CN211353420U - 一种基于LoRa网络的智慧农业综合灌溉系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于LoRa网络的智慧农业综合灌溉系统，包括总控制箱、LoRa基站设备、土壤参数监控终端、气象监测站、灌溉设备控制终端、后台，LoRa基站设备、土壤参数监控终端、气象监测站、灌溉设备控制终端都与总控制箱无线连接，所述LoRa基站设备与后台无线连接。本实用新型做到对农作物生长所需参数的监控与调节，优化植物生长环境从而提高农作物产量，使用起来更加方便安全，且LoRa还具有特别的网络构架，该构架独辟蹊径，简单灵活，也调优了LPWAN共同具备的大连接、广覆盖、低功耗和低成本等特性，本实用新型结构简单，节约了人力成本并且优化了灌溉模式，有利于农业产量的提高与成本的控制。

Description

一种基于LoRa网络的智慧农业综合灌溉系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于LoRa网络的智慧农业综合灌溉系统。

背景技术

随着社会经济建设的不断发展，实现传统农业向现代农业的过渡，是一个极其重要的经济发展问题，世界各国都曾在农业方面进行过各种各样的努力，在土地制度、生产组织、农机推广、土壤改良、水利建设、籽种培育、化肥农药、耕种技术等方面都展开过大量工作。这些努力也发挥了作用，但大多数的努力只是使农业产量有一定量的变化外，而对传统农业转向现代农业的进程推动有限。把现代科学技术大规模地应用到农业生产领域，实现较高的农业生产自动化程度才是发展现代农业的方向。现今我国农田灌溉大部分还处于人力灌溉阶段，在劳动力流失以及人力成本飞涨的今天，发展新的农业综合灌溉系统已经成为大势所趋。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有产品中的不足，提供一种基于LoRa网络的智慧农业综合灌溉系统。

为了达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种基于LoRa网络的智慧农业综合灌溉系统，包括总控制箱、LoRa基站设备、土壤参数监控终端、气象监测站、灌溉设备控制终端、后台，LoRa基站设备、土壤参数监控终端、气象监测站、灌溉设备控制终端都与总控制箱无线连接，所述LoRa基站设备与后台无线连接。

作为优选，总控制箱包括第一MCU核心控制模块、第一LoRa通信模块、第一存储模块、第一电源模块、第一通信接口、第一LoRa天线，所述第一LoRa 通信模块、第一存储模块、第一电源模块、第一通信接口都与第一MCU核心控制模块电性连接，所述第一LoRa天线与第一LoRa通信模块电性连接。

作为优选，LoRa基站设备包括第二LoRa通信模块、4G通信模块、第一GPS 定位模块、第二存储模块、第二通信接口、第二电源模块、第二LoRa天线、4G 天线、第一GPS天线、第二MCU核心控制模块，所述第二LoRa通信模块、4G通信模块、第一GPS定位模块、第二存储模块、第二通信接口、第二电源模块都与第二MCU核心控制模块电性连接，所述第二LoRa通信模块与第二LoRa天线电性连接，所述4G通信模块与4G天线电性连接，所述第一GPS定位模块与第一GPS天线电性连接。

作为优选，土壤参数监控终端包括第二GPS定位模块、第三LoRa通信模块、土壤导电率探头、土壤温湿度探头、第三电源模块、第二GPS天线、第三LoRa 天线、第三MCU核心控制模块，所述第二GPS定位模块、第三LoRa通信模块、土壤导电率探头、土壤温湿度探头、第三电源模块都与第三MCU核心控制模块电性连接，所述第二GPS定位模块与第二GPS天线电性连接，所述第三LoRa通信模块与第三LoRa天线电性连接。

作为优选，气象监测站包括第四LoRa通信模块、风速风向监测、第三GPS 定位模块、温湿度传感器模块、CO2传感器、雨量计、第三存储模块、光照传感器、第四电源模块、第四LoRa天线、第三GPS天线、第四MCU核心控制模块，所述第四LoRa通信模块、风速风向监测、第三GPS定位模块、温湿度传感器模块、CO2传感器、雨量计、第三存储模块、光照传感器、第四电源模块都与第四 MCU核心控制模块电性连接，所述第四LoRa通信模块与第四LoRa天线电性连接，所述第三GPS定位模块与第三GPS天线电性连接。

