一种基于物联网技术的农田管理系统的制作方法

本发明涉及农田管理领域，具体涉及一种基于物联网技术的农田管理系统。

背景技术：

随着机械化生产程度的提高，农田的面积也越来越大，这就给农田管理带来了很大的麻烦，特别是对于一些较为珍贵的农产品来说，还要特别重视防盗工作，现有的农田管理系统功能较为单一。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明旨在提供一种基于物联网技术的农田管理系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

一种基于物联网技术的农田管理系统，该系统包括供电模块、管理模块、处理模块、防盗模块和种植模块；

所述管理模块、防盗模块、种植模块均与处理模块进行通信；

所述防盗模块、种植模块均设置在农田的指定位置；

所述供电模块用于为所述处理模块、所述防盗模块和所述种植模块供电；

所述管理模块设有界面以用于输入与管理农田相关的指令，管理模块将所述指令实时发送至所述处理模块；

所述处理模块用于根据所述指令控制防盗模块和/或种植模块中相应的装置；

所述防盗模块包括驱赶装置，防盗模块用于防止农作物被盗取；

所述种植模块包括灌溉装置，种植模块用于对农作物的生长环境进行调节。

优选地，所述管理模块包括监管中心和移动终端；所述监管中心和移动终端均用于农田管理人员对所述系统进行控制；所述移动终端用于农田管理人员对所述系统进行远程控制。

优选地，所述防盗模块还包括防盗节点和防盗路由；所述防盗节点放置在农田指定区域内；防盗节点用于对闯入农田的人员进行监测，并得到进入防盗节点监测范围的所述人员的雷达信号强度，并将所述雷达信号强度发送至所述防盗路由；所述防盗路由用于将雷达信号强度进行数据压缩处理，并得到压缩数据包，将压缩数据包发送到处理模块；所述处理模块分析防盗路由发送过来的压缩数据包从而确定所述人员的位置，并将所述人员的位置通过处理模块发送至所述管理模块。

优选地，管理模块根据所述人员的位置、系统当前的时间以及农田管理安排计划判断所述人员是否为非农田管理人员；

若所述人员被判断为非农田管理人员，管理模块向所述处理模块发送驱赶指令，处理模块根据驱赶指令控制驱赶装置对所述人员进行驱赶；

若所述人员被判断为农田管理人员，管理模块则不向所述处理模块发送驱赶指令。

优选地，所述种植模块还包括监测单元、施肥单元和施药单元；所述监测单元包括温度传感器、湿度传感器和酸碱度传感器；所述监测单元用于对农作物的生长环境进行监测；所述施肥单元用于对农作物进行施肥；所述施药单元用于对农作物进行农药的喷洒。

本发明的有益效果为：本发明提供了一种基于物联网技术的农田管理系统，种植模块实时获取农作物生长环境的监测数据并向处理模块发送所述监测数据，处理模块根据管理模块的指令对农作物进行管理；防盗模块实现了农田防盗的功能，解决了农田防盗难的问题；管理模块实现了对农田的多功能统一管理和远程管理。本发明实现了对农田的多功能管理，解决了以往农田管理系统单一，且不方便进行移动管理的缺点。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1示出了本发明一个示例性实施例的框架结构图；

附图标记：

供电模块1、管理模块2、处理模块3、防盗模块4、种植模块5。

具体实施方式

结合以下应用场景对本发明作进一步描述。

参见图1，一种基于物联网技术的农田管理系统，该系统包括供电模块1、管理模块2、处理模块3、防盗模块4和种植模块5；

所述管理模块2、防盗模块4、种植模块5均与处理模块3进行通信；

所述防盗模块4、种植模块5均设置在农田的指定位置；

所述供电模块1用于为所述处理模块3、所述防盗模块4和所述种植模块5供电；

所述管理模块2设有界面以用于输入与管理农田相关的指令，管理模块2将所述指令实时发送至所述处理模块3；

所述处理模块3用于根据所述指令控制防盗模块4和/或种植模块5中相应的装置；

所述防盗模块4包括驱赶装置，防盗模块4用于防止农作物被盗取；

所述种植模块5包括灌溉装置，种植模块5用于对农作物的生长环境进行调节。

在一个实施例中，所述管理模块2包括监管中心和移动终端；所述监管中心和移动终端均用于农田管理人员对所述系统进行控制；所述移动终端用于农田管理人员对所述系统进行远程控制。

