本实用新型涉及土壤环境监测技术领域，尤其是一种大棚土壤环境远程自动监测系统。
背景技术：
设施大棚种植的作物能否健康的生长，最终收获的农产品品质如何，很大程度上取决于作物生长的土壤环境。对设施种植作物生长期的土壤环境进行实时监测，及时发现异常情况，是设施种植管理的重要内容。现有的人工采样、检测的方法效率低、人工成本高、实时性差，且无法实现整个种植基地所有设施大棚的同时监测。已经不适合现代大规模的种植基地的生产管理要求。
在土壤分监测中，含盐量是一个重要的综合指标。土壤盐分过多对植物生长影响很大：造成生理干旱，植物生长异常、植株矮小、叶小暗绿；离子的毒害作用，使作物排斥对一些营养元素吸收；破坏正常代谢，影响作物产量等。而测定土壤中的电导率可以直接反映出混合盐的含量。因此，对土壤中电导率进行监测能够掌握土壤污染状况是十分必要的。
土壤水分也是影响作物生长的重要因素。水分过多或者缺乏，作物生长就会受到多方面的影响：水分少的作物植株个体低矮，光合叶面积明显减小，产量降低；影响作物叶片、根系的发育和生长；土壤水分状况影响植物根系吸水和叶片蒸腾，进而影响到干物质积累，最终影响作物产量；影响作物种子的萌发，种子只有吸收了足够的水分后，与萌发有关的生理生化作用才能逐步开始。
技术实现要素：
本实用新型公布了一种大棚土壤环境远程自动监测系统。主要解决多个设施大棚作物生长土壤环境的远程自动监测，从而确保作物正常生长。
为解决上述问题，本实用新型提供了一种大棚土壤环境远程自动监测系统，包括：若干个采集单元、若干个路由节点单元、协调节点单元、数据处理单元、终端可视化单元和供电单元；供电单元为采集单元、路由节点单元、协调节点单元提供电力；采集单元的数量大于路由节点单元的数量，且采集单元、路由节点单元均匀分布在大棚内；采集单元用于采集各个时段的土壤数据，土壤数据包括土壤的温度、湿度、电导率、盐分值和酸碱度，并将土壤数据就近发送给路由节点单元；路由节点单元用于接收并汇总附近的多个采集单元的土壤数据；协调节点单元用于汇总全部的路由节点单元所收集的土壤数据并将土壤数据传输至数据处理单元；数据处理单元用于对各个时段的土壤数据进行预处理，判断土壤数据是否符合要求，并将监测结果传输至终端可视化单元；终端可视化单元用于接收并显示监测结果。
进一步地，上述大棚土壤环境远程自动监测系统还包括：复位单元，用于对采集单元、路由节点单元和协调节点单元复位。
进一步地，上述大棚土壤环境远程自动监测系统中采集单元、路由节点单元和协调节点单元之间通过无线网络传输数据。
进一步地，上述大棚土壤环境远程自动监测系统中采集单元和路由节点单元之间的无线网络为ZigBee传输网络。
进一步地，上述大棚土壤环境远程自动监测系统中采集单元包括第一处理器模块和传感器模块，传感器模块包括：温度传感器、湿度传感器、电导传感器和酸碱度传感器，第一处理器模块用于控制传感器模块，温度传感器用于采集各个时段的土壤温度，湿度传感器用于采集各个时段的土壤湿度，电导传感器用于采集各个时段的土壤电导率及盐分值，酸碱度传感器用于采集各个时段的土壤酸碱度；路由节点单元包括第二处理器模块，第二处理器模块用于接收并汇总采集单元所采集的各个时段的土壤数据；协调节点单元包括第三处理器模块，第三处理器模块用于接收并汇总路由节点单元所传输的各个时段的土壤数据。
进一步地，上述大棚土壤环境远程自动监测系统中终端可视化单元为移动智能终端。
进一步地，上述大棚土壤环境远程自动监测系统中移动智能终端为智能手机或平板电脑。
进一步地，上述大棚土壤环境远程自动监测系统中采集单元和路由节点单元对土壤数据进行存储，当存储的土壤数据达到存储阈值时，则将土壤数据传输给协调节点单元。
通过采集单元采集土壤数据，并通过路由采集单元和协调节点单元将土壤数据传输给数据处理单元，由数据处理单元对土壤数据进行预处理并分析，并将结果传输至终端可视化单元，采集数据单元、路由节点单元和协调节点单元通过无效网络进行通信与数据传输，故而能够一个生产基地中的所有设施大棚的土壤环境状况进行集中、统一的采集、传输、管理及展示，从而实现系统的远程自动监测。
同时大棚土壤环境远程自动监测系统中采集单元和路由节点单元带有存储功能，当达到存储阈值时集中发送数据给协调节点单元，能防止网络堵塞。
附图说明
图1为本实用新型所示实施例整体架构图。
图2 为本实用新型所示采集单元硬件框图。
图3 为本实用新型所示路由节点单元硬件框图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。
参考图1，本实施例所示大棚土壤环境远程自动监测系统包括若干个采集单元、若干个路由节点单元、协调节点单元、数据处理单元、终端可视化单元和供电单元；其中供电单元为采集单元、路由节点单元、协调节点单元提供电力；采集单元的数量大于路由节点单元的数量，且采集单元、路由节点单元均匀分布在大棚内；采集单元用于采集各个时段的土壤数据，土壤数据包括土壤的温度、湿度、电导率、盐分值和酸碱度，并将土壤数据就近发送给路由节点单元；路由节点单元用于接收并汇总附近的多个采集单元的土壤数据；协调节点单元用于汇总全部的路由节点单元所收集的土壤数据并将土壤数据传输至数据处理单元；数据处理单元用于对各个时段的土壤数据进行预处理，判断土壤数据是否符合要求，并将监测结果传输至终端可视化单元；终端可视化单元用于接收并显示监测结果。本实施例还可以包括复位单元，用于当系统出现问题时，对采集单元、路由节点单元和协调节点单元复位。在本实施例中第一处理器模块、第二处理器模块和第三处理器模块均采用JN5148微控制器。