作为优选，灌溉设备控制终端包括第五LoRa通信模块、第三通信接口、第四GPS定位模块、第五电源模块、第五LoRa天线、第四GPS天线、第五MCU核心控制模块，所述第五LoRa通信模块、第三通信接口、第四GPS定位模块、第五电源模块都与第五MCU核心控制模块电性连接，所述第五LoRa通信模块与第五LoRa天线电性连接，所述第四GPS定位模块与第四GPS天线电性连接。

作为优选，第一LoRa通信模块、第二LoRa通信模块、第三LoRa通信模块、第四LoRa通信模块、第五LoRa通信模块都采用利尔达公司基于SX127X射频集成芯片开发的LSD4RF-2F717N30射频模组。

作为优选，第一MCU核心控制模块、第二MCU核心控制模块、第三MCU核心控制模块、第四MCU核心控制模块、第五MCU核心控制模块都采用STM32L053 型号MCU。

作为优选，第一电源模块、第二电源模块都为POE电源模块，所述第三电源模块为锂电池电源模块，所述第四电源模块为锂电池与太阳能结合电源模块，所述第五电源模块为锂电池电源模块，所述第一存储模块、第二存储模块、第三存储模块都采用型号为W25Q16的16MB的FLASH存储芯片。

作为优选，温湿度传感器模块采用型号为SHT20的温湿度芯片，所述光照传感器采用ROHM公司的BH1710FVC-TR型号环境光传感器。

本实用新型的有益效果如下：本实用新型高效运用各种模块，将数据解析放在终端完成，总控制箱只负责解析各个终端上传的轻量级数据，对气象参数、土壤墒情和土壤导电率的监测可以提高灌溉效率，使灌溉设备在农田需要时进行，并在土壤肥力不足时在灌溉中增加肥料喷洒，真正做到及时灌溉及时停止。而气象监测中的CO2浓度、光照强度、环境温湿度又和农作物光合作用息息相关，做到对农作物生长所需参数的监控与调节，优化植物生长环境从而提高农作物产量；

由于农田面积广大并且不利于铺设电缆且终端传输的数据都为处理过后的轻量级数据，所以本实用新型采用了LoRa网络通信的方式进行数据传输。LoRa 网络通信技术它最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍，LoRa具备广覆盖、大连接、低功耗、低成本等物联网特性，可广泛应用于多种场景，同时LoRa网络具有的易部署、自主性与安全性三大特性，使得其使用起来更加方便安全，且LoRa还具有特别的网络构架，该构架独辟蹊径，简单灵活，也调优了LPWAN共同具备的大连接、广覆盖、低功耗和低成本等特性，本实用新型结构简单，通过轻量级终端进行农田参数监控，节约了人力成本并且优化了灌溉模式，有利于农业产量的提高与成本的控制。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构框图；

图2为总控制箱的结构框图；

图3为LoRa基站设备的结构框图；

图4为土壤参数监控终端的结构框图；

图5为气象监测站的结构框图；

图6为灌溉设备控制终端结构框图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型的技术方案作进一步说明：

如图1所示，一种基于LoRa网络的智慧农业综合灌溉系统，包括总控制箱1、LoRa基站设备2、土壤参数监控终端3、气象监测站4、灌溉设备控制终端5、后台88，所述LoRa基站设备2、土壤参数监控终端3、气象监测站4、灌溉设备控制终端5都与总控制箱1无线连接，所述LoRa基站设备2与后台88无线连接。

如图2所示，总控制箱1包括第一MCU核心控制模块35、第一LoRa通信模块6、第一存储模块7、第一电源模块8、第一通信接口9、第一LoRa天线40，所述第一LoRa通信模块6、第一存储模块7、第一电源模块8、第一通信接口9 都与第一MCU核心控制模块35电性连接，所述第一LoRa天线40与第一LoRa 通信模块6电性连接。

