CN208110374U - 一种用于智慧农业的灌溉监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于智慧农业的灌溉监控系统，其特征在于：包含，多种传感器，用以检测现场的土壤信息；数据采集模块包含IOT模块，其电性连接该传感器，用以接收所述传感器传输的信息并发送至与之连接的云平台；灌溉设备，包含具有无线模块的控制模块，所述无线模块与所述数据采集模块连接进行信息交互，所述控制模块基于接收的指令控制所述灌溉设备运行；显示模块，连接至所述云平台，用以显示所述传感器检测的信息以及所述灌溉设备运行信息。该系统可实现对农田环境参数的实时监控和智能管理,提高农业生产效率与管理水平具有重要作用。

Description

一种用于智慧农业的灌溉监控系统

技术领域

本实用新型涉及一种监控系统，具体地涉及一种利用NB-IOT模块的用于智慧农业的灌溉监控系统。

背景技术

目前我国设施农业总面积在全国已经多于400万公顷，在传统农业向现代农业的升级改造中基于物联网的生态智慧农业将会是一个新的农业形态。物联网技术作为农业现代化的技术支撑,在农业生产和科研中的应用将会加快现代农业的发展。掌握农业环境信息和农作物生长状况的有效手段。传统农业粗放的管理方式,无法对农业环境信息实现精细化。为改善传统农业生产方式,实现对农业的智能化管理,特别是农业物联网领域，需要在农田里布置多种传感器，例如包括土壤墒情传感器、温湿传感器、光照传感器、二氧化碳传感器等。这些传感器采集的数据既需要在本地进行显示监控，也需要能够在更广的范围内被调用监测，例如对一个或多个基地的监测数据进行汇总统计。

现有的多种传感器的方案在实施时存在以下问题：一是通用性不强，接口上和电路组成上没有进行统一设计，无法满足对多种传感器的信息交互，二是通信接口单一，基于检测的传感器大多设置在户外的环境，各个地区差异很大通信接口单一造成了适用性不强，不能满足多种条件下都能适用的需求。尤其在5G即将进入普及应用，如何将5G通讯与物联网的有效结合，提高检测数据的实时性越发显得重要。

实用新型内容

为此，本实用新型的目的之一，在于提供了一种利用NB-IOT模块的用于智慧农业的自动灌溉监控系统。该系统可实现对农田环境参数的实时监控和智能管理,简化使用成本。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种用于智慧农业的灌溉监控系统，其特征在于：包含，

多种传感器，用以检测现场的土壤信息；

数据采集模块包含IOT模块，其电性连接该传感器，用以接收所述传感器传输的信息并发送至与之连接的云平台；

灌溉设备，包含具有无线模块的控制模块，所述无线模块与所述数据采集模块连接进行信息交互，所述控制模块基于接收的指令控制所述灌溉设备运行；

显示模块，连接至所述云平台，用以显示所述传感器检测的信息以及所述灌溉设备运行信息。

优选的，该传感器至少包括用于采集土壤湿度的传感器，用于采集土壤PH 值的传感器。

优选的，该传感器还电性连接至对应的第一IOT模块，所述第一IOT模块接收所述传感器传输的信息并发送至与之连接的云平台。

优选的，该传感器还电性连接至对应的第一IOT模块，所述第一IOT模块接收所述传感器传输的信息并发送至与之连接的与之连接的数据采集模块。

优选的，该数据采集模块通信模块包含EC616模块，nRF91模块，IM2209模块。

优选的，该无线模块包含WiFi模块，与数据采集模块电性连接。

优选的，该灌溉设备包含三相交流泵，所述三相交流泵由光伏电站提供驱动电力；所述三相交流泵抽水，以对农田进行灌溉；还包含TPB21模块，所述 TPB21模块与所述数据采集模块连接进行信息交互，所述控制模块基于接收的指令控制所述灌溉设备运行。