在一个实施例中，所述防盗模块4还包括防盗节点和防盗路由；所述防盗节点放置在农田指定区域内；防盗节点用于对闯入农田的人员进行监测，并得到进入防盗节点监测范围的所述人员的雷达信号强度，并将所述雷达信号强度发送至所述防盗路由；所述防盗路由用于将雷达信号强度进行数据压缩处理，并得到压缩数据包，将压缩数据包发送到处理模块3；所述处理模块3分析防盗路由发送过来的压缩数据包从而确定所述人员的位置，并将所述人员的位置通过处理模块3发送至所述管理模块2。

在一个实施例中，管理模块2根据所述人员的位置、系统当前的时间以及农田管理安排计划判断所述人员是否为非农田管理人员；

若所述人员被判断为非农田管理人员，管理模块2向所述处理模块3发送驱赶指令，处理模块3根据驱赶指令控制驱赶装置对所述人员进行驱赶；

若所述人员被判断为农田管理人员，管理模块2则不向所述处理模块3发送驱赶指令。

在一个实施例中，所述种植模块5还包括监测单元、施肥单元和施药单元；所述监测单元包括温度传感器、湿度传感器和酸碱度传感器；所述监测单元用于对农作物的生长环境进行监测；所述施肥单元用于对农作物进行施肥；所述施药单元用于对农作物进行农药的喷洒。

本发明上述实施例提供了一种基于物联网技术的农田管理系统，种植模块实时获取农作物生长环境的监测数据并向处理模块发送所述监测数据，处理模块根据管理模块的指令对农作物进行管理；防盗模块实现了农田防盗的功能，解决了农田防盗难的问题；管理模块实现了对农田的多功能统一管理和远程管理。本发明实现了对农田的多功能管理，解决了以往农田管理系统单一，且不方便进行移动管理的缺点。

优选地，所述防盗节点将雷达信号强度发送至防盗路由，包括：

(1)通信范围包括防盗路由的防盗节点，直接将雷达信号强度发送至防盗路由；

(2)通信范围不包括防盗路由的防盗节点，通过节点转发传输路线来将雷达信号强度发送至防盗路由。

优选地，所述节点转发传输路线通过下述方式得到，包括：

(1)从通信范围包括防盗路由的防盗节点中选出中心防盗节点：

对于通信范围包括防盗路由的每一个防盗节点，利用下面的函数计算其成为中心防盗节点的概率pbk，

其中，

式中，bk∈[1,bk]，bk为通信范围包括防盗路由的防盗节点的总数，ee1表示防盗节点当前能量，ee2为防盗节点的初始能量，wheel为当前选取中心防盗节点的次数,sum为防盗节点作为中心防盗节点的总次数，pdist为不考虑防盗节点能量时的该防盗节点成为中心防盗节点的概率，aved为该防盗节点与相邻防盗节点的平均距离，avee为防盗节点的收发一次数据的平均能量消耗,εb为自由空间路径损耗；

(2)将pbk最高的那个防盗节点作为中心防盗节点。

(3)中心防盗节点以功率psd向附近防盗节点发送第一信息，第一信息中包含发射功率psd和层数floor＝1；

接收到该信息的防盗节点，先判断自己是否已经缓存有层数信息，如果有，则将接收到的第一信息进行丢弃，如果没有，则将层数信息缓存下来，作为防盗节点所属层数，然后根据接收到的发射功率psd，以发射功率psd向附近防盗节点发送第二信息，第二信息中包含发射功率psd和层数floor＝2；

以此类推，当某一个防盗节点接收到第k层防盗节点发送的包含发射功率psd和层数floor＝k+1的第三信息后，先判断自己是否已经缓存有层数信息，如果有，则将接收到的第三信息进行丢弃，如果没有，将层数信息floor＝k+1缓存下来，作为防盗节点所属层数，然后以接收到的发射功率psd为发射功率，向附近防盗节点发送第四信息，第四信息中包含发射功率psd和层数floor＝k+2；

当中心防盗节点需要收集所有防盗节点的监测数据时，层数大的防盗节点将监测数据往层数小的防盗节点发送，最终全部汇集到中心防盗节点。

在本优选实施例中，主要利用将防盗节点分层的思想来达到生成节点转发传输路线的目的，生成路线所需时间短，防盗节点的计算压力低，在选取中心防盗节点的时候考虑了防盗节点的能量、与邻居防盗节点的平均距离等因素，有效地控制了防盗节点的能量损耗，延长了系统中防盗节点的寿命，使得整个防盗模块4的工作时间更长，使得本发明的农田管理系统能低功耗地实现防盗模块的功能。

