所述远程云平台（14）进行通讯连接和数据互动，所述NB-IoT模组（1）还包括有一采用物联网专有号段的SIM卡。

5.根据权利要求1所述的基于窄带物联网的智能农业大棚系统，其特征在于，所述供电单元（12）包括可充电电池、太阳能板装置、电源管理电路、电池电压检测电路；所述可充电电池通过所述太阳能板装置充电后，为所述智能农业大棚装置提供电源供应。

6.根据权利要求1所述的基于窄带物联网的智能农业大棚系统，其特征在于，所述土壤温湿度传感器（9）、所述土壤pH值传感器（10）、所述土壤成份传感器（11）都设有一至四个探针，所述探针直接插入待测的土壤中，用于感知土壤因子。

7.根据权利要求1所述的基于窄带物联网的智能农业大棚系统，其特征在于，所述智能农业大棚装置中的所述降水量传感器（3）、所述大气压力传感器（5）、所述光照强度传感器（6）、所述二氧化碳传感器（7）、所述环境温湿度传感器（8）、所述土壤温湿度传感器（9）、所述土壤pH值传感器（10）及所述土壤成份传感器（11）是根据现场实际需要进行增减配备，用于检测农业场景的各种参数指标。

8.根据权利要求1所述的基于窄带物联网的智能农业大棚系统，其特征在于，所述执行机构装置（13）是配备小工作电流的执行机构或报警装置；并且可进一步通过继电器连接由市电供电的执行机构及报警装置。