CN213067738U - 一种基于无人机的总线式农田环境数据采集装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及农田环境数据采集技术，具体是一种基于无人机的总线式农田环境数据采集装置。本实用新型解决了现有农田环境数据采集装置缺少合理的网络拓扑结构和快捷高效的传输介质的问题。一种基于无人机的总线式农田环境数据采集装置，包括终端部分和传输介质部分；所述终端部分包括土壤温度传感器、土壤水分传感器、土壤PH值传感器、土壤热通量传感器、土壤氮磷钾传感器、土壤盐分电导率传感器、大气温湿压传感器、二氧化碳传感器、氨气传感器、PM2.5传感器、风速风向传感器、雨雪传感器、叶面湿度传感器、光合有效辐射传感器、第一至第六地面无线接入器、无人机、第一至第三空中无线接入器。本实用新型适用于农田环境数据采集。
Description
技术领域
本实用新型涉及农田环境数据采集技术，具体是一种基于无人机的总线式农田环境数据采集装置。
背景技术
农田环境数据的采集是实现精准农业、农田现代化管理不可缺少的组成部分。目前，农田环境数据的采集主要是依托农田环境数据采集装置来实现的。在现有技术条件下，农田环境数据采集装置由于自身结构所限，普遍缺少合理的网络拓扑结构和快捷高效的传输介质，导致其普遍存在数据传输不稳定、数据传输实时性差的问题，由此直接影响采集过程的高效性和可靠性。基于此，有必要发明一种基于无人机的总线式农田环境数据采集装置，以解决现有农田环境数据采集装置缺少合理的网络拓扑结构和快捷高效的传输介质的问题。
发明内容
本实用新型为了解决现有农田环境数据采集装置缺少合理的网络拓扑结构和快捷高效的传输介质的问题，提供了一种基于无人机的总线式农田环境数据采集装置。
本实用新型是采用如下技术方案实现的：
一种基于无人机的总线式农田环境数据采集装置，包括终端部分和传输介质部分；
所述终端部分包括土壤温度传感器、土壤水分传感器、土壤PH值传感器、土壤热通量传感器、土壤氮磷钾传感器、土壤盐分电导率传感器、大气温湿压传感器、二氧化碳传感器、氨气传感器、PM2.5传感器、风速风向传感器、雨雪传感器、叶面湿度传感器、光合有效辐射传感器、第一至第六地面无线接入器、无人机、第一至第三空中无线接入器、第一放大器、第二放大器、模数转换器、数字抽取滤波器、数据隔离器、飞控模块、第一磁盘阵列、第二磁盘阵列、显示器、存储服务器、PC机；
所述传输介质部分包括第一RS485总线、第二RS485总线、第一无线通用串行总线、第二无线通用串行总线、第一CAN总线、第二CAN总线、光纤；
其中，第一至第三空中无线接入器、第一放大器、第二放大器、模数转换器、数字抽取滤波器、数据隔离器、飞控模块、第一磁盘阵列、显示器均安装于无人机上；
土壤温度传感器、土壤水分传感器、土壤PH值传感器、土壤热通量传感器、土壤氮磷钾传感器、土壤盐分电导率传感器、第一地面无线接入器、第二地面无线接入器均与第一RS485总线连接，且土壤温度传感器、土壤水分传感器、土壤PH值传感器、土壤热通量传感器、土壤氮磷钾传感器、土壤盐分电导率传感器、第一地面无线接入器、第二地面无线接入器、第一RS485总线共同构成总线型拓扑结构；大气温湿压传感器、二氧化碳传感器、氨气传感器、PM2.5传感器、风速风向传感器、雨雪传感器、叶面湿度传感器、光合有效辐射传感器、第三地面无线接入器、第四地面无线接入器均与第二RS485总线连接，且大气温湿压传感器、二氧化碳传感器、氨气传感器、PM2.5传感器、风速风向传感器、雨雪传感器、叶面湿度传感器、光合有效辐射传感器、第三地面无线接入器、第四地面无线接入器、第二RS485总线共同构成总线型拓扑结构；第一至第四地面无线接入器、第一空中无线接入器、第二空中无线接入器均与第一无线通用串行总线无线连接，且第一至第四地面无线接入器、第一空中无线接入器、第二空中无线接入器、第一无线通用串行总线共同构成总线型拓扑结构；