如图3所示，LoRa基站设备2包括第二LoRa通信模块11、4G通信模块12、第一GPS定位模块13、第二存储模块14、第二通信接口15、第二电源模块16、第二LoRa天线41、4G天线42、第一GPS天线49、第二MCU核心控制模块36，所述第二LoRa通信模块11、4G通信模块12、第一GPS定位模块13、第二存储模块14、第二通信接口15、第二电源模块16都与第二MCU核心控制模块36电性连接，所述第二LoRa通信模块11与第二LoRa天线41电性连接，所述4G通信模块12与4G天线42电性连接，所述第一GPS定位模块13与第一GPS天线 49电性连接。

如图4所示，土壤参数监控终端3包括第二GPS定位模块17、第三LoRa通信模块19、土壤导电率探头18、土壤温湿度探头20、第三电源模块21、第二 GPS天线43、第三LoRa天线44、第三MCU核心控制模块37，所述第二GPS定位模块17、第三LoRa通信模块19、土壤导电率探头18、土壤温湿度探头20、第三电源模块21都与第三MCU核心控制模块37电性连接，所述第二GPS定位模块17与第二GPS天线43电性连接，所述第三LoRa通信模块19与第三LoRa 天线44电性连接。

如图5所示，气象监测站4包括第四LoRa通信模块22、风速风向监测23、第三GPS定位模块24、温湿度传感器模块25、CO2传感器26、雨量计27、第三存储模块28、光照传感器29、第四电源模块30、第四LoRa天线45、第三GPS 天线46、第四MCU核心控制模块38，所述第四LoRa通信模块22、风速风向监测23、第三GPS定位模块24、温湿度传感器模块25、CO2传感器26、雨量计 27、第三存储模块28、光照传感器29、第四电源模块30都与第四MCU核心控制模块38电性连接，所述第四LoRa通信模块22与第四LoRa天线45电性连接，所述第三GPS定位模块24与第三GPS天线46电性连接。

如图6所示，灌溉设备控制终端5包括第五LoRa通信模块31、第三通信接口32、第四GPS定位模块33、第五电源模块34、第五LoRa天线47、第四GPS 天线48、第五MCU核心控制模块39，所述第五LoRa通信模块31、第三通信接口32、第四GPS定位模块33、第五电源模块34都与第五MCU核心控制模块39 电性连接，所述第五LoRa通信模块31与第五LoRa天线47电性连接，所述第四GPS定位模块33与第四GPS天线48电性连接。

如图1到图6所示，第一LoRa通信模块6、第二LoRa通信模块11、第三 LoRa通信模块19、第四LoRa通信模块22、第五LoRa通信模块31都采用利尔达公司基于SX127X射频集成芯片开发的LSD4RF-2F717N30射频模组。第一MCU 核心控制模块35、第二MCU核心控制模块36、第三MCU核心控制模块37、第四 MCU核心控制模块38、第五MCU核心控制模块39都采用STM32L053型号MCU。如图1到图6所示，第一电源模块8、第二电源模块16都为POE电源模块，所述第三电源模块21为锂电池电源模块，所述第四电源模块30为锂电池与太阳能结合电源模块，所述第五电源模块34为锂电池电源模块，所述第一存储模块 7、第二存储模块14、第三存储模块28都采用型号为W25Q16的16MB的FLASH 存储芯片。

如图5所示，温湿度传感器模块25采用型号为SHT20的温湿度芯片，所述光照传感器29采用ROHM公司的BH1710FVC-TR型号环境光传感器。

工作原理：如图1到图6所示，通过土壤参数监控终端3采集土壤墒情、土壤导电率判断农田土壤是否缺水缺肥，并配合气象监测站4采集环境温湿度、降雨量、CO2浓度、光照强度、风速风向等信息，判断当前环境是否适合灌溉和灌溉的强度，将土壤参数监控终端3、气象监测站4采集到的数据通过LoRa网无线传输至总控制箱1。总控制箱1将得到的数据进行处理后，通过LoRa网络向灌溉设备控制终端5发出信号，灌溉设备控制终端5将控制所有灌溉设备同时前进或交错前进对农田进行灌溉，同时总控制箱1通过LoRa网络将数据发送至LoRa基站设备2，LoRa基站设备2将会把得到的数据上传后台88，从而完成对整个农田状态以及灌溉情况的监控。