优选的，该系统，包含显示模块，连接至所述云平台，用以显示所述传感器检测的信息以及所述灌溉设备运行信息。

优选的，该系统包含显示模块，包含在智能终端，终端用户通过登录匹配的显示模块连接至所述云平台。

优选的，该光伏电站，包含光伏组件，逆变器；利用多个所述光伏组件产生的直流电经过所述逆变器转换后，转换成符合要求的电能输入至三相交流泵。

优选的，该逆变器包含有驱动电路，所述驱动包含第一模块，第二模块，第三模块，第四模块，第五模块，第六模块；其中，所述第一模块与所述第二模块电性串联，所述第三模块与所述第四模块电性串联；所述第五模块与所述第六模块电性串联；每个模块包含一个二极管；所述第一模块与所述第二模块连接的连接点形成第一输出端，所述第三模块与所述第四模块连接的连接点形成第二输出端；所述第五模块与所述第六模块电性连接的连接点形成第三输出端；所述第一输出端及所述第二输出端及所述第三输出端电性连接至所述泵。

相对于现有技术中的方案，本实用新型的优点：

本方案提出的基于物联网的智慧农业灌溉监控系统,该系统可实现对农田环境参数的实时监控和智能管理,提高农业生产效率与管理水平具有重要作用。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型实施例的灌溉系统的功能模块示意图；

图2为本实用新型实施例的数据采集模块的功能模块的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的数据采集模块的立体示意图；

图4为本实用新型实施例的灌溉设备的驱动拓扑示意图。

具体实施方式：

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例：

接下来结合图1和2来描述本发明实施例描述的自动灌溉监控系统。

如图1所示，一种用于智慧农业的自动灌溉监控系统；该系统包含多种传感器，如：温度，湿度传感器，用以检测现场的土壤湿度信息以及湿度信息；气象信息获取器，用以采样现场的气象信息(如，光照，风力等)；无线数据传输模块电性连接至该传感器，接收传感器传输的信息并传输至与之连接的(中央控制)云平台；灌溉设备，其包含控制模块，该控制模块中包含有无线模块，与无线数据传输模块连接进行信息交互。控制模块基于接受无线模块传输的指令控制灌溉设备运行。本实施方式中，灌溉设备由光伏电站提供驱动电力；光伏电站包含有光伏组件及与该光伏组件电性相连的逆变器。无线数据传输模块与中央控制云平台之间通过GRPS或IOT方式进行信息交互。本实施方式中，多种传感器分别电性连接对应的第一IOT模块(即，一个传感器对应连接一个第一IOT模块)，通过第一IOT模块将传感器采集的信息传递至与之连接的无线数据传输模块。

如图2所示，为另一用于智慧农业的自动灌溉监控系统；该系统包含传感器，如：温度，湿度传感器，用以检测现场的土壤湿度信息以及湿度信息；气象信息获取器，用以采样现场的气象信息(图未示，参考图1，如，光照，风力等)；数据采集模块电性连接至该传感器，接收传感器传输的信息并传输至与之连接的云平台；灌溉设备，其包含控制模块(图未示，参考图1)，该控制模块中包含有无线模块，与数据采集模块连接进行信息交互。客户端通过连接该云平台查看系统的运行信息。本实施方式中，数据采集模块，其电性连接至该灌溉设备，数据采集模块内部配置有控制模组，其包括：电源模块、通信模块、第一控制模块；所述电源模块分别给第一控制模块、通信模块提供电力；传感器与数据采集模块电性相连，并实时地采样所述数据采集模块传输的信息；该控制模块接受并处理采样信息，并将处理后的信息传输至该通信模块；该通信模块接受所述控制模块传输的信息并传输至与之连接的云平台。控制模块、通信模块所需的电压(如，3.3V， 5V，12V，)可相同或不相同。通信模块可为无线模块，较佳的采用 WiFi模块及NB-IOT(窄带物联网)模块，优先使用NB-IOT模块与数据采集模块相连接。其下行采用OFDMA，子载波间隔15KHz。上行采用SC-FDMA。较佳的该模块采用EC616，nRF91，IM2209模块，采用NB-IOT模块还有一个好处，终端用户通过登录服务器或匹配的 APP软件在实时监控的同时还可以精确定位。在一实施方式中， NB-IOT模块采用单独的电池供电，由于NB-IOT模块的功耗很低，在产品的使用周期内基本不更换电池。灌溉设备的电力较佳的采用光伏发电，这样可降低长距离的布线带来的安全隐患。灌溉设备可采用三相交流泵(灌溉设备还包含有调节水泵运行频率的变频器)，也可采用直流泵。水泵抽出的水通过管道输送至预定的农田实现即时对农田的灌溉。本实施方式中，多种传感器分别电性连接对应的第一IOT模块(即，一个传感器对应连接一个第一IOT模块)，通过第一IOT模块将传感器采集的信息传递给其连接的数据采集模块或云平台。