第一空中无线接入器通过光纤与第一放大器连接；第二空中无线接入器通过光纤与第二放大器连接；第一放大器、第二放大器、模数转换器均与第一CAN总线连接，且第一放大器、第二放大器、模数转换器、第一CAN总线共同构成总线型拓扑结构；模数转换器通过光纤与数字抽取滤波器连接；数字抽取滤波器通过光纤与数据隔离器连接；数据隔离器通过光纤与飞控模块连接；飞控模块分别通过光纤与第一磁盘阵列、显示器、第三空中无线接入器连接，且飞控模块、第一磁盘阵列、显示器、第三空中无线接入器共同构成星型拓扑结构；第三空中无线接入器、第五地面无线接入器、第六地面无线接入器均与第二无线通用串行总线无线连接，且第三空中无线接入器、第五地面无线接入器、第六地面无线接入器、第二无线通用串行总线共同构成总线型拓扑结构；第五地面无线接入器、第六地面无线接入器、存储服务器、第二磁盘阵列、PC机均与第二CAN总线连接，且第五地面无线接入器、第六地面无线接入器、存储服务器、第二磁盘阵列、PC机、第二CAN总线共同构成总线型拓扑结构。
工作时，土壤温度传感器、土壤水分传感器、土壤PH值传感器、土壤热通量传感器、土壤氮磷钾传感器、土壤盐分电导率传感器、大气温湿压传感器、二氧化碳传感器、氨气传感器、PM2.5传感器、风速风向传感器、雨雪传感器、叶面湿度传感器、光合有效辐射传感器、第一至第四地面无线接入器均安装于农田中。无人机悬停于农田的上空。第五地面无线接入器、第六地面无线接入器、第二磁盘阵列、存储服务器、PC机均安装于农田管理中心。具体工作过程如下：土壤温度传感器实时采集农田的土壤温度数据，并将土壤温度数据实时发送至第一RS485总线。土壤水分传感器实时采集农田的土壤含水量数据，并将土壤含水量数据实时发送至第一RS485总线。土壤PH值传感器实时采集农田的土壤PH值数据，并将土壤PH值数据实时发送至第一RS485总线。土壤热通量传感器实时采集农田的土壤热通量数据，并将土壤热通量数据实时发送至第一RS485总线。土壤氮磷钾传感器实时采集农田的土壤含氮量数据、土壤含磷量数据、土壤含钾量数据，并将土壤含氮量数据、土壤含磷量数据、土壤含钾量数据实时发送至第一RS485总线。土壤盐分电导率传感器实时采集农田的土壤含盐量数据、土壤电导率数据，并将土壤含盐量数据、土壤电导率数据实时发送至第一RS485总线。第一地面无线接入器实时访问第一RS485总线并获取各项数据（土壤温度数据、土壤含水量数据、土壤PH值数据、土壤热通量数据、土壤含氮量数据、土壤含磷量数据、土壤含钾量数据、土壤含盐量数据、土壤电导率数据），然后将各项数据实时发送至第一无线通用串行总线（若第一地面无线接入器发生故障，则第二地面无线接入器实时访问第一RS485总线并获取各项数据，然后将各项数据实时发送至第一无线通用串行总线）。大气温湿压传感器实时采集农田的气温数据、气湿数据、气压数据，并将气温数据、气湿数据、气压数据实时发送至第二RS485总线。二氧化碳传感器实时采集农田的大气中二氧化碳的含量数据，并将大气中二氧化碳的含量数据实时发送至第二RS485总线。氨气传感器实时采集农田的大气中氨气的含量数据，并将大气中氨气的含量数据实时发送至第二RS485总线。PM2.5传感器实时采集农田的大气中PM2.5的含量数据，并将大气中PM2.5的含量数据实时发送至第二RS485总线。风速风向传感器实时采集农田的风速数据、风向数据，并将风速数据、风向数据实时发送至第二RS485总线。雨雪传感器实时采集农田的雨量数据、雪量数据，并将雨量数据、雪量数据实时发送至第二RS485总线。叶面湿度传感器实时采集农田的植物叶面湿度数据，并将植物叶面湿度数据实时发送至第二RS485总线。光合有效辐射传感器实时采集农田的光合有效辐射量数据，并将光合有效辐射量数据实时发送至第二RS485总线。第三地面无线接入器实时访问第二RS485总线并获取各项数据（气温数据、气湿数据、气压数据、大气中二氧化碳的含量数据、大气中氨气的含量数据、大气中PM2.5的含量数据、风速数据、风向数据、雨量数据、雪量数据、植物叶面湿度数据、光合有效辐射量数据），然后将各项数据实时发送至第一无线通用串行总线（若第三地面无线接入器发生故障，则第四地面无线接入器实时访问第二RS485总线并获取各项数据，然后将各项数据实时发送至第一无线通用串行总线）。