一种基于STM32和NB-IoT的低功耗农业监测系统

一种基于stm32和nb-iot的低功耗农业监测系统
技术领域
1.本发明涉及农业监测技术领域，具体涉及一种基于stm32和nb-iot的低功耗农业监测系统。


背景技术：

2.信息化、精准化是新时期农业发展的新要求，计算机技术的发展为农业方面的智能应用提供了技术保障。在加强农业生产管理及问题决策中，如何精确、实时、高效地获取农作物在种植和生长过程中的各项重要信息是重中之重，而得到农作物生长环境信息的重要方法之一是对农田数据的采集和监测。
3.正因如此，近年来，农业的发展特别是温室农业的发展越来越看重农作物的生长环境信息的采集和监测，及时依据作物的生长状况对其生长环境进行调节，并检测环境发生变化后作物的生长情况的变化，可以进行更加科学的宏观调控。然而，和温室环境不同，普通农田环境通常具有地理位置偏远、面积宽广、通讯设备难以调节等特点。在大多数情况下，农作物生长环境数据信息的获取愈加艰难，再者农田具有比较恶劣的环境，一般的传感器在放入农田后很难有较长的生存周期。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对现有技术中不足与缺陷，提供一种基于stm32和nb-iot的低功耗农业监测系统，以stm32为核心，利用窄带物联网技术组建无线传感网络对农作物生长环境中的温度、湿度、大气压强、光照强度及有害气体指数进行实时采集监测，同时将无线传感网络采集的数据信息通过套接字打包发送到服务器，并在服务器部署网站来显示相应图表并进行阈值远程控制，实现了远距离、低功耗、智能化、多维度、多尺度的农作物信息实时监测系统，用户可以通过网页端智能监测界面的文字、曲线和图片信息多种直观的方式对农作物所处的环境进行监测与调控，该系统能够显著降低维护成本、简化操作难度、提高经济效益。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案是：一种基于stm32和nb-iot的低功耗农业监测系统，它包括以下具体步骤：开始；系统初始化；模块初始化；同时进行环境数据采集、阀值下发监测及阀值监测；结束。
6.进一步的，所述环境数据采集的具体步骤为：环境数据采集；数据处理及编码；上传数据至服务器；网页显示。
7.进一步的，所述阀值下发监测具体步骤为：阀值下发监测；检测是否下发成功；若下发未成功则进行检测；若下发成功则更新阀值。
8.进一步的，所述阀值监测具体步骤为：阀值监测；检测阀值是否超限；若未超限则继续阀值监测；若阀值超限则蜂鸣器报警提醒。
9.进一步的，所述环境数据采集分别使用dht11温湿度传感器、bmp180大气压力传感器、bh1750光照强度传感器、mq2广谱气体传感器。
10.进一步的，通过nb-iot模组进行网络附着，当环境数据采集60次时，主控芯片对需上传的数据进行编码，通讯模组接收到数据上传信号，此时该模组可以创建套接字与服务器进行连接，实现数据上报功能。
11.进一步的，所述阀值监测时间为500ms。
12.本发明的工作原理：通过dht11温湿度传感器、bmp180大气压力传感器、bh1750光照强度传感器及mq2广谱气体传感器进行数据采集，温湿度采集实现原理，采用dht11温湿度传感器稳定性与可靠性都很好，广泛的应用在新兴物联网相关的监测领域，dht11 内部自含温湿度校准系数，在采集温湿度数据的过程中会自动进行校准，所以，测试结果准确度极高，它的测温湿度模块由湿度敏感的电阻式元件和一个ntc型电阻构成，响应很快，dht11 数字温湿度传感器配备单线制串行接口，其特有的单排4针引脚方便与各种类型的单片机相连，整个传感器集成简易，功耗极低，信号传输距离范围 0-20 米内时极为稳定，适合长时间室内外的温湿度监测；大气压监测实现原理，采用bh1750大气压传感器是一款高精度、小体积、超低能耗的压力数字气压传感器，本次设计采用bmp180，该传感器适合智能的高精度测量和数据采集，输出高精度的压力（或高度）和温度测量数据，绝对精度最低可以达到 0.03hpa，并且耗电极低，只有 3μa，同时具有iic总线的接口，便于单片机进行访问；光照强度采集实现原理，采用bmp180光照强度传感器是一种用于两线式串行总线接口的数字型光强度传感器集成电路，这种集成电路可以根据收集的光线强度数据来调整液晶或者键盘背景的的亮度，利用它的高分辨率可以探测较大范围的光强度变化，该传感器测量的光照度范围为0~65535勒克斯，最小误差变动为
