监控装置和基于监控装置的农作物种植自动化监控系统的制作方法

本申请涉及物联网农业技术领域，特别涉及监控装置和基于监控装置的农作物种植自动化监控系统。

背景技术：

无线传感器技术及网络通信技术的发展推动了农业信息化的发展，以信息网络为中心的精准农业、智慧农业等一系列新的农业生产模式在研究中逐步被提出。通过将传感器遍布到农田、温室大棚等农业种植管理区域，实时采集诸如温度、光照、土壤湿度及ph值等信息，由农业种植管理及时发现问题，根据需要控制相关设备进行调温、调光、浇灌、换气等决策控制操作，实现农作物种植环境的自动化控制，提高农业生产效率和农产品质量。

目前主流的农业物联网系统，依靠传感器与各控制装置的配合可实现农作物的生产过程数据采集和精细控制操作，提高农业无人化管理的效果。然而由于农业物联网系统在农作物种植的应用存在以下限制其普及使用的因素：

（1）采用可更换监控传感器的监控装置，可根据监控区域的环境，定制化安装监控传感器，提高监控装置的适用性。

（2）采用传感器设备与控制主机有线连接方式，布设成本高，且后期涉及传感器位置调整的需求受前期工程的影响大，造成后期维护和系统扩展的难度大。

（3）采用在种植场地本地布置控制主机的方式，农作物种植用户无法在场地外部区域使用系统，系统使用不够便利。

（4）由于传感器设备与控制主机都需要农作物种植用户直接参与使用管理，系统的使用门槛高，设备运行维护的成本也比较高。

技术实现要素：

本申请为了解决上述技术问题，提供了一种监控装置，包括壳体、设置在所述壳体内部的主板、以及至少一件连接在所述壳体上的监控传感器，所述壳体上设置有至少一个监控接口，所述监控传感器通过所述监控接口连接在所述主板上；所述主板包括：

主控模块，包括主控芯片及其外围电路，用于获取并处理所监控区域的环境数据；

接口模块，与所述监控传感器连接，用获取监控传感器传来的模拟信号；

a/d转换模块，连接在所述接口模块和主控模块之间，用于将所述接口模块传来的模拟信号转换为数字信号；

无线射频收发模块，连接在所述主控模块上，用于所述监控装置所监测数据上传到监控服务器；

电源模块，一端与外部电源连接且一端连接在所述主控模块，用于所述监控装置的电源供电。

其中，所述接口模块由三极管、mos管、第一电阻和第二电阻组成，所述三极管的基极通过第一电阻与所述监控传感器连接，集电极连接在所述mos管的栅极上；所述mos管的栅极、源级均连接在所述主控芯片的控制电源输出端上，漏级与所述a/d转换模块连接并向所述a/d转换模块输出模拟信号。

优选地，所述a/d转换模块由运算放大器、第三电阻、第四电阻、第一二极管和第二二极管组成，所述运算放大器的同向输输入端通过第三电阻与所述mos管的漏级连接，所述同向输入端并联有第四电阻、第一二极管、第二二极管；所述第一二极管的另一端与所述外部电源连接，所述第四电阻、第二二极管另一端接地；所述运算放大器的反相输入端连接在所述运算放大器的输出端，所述输出端与所述主控芯片的信号输入端连接。

优选地，所述监控传感器至少包括光照强度传感器、土壤湿度传感器、大气温度传感器、土壤ph值传感器中一种或多种。

优选地，所述监控传感器通过rs232与所述主板连接。

优选地，所述壳体一表面设置有太阳能板且所述太阳能板通过电源模块为所述监控装置供电；或者所述监控装置通过电源模块与连接电源直连进行供电。

优选地，所述无线射频收发模块可通过zigbee通讯技术或lora通讯技术与附近监控网关连接。

优选地，所述监控装置还包括通过监控接口连接有电子开关，且通过所述电子开关控制与电子开关连接的响应设备。

此外，本申请还提出了一种基于监控装置的农作物种植自动化监控系统，包括上述的一种监控装置、监控网关、监控服务器、以及响应设备；

所述监控装置设置在种植有农作物的监控区域，用于采集所述监控区域的环境数据，并将环境数据通过局域网技术发送到监控网关；所述监控网关将接收到的环境数据通过有线或无线通讯方式发送至监控服务器；所述监控服务器对接收到的环境数据进行处理，生成并发送控制指令到监控装置上；所述监控装置通过控制所述响应设备工作，对所述监控区域进行环境调节。