参考图2，采集单元包括第一处理器模块和传感器模块，传感器模块包括：温度传感器、湿度传感器、电导传感器和酸碱度传感器，第一处理器模块用于控制传感器模块，温度传感器用于采集各个时段的土壤温度，湿度传感器用于采集各个时段的土壤湿度，电导传感器用于采集各个时段的土壤电导率及盐分值，酸碱度传感器用于采集各个时段的土壤酸碱度。采集单元均布在大棚的土壤里，其电极采用特殊处理的合金材料，能够承受较强的外力冲击，不易损坏，且安全密封，耐酸碱腐蚀，可埋入土壤内进行长期动态监测，具有精度高、响应快、互换性好、可靠性高等优点，采集单元的相关技术参数如下所示：土壤温度测量，量程：-55℃～150℃，测量精度：±0.5℃；土壤湿度测量，量程：0～100%，测量精度：±2%，稳定时间：< 2秒；土壤电导率/含盐量测量，量程：0.01%～1.00%，测量精度：±5%；土壤Ph值测量，量程：1～14，测量精度：±0.1。
参考图3，路由节点单元包括第二处理器模块，第二处理器模块用于接收并汇总采集单元所采集的各个时段的土壤数据。路由节点单元的主要功能是作为中继来传输和保存网络数据：（1）加入网络。路由节点单元上电或复位并完成初始化后，会在指定的信道上发出请求并根据得到的回应来确定加入哪个网络，所加入网络的网络服务ID必须与预设值完全一致，节点申请加入网络后，相应的节点会根据自身的情况判断是否允许其加入。加入网络后，网络深度为1的路由节点会注册数据存储服务，其它节点通过请求该服务即可获得具有这些服务的路由节点的MAC地址。如未加入网络则注册会失败。（2）数据存储。为了减少网络堵塞的可能，当采集单元采集到的传感器数据远低于阈值时，可以将数据暂时保存在一些路由节点单元上，并等待协调节点单元来主动获取这些数据，当采集单元采集到的数据接近或超过阈值时可将数据直接发送给协调节点单元，以免延误处理险情的时机，路由节点单元具备数据存储功能。路由节点单元将就近收集到的多个采集节点的数据通过无线网络集中发送给协调节点单元。
协调节点单元包括第三处理器模块，第三处理器模块用于接收并汇总路由节点单元所传输的各个时段的土壤数据；主要作用是建立网络，并防止大量节点同时发送数据时导致的网络阻塞，采集单元一般会将数据保存在路由节点单元上，等待协调节点单元来获取数据。主要功能有：（1）网络建立。协调节点启动之后，首先会确定一个信道来建立网络。当确定信道以后协调节点会检查是否存在网络冲突，然后节点会根据预先设定的网络服务ID建立网络，然后等待其它节点加入。协调节点上电或复位后协议栈会首先对网络的参数进行配置，然后协议栈会对节点进行初始化，并通过函数以协调节点的身份启动协议栈，如果网络建立成功会产生协议栈事件。（2）发送与接收数据。网络建立且稳定后，协调节点单元将通过请求数据保存服务，已注册这些服务的路由节点会对请求予以回应，协调节点将回应的节点地址全部保存起来，此后协调节点定期的对这些节点进行查询，以获取保存的数据。当路由节点保存过多的监测数据时，路由节点也会主动的将数据发送给协调节点。（3）串口程序。协调节点提取完数据以后要将其发送给计算机。本实施例的数据处理单元使用JN5148模块，通过内部的独立的串口0接收数据，在使用串口之前要对串口进行初始化配置。设置之后即可直接通过串口0向上位机发送数据。串口收到数据时，系统会调用处理硬件中断事件的函数判断是否中断，然后利用函数即可读取串口收到的数据。在协调节点单元与上位机采用串口通信时均会采用“消息类型+MAC地址+数据长度+数据”这种消息格式进行通信，通过这样规定能很方便的对数据进行处理。数据处理单元通过使用串口接收工具接收协调节点单元发送的数据。首先选择合适的串口和需连接的服务器，测试串口是否被正常打开和服务器是否正常连接，如果都两者都正常的话，先预读接收缓冲区以清除残留数据，进入等待数据状态；数据进入接收缓冲区后，程序依次读取缓冲区现有的所有数据并转化成字符串型数据，在字符串数据中寻找第一个数据的开始标志和结束标志，若不能找到，则返回开始读取新的缓冲区数据；若能找到，则把该条数据内容插入到对应数据库表单中，然后继续查找下一条数据，如此循环往复，完成对数据的接收。
终端可视化单元可以为移动智能终端，例如智能手机、ipad等平板电脑，如果判断结果为大棚土壤环境异常，会将大棚的编号及种植信息和发送给用户的远程移动终端，进而提醒种植人员及时进行种植环境调节，种植信息在种植时同大棚编号提前录入数据处理单元。
所述采集单元、所述路由节点单元和所述协调节点单元之间通过无线网络传输数据，在本实施例中采用基于JN5148微控制器组建的ZigBee协议的无线传感网络环境，生产成本低，通信质量可靠。
本实施例中，每个1小时上传一次土壤数据，对原始数据进行预处理，提取有用数据，计算相对偏离程度、环境平均温度等，以预处理后的数据作为影响因子，通过模型分析判断设施大棚土壤环境是否正常，并用线性最小二乘法建立设施大棚土壤环境监测模型。
上面所述的实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。