CN208508972U - 基于gprs/lora通讯的智能网关和农业系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于GPRS/LORA通讯的智能网关和农业系统。其中，智能网关包括GPRS天线装置、LORA天线装置、GPRS/LORA通信模块、电源模块，GPRS天线为微带阵列天线，用于与公网基站进行通信，收发GPRS信号；LORA天线为波束成型天线，用于与多个智能设备收发LORA无线信号。农业系统包括智能网关和农业设备，其中智能网关通过LORA通信模块与农业设备通信，通过GPRS通信模块与远程监控系统通信；农业设备对土壤的水份和养份含量进行检测，将结果传至服务器，服务器做出是否灌溉和施肥的决定并传送至农业设备，农业设备接收到指令后开始或停止灌溉施肥。

Description

基于GPRS/LORA通讯的智能网关和农业系统

技术领域

本申请涉及智能农业领域，具体而言，涉及一种基于GPRS/LORA通讯的智能网关和农业系统。

背景技术

继计算机、互联网之后物联网的崛起掀起了世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网架构可分为三层：感知层、网络层和应用层，其中连接感知层和网络层的关键技术即物联网网关。在物联网时代中，物联网网关将会是至关重要的环节。智能家居如，电视机、洗衣机、空调、冰箱等家电设备。门禁、烟雾探测器、摄像头等安防设备，台灯、吊灯、电动窗帘等采光照明设备等，通过集成特定的通信模块，分别构成各自的自组网子系统。而在家庭物联网网关设备内部，集成了几套常用自组网通信协议，能够同时与使用不同协议的设备或子系统进行通信。用户只需对网关进行操作，便可以控制家里所有连接到网关的智能设备。物联网在现代的工作生活中越来越重要，极大的提高了人们工作生产效率和生活舒适度，但是，物联网的应用是不均衡的，在工业生产方面被广泛应用，作用明显，但在农业生产方面就相对落后，其中起关键作用的智能网关从设计到生产都没有考虑到在农田环境条件下应用的情形，基本上都是在人群较为密集的地区使用，物联设备较为集中，物联信号较好，基站设置较为密集，GPRS 信号较好，电力供应比较稳定；但是在农田环境条件应用时，这些情况都会有较大的改变，农田中的农业设备分布较广，比较稀疏，往往一个智能网关要覆盖较大的区域，且电信基站也分布的不是很密，GPRS信号较弱，在实际使用中误码率较高造成通信不稳定，出现这种情况的原因主要是现有智能网关在天线设计时没有考虑到农田使用环境，都是利用最简单的鞭状天线接收和发送信号，增益低，技术落后，无法很好的保证稳定的通信。而单纯的靠增大天线发射功率不但会增加电力的消耗且会对其它物联系统造成不必要的干扰，且农田中的电力供应不是很稳定，为了稳定的保证智能网关不间断工作，还需使用太阳能电源技术提供供电保障，如果增大天线发射功率就会给电源造成较大的压力。

针对上述现存智能网关在现代农业应用过程中所存在的通信不稳定，不通畅的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本公开实施例提供了一种基于GPRS/LORA通讯的智能网关和农业系统，以至少解决现存智能网关所存在的通信不稳定，不通畅的技术问题。

根据本公开实施例的一个方面，提供了一种基于GPRS/LORA通讯的智能网关，包括GPRS天线装置1、LORA天线装置2、GPRS/LORA通信模块3以及电源模块4。GPRS天线装置1与GPRS/LORA通信模块3通信连接，用于接收和发射GPRS信号。LORA天线装置2与GPRS/LORA 通信模块3通信连接，用于接收和发射LORA信号。GPRS/LORA通信模块3用于处理GPRS信号和LORA信号，并且将GPRS信号与LORA信号相互转换。电源模块4配置用于为所述智能网关的各装置模块提供电力供应。GPRS天线装置1为微带阵列天线，用于与公网基站进行通信，收发GPRS信号。LORA天线装置2为波束成型天线，用于向多个智能设备发送LORA无线信号或从所述多个智能设备接收LORA无线信号。

