一种基于物联网的可视化嵌入式气象监测系统

1.本发明涉及智能环境监测技术领域，具体为一种基于物联网的可视化嵌入式气象监测系统。


背景技术：

2.我国是个农业生产大国，农业生产是我国民生基础。在农作物生产种植过程中，天气和农田环境参数对农作物的生长具有很大的影响作用。而在传统种植模式下，农户对于农田气象环境的掌握往往是从天气预报以及人工经验判断天气，进而对生产时间安排。但是，由于气候条件越来越复杂，天气预报通常是对大范围地区的一个预报，并不能完全反映真实实际的天气情况，会造成农户误判，耽误生产进程，严重时可能会导致重要损失。
3.因此，就需要一种可以针对具体区域的气象监测装置，实现对种植区内气象以及各种环境参数的监测，让农户可以直观准确的对天气情况进行判断，对农户种植生产计划具有一定的指导作用，所以提出一个针对区域化的农业产物成长过程中的气象监测系统是有必要的。


技术实现要素：

4.为了实现农田气象环境参数的实时可视化监测，本发明提供如下技术方案：一种基于物联网的可视化嵌入式气象监测系统，包括感知层、网络层、平台层和应用层，所述感知层用于采集农田气象环境参数，包括供电系统、超声波气象传感器模块、嵌入式数据采集模块和摄像头；所述网络层利用蜂窝网络将感知层采集到的信息进行数据传输，包括nb-iot无线通信模块、基站和服务器；所述平台层用于将感知层采集到的数据进行整合、存储、利用，包括物联网监测平台和数据库；所述应用层作为人机交互接口实现气象信息可视化监测与摄像头远程控制，包括web应用、手机app应用和led屏。
5.进一步地，所述感知层的供电系统包括太阳能供电模块和市电供应模块，太阳能供电模块和市电供应模块可以交替使用，防止长时间阴天导致锂电池电量不足，气象监测系统无法正常工作。
6.进一步地，所述感知层的超声波气象传感器模块采用超声波十二要素传感器，能采集到的气象信息包括空气温度信息、空气湿度信息、风向信息、风速信息、雨量信息、雨雪信息、co2浓度信息、光照强度信息、太阳辐射总量信息、pm2.5信息、pm10信息和大气压力信息。
7.进一步地，所述感知层的摄像头为可调节摄像头，可以通过web应用和手机app应用实现摄像头在垂直方向和水平方向转动。
8.与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）通过对气象监测系统的设计，实现了农田气象参数的可视化监测；（2）系统采用超声波传感器，比传统传感器测量精度更高，设备更加稳定可靠；（3）远端具备数据存储记录功能，操作人员可以直接从人机交互设备或云端进行
历史数据查看；（4）采用可调节的摄像头，可以环顾周围环境，实现现场情况观察；（5）具备气象预警功能，对可能出现的异常天气情况进行提前预报，保障安全生产。
附图说明
9.图1为本发明一种基于物联网的可视化嵌入式气象监测系统的逻辑示意图。
10.图2为本发明一种基于物联网的可视化嵌入式气象监测系统的供电系统示意图。
11.其中，1-感知层，2-网络层，3-平台层，4-应用层，5-供电系统，6-超声波气象传感器模块，7-嵌入式数据采集模块，8-摄像头，9-nb-iot无线通信模块，10-基站，11-服务器，12-物联网监测平台，13-数据库，14-web应用，15-手机app应用，16-led屏，17-太阳能供电模块，18-市电供应模块，19-光伏板，20-充电控制器，21-锂电池，22-升压模块，23-直流电源转化模块，24-降压模块。
具体实施方式
12.下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
13.如图1-2所示，一种基于物联网的可视化嵌入式气象监测系统，包括感知层1、网络层2、平台层3和应用层4，所述感知层1用于采集农田气象环境参数，包括供电系统5、超声波气象传感器模块6、嵌入式数据采集模块7和摄像头8；所述网络层2利用蜂窝网络将感知层1采集到的信息进行数据传输，包括nb-iot无线通信模块9、基站10和服务器11；所述平台层3用于将感知层1采集到的数据进行整合、存储、利用，包括物联网监测平台12和数据库13；所述应用层4作为人机交互接口实现气象信息可视化监测与摄像头8远程控制，包括web应用14、手机app应用15和led屏16。本发明采用nb-iot通信方式，将采集到的农田气象环境参数传输到物联网平台，用户通过web应用14、手机app应用15和led屏实现了农田气象信息的可视化监测。