优选地，所述监控服务器对接收到的环境数据进行处理，生成并发送控制指令到监控装置上；包括：

持续获取环境数据，并将一定时间内的同一个传感器所获取的环境数据进行统计，计算平均值，将所述平均值与预设值进行对比；

若平均值在预设值的范围内，则不进行处理；

否则生成控制指令并将控制指令发送至监控装置。

优选地，所述监控装置同时连接多个监控传感器时，所述主控模块依次获取并发送每个监控传感器所监测的环境数据。

优选地，所述监控网关通过2g/3g/4g/wifi与所述监控服务器连接。

优选地，所述响应设备至少包括喷淋设备、光照设备、遮阳帘、通风设备的一种或几种。

优选地，还包括用户端，所述用户端通过有线或无线通讯方式与所述监控服务器连接，用于获取当前所述监控区域的环境数据，并通过监控服务器向所述监控装置发送控制指令。

优选地，所述用户端为手机或平板电脑或监控主机。

与现有技术相比，本申请的监控装置及基于监控装置的农作物种植自动化监控系统，监控装置为配合不同的电路来实现场地设备开关的控制，场地设备通常是由农作物种植用户接入给排水、通风、照明、制冷、加热等装置，操作简单。

本申请的有益效果：

（1）采用监控装置与传感器连接方式，布设成本低，系统拓展性强。

（2）采用移动端交互系统方式，农作物种植用户可以在场地外部区域使用系统，系统使用更加便利。

（3）农作物种植用户不再参与控制主机的使用管理，降低系统的使用门槛，减少设备运行的维护成本。

附图说明

图1为本申请实施例的监控装置结构示意图；

图2为本申请实施例的主板结构示意图；

图3为本申请实施例的接口模块电路示意图；

图4为本申请实施例的a/d转换模块电路示意图；

图5为本申请实施例的监控系统的结构示意图；

图6为本申请实施例的监控装置在监控区域布设示意图；

其中，100-监控装置，200-监控网关，300-监控服务器，400-用户端，500-响应设备，600-监控区域，101-主控模块，102-接口模块，103-a/d转换模块，104-无线射频收发模块，105-电源模块，110-壳体，120-监控接口，130-太阳能板，io1-监控传感器，out1-模拟信号输入端，vcc3.3-控制电源输出端，q1-三极管，q2-mos管，r1-第一电阻，r2-第二电阻，avcc-外部电源，r3-第三电阻，r4-第四电阻，d1-第一二极管，d2-第二二极管，u1-运算放大器，ad1-信号输入端。

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的较佳实施例进行详细阐述，以使本申请的优点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本申请的保护范围作出更为清楚的界定。

在如图1-2所示的实施例中，本申请提出一种监控装置100，包括壳体110、设置在壳体110内部的主板、以及至少一件连接在壳体110上的监控传感器，壳体110上设置有至少一个监控接口120，监控传感器通过监控接口120连接在主板上；

主板包括：主控模块101，包括主控芯片及其外围电路，用于获取并处理所监控区域的环境数据，在本实施例中，主控芯片可以是stm32l071微处理芯片，用于获取并处理所监控区域的环境数据，并将环境数据通过连接在主控芯片的无线射频收发模块104发送到监控服务器300；

接口模块102，与监控传感器连接，用于获取监控传感器传来的模拟信号，在本实施例中，接口模块102是连接在监控传感器与主板的连接电路，接口模块102设置在监控接口120上，用于获取监控传感器传来的模拟信号；

a/d转换模块103，连接在接口模块102和主控模块101之间，用于将接口模块102传来的模拟信号转换为数字信号，a/d转换模块103即a/d转换器，是一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号，用于将接口模块传来的模拟信号转换为数字信号。

无线射频收发模块104，连接在主控模块101上，用于监控装置100所监测数据上传到监控服务器300，设置在主板上且与主控模块101连接的通讯模块，在本实施例中，无线射频收发模块104可以是zigbee或lora硬件模块；