可选地，智能网关的电源模块包括太阳能电源模块。

可选地，智能网关还包括蓝牙通信模块，用于与移动控制设备建立连接并收发控制设备指令信息。

可选地，智能网关还包括抗干扰装置，抗干扰装置包括在智能网关的弱电部分的电源入口处对地跨接的电容以及在智能网关内部各芯片的电源端对地跨接的电容。

可选地，智能网关还包括浪涌保护模块，用于对智能网关的电路进行过流保护。

本公开的智能网关的有益效果如下所述：

在本公开中，根据智能网关装配位置相对固定的特点，为智能网关配备了方向性强、增益大的微带阵列天线，可以有效增高GPRS信号增益，降低误码率，增强GPRS系统通信稳定性。并且，根据智能设备数量较多且分布较为分散的特点，为智能网关配备了具有波束成型技术的智能天线作为LORA天线装置，从而可以根据智能设备的数量和分布情况，有针对性的生成信号波束，增高信号增益，降低能耗，非常适合在农业生产情形使用，有效的解决现存智能网关所存在的通信不稳定，不通畅的问题，并且，为网关配备蓝牙通信模块、太阳能电源模块、抗干扰装置和浪涌保护模块，有效的增强了网关的稳定性和复杂环境适应性。

此外，根据本公开实施例的另一个方面，提供了一种含智能网关的农业系统，包括多个农业设备以及远程监控系统。其中，农业系统还包括以上任意一项所述的还包括以上任意一项所述的智能网关，其中 GPRS/LORA通信模块配置为通过LORA天线装置与农业设备通信，并且通过GPRS天线装置与远程监控系统通信。并且其中，智能网关的GPRS 天线装置用于与公网基站进行通信，收发GPRS信号，从而GPRS/LORA 通信模块通过GPRS天线装置以及公网基站与远程监控系统通信。智能网关的LORA天线装置用于向多个农业设备发送LORA无线信号或从多个农业设备接收LORA无线信号。

可选地，多个农业设备包括：智能冲肥阀装置、智能灌溉阀装置、墒情采集检测装置以及养分采集检测装置。其中GPRS/LORA通信模块通过 LORA天线装置与智能冲肥阀装置、智能灌溉阀装置、墒情采集检测装置以及养分采集检测装置通信。

可选地，远程监控系统包括服务器装置，其中智能冲肥阀装置、智能灌溉阀装置、墒情采集检测装置和养分采集检测装置配置为通过智能网关与服务器装置通信。

本公开的农业系统的有益效果如下所述：

在本公开中，利用智能网关通信稳定，环境适应性强的特点，很稳定在农田这种环境下的实现自动灌溉施肥功能，使农田灌溉施肥自动化系统非常实用，可以进一步推广。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本公开具体实施方式的基于GPRS/LORA通讯的智能网关的具体结构的示意图；

图2示出了根据本公开具体实施方式的智能网关中的控制器的电路图；

图3示出了根据本公开具体实施方式的智能网关中的GPRS/LORA通讯模块的电路图；

图4示出了根据本公开具体实施方式的智能网关中的蓝牙模块的电路图；

图5示出了根据本公开具体实施方式的智能网关中的电源模块的电路图；

图6示出了根据本公开具体实施方式的智能网关中的微带阵列天线的示意图；

图7示出了根据本公开具体实施方式的智能网关中的波束成型天线的示意图；以及

图8示出了根据本公开具体实施方式的含智能网关的农田灌溉施肥系统应用的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，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，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1示出了根据本公开具体实施方式的基于GPRS/LORA通讯的智能网关的示意图。参考图1所示，根据本公开的具体实施方式，提供了一种基于GPRS/LORA通讯的智能网关。智能网关包括GPRS天线装置1、 LORA天线装置2、GPRS/LORA通信模块3以及电源模块4。其中，GPRS 天线装置1与GPRS/LORA通信模块3通信连接，用于接收和发射GPRS 信号。LORA天线装置2与GPRS/LORA通信模块3通信连接，用于接收和发射LORA信号。GPRS/LORA通信模块3用于处理GPRS信号和LORA 信号，并且将GPRS信号与LORA信号相互转换。电源模块4配置用于为智能网关的各装置模块提供电力供应。GPRS天线装置1为微带阵列天线，用于与公网基站进行通信，收发GPRS信号。LORA天线装置2为波束成型天线，用于向多个智能设备发送LORA无线信号或从多个智能设备接收 LORA无线信号。

本公开实施例所述的智能网关所采用的GPRS天线装置1为微带阵列天线，从而根据智能网关装配位置相对固定的特点，为智能网关配备了方向性强、增益大的微带阵列天线，可以有效增高GPRS信号增益，降低误码率，增强GPRS系统通信稳定性。根据智能网关装配位置相对固定的特点，为智能网关配备了方向性强、增益大的微带阵列天线，可以有效增高 GPRS信号增益，降低误码率，增强GPRS系统通信稳定性。