NB-IOT模块还可为TPB21系列模组(如TPB21-5)，其基于3GPP Rel.13协议，与各运营商基站进行沟通互联。TPB21模组提供基站与终端通讯端口，从平台接收信号，将接收到的数据或指令传输给终端，并将终端回馈的数据或指令回传给云平台。该NB-IOT模块还具有定位功能，这样终端用户通过客户端登录服务器(云平台)远程监控灌溉设备的运行信息以及能够对农田环境参数进行采集并且能知晓其位置信息。起到防盗的功能或其它如安装水泵的堤坝发送决堤等异常。

数据采集模块通过GPRS/IOT形式与云平台之间进行信息(也称socket信息处理)传输；传感器，可为土壤湿度传感器，土壤PH值传感器，气象参数获取模块(如图1所示)；

这样，终端用户通过客户端登录服务器(云平台)，也可是通过匹配的APP 软件登录服务器(云平台)远程监控灌溉设备的运行信息以及能够对农田环境参数进行采集，并将采集的数据存储在云平台(Web服务器),为现代农业的发展提供基础信息库。

参数说明：数据采集模块运行机理；数据采集模块实时的采样与之连接的传感器的信息(如，土壤湿度传感器，空气湿度传感器，气象信息)，通过采样监控其运行情况。达到设定的条件时开启灌溉设备。灌溉设备包含控制模块，该控制模块包含有无线模块(如，WiFi模块，IOT模块)与云平台连接，进而与监控模块将进行信息交互。本实施方案中，数据采集单元间歇(如，100ms，1000ms 具体视应用场合)的采集信息。条件说明，上述实施方案中，数据采集模块采用电池供电或利用光伏组件为其他模块提供电能；本实施方案中，通信模块采用EC616，nRF91，IM2209模块。需要说明的是，本方案中的功能模块只列出一种实施的芯片组件，在其他的实施例中，可采用其他与之有类似功能的芯片组件代替。本实施方式中，采用TDR-3土壤温湿度传感器、E-201-C-9型pH值传感器、JY-QX小型自动气象站构建传感器硬件节点，通过数据采集装置(其实现了无线传感器网络网关)通过扩展Zigbee模块、IOT模块、WiFi模块与传感器进行数据通信并将采集的信息传输至云平台。在传感器网络节点部署方法上,采用基于正三角形网格的部署方案,使单个节点的网络覆盖范围达到最大,极大降低应用成本。信息采集模块与灌溉设备之间还可通过RS232或RS485形式进行信息交互。传感器与灌溉设备之间还可通过RS232或RS485形式进行信息交互。

采用上述的实施方式能解决传统的联网方式(也称RESTful架构)，在某些场合，如用C语言模拟的方式来使用RESTful架构(如Websocket)会使得终端的负荷较重，而且服务器发给终端设备的消息有可能因为断开连接而收不到的问题。在其终端设备的资源有限、低功耗场景、网络连接环境差(时不时断开连接)的环境下也能应用。

上述图1方案中的无线数据传输模块与图2中的数据采集模块的功能相同，可以互换使用。

如图3所示，本发明实施方式的监控显示模块与服务器/路由器连接的示意图。监控显示模块连接至服务器/路由器读取到数据采集模块传输的信息，这样终端用户可实时的查看光伏发电电站的信息。需要说明的是，在具体的实施时，监控显示模块为具有无线功能的装置如，显示屏，智能手机，电脑等。使用时该智能手机，电脑内连接至服务器/路由器读取到数据采集模块传输的信息，通过匹配的软件显示灌溉设备的运行信息，配置区域的气象信息，温湿度信息。

在其他的实施例中，数据采集模块配有存储单元，用于储存数据采集模块检出的信息；数据采集模块还配有一读取该存储单元存储信息的接口。较佳的，选用USB接口，miniUSB接口。