±
20%，分辨度为1勒克斯；广谱气体监测实现原理，广谱气体传感器是利用待测气体与半导体表面接触时，产生的电导率等物理性质变化来检测气体的，按照半导体与气体相互作用时产生的变化只限于半导体表面或深入到半导体内部，半导体表面吸附的气体与半导体间发生电子接受，结果使半导体的电导率等物理性质发生变化，但内部化学组成不变；半导体与气体的反应，使半导体内部组成发生变化而使电导率变化，利用敏感材料接触气体时，其阻值变化来检测气体的成分或浓度，根据气体的吸附和反应，使其某些关系特性发生改变，对气体进行直接或间接的检测，窄带物联网通信实现原理，窄带物联网（narrow band internet of things, nb-iot）是万物互联网络的一个重要分支，nb-iot构建于蜂窝网络，只消耗大约180khz的带宽，可直接部署于gsm网络、umts网络或lte网络，以降低部署成本、实现平滑升级，同时nb-iot是iot领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(lpwan)，nb-iot支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接，具有支持海量连接、广覆盖、低功耗、低成本等特点，是实现万物互联的突破性技术，与主控芯片进行可通过串口进行连接并通过at指令进行控制；环境状态提示报警实现原理，发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结，在某些半导体材料的pn结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能，这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称led，当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从led阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关，蜂鸣器由永磁体，线圈，振荡片构成，发声过程为：外部按一定频率提供驱动一个振荡信号（一定占空比的方波，该信号作用于线圈，产生的磁声与永磁体共同作用，使一片金属片（振荡片）发生振
动，从而发出声音。
13.采用上述技术方案后，本发明有益效果为：以stm32为核心，利用窄带物联网技术组建无线传感网络对农作物生长环境中的温度、湿度、大气压强、光照强度及有害气体指数进行实时采集监测，同时将无线传感网络采集的数据信息通过套接字打包发送到服务器，并在服务器部署网站来显示相应图表并进行阈值远程控制，实现了远距离、低功耗、智能化、多维度、多尺度的农作物信息实时监测系统，用户可以通过网页端智能监测界面的文字、曲线和图片信息多种直观的方式对农作物所处的环境进行监测与调控，该系统能够显著降低维护成本、简化操作难度、提高经济效益。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
16.参看图1所示，本具体实施方式采用的技术方案是：它包括以下具体步骤：开始；系统初始化；模块初始化；同时进行环境数据采集、阀值下发监测及阀值监测；结束，所述环境数据采集的具体步骤为：环境数据采集；数据处理及编码；上传数据至服务器；网页显示，所述阀值下发监测具体步骤为：阀值下发监测；检测是否下发成功；若下发未成功则进行检测；若下发成功则更新阀值，所述阀值监测具体步骤为：阀值监测；检测阀值是否超限；若未超限则继续阀值监测；若阀值超限则蜂鸣器报警提醒，所述环境数据采集分别使用dht11温湿度传感器、bmp180大气压力传感器、bh1750光照强度传感器、mq2广谱气体传感器，通过nb-iot模组进行网络附着，当环境数据采集60次时，主控芯片对需上传的数据进行编码，通讯模组接收到数据上传信号，此时该模组可以创建套接字与服务器进行连接，实现数据上报功能，所述阀值监测时间为500ms。
