CN207113936U - 基于LoRa的长距离农业环境参数采集终端系统 - Google Patents
基于LoRa的长距离农业环境参数采集终端系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种基于LoRa的长距离农业环境参数采集终端设备，包括传感器、微功耗主控CPU、用于收发指令的时钟模块、用于供电的电源模块、用于长距离收发信号的LoRa通信模块、用于连接传感器的RS485/232接口。主控CPU的采集数据输入端连接环境参数监测传感器接口RS485/RS 232的输出端；主控CPU的时钟控制输出/输入端连接时钟模块的输入/输出端；主控CPU的数据发送/接收端将数据经LoRa通信模块进行发射/接收；主控CPU的电源输入端连接电源模块的电源输出端。本实用新型可以直接外接模拟或数字信号输出的传感器；并且扩展灵活。
Description
技术领域
本实用新型涉及农业生产环境数据终端采集设备领域，更具体地说，涉及一种基于LoRa的长距离农业环境参数采集终端系统。
背景技术
近年来，随着设施农业及物联网技术的发展，农业生产逐渐从机械化转向智能化。在现代智能农业生产管理中，环境数据监测传感器的使用范围越来越广，而且农用传感器经常是在地势多样、环境复杂的野外部署。面对农业大规模田间采集数据多，传感器节点数量多，覆盖面积广的特点，传统的通过人工采集的方式获取的农业信息很有限，获取过程需要消耗大量的人力。因此，传感器监测数据的采集成为系统建设的基础。
随着世界农业技术的巨大变革，以传感器与通信网络相结合的全方位环境监测系统在设施农业中逐渐发展，尤其是基于无线通信技术的环境监测网络更是得到迅速发展。然而，面对地势多样、环境复杂、大规模野外部署的传感器数据的采集，电能供应和长距离通信成为系统设计的关键点，如何降低传感器采集节点的功耗及局域网内长距离通信，有时决定着数据采集终端系统方案的成败。
现有的数据采集终端应用在环境条件复杂的农业生产中显现出了各自的不足。对于大规模数据的终端采集设备，由于采集的参数多，采集节点数量大，电池定期更换频繁，工作量非常大，大多数情况下，为了解决电能供应的问题，不得不通过物理布线方式；为了解决长距离通信不得不增加数据采集设备，这都大大增加了建设成本。除了观光、科研用的农业设施，国内还没有一款简单的应用于大规模数据终端采集的百姓生产用得上的农业环境数据检测终端采集设备。
如公告号为CN 204535755 U的实用新型专利，公开了一种基于物联网的农业果蔬种植环境监测无线数据采集终端，其特征在于：包括MCU、模拟量输入模块、开关量输入模块、继电器输出模块、数字量输出模块、SRAM模块、RTC模块、看门狗模块、RS232/RS485/RS422模块、无线模块以及电源模块。本实用新型可在线实时24小时连续的采集和记录监测点位的温度、湿度、风速、二氧化碳、光照、空气洁净度、供电电压电流等各项参数情况，以数字、图形和图像等多种方式进行实时显示和记录存储监测信息，监测点位可扩充多达上千个点，为设施农业综合生态信息自动监测、对环境进行自动控制和智能化管理提供科学依据。通过模块采集温度传感器等信号，由无线信号收发模块传输数据，实现对农业果蔬大棚温湿度的远程控制。虽然该终端解决了农业生产中数据的无线接收及远程控制，但是该数据采集终端的功耗较大，在无外接电源的农业生产环境中无法实现数据信息的采集任务。
又如公告号CN 205785321 U的实用新型专利，公开了基于ZigBee的农业设施环境监测系统，涉及农业设施环境监测领域。本系统包括主控电路、环境参数采集模块、RF无线收发匹配电路和电源模块，主控电路的第一控制输出端连接环境参数采集模块的控制输入端；环境参数采集模块的采集数据输出端连接主控电路的采集数据输入端；主控电路的数据发送端将数据经RF无线收发匹配电路进行发射；主控电路的电源输入端连接电源模块的电源输出端；所述的环境参数采集模块包括多个采集模块和多个备用采集模块插座。本实用新型实现了多种参数的实时采集，同时利用光伏电池板供电，低功耗不需要更换电池。但该ZigBee局域网协议是一种近距离无线组网通讯技术，在农业生产规模较大、传感器部署范围较广的局域网环境中无法实现数据信息的采集任务。
综上所述，在环境条件复杂多变的农业大规模生产中，现有终端采集设备均不能同时满足长距离通信和电能低功耗的环境参数监测数据采集无线通讯设备的设计要求。
实用新型内容
为了解决目前农业环境数据采集参数众多，节点数量大，通用性不强，现有网络系统近距离通信、能耗高、成本大、定期更换电池的缺点，不适用于农业大规模田间信息采集等问题。本实用新型提供一种基于LoRa的长距离农业环境参数采集终端系统，其具有支持长距离通信、可适配多类型传感器，能够采集参数的种类多、数量大，低功耗，无需更换电池，同时满足农业生产测控系统改造升级，系统的安装位置灵活，移动方便，不需要重新布线的优点。
为解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术方案来实现：一种基于LoRa的长距离农业环境参数采集终端系统，包括传感器、微功耗主控CPU、用于收发指令的时钟模块、用于供电的电源模块、用于长距离收发信号的LoRa通信模块、用于连接传感器的RS485/232接口。
主控CPU的采集数据输入端连接环境参数监测传感器接口RS485/RS 232的输出端；主控CPU的时钟控制输出/输入端连接时钟模块的输入/输出端；主控CPU的数据发送/接收端将数据经LoRa通信模块进行发射/接收；主控CPU的电源输入端连接电源模块的电源输出端。
所述主控CPU采用的是STM32。
所述的LoRa通信模块采用的是LoRa通信中的Class A。
本实用新型相比背景技术的优点在于：
1.本实用新型使用STM32芯片作为主控CPU，可以直接外接模拟或数字信号输出的传感器；并且扩展灵活，对用户需要检测的参数可以通过RS485/RS232接口连接相应的传感器，实现用户指定参数的检测。
2.本实用新型利用电池供电，实现了无线传感网络系统环境多参数数据采集、自动加入测控网络、长距离无线上传数据、低功耗不需要更换电池。
3.本实用新型与基于LoRa的农业物联网测控系统兼容，各数据采集终端加入LoRa局域网络。
附图说明