此外，本公开实施例所述的智能网关所采用的LORA天线装置2为波束成型天线。从而本公开实施例通过LORA波束成型天线可以根据智能设备的数量和分布情况进行计算并形成相应的波束发送出去。同时，LORA 波束成型天线根据智能设备的数量和分布情况进行计算并形成相应的波束以便更好的接收智能设备发送的LORA信号。

由此可见，本公开实施例所述的智能网关，由于采用了微带阵列天线作为GPRS天线装置，并且采用了波束成型天线作为LORA天线装置，因此有效的解决现存智能网关所存在的通信不稳定，不通畅的问题，并且，为网关配备蓝牙通信模块、太阳能电源模块、抗干扰装置和浪涌保护模块，有效的增强了网关的稳定性和复杂环境适应性。

可选地，电源模块4包括太阳能电源模块。从而，本实施例的智能网关可以利用太阳能提供电力。

可选地，智能网关还包括蓝牙通信模块5，用于与移动控制设备建立连接并收发控制设备指令信息。从而智能网关可以通过蓝牙通信模块，与移动控制设备建立连接。

可选地，智能网关还包括抗干扰装置，抗干扰装置包括在智能网关的弱电部分的电源入口处对地跨接的电容以及在智能网关内部各芯片的电源端对地跨接的电容。从而使得智能网关能过抵抗各种可能出现的干扰。

可选地，智能网关还包括浪涌保护模块6，用于对智能网关的电路进行过流保护。从而使得本实施例的智能网关即便是在在雷电天气或者电磁信号不稳定时也能正常使用。经浪涌保护模块6过流保护，GPRS/LORA 通信模块3对接收的LORA信号进行处理并转换成GPRS协议信号，GPRS/LORA通信模块3对转换过来的信号进行处理经浪涌保护模块6并由GPRS微带阵列天线1发送至基站，至此，智能网关完成GPRS/LORA 通讯。

相对于现有技术中在采用普通天线技术的方式，本具体实施方式的智能网关有效避免了因信号强度弱引起的问题，从而获得了稳定、通畅的通讯效果。

此外，图2至图5示出了根据本实施例的智能网关中所涉及的部分电路图。其中图2示出了本实施例的智能网关中的控制器的电路图。图3示出了根据本实施例的智能网关中的GPRS/LORA通讯模块3。图4示出了蓝牙模块5的电路以及图5示出了电源模块4的电路。

此外，图6示出了作为GPRS天线装置1的微带阵列天线600的示图。此外，图7示出了作为LORA天线装置2的波束成形天线700的示意图。其中波束成型天线700包括与多个天线701a～701c、分别对多个天线 701a～701c的信号进行增益放大的增益放大器702a～702d以及叠加器703。

此外，跟据本实施例的另一个方面，提供了一种含智能网关的农业系统。图8示出了根据本公开具体实施方式的一种含智能网关的农业系统。参考图8所示，根据本公开的具体实施方式，提供了含智能网关的农业系统，包括多个农业设备以及远程监控系统。其中农业系统还包括上面任意一项所述的智能网关，其中GPRS/LORA通信模块3配置为通过LORA天线装置2与农业设备通信，并且通过GPRS天线装置1与远程监控系统通信。智能网关的GPRS天线装置1用于与公网基站进行通信，收发GPRS 信号，从而GPRS/LORA通信模块3通过GPRS天线装置以及公网基站与所述远程监控系统通信。智能网关的LORA天线装置2用于向多个农业设备发送LORA无线信号或从多个农业设备接收LORA无线信号。从而由于农业系统采用了上面所述的智能网关，从而使得农业系统即便是在复杂的环境下也能够保持通信的稳定和通畅。并且，为网关配备蓝牙通信模块、太阳能电源模块、抗干扰装置和浪涌保护模块，有效的增强了农业系统的稳定性和复杂环境适应性。

可选地，多个农业设备包括：智能冲肥阀装置7、智能灌溉阀装置8、墒情采集检测装置9以及养分采集检测装置10。其中，GPRS/LORA通信模块3通过LORA天线装置2与智能冲肥阀装置7、智能灌溉阀装置8、墒情采集检测装置9以及养分采集检测装置10通信。当然农业设备不限于此，也可以是其他类型的农业设备。只要能够通过LORA协议与上面所述的智能网关进行通信即可。