17.本发明的工作原理：通过dht11温湿度传感器、bmp180大气压力传感器、bh1750光照强度传感器及mq2广谱气体传感器进行数据采集，温湿度采集实现原理，采用dht11温湿度传感器稳定性与可靠性都很好，广泛的应用在新兴物联网相关的监测领域，dht11 内部自含温湿度校准系数，在采集温湿度数据的过程中会自动进行校准，所以，测试结果准确度极高，它的测温湿度模块由湿度敏感的电阻式元件和一个ntc型电阻构成，响应很快，dht11 数字温湿度传感器配备单线制串行接口，其特有的单排4针引脚方便与各种类型的单片机相连，整个传感器集成简易，功耗极低，信号传输距离范围 0-20 米内时极为稳定，适合长时间室内外的温湿度监测；大气压监测实现原理，采用bh1750大气压传感器是一款高精度、小体积、超低能耗的压力数字气压传感器，本次设计采用bmp180，该传感器适合智能的高精度测量和数据采集，输出高精度的压力（或高度）和温度测量数据，绝对精度最低可以达到 0.03hpa，并且耗电极低，只有 3μa，同时具有iic总线的接口，便于单片机进行访问；光照强度采集实现原理，采用bmp180光照强度传感器是一种用于两线式串行总线接口的数字型光
强度传感器集成电路，这种集成电路可以根据收集的光线强度数据来调整液晶或者键盘背景的的亮度，利用它的高分辨率可以探测较大范围的光强度变化，该传感器测量的光照度范围为0~65535勒克斯，最小误差变动为
±
20%，分辨度为1勒克斯；广谱气体监测实现原理，广谱气体传感器是利用待测气体与半导体表面接触时，产生的电导率等物理性质变化来检测气体的，按照半导体与气体相互作用时产生的变化只限于半导体表面或深入到半导体内部，半导体表面吸附的气体与半导体间发生电子接受，结果使半导体的电导率等物理性质发生变化，但内部化学组成不变；半导体与气体的反应，使半导体内部组成发生变化而使电导率变化，利用敏感材料接触气体时，其阻值变化来检测气体的成分或浓度，根据气体的吸附和反应，使其某些关系特性发生改变，对气体进行直接或间接的检测，窄带物联网通信实现原理，窄带物联网（narrow band internet of things, nb-iot）是万物互联网络的一个重要分支，nb-iot构建于蜂窝网络，只消耗大约180khz的带宽，可直接部署于gsm网络、umts网络或lte网络，以降低部署成本、实现平滑升级，同时nb-iot是iot领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(lpwan)，nb-iot支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接，具有支持海量连接、广覆盖、低功耗、低成本等特点，是实现万物互联的突破性技术，与主控芯片进行可通过串口进行连接并通过at指令进行控制；环境状态提示报警实现原理，发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结，在某些半导体材料的pn结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能，这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称led，当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从led阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关，蜂鸣器由永磁体，线圈，振荡片构成，发声过程为：外部按一定频率提供驱动一个振荡信号（一定占空比的方波，该信号作用于线圈，产生的磁声与永磁体共同作用，使一片金属片（振荡片）发生振动，从而发出声音。
18.采用上述技术方案后，本发明有益效果为：以stm32为核心，利用窄带物联网技术组建无线传感网络对农作物生长环境中的温度、湿度、大气压强、光照强度及有害气体指数进行实时采集监测，同时将无线传感网络采集的数据信息通过套接字打包发送到服务器，并在服务器部署网站来显示相应图表并进行阈值远程控制，实现了远距离、低功耗、智能化、多维度、多尺度的农作物信息实时监测系统，用户可以通过网页端智能监测界面的文字、曲线和图片信息多种直观的方式对农作物所处的环境进行监测与调控，该系统能够显著降低维护成本、简化操作难度、提高经济效益。
19.以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。