一种农田大数据无线采集系统的制作方法

本发明涉及一种农田大数据无线采集系统，属于农业电气设备技术领域。

背景技术：

我国是一个农业大国，农业是第一生产力。而农作物的生产离不开农田，农田的环境决定着农作物的产量。但目前我国农田基数大，农田环境参差不齐。因此，我们依旧选择对普通农田进行实验，用科技技术武装农田，实现农业现代化。为了增加农作物的产量和降低生产成本，需要我们对农田的环境参数进行监控和检测，以确保农作物在最适宜它们的环境中成长。目前，农田环境数据采集主要是靠人工通过一些设备来进行数据记录。但是用这种方式不仅浪费了大量的人力，而已由于夜晚时间采集的特殊性，数据采集会变得困难重重。

因此，现在急需一种方便的数据采集方式来解决此问题。如中国专利CN201520417638.5提供的一种农田环境监测系统，但是，此设备体积相对较大，并且供电采用太阳能与蓄电池组合的供电，不能保证数据在连续恶劣天气环境下的准确性。因此，我们需要一个可以在恶劣情况下也能实时采集到数据，并且能进行自动保存的检测系统。就如中国专利CN201410170366.3提供的多信息融合的设施农业生成过程监控装置，该监控装置同样采用ZIGBEE技术，能把检测到的数据通过无线传感网络反馈给监测人员。但是，此系统主控单元的程序建立在Liunx系统上，而不是我们熟悉的Windows系统，在操作上带来了一定的复杂性。综上所述，对于检测人员来说，急需一种操作方便，工作效率高，易于保存数据的检测系统。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种农田大数据无线采集系统，能在任何时间段实时、精准地采集到农田中的温度、湿度、光照度等对作物生长有影响的环境信息，以此根据农业专家知识库、农业数据库等进行综合分析，找出作物最适合生长的自然环境，最终达到促进农业生产的目的。

本发明技术方案是：一种农田大数据无线采集系统，包括多个节点数据监测端、A/D转换端、数据传输端、数据接收端、D/A转换端和数据保存显示端；多个节点数据监测端、A/D转换端、数据传输端、数据接收端、D/A转换端和数据保存显示端依次顺序相连。

所述节点数据监测端包含实时监测农田各项数据的传感器和中央处理器CPU以及其它各项电子元件；

所述各项数据的传感器包含温度传感器、湿度传感器、光照度传感器；

所述中央处理器CPU为ZIGBEE模块，ZIGBEE模块里集成了STC80C51单片机的CPU，作为节点控制端和数据传输点；

所述其它各项电子元件包含A/D转换端、DS12C887时钟芯片和1602液晶显示屏和储存器控制芯片。

所述数据传输端和数据接收端采用ZIGBEE的发射模块和接收模块，发射模块位于节点数据监测端处，用做CPU和发射检测数据装置，接收模块位于数据接收端处，用于接收发射模块发出的数据。

所述的A/D、D/A转换端分别为模拟信号转换数字信号芯片，数字信号转换模拟信号芯片；为保证数据传输的高精度性，先把传感器检测到的模拟信号通过A/D转换端转换成数字信号，然后由数据传输端把转换好的数字信号发送到数据接收端，再由数据接收端上的D/A转换端把数字信号转换成模拟信号。

所述的数据保存显示端连接数据接收端，把转换好的模拟型号显示于显示器上供用户查看，并且通过PC机上编写好的程序，把这些数据按时间、按类型进行分类，最终储存于PC机上。

本发明的有益效果是：本发明不仅克服有线传输布线的不便利，而且减轻了监测员自己亲自去农田检测而造成的疲劳，同时避免了因需要多个时段数据采集的不便利性；

本发明结构简单，成本相对较低，安装方便，制造容易，工作效率高，能大大减轻农田数据测试的时间。

附图说明

图1是本发明整体系统结构示意图；

图2是本发明数据采集和发射节点结构示意图。

图1-2中各标号：1-数据采集和发射节点，101-集成STC80C51单片机的ZIGBEE发射模块，102-1602液晶显示模块，103-三个独立按键，104-传感器，105-电池槽，106- DS12C887时钟芯片，107-储存控制芯片，108-A/D数据转换芯片，2-数据接收端，3-显示和储存数据端。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。