第一空中无线接入器实时访问第一无线通用串行总线并获取各项数据（土壤温度数据、土壤含水量数据、土壤PH值数据、土壤热通量数据、土壤含氮量数据、土壤含磷量数据、土壤含钾量数据、土壤含盐量数据、土壤电导率数据、气温数据、气湿数据、气压数据、大气中二氧化碳的含量数据、大气中氨气的含量数据、大气中PM2.5的含量数据、风速数据、风向数据、雨量数据、雪量数据、植物叶面湿度数据、光合有效辐射量数据），然后通过光纤将各项数据实时发送至第一放大器。第一放大器对各项数据进行放大，然后将各项数据实时发送至第一CAN总线（若第一空中无线接入器发生故障，则第二空中无线接入器实时访问第一无线通用串行总线并获取各项数据，然后通过光纤将各项数据实时发送至第二放大器。第二放大器对各项数据进行放大，然后将各项数据实时发送至第一CAN总线）。模数转换器先实时访问第一CAN总线并获取各项数据，再对各项数据进行模数转换，然后通过光纤将各项数据实时发送至数字抽取滤波器。数字抽取滤波器对各项数据进行抽取滤波，然后通过光纤将各项数据实时发送至数据隔离器。数据隔离器对各项数据进行数据隔离，然后通过光纤将各项数据实时发送至飞控模块。飞控模块一方面通过光纤将各项数据实时发送至第一磁盘阵列进行备份，另一方面通过光纤将各项数据实时发送至显示器进行显示，第三方面通过光纤将各项数据实时发送至第三空中无线接入器。第三空中无线接入器将各项数据实时发送至第二无线通用串行总线。第五地面无线接入器实时访问第二无线通用串行总线并获取各项数据，然后将各项数据实时发送至第二CAN总线（若第五地面无线接入器发生故障，则第六地面无线接入器实时访问第二无线通用串行总线并获取各项数据，然后将各项数据实时发送至第二CAN总线）。存储服务器实时访问第二CAN总线并获取各项数据，然后将各项数据进行实时存储。第二磁盘阵列实时访问第二CAN总线并获取各项数据，然后将各项数据进行实时备份。PC机实时访问第二CAN总线并获取各项数据，然后将各项数据进行实时显示。
基于上述过程，与现有农田环境数据采集装置相比，本实用新型所述的一种基于无人机的总线式农田环境数据采集装置通过采用全新结构，具备了如下优点：其一，本实用新型综合采用了总线型拓扑结构、星型拓扑结构，其一方面通过利用总线型拓扑结构结构简单、所需要的传输介质少、无中心节点、任何节点的故障都不会造成全网瘫痪、可靠性高、易于扩充的优点，另一方面通过利用星型拓扑结构结构简单、控制简单、故障诊断和隔离容易、方便服务、扩展性好的优点，具备了合理的网络拓扑结构，由此使得数据传输更稳定、数据传输实时性更强，从而有效保证了采集过程的高效性和可靠性。其二，本实用新型采用光纤作为传输介质，其通过利用光纤频带宽、损耗低、重量轻、抗干扰能力强、保真度高、性能可靠的优点，具备了快捷高效的传输介质，由此进一步使得数据传输更稳定、数据传输实时性更强，从而进一步有效保证了采集过程的高效性和可靠性。
本实用新型结构合理、设计巧妙，有效解决了现有农田环境数据采集装置缺少合理的网络拓扑结构和快捷高效的传输介质的问题，适用于农田环境数据采集。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
一种基于无人机的总线式农田环境数据采集装置，包括终端部分和传输介质部分；
所述终端部分包括土壤温度传感器、土壤水分传感器、土壤PH值传感器、土壤热通量传感器、土壤氮磷钾传感器、土壤盐分电导率传感器、大气温湿压传感器、二氧化碳传感器、氨气传感器、PM2.5传感器、风速风向传感器、雨雪传感器、叶面湿度传感器、光合有效辐射传感器、第一至第六地面无线接入器、无人机、第一至第三空中无线接入器、第一放大器、第二放大器、模数转换器、数字抽取滤波器、数据隔离器、飞控模块、第一磁盘阵列、第二磁盘阵列、显示器、存储服务器、PC机；
所述传输介质部分包括第一RS485总线、第二RS485总线、第一无线通用串行总线、第二无线通用串行总线、第一CAN总线、第二CAN总线、光纤；
其中，第一至第三空中无线接入器、第一放大器、第二放大器、模数转换器、数字抽取滤波器、数据隔离器、飞控模块、第一磁盘阵列、显示器均安装于无人机上；