优选地，所述防盗路由用于将雷达信号强度进行数据压缩处理，并得到压缩数据包，包括：

(1)防盗路由用下述函数对雷达信号强度进行压缩处理：

ycond＝φn×m×xn×1

式中，n为防盗节点的总数，m为监测到的闯入指定区域的人员的总数，ycond为数据压缩矩阵，φn×m为数据缓存矩阵，φn×m中的元素为αnm，αnm表示第n个防盗节点得到的第m个闯入农田的人员的雷达信号强度，n∈[1,n],m∈[1,m],xn×1为防盗节点监测矩阵，防盗节点监测矩阵中的元素为xn，xn表示第n个防盗节点是否得到闯入农田的人员的雷达信号强度，如果第n个防盗节点得到闯入农田的人员的雷达信号强度，则xn＝1，否则xn＝0。

(2)防盗路由根据数据压缩矩阵得到压缩数据包

在本优选实施例中，创造性地用防盗路由按周期处理来自多个防盗节点的所述雷达信号强度，这样，一个周期内收到的来自多个防盗节点的所述雷达信号强度是有限的，就可以根据有限的来自多个防盗节点的所述雷达信号强度生成数据缓存矩阵，然后对数据缓存矩阵进行运算，压缩其体积，这就减小了系统中通信网络传输数据时的传输压力，确保了本发明中数据的快速传输，取得了意向不到的有益效果，利用较少的通信资源完成了数据的传输，对系统的通信资源占用程度低。

优选地，所述处理模块3分析防盗路由发送过来的压缩数据包从而确定所述人员的位置，包括：

设定用边长为l的划分正方形把所有防盗节点监测范围都包含在里面，使得所有防盗节点监测范围全都落在划分正方形里面；设定i为计算的次数记录量，i的初始值为1；设定当前正在计算的正方形为优先正方形，优先正方形边长为li，li初始值为l，即将优先正方形初始化为划分正方形；设定误差阈值为tsw，对于第m个闯入农田的人员的位置的计算，包括：

(1)将第m个闯入农田指定区域的人员的坐标初始化为优先正方形的中心坐标，第m个闯入农田的人员的坐标记为(xm,i,ym,i)；

(2)运用下面的函数算出该第m个闯入农田指定区域的人员到第n个防盗节点的距离dn,m：

式中，x1n为第n个防盗节点的横坐标，y1n第n个防盗节点的纵坐标；

(3)运用下面的函数计算出第n个防盗节点监测到第m个闯入农田指定区域的人员的雷达信号强度strnm：

式中，str0为在防盗节点使用环境中经过多次测试求平均值得出的，距离为d0时，防盗节点得到的人员的雷达信号强度，w为信号衰弱指数；

(4)解出下述函数的优化问题，便可以得到对比防盗节点监测矩阵cmpxn×1:

s.t.cφn×m×cmpxn×1＝ycond,

式中，cφn×m为对比数据缓存矩阵，对比数据缓存矩阵的元素为strnm，ycond为传回来的数据压缩矩阵,cmpxn×1中的元素为cxn；

(5)因为cmpxn×1中的理想结果是只有1和0，所以采用下面的公式计算cmpxn×1的偏差de：

对cmpxn×1中所有的元素进行排序，找出其中位数cxmid，cmpxn×1中第n个元素的偏差errorn可以通过下式求得：

(6)如果de<tsw，则将(xm，i,ym,i)作为第m个闯入农田指定区域的人员的位置坐标,否则，进入(7)；

(7)将优先正方形平均分为面积相等的四个小正方形ai、bi、ci、di，每个小正方形的边长为l/2ⁱ，然后对于每个小正方形，分别执行(1)到(5)，每个小正方形都操作完毕后，进入(8)；