14.其中，所述感知层1的供电系统5包括太阳能供电模块17和市电供应模块18；太阳能供电模块17包括光伏板19、充电控制器20、锂电池21和升压模块22，充电控制器20和光伏板19、锂电池21、升压模块22电连接，升压模块22将12v直流电转化为24v直流电给超声波气象传感器模块6供电，充电控制器20上有usb 5v输出接口，用于给嵌入式数据采集模块7和nb-iot无线通信模块9供电；市电供应模块18包括直流电源转化模块23和降压模块24，市电220v交流电用于给摄像头8和led屏16供电，直流电源转化模块23与降压模块24电连接，直流电源转化模块23将220v交流电转化为24v直流电，用于给超声波气象传感器模块6供电，降压模块24将24v直流电转化为5v直流电用于给嵌入式数据采集模块7和nb-iot无线通信模块9供电；太阳能供电模块17和市电供应模块18可以交替使用，防止长时间阴天导致锂电池21电量不足，气象监测系统无法正常工作。
15.其中，所述感知层1的超声波气象传感器模块6采用超声波十二要素传感器，能采
集到的气象信息包括空气温度信息、空气湿度信息、风向信息、风速信息、雨量信息、雨雪信息、co2浓度信息、光照强度信息、太阳辐射总量信息、pm2.5信息、pm10信息、大气压力信息。
16.其中，所述感知层1的摄像头8为可调节摄像头，可以通过web应用14和手机app应用15实现摄像头8在垂直方向和水平方向转动。
17.其中，所述嵌入式数据采集模块7与超声波气象传感器模块6、nb-iot无线通信模块9、led屏16、摄像头8电连接，超声波气象传感器模块6将采集到的气象信息传输到嵌入式数据采集模块7，摄像头8将采集到的现场视频信息传输到嵌入式数据采集模块7，嵌入式数据采集模块7利用nb-iot无线通信模块9将采集到气象信息和现场视频信息通过蜂窝网络发送到物联网监测平台12，实现数据远程可视化监测，嵌入式数据采集模块7可以将采集到的气象信息显示在led屏16上，供现场工作人员查看气象信息。
18.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员而言，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种基于物联网的可视化嵌入式气象监测系统，其特征在于，包括感知层（1）、网络层（2）、平台层（3）和应用层（4），所述感知层（1）用于采集农田气象环境参数，包括供电系统（5）、超声波气象传感器模块（6）、嵌入式数据采集模块（7）和摄像头（8）；所述网络层（2）利用蜂窝网络将感知层（1）采集到的信息进行数据传输，包括nb-iot无线通信模块（9）、基站（10）和服务器（11）；所述平台层（3）用于将感知层（1）采集到的数据进行整合、存储、利用，包括物联网监测平台（12）和数据库（13）；所述应用层（4）作为人机交互接口实现气象信息可视化监测与摄像头（8）远程控制，包括web应用（14）、手机app应用（15）和led屏（16）。2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的可视化嵌入式气象监测系统，其特征在于，所述感知层（1）的供电系统（5）包括太阳能供电模块（17）和市电供应模块（18），太阳能供电模块（17）和市电供应模块（18）可以交替使用，防止长时间阴天导致锂电池（21）电量不足，气象监测系统无法正常工作。3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的可视化嵌入式气象监测系统，其特征在于，所述感知层（1）的超声波气象传感器模块（6）采用超声波十二要素传感器，能采集到的气象信息包括空气温度信息、空气湿度信息、风向信息、风速信息、雨量信息、雨雪信息、co2浓度信息、光照强度信息、太阳辐射总量信息、pm2.5信息、pm10信息和大气压力信息。4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的可视化嵌入式气象监测系统，其特征在于，所述感知层（1）的摄像头（8）为可调节摄像头，可以通过web应用（14）和手机app应用（15）实现摄像头（8）在垂直方向和水平方向转动。

技术总结
一种基于物联网的可视化嵌入式气象监测系统，包括感知层、网络层、平台层和应用层，所述感知层用于采集农田气象参数，包括供电系统、超声波气象传感器模块、嵌入式数据采集模块和摄像头；所述网络层利用蜂窝网络将感知层采集到的信息进行数据传输，包括NB-IoT无线通信模块、基站和服务器；所述平台层用于将感知层采集到的数据进行整合、存储、利用，包括物联网监测平台和数据库；所述应用层作为人机交互接口实现气象信息可视化监测与摄像头远程控制，包括Web应用、手机App应用和LED屏。本发明采用NB-IoT通信方式，将采集到的气象信息传输到物联网平台，用户通过应用层实现了气象信息的可视化监测。的可视化监测。的可视化监测。


技术研发人员：张立新 李贺 张婷 马霄 孟子皓 郑宇
受保护的技术使用者：石河子大学
技术研发日：2022.06.01
技术公布日：2022/7/29