上述实施例中，数据采集模块的本体选用铝合金材质，或采用高导热工程塑料；这样减轻本体的重量。

图4为图1中灌溉设备为泵(也称水泵)时的电路功能示意图。光伏水泵系统100，包含有光伏电站，泵103；该光伏电站包含光伏组件101，逆变器102；利用将多个光伏组件(如单片组件的参数：60片多晶组片，)产生的直流电经过逆变器转换(DC/AC)后，转换成符合要求的电能输入至泵103。该泵103抽水进行灌溉。该泵选取交流泵、离心泵、等均可使用。本实施方式中泵103(也称水泵)采用三相电机。逆变器102包含有驱动电路，该驱动电路包含第一模块S1，第二模块S2，第三模块S3，第四模块S4，第五模块S5，第六模块S6；其中第一模块S1，第二模块S2电性串联，第三模块S3，第四模块S4电性串联；第五模块S5，第六模块 S6电性串联；每个模块包含一个二极管；该二极管的阴极电性连接模块的漏极，二极管的阳极电性连接模块的源极。模块采用MOS开关， IGBT开关。第一模块与第二模块连接的连接点形成第一输出端；第三模块与第四模块连接的连接点形成第二输出端；第五模块与第六模块电性连接的连接点形成第三输出端；第一输出端及第二输出端及第三输出端电性连接至所述泵。

在一实施例中，控制模块还包含；无线通讯模块，通过IOT模块与远端服务器连接。

需要说明的是，上述实施方式中提及的服务器，可为远端服务器，云端服务器，用户或监控人员通过电脑连接该服务器远程监控光伏发电系统运行状态。也可为用户或监控人员通过智能设备(如手机，PAD等便携式智能设备)的匹配 APP连接到该服务器远程监控光伏发电系统运行状态。

需要说明的是，上述实施方式中提及的IOT模块，第一IOT模块两者的型号可以相同或两者的型号不同当时可建立连接进行信息交互。

本实用新型实施方式还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时可包括本发明提供的呼叫方法的各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、只读存储记忆体(简称：ROM)或随机存储记忆体(简称：RAM)等。

本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本实用新型实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行上述实施方式各个实施例或者实施例的某些部分。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于智慧农业的灌溉监控系统，其特征在于：包含，

多种传感器，用以检测现场的土壤信息；

数据采集模块包含IOT模块，其电性连接该传感器，用以接收所述传感器传输的信息并发送至与之连接的云平台；

灌溉设备，包含具有无线模块的控制模块，所述无线模块与所述数据采集模块连接进行信息交互，所述控制模块基于接收的指令控制所述灌溉设备运行；

显示模块，连接至所述云平台，用以显示所述传感器检测的信息以及所述灌溉设备运行信息。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述传感器至少包括用于采集土壤湿度的传感器，用于采集土壤PH值的传感器。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于：所述传感器还电性连接至对应的第一IOT模块，所述第一IOT模块接收所述传感器传输的信息并发送至与之连接的云平台。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述IOT模块，包含EC616模块，nRF91模块，IM2209模块中的一种。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述无线模块包含WiFi模块，与数据采集模块电性连接。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述显示模块，搭载在智能终端，终端用户通过登录匹配的显示模块连接至所述云平台。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述灌溉设备包含三相交流泵，所述三相交流泵由光伏电站提供驱动电力；所述三相交流泵抽水，以对农田进行灌溉；还包含TPB21模块，所述TPB21模块与所述数据采集模块连接进行信息交互，所述控制模块基于接收的指令控制所述灌溉设备运行。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于：所述光伏电站，包含光伏组件，逆变器；利用多个所述光伏组件产生的直流电经过所述逆变器转换后，转换成符合要求的电能输入至所述三相交流泵。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于：所述逆变器包含有驱动电路，所述驱动电路包含第一模块，第二模块，第三模块，第四模块，第五模块，第六模块；其中，所述第一模块与所述第二模块电性串联，所述第三模块与所述第四模块电性串联；所述第五模块与所述第六模块电性串联；每个模块包含一个二极管；所述第一模块与所述第二模块连接的连接点形成第一输出端，所述第三模块与所述第四模块连接的连接点形成第二输出端；所述第五模块与所述第六模块电性连接的连接点形成第三输出端；所述第一输出端及所述第二输出端及所述第三输出端电性连接至所述三相交流泵。

10.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述数据采集模块配置有存储单元，用于储存数据采集模块检出的信息；数据采集模块还配置有读取该存储单元存储信息的接口，所述接口包含USB接口，mini USB接口。