土壤温度传感器、土壤水分传感器、土壤PH值传感器、土壤热通量传感器、土壤氮磷钾传感器、土壤盐分电导率传感器、第一地面无线接入器、第二地面无线接入器均与第一RS485总线连接，且土壤温度传感器、土壤水分传感器、土壤PH值传感器、土壤热通量传感器、土壤氮磷钾传感器、土壤盐分电导率传感器、第一地面无线接入器、第二地面无线接入器、第一RS485总线共同构成总线型拓扑结构；大气温湿压传感器、二氧化碳传感器、氨气传感器、PM2.5传感器、风速风向传感器、雨雪传感器、叶面湿度传感器、光合有效辐射传感器、第三地面无线接入器、第四地面无线接入器均与第二RS485总线连接，且大气温湿压传感器、二氧化碳传感器、氨气传感器、PM2.5传感器、风速风向传感器、雨雪传感器、叶面湿度传感器、光合有效辐射传感器、第三地面无线接入器、第四地面无线接入器、第二RS485总线共同构成总线型拓扑结构；第一至第四地面无线接入器、第一空中无线接入器、第二空中无线接入器均与第一无线通用串行总线无线连接，且第一至第四地面无线接入器、第一空中无线接入器、第二空中无线接入器、第一无线通用串行总线共同构成总线型拓扑结构；
第一空中无线接入器通过光纤与第一放大器连接；第二空中无线接入器通过光纤与第二放大器连接；第一放大器、第二放大器、模数转换器均与第一CAN总线连接，且第一放大器、第二放大器、模数转换器、第一CAN总线共同构成总线型拓扑结构；模数转换器通过光纤与数字抽取滤波器连接；数字抽取滤波器通过光纤与数据隔离器连接；数据隔离器通过光纤与飞控模块连接；飞控模块分别通过光纤与第一磁盘阵列、显示器、第三空中无线接入器连接，且飞控模块、第一磁盘阵列、显示器、第三空中无线接入器共同构成星型拓扑结构；第三空中无线接入器、第五地面无线接入器、第六地面无线接入器均与第二无线通用串行总线无线连接，且第三空中无线接入器、第五地面无线接入器、第六地面无线接入器、第二无线通用串行总线共同构成总线型拓扑结构；第五地面无线接入器、第六地面无线接入器、存储服务器、第二磁盘阵列、PC机均与第二CAN总线连接，且第五地面无线接入器、第六地面无线接入器、存储服务器、第二磁盘阵列、PC机、第二CAN总线共同构成总线型拓扑结构。
所述土壤温度传感器采用NH133T型土壤温度传感器；所述土壤水分传感器采用NHSF50型土壤水分传感器；所述土壤PH值传感器采用NHPH49型土壤PH值传感器；所述土壤热通量传感器采用NH56TL型土壤热通量传感器；所述土壤氮磷钾传感器采用NH52DLJ型土壤氮磷钾传感器；所述土壤盐分电导率传感器采用NH51YF型土壤盐分电导率传感器；所述大气温湿压传感器采用NH122型大气温湿压传感器；所述二氧化碳传感器采用NH162型二氧化碳传感器；所述氨气传感器采用NH63型氨气传感器；所述PM2.5传感器采用NHFC79型PM2.5传感器；所述风速风向传感器采用NHFSX48型风速风向传感器；所述雨雪传感器采用NHYX43型雨雪传感器；所述叶面湿度传感器采用NH131YS型叶面湿度传感器；所述光合有效辐射传感器采用NHGH09型光合有效辐射传感器；所述第一至第六地面无线接入器、第一至第三空中无线接入器均采用AP6050DN型无线接入器；所述无人机采用多旋翼无人机；所述存储服务器采用TaiShan 2280 v2型服务器；所述光纤采用单模光纤。
虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。
Claims (2)
1.一种基于无人机的总线式农田环境数据采集装置，其特征在于：包括终端部分和传输介质部分；
所述终端部分包括土壤温度传感器、土壤水分传感器、土壤PH值传感器、土壤热通量传感器、土壤氮磷钾传感器、土壤盐分电导率传感器、大气温湿压传感器、二氧化碳传感器、氨气传感器、PM2.5传感器、风速风向传感器、雨雪传感器、叶面湿度传感器、光合有效辐射传感器、第一至第六地面无线接入器、无人机、第一至第三空中无线接入器、第一放大器、第二放大器、模数转换器、数字抽取滤波器、数据隔离器、飞控模块、第一磁盘阵列、第二磁盘阵列、显示器、存储服务器、PC机；
所述传输介质部分包括第一RS485总线、第二RS485总线、第一无线通用串行总线、第二无线通用串行总线、第一CAN总线、第二CAN总线、光纤；
其中，第一至第三空中无线接入器、第一放大器、第二放大器、模数转换器、数字抽取滤波器、数据隔离器、飞控模块、第一磁盘阵列、显示器均安装于无人机上；