实施例1：如图1-2所示，一种农田大数据无线采集系统，包括数据采集和发射节点1、数据接收端2和显示和储存数据端3；其中数据采集和发射节点1与数据接收端2采用ZIGBEE网关协议进行数据传输，而数据接收端2与显示和储存数据端3之间的数据传输采用有线串口传输。

所述数据采集和发射节点1包括集成STC80C51单片机的ZIGBEE发射模块101、1602液晶显示模块102、三个独立按键103、传感器104、电池槽105、DS12C887时钟芯片106、储存控制芯片107和A/D数据转换芯片108；它们之间采用焊接，连接于PCB板上；

所述传感器104包括了温度传感器、湿度传感器、光照度传感器；分别用来检测适合作物生长的温度、湿度、光照度。传感器104通过焊接与PCB板相连接，通过集成了STC80C51单片机的ZIGBEE发射模块101进行控制，最终完成数据的采集。集成STC80C51单片机的ZIGBEE发射模块101与传感器104相连接；

所述数据接收端2包括集成STC80C51单片机的ZIGBEE接收模块、D/A数据转换芯片；

所述显示和储存数据端3运用串口与数据接收端2进行有线连接。

实施例2：如图1-2所示，一种农田大数据无线采集系统，包括数据采集和发射节点1、数据接收端2和显示和储存数据端3；其中数据采集和发射节点1与数据接收端2采用ZIGBEE网关协议进行数据传输，而数据接收端2与显示和储存数据端3之间的数据传输采用有线串口传输。

所述数据采集和发射节点1包括集成STC80C51单片机的ZIGBEE发射模块101、1602液晶显示模块102、三个独立按键103、传感器104、电池槽105、DS12C887时钟芯片106、储存控制芯片107和A/D数据转换芯片108；它们之间采用焊接，连接于PCB板上；

所述传感器104包括了温度传感器、湿度传感器、光照度传感器；分别用来检测适合作物生长的温度、湿度、光照度。传感器104通过焊接与PCB板相连接，通过集成了STC80C51单片机的ZIGBEE发射模块101进行控制，最终完成数据的采集。集成STC80C51单片机的ZIGBEE发射模块101与传感器104相连接；

所述数据接收端2包括集成STC80C51单片机的ZIGBEE接收模块、D/A数据转换芯片；

所述显示和储存数据端3运用串口与数据接收端2进行有线连接，通过PC机上编写好的程序对采集的数据进行按时间、按类别进行分类并最终储存于PC机上。

供电装置：数据采集和发射节点1和数据接收端2可采用7号电池进行供电，显示和储存数据端PC机3采用家用220V插座进行供电。

电池槽105为7号电池安放处，为数据采集和发射节点1主要的供电模块。当电源接通后，集成STC80C51单片机的ZIGBEE发射模块101首先检查DS12C887时钟芯片106，如果为设置的时间区域内，则启动各类传感器104，让传感器采集此时的农田环境数据，然后把数据传输到A/D数据转换芯片108中，把采集好的模拟信号转换为数字信号，并输送入储存控制芯片107中。之后，集成STC80C51单片机的ZIGBEE发射模块101检测储存控制芯片107中是否有数据储存，如果检测到有数据储存，开启ZIGBEE发射模块，把储存控制芯片107中的传送至ZIGBEE发射模块并发射出去。而1602液晶显示模块102用来实时显示数据采集和发射节点1的工作状态，三个独立按键103来进行控制1602液晶显示模块102的开启、关闭和刷新工作状态。数据由数据采集和发射节点1发射出去后，数据接收端2上的集成STC80C51单片机的ZIGBEE接收模块开始接收发射过来的数据，并传输给D/A数据转换芯片，把发射过来的数字信号转换为模拟信号。最好由数据接收端2上的串口与显示和储存数据端PC机3进行有线连接，把转换好的数据传输到显示和储存数据端PC机3上，并通过事先在PC机上编写好的程序把传输过来的模拟信号数据按照时间、类型进行分类后储存于PC机里，供监测员进行观察和查询。