图1是基于LoRa的长距离农业环境参数采集终端系统的原理图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型提供了一种基于LoRa的长距离农业环境参数采集终端系统,包括传感器、主控CPU STM32、用于连接采集环境参数信息传感器的接口RS485/232、用于数据通信的LoRa通信模块、用于指令收发的时钟模块、用于提供电能的电源模块。
所述主控CPU STM32是一种微功耗处理器。所述主控CPU的时钟控制输出/输入端连接时钟模块的输入/输出端，时钟模块用于控制传感器、电源、主控CUP STM32的工作和休息。所述主控CPU的采集数据输入端连接环境参数监测传感器的RS 485/232接口，用于环境数据信息的输送。可适配的传感器包括温度传感器、湿度传感器、二氧化碳传感器、光照强度传感器、土壤养分含量等的农业生产环境数据的采集。传感器接收处理器中心的时钟模块信号后，从断电状态下被唤醒，同时时钟模块转为休眠状态。所述RS 485/232接口输入端连接传感器信号接口输出端，用于传输传感器信号，主控CPU接收传感器信号后，从断电状态下被唤醒，同时传感器转为休眠状态。所述LoRa通信模块的输入端接入主控CPU的输出端，用于数据信号的传递，通讯模块接收传感器信号后，从断电状态下被唤醒，同时主控CPUSTM32转为休眠状态。所述电源模块输出端连接主控CUP STM32输入端，电源模块上设稳压器、振荡器，用于动态升降电压，降低中低频下运行时的内部工作电压。所述的主控CPU的数据发送/接收端将数据经LoRa通信模块进行发射/接收。基于低功耗设计，LoRa通信模块采用的是LoRa通信中的Class A，实现终端设备允许双向通信，每一终端设备上行传输会伴随着两个下行接收窗口。终端设备的传输槽是基于其自身通信需求，其微调是基于一个随机的时间基准(ALOHA协议)。在终端发送一个上行传输信号后才能与服务器进行下行通信，与服务器任何时候的下行通信都只能是在上行通信之后。
本实用新型可以根据农业生产的需要，外接各种参数采集传感器，实现相关参数的及时采集和无线传送；用电池作为电源；通过控制工作电源、主控CUP STM32的电源电压、控制稳压降压电路的工作使能、设置主控CUP STM32的定时休眠来降低系统功耗；本系统安装位置灵活，不需要布线，为测控系统升级及用户系统后期改造提供了方便。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不限制于本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。
Claims (4)
1.一种基于LoRa的长距离农业环境参数采集终端系统，其特征在于，包括传感器、
微功耗主控CPU、用于指令发送的时钟模块、用于供电的电源模块、用于长距离收发信号的LoRa通信模块、用于连接传感器的RS485/232接口；
主控CPU的采集数据输入端连接环境参数监测传感器接口RS485/RS 232的输出端；主控CPU的时钟控制输出/输入端连接时钟模块的输入/输出端；主控CPU的数据发送/接收端将数据经LoRa通信模块进行发射/接收；主控CPU的电源输入端连接电源模块的电源输出端。
2.根据权利要求1所述的基于LoRa的长距离农业环境参数采集终端系统，其特征在于，所述主控CPU采用的是STM32。
3.根据权利要求1所述的基于LoRa的长距离农业环境参数采集终端系统，其特征在于，所述的LoRa通信模块采用的是LoRa通信中的Class A。
4.根据权利要求1所述的基于LoRa的长距离农业环境参数采集终端系统，其特征在于，所述传感器包括温度传感器、湿度传感器、二氧化碳传感器、光照强度传感器、土壤养分含量传感器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201721075821.7U CN207113936U (zh) | 2017-08-25 | 2017-08-25 | 基于LoRa的长距离农业环境参数采集终端系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN201721075821.7U CN207113936U (zh) | 2017-08-25 | 2017-08-25 | 基于LoRa的长距离农业环境参数采集终端系统 |
Publications (1)
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| CN207113936U true CN207113936U (zh) | 2018-03-16 |
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ID=61576883
Family Applications (1)
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| CN201721075821.7U Expired - Fee Related CN207113936U (zh) | 2017-08-25 | 2017-08-25 | 基于LoRa的长距离农业环境参数采集终端系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN207113936U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114360231A (zh) * | 2020-10-14 | 2022-04-15 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种用于农机信息获取和共享的无线自组网络节点装置 |
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2017
- 2017-08-25 CN CN201721075821.7U patent/CN207113936U/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN114360231A (zh) * | 2020-10-14 | 2022-04-15 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种用于农机信息获取和共享的无线自组网络节点装置 |
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