可选地，远程监控系统包括服务器装置11，其中智能冲肥阀装置7、所述智能灌溉阀装置8、墒情采集检测装置9和养分采集检测装置10配置为通过智能网关与服务器装置11通信。

具体的，其中智能冲肥阀装置7、智能灌溉阀装置8、墒情采集检测装置9和养份采集检测装置10与智能网关通信相连，墒情采集检测装置9 和养份采集检测装置10实时地将土壤的水份和养份的含量数据传送至服务器装置11，服务器根据水分养份含量数据计算灌溉施肥信息，并通过 GPRS网络和智能网关向智能冲肥阀装置7和智能灌溉阀装置8发送指令，智能冲肥阀装置7和智能灌溉阀装置8接收指令、进行开合动作并向服务器传送实时状态，服务器装置11根据墒情采集检测装置9和养份采集检测装置10检测的实时信息决定是否停止灌溉和施肥，至此完成了农田灌溉施肥的自动化流程，操作人员和管理人员可以通过网络连接服务器装置 11观测各信息指标并人工干预各项进程。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述做出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

此外，上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，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保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于GPRS/LORA通讯的智能网关，其特征在于，包括GPRS天线装置(1)、LORA天线装置(2)、GPRS/LORA通信模块(3)以及电源模块(4)，其中，

所述GPRS天线装置(1)与所述GPRS/LORA通信模块(3)通信连接，用于接收和发射GPRS信号；

所述LORA天线装置(2)与所述GPRS/LORA通信模块(3)通信连接，用于接收和发射LORA信号；

所述GPRS/LORA通信模块(3)用于处理GPRS信号和LORA信号，并且将GPRS信号与LORA信号相互转换；

所述电源模块(4)配置用于为所述智能网关的各装置模块提供电力供应，其特征在于

所述GPRS天线装置(1)为微带阵列天线，用于与公网基站进行通信，收发GPRS信号；

所述LORA天线装置(2)为波束成型天线，用于向多个智能设备发送LORA无线信号或从所述多个智能设备接收LORA无线信号。

2.根据权利要求1所述的智能网关，其特征在于，所述的电源模块(4)包括太阳能电源模块。

3.根据权利要求1所述的智能网关，其特征在于，还包括蓝牙通信模块(5)，用于与移动控制设备建立连接并收发控制设备指令信息。

4.根据权利要求1所述的智能网关，其特征在于，还包括抗干扰装置，所述抗干扰装置包括在智能网关的弱电部分的电源入口处对地跨接的电容以及在所述智能网关内部各芯片的电源端对地跨接的电容。

5.根据权利要求1所述的智能网关，其特征在于，所述智能网关还包括浪涌保护模块(6),用于对所述智能网关的电路进行过流保护。

6.一种含智能网关的农业系统，包括多个农业设备以及远程监控系统，其特征在于，还包括权利要求1至5中任意一项所述的智能网关，其中GPRS/LORA通信模块(3)配置为通过LORA天线装置(2)与所述农业设备通信，并且通过GPRS天线装置(1)与所述远程监控系统通信，并且其中

所述智能网关的GPRS天线装置(1)用于与公网基站进行通信，收发GPRS信号，从而所述GPRS/LORA通信模块(3)通过所述GPRS天线装置以及所述公网基站与所述远程监控系统通信；并且

所述智能网关的LORA天线装置(2)用于向所述多个农业设备发送LORA无线信号或从所述多个农业设备接收LORA无线信号。

7.根据权利要求6所述的农业系统，其特征在于，所述多个农业设备包括：智能冲肥阀装置(7)、智能灌溉阀装置(8)、墒情采集检测装置(9)以及养分采集检测装置(10)，其中

所述GPRS/LORA通信模块(3)通过所述LORA天线装置(2)与所述智能冲肥阀装置(7)、所述智能灌溉阀装置(8)、所述墒情采集检测装置(9)以及所述养分采集检测装置(10)通信。

8.根据权利要求7所述的农业系统，其特征在于，所述远程监控系统包括服务器装置(11)，其中

所述智能冲肥阀装置(7)、所述智能灌溉阀装置(8)、所述墒情采集检测装置(9)和所述养分采集检测装置(10)配置为通过所述智能网关与所述服务器装置(11)通信。