本发明的工作过程是：

本发明的工作方式是通过启动ZIGBEE发射模块上的STC80C51单片机，经过PCB板上的电路连接时钟芯片，核定完时间之后启动传感器开始采集数据，然后经过一系列数据转换和输送最终传入ZIGBEE发射模块上。其中，1602液晶显示模块102用来检测传感器的工作状态，三个独立按键103用来控制液晶显示模块的显示。具体的：

使用时，把电池安放在电池槽处，此时设备通电。1602液晶显示模块屏幕第一排显示时间，第二排显示工作状态，用来检测传感器是否处于工作状态。三个独立按键的作用分别是开启1602液晶显示屏、关闭1602液晶显示屏以及刷新1602液晶显示屏的时间和工作状态检测。

实施例3：如图1-2所示，一种农田大数据无线采集系统，包括数据采集和发射节点1、数据接收端2、显示和储存数据端PC机3。其中数据采集和发射节点1与数据接收端2直接通过ZIGBEE无线网关进行连接和数据传输，数据接收端2与显示和储存数据端(PC机)3通过串口通讯进行有线连接和数据传输。PC机上有数据分类程序，能把收集到的数据按要求排列。

如图2所示，所述数据采集和发射节点1包括集成STC80C51单片机的ZIGBEE发射模块101、1602液晶显示模块102、3个独立按键103、传感器104、电池槽105、DS12C887时钟芯片106、储存控制芯片107和A/D数据转换芯片108；以上设备通过电烙铁焊接于设计好的PCB电路板上，并且需要把控制程序烧录于成STC80C51单片机的ZIGBEE发射模块101中，以达到此节点采集和发射数据的目的。所述此节点可以安放在农田的中适当位置，使监测人员操作起来更为方便。

所述传感器104包括温度传感器、湿度传感器、光照度传感器。以上所述传感器分别焊接与PCB电路板上，由集成STC80C51单片机的ZIGBEE发射模块101进行相应的控制。

如图2所示，所述数据采集和发射节点1被固定于一个抗腐蚀、外壳坚硬的定制塑料盒中，盒上有盖子保护内部电路与芯片，只露出三个独立按键103、1602液晶显示模块102、集成STC80C51单片机的ZIGBEE发射模块101的ZIGBEE天线。盒子侧边有三个开口，用来放置各类传感器104暴露在农田环境中。这样做的目的是即使在恶劣的天气环境下也能保证此节点的正常工作状态。

一种农田大数据无线采集系统的目的在于掌握不同环境情况对农作物生长的影响。所以采取的方法是小时采样法，即是每相隔1小时启动一次系统，把此时所得的数据保存起来。根据作物生长周期的不同设置不同的检测天数，并且能够24小时不间断的采集数据。大大降低了监测人员的工作量。

PC机上的查询与储存数据程序使用Visual Studio 2012进行编写，并将接收的数据储存于Microsoft SQL Server数据库中，以便监测人员可以随时查询和检阅检测到的数据。

需要说明的是，本发明只是检测农田的各项数据，找出最适合农作物的生长环境，并未对农田环境有任何环境的改变。

本发明可以根据选择的地点不同更换不同的传感器探头，但是得事先对烧录于ZIGBEE模块的程序进行相应的修改。

本发明主要目的是通过作物的生长情况和所采集的数据进行相对应的关系比较，找出作物最适合的生长环境，进而达到农作物的产量进行更加科学的估计。

上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。