土壤温度传感器、土壤水分传感器、土壤PH值传感器、土壤热通量传感器、土壤氮磷钾传感器、土壤盐分电导率传感器、第一地面无线接入器、第二地面无线接入器均与第一RS485总线连接，且土壤温度传感器、土壤水分传感器、土壤PH值传感器、土壤热通量传感器、土壤氮磷钾传感器、土壤盐分电导率传感器、第一地面无线接入器、第二地面无线接入器、第一RS485总线共同构成总线型拓扑结构；大气温湿压传感器、二氧化碳传感器、氨气传感器、PM2.5传感器、风速风向传感器、雨雪传感器、叶面湿度传感器、光合有效辐射传感器、第三地面无线接入器、第四地面无线接入器均与第二RS485总线连接，且大气温湿压传感器、二氧化碳传感器、氨气传感器、PM2.5传感器、风速风向传感器、雨雪传感器、叶面湿度传感器、光合有效辐射传感器、第三地面无线接入器、第四地面无线接入器、第二RS485总线共同构成总线型拓扑结构；第一至第四地面无线接入器、第一空中无线接入器、第二空中无线接入器均与第一无线通用串行总线无线连接，且第一至第四地面无线接入器、第一空中无线接入器、第二空中无线接入器、第一无线通用串行总线共同构成总线型拓扑结构；
第一空中无线接入器通过光纤与第一放大器连接；第二空中无线接入器通过光纤与第二放大器连接；第一放大器、第二放大器、模数转换器均与第一CAN总线连接，且第一放大器、第二放大器、模数转换器、第一CAN总线共同构成总线型拓扑结构；模数转换器通过光纤与数字抽取滤波器连接；数字抽取滤波器通过光纤与数据隔离器连接；数据隔离器通过光纤与飞控模块连接；飞控模块分别通过光纤与第一磁盘阵列、显示器、第三空中无线接入器连接，且飞控模块、第一磁盘阵列、显示器、第三空中无线接入器共同构成星型拓扑结构；第三空中无线接入器、第五地面无线接入器、第六地面无线接入器均与第二无线通用串行总线无线连接，且第三空中无线接入器、第五地面无线接入器、第六地面无线接入器、第二无线通用串行总线共同构成总线型拓扑结构；第五地面无线接入器、第六地面无线接入器、存储服务器、第二磁盘阵列、PC机均与第二CAN总线连接，且第五地面无线接入器、第六地面无线接入器、存储服务器、第二磁盘阵列、PC机、第二CAN总线共同构成总线型拓扑结构。
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的总线式农田环境数据采集装置，其特征在于：所述土壤温度传感器采用NH133T型土壤温度传感器；所述土壤水分传感器采用NHSF50型土壤水分传感器；所述土壤PH值传感器采用NHPH49型土壤PH值传感器；所述土壤热通量传感器采用NH56TL型土壤热通量传感器；所述土壤氮磷钾传感器采用NH52DLJ型土壤氮磷钾传感器；所述土壤盐分电导率传感器采用NH51YF型土壤盐分电导率传感器；所述大气温湿压传感器采用NH122型大气温湿压传感器；所述二氧化碳传感器采用NH162型二氧化碳传感器；所述氨气传感器采用NH63型氨气传感器；所述PM2.5传感器采用NHFC79型PM2.5传感器；所述风速风向传感器采用NHFSX48型风速风向传感器；所述雨雪传感器采用NHYX43型雨雪传感器；所述叶面湿度传感器采用NH131YS型叶面湿度传感器；所述光合有效辐射传感器采用NHGH09型光合有效辐射传感器；所述第一至第六地面无线接入器、第一至第三空中无线接入器均采用AP6050DN型无线接入器；所述无人机采用多旋翼无人机；所述存储服务器采用TaiShan 2280 v2型服务器；所述光纤采用单模光纤。
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| CN113271149A (zh) * | 2021-05-29 | 2021-08-17 | 华能太原东山燃机热电有限责任公司 | 一种用于燃气发电机组的混合拓扑式润滑油品质监测系统 |
| CN113375724A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-09-10 | 华能太原东山燃机热电有限责任公司 | 一种基于多种拓扑结构的燃气热电厂用热网状态监测系统 |
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