各个终端设备中的第一GPS定位模块13、第二GPS定位模块17、第三GPS 定位模块24、第四GPS定位模块33用于接受发送GPS信号，对终端进行定位，判断终端所在农田位置，局部监控当前位置农田参数，做到局部管理局部整治，方便及时对局部农田进行补充灌溉或者降低灌溉强度。

所述灌溉设备控制终端5将接入灌溉设备电路，通过接收总控制箱1的信号来实现对灌溉设备的控制，启动或暂停以及运行速度快慢，灌溉设备的结构造型在本实用新型中不做赘述和要求。

本实用新型系统结构简单、成本低廉、体积小巧、方便使用，可以快速建立智慧农业综合灌溉系统，解决传统农业无法满足的对农田参数的实时监控，科学灌溉，科学管理，提高农场自动化程度，进一步将传统农业转型升级为现代农业，有利于提高农作物产量，节省劳动力，降低人力成本。且LoRa网络具备低带宽、低功耗、低成本的优势，解决农田有线网络布局困难、传统无线传输资费高的缺陷，为用户带来便捷服务。本实用新型保证了通信的安全，降低了设备功耗，提高了无线通信距离，系统可以自动发现新添加的终端设备设备，具有良好的弹性扩展空间，节省了智慧农业综合灌溉系统的建设成本和人员投入，提高了农业生产的工作质量和工作效率。

本实用新型高效运用各种模块，将数据解析放在终端设备完成，总控制箱只需要解析得到的结果数据和将数据上传后台，减轻了设备功耗、网络带宽和数据存储的压力。低功耗广域网技术LoRaWAN实现了大范围远距离无线传输和低功耗特性，采用电池加太阳能供电，节省了用户使用和建设成本，通过综合运用多种模块，快速高效实现只会农业综合灌溉系统的功能，解决传统农业依靠劳动力和人为判断进行灌溉的缺陷。本实用新型结构简单，通过轻量级终端进行农田参数监控，节约了人力成本并且优化了灌溉模式，有利于农业产量的提高与成本的控制。

需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的一种具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形，总之，本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于LoRa网络的智慧农业综合灌溉系统，其特征在于，包括总控制箱(1)、LoRa基站设备(2)、土壤参数监控终端(3)、气象监测站(4)、灌溉设备控制终端(5)、后台(88)，所述LoRa基站设备(2)、土壤参数监控终端(3)、气象监测站(4)、灌溉设备控制终端(5)都与总控制箱(1)无线连接，所述LoRa基站设备(2)与后台(88)无线连接。

2.根据权利要求1所述一种基于LoRa网络的智慧农业综合灌溉系统，其特征在于，所述总控制箱(1)包括第一MCU核心控制模块(35)、第一LoRa通信模块(6)、第一存储模块(7)、第一电源模块(8)、第一通信接口(9)、第一LoRa天线(40)，所述第一LoRa通信模块(6)、第一存储模块(7)、第一电源模块(8)、第一通信接口(9)都与第一MCU核心控制模块(35)电性连接，所述第一LoRa天线(40)与第一LoRa通信模块(6)电性连接。

3.根据权利要求2所述一种基于LoRa网络的智慧农业综合灌溉系统，其特征在于，所述LoRa基站设备(2)包括第二LoRa通信模块(11)、4G通信模块(12)、第一GPS定位模块(13)、第二存储模块(14)、第二通信接口(15)、第二电源模块(16)、第二LoRa天线(41)、4G天线(42)、第一GPS天线(49)、第二MCU核心控制模块(36)，所述第二LoRa通信模块(11)、4G通信模块(12)、第一GPS定位模块(13)、第二存储模块(14)、第二通信接口(15)、第二电源模块(16)都与第二MCU核心控制模块(36)电性连接，所述第二LoRa通信模块(11)与第二LoRa天线(41)电性连接，所述4G通信模块(12)与4G天线(42)电性连接，所述第一GPS定位模块(13)与第一GPS天线(49)电性连接。