(8)将de最小的小正方形选为优先正方形，将i的值加上1，将li的值更新为l/2^i-1，然后执行(1)到(6)。

在本优选实施例中，利用处理模块计算能力强的特点，对来自防盗路由的压缩数据包进行处理，算出对比防盗节点监测矩阵，然后再与对比防盗节点监测矩阵的理想结果对比，算出对比防盗节点监测矩阵偏差小于等于误差阈值的闯入农田指定区域的人员的坐标结果，这样就可以确定所述人员的位置，定位速度看，而且可以对多个所述人员同时进行定位，同时，由于防盗路由在一个固定周期内接收到的多个防盗节点的雷达信号强度经过防盗路由的处理后体积被压缩，降低了系统的通信压力，然后处理模块针对性地根据压缩数据包中的数据压缩矩阵进行定位运算从而确定所述智能标签的位置，使得本发明能顺利实现其防盗模块的功能，防盗路由和处理模块的配合实现了本发明数据的压缩传输。

优选地，所述防盗节点采用下述方法进行调度，包括：

将防盗节点的状态分为活动状态、预活动状态、待定状态、预休息状态、休息状态这5种，根据防盗节点当前的状态对防盗节点进行调度：

对处于活动状态或休息状态的防盗节点，则不对防盗节点进行调度，不改变防盗节点的状态；

对处于预休息状态的防盗节点，在等待一个随机时间tw1后，判断防盗节点是否符合识别区域无效程度判断，若符合，则将防盗节点的运行状态更改为休息状态，然后向相邻防盗节点发送状态变更信息；若不符合，则将当前防盗节点的运行状态更改为预活动状态；

对处于预活动状态的防盗节点，在等待一个随机时间tw2后，判断防盗节点是否符合识别区域无效程度判断，若符合，则把状态更改为待定状态；若不符合，则把状态更改为活动状态，同时向相邻防盗节点发送状态更改信息；

对处于待定状态的防盗节点，在等待一个随机时间tw3后，判断防盗节点是否符合识别区域无效程度判断，若符合，则把状态更改为休息状态，然后向相邻防盗节点发送状态变更信息；若不符合，则把状态更改为活动状态，同时向相邻防盗节点发送状态更改信息；

其中，所述预活动状态用于防盗节点的初始化；

其中，所述预休息状态，具体为：处于该状态的防盗节点，只监听网络中的通信请求；

其中，所述休息状态，具体为：处于该状态的防盗节点，只监听唤醒请求，如果防盗节点收到唤醒请求，则进入预活动状态；

其中，所述待定状态为预活动状态向工作状态转变的中间状态，但是当不符合识别区域无效程度判断时，则会从预活动状态转为休息状态；

其中，所述活动状态，具体为：处于该状态的防盗节点，可以监听网络中的通信请求、进行数据的转发、运用传感器进行环境的监测，如果防盗节点在一个超过一个空闲时间段tthxq内没有任何活动,防盗节点则转入预休息状态；

其中，所述相邻防盗节点具体为：

对于任意一个防盗节点n,其相邻防盗节点vicn定义如下：

vicn＝{a∈s|longa,b≤2r,b∈s,a≠b}

式中，r表示防盗节点的监测半径，longa,b表示防盗节点a和防盗节点b之间的距离,1≤a≤n，1≤b≤n，n为防盗节点的总数，s表示所有防盗节点的集合；

其中，所述识别区域无效程度判断具体为：

设定用一个半径为r的圆对所有防盗节点监测范围进行覆盖处理，使得所有防盗节点监测范围都落在圆里面，当防盗节点n使下述不等式成立时，则满足识别区域无效程度判断：

sn×enr≥minwx×sfine

其中，

式中，minwx表示满足识别区域无效程度判断的最小值；sn表示防盗节点n与相邻防盗节点重叠的面积；enr为防盗节点n的能量剩余程度，enr＝enow/emax，enow为防盗节点n的剩余能量，emax为当前剩余能量最多的防盗节点剩余的能量，sfine表示防盗节点n的优选感知区域，r为防盗节点n的监测半径，α表示防盗节点n离覆盖所有防盗节点监测范围的圆的圆心的距离。

在本优选实施例中，采用上述方法对防盗节点调度时，减少了满足监控的需求时所需要的防盗节点的数量，有效地较少了防盗模块的功耗。在现有技术中，对防盗节点的调度往往是直接将防盗节点的监测范围作为一个参数去进行计算，这样会造成处于边沿的防盗节点进入休息状态的时间少而导致监测范围不断缩小，而在本优选实施例中，通过防盗节点的优选识别区域这个概念，使得进入休息状态的防盗节点尽可能均匀地分布，避免互为相邻的多个防盗节点同时进入休息状态。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。