4.根据权利要求3所述一种基于LoRa网络的智慧农业综合灌溉系统，其特征在于，所述土壤参数监控终端(3)包括第二GPS定位模块(17)、第三LoRa通信模块(19)、土壤导电率探头(18)、土壤温湿度探头(20)、第三电源模块(21)、第二GPS天线(43)、第三LoRa天线(44)、第三MCU核心控制模块(37)，所述第二GPS定位模块(17)、第三LoRa通信模块(19)、土壤导电率探头(18)、土壤温湿度探头(20)、第三电源模块(21)都与第三MCU核心控制模块(37)电性连接，所述第二GPS定位模块(17)与第二GPS天线(43)电性连接，所述第三LoRa通信模块(19)与第三LoRa天线(44)电性连接。

5.根据权利要求4所述一种基于LoRa网络的智慧农业综合灌溉系统，其特征在于，所述气象监测站(4)包括第四LoRa通信模块(22)、风速风向监测(23)、第三GPS定位模块(24)、温湿度传感器模块(25)、CO2传感器(26)、雨量计(27)、第三存储模块(28)、光照传感器(29)、第四电源模块(30)、第四LoRa天线(45)、第三GPS天线(46)、第四MCU核心控制模块(38)，所述第四LoRa通信模块(22)、风速风向监测(23)、第三GPS定位模块(24)、温湿度传感器模块(25)、CO2传感器(26)、雨量计(27)、第三存储模块(28)、光照传感器(29)、第四电源模块(30)都与第四MCU核心控制模块(38)电性连接，所述第四LoRa通信模块(22)与第四LoRa天线(45)电性连接，所述第三GPS定位模块(24)与第三GPS天线(46)电性连接。

6.根据权利要求5所述一种基于LoRa网络的智慧农业综合灌溉系统，其特征在于，所述灌溉设备控制终端(5)包括第五LoRa通信模块(31)、第三通信接口(32)、第四GPS定位模块(33)、第五电源模块(34)、第五LoRa天线(47)、第四GPS天线(48)、第五MCU核心控制模块(39)，所述第五LoRa通信模块(31)、第三通信接口(32)、第四GPS定位模块(33)、第五电源模块(34)都与第五MCU核心控制模块(39)电性连接，所述第五LoRa通信模块(31)与第五LoRa天线(47)电性连接，所述第四GPS定位模块(33)与第四GPS天线(48)电性连接。

7.根据权利要求6所述一种基于LoRa网络的智慧农业综合灌溉系统，其特征在于，所述第一LoRa通信模块(6)、第二LoRa通信模块(11)、第三LoRa通信模块(19)、第四LoRa通信模块(22)、第五LoRa通信模块(31)都采用利尔达公司基于SX127X射频集成芯片开发的LSD4RF-2F717N30射频模组。

8.根据权利要求6所述一种基于LoRa网络的智慧农业综合灌溉系统，其特征在于，所述第一MCU核心控制模块(35)、第二MCU核心控制模块(36)、第三MCU核心控制模块(37)、第四MCU核心控制模块(38)、第五MCU核心控制模块(39)都采用STM32L053型号MCU。

9.根据权利要求6所述一种基于LoRa网络的智慧农业综合灌溉系统，其特征在于，所述第一电源模块(8)、第二电源模块(16)都为POE电源模块，所述第三电源模块(21)为锂电池电源模块，所述第四电源模块(30)为锂电池与太阳能结合电源模块，所述第五电源模块(34)为锂电池电源模块，所述第一存储模块(7)、第二存储模块(14)、第三存储模块(28)都采用型号为W25Q16的16MB的FLASH存储芯片。

10.根据权利要求5所述一种基于LoRa网络的智慧农业综合灌溉系统，其特征在于，所述温湿度传感器模块(25)采用型号为SHT20的温湿度芯片，所述光照传感器(29)采用ROHM公司的BH1710FVC-TR型号环境光传感器。

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