电源模块105，一端与外部电源连接且一端连接在主控模块101，用于监控装置100的电源供电；电源模块105可以是直连外部的电源，或者是与设置在监控装置100的太阳能板130连接，电源模块105内部可设置有升压电路和稳压电路，当电源模块与外部电源连接，通过其升压电路将外部传来的低电压转换成高电压，以支持主板及监控传感器工作；当电源模块105与设置在监控装置100的太阳能板连接，可通过稳压电路将太阳能板上传来的不稳定电压进行稳压，保证主板及监控传感器正常工作。

其中，参见图3，接口模块102由三极管q1、mos管q2、第一电阻r1和第二电阻r2组成，三极管q1的基极通过第一电阻r1与监控传感器io1连接，集电极连接在mos管q2的栅极上；mos管q2的栅极、源级均连接在主控芯片的控制电源输出端vcc3.3上，漏级与a/d转换模块103的模拟信号输入端out1连接并向a/d转换模块103输出模拟信号；接口模块102通过主控芯片的控制模拟信号输入端vcc3.3传来的电平信号，控制接口模块102电源的通断，以使主控模块101控制接口模块102是否获取监控传感器的信号；通过本申请的接口模块可任意连接不同的监控传感器，也可根据监控区域的环境，选择装配不同的监控传感器，以实现最佳的监控效果。

在本实施例中，监控装置100设置在监控区域600中，监控装置100可通过架子架设在监控区域600中，或者是放置在监控区域600预设位置上；其中，监控区域600可以是农田、温室大棚、果蔬园等，监控装置100通过监控传感器传感器获取所监控区域的环境数据，通过主板上的接口模块102获取环境数据的模拟数据，然后将接口模块102的模拟数据发送至a/d转换模块103进行处理，将环境数据的模拟信号转换数字信号，然后通过传入主控模块101中，通过无线射频收发模块104发送至相邻的监控网关200中，环境数据由监控网关200上传到监控服务器300。本申请的监控装置100及基于监控装置100的农作物种植自动化监控系统，监控装置100为配合不同的电路来实现场地设备开关的控制，场地设备通常是由农作物种植用户接入给排水、通风、照明、制冷、加热等装置，操作简单。采用监控装置100与传感器连接方式，布设成本低，系统拓展性强。采用移动端交互系统方式，农作物种植用户可以在场地外部区域使用系统，系统使用更加便利。农作物种植用户不再参与控制主机的使用管理，降低系统的使用门槛，减少设备运行的维护成本。

在一些实施例中，参见图4，a/d转换模块103由运算放大器u1、第三电阻r3、第四电阻r4、第一二极管d1和第二二极管d2组成，运算放大器u1的同向输入端+通过第三电阻r3与mos管q1的漏级连接，同向输入端+并联有第四电阻r4、第一二极管d1、第二二极管d2；第一二极管d1的另一端与外部电源连接，第四电阻r4、第二二极管d2另一端接地；运算放大器u1的反相输入端-连接在运算放大器u1的输出端，输出端与主控芯片的信号输入端ad1连接；在本实施例中，a/d转化模块采用stm32l071微处理芯片内置ad。

在一些实施例中，监控传感器至少包括光照强度传感器、土壤湿度传感器、大气温度传感器、土壤ph值传感器中一种或多种，在本实施例中，监控装置100上的监控接口120及接口模块102电路设置有8件，其中，4个监控接口120分别与光照强度传感器、土壤湿度传感器、大气温度传感器、土壤ph值传感器连接，用于获取所监控区域的光照强度数据、土壤湿度数据、温度数据、土壤ph值；监控传感器通过rs232与主板连接；其中，rs232是pc机的通讯接口之一，由电子工业协会所制定的异步传输标准接口。通常rs232接口以9个引脚或是25个引脚的型态出现，在实施例中，接口模块通过rs232获取监控传感器的模拟信号，光照强度传感器采用智泽贸易公司生产的485光照强度传感器，土壤湿度传感器采用威盟士公司生产的485土壤湿度传感器，大气温度传感器采用仁科测控公司生产的外置宽温温度传感器，土壤ph值传感器采用华控兴业公司生产的土壤ph值传感器，电子开关采用深辉电子公司生产的高压开关芯片。

在一些实施例中，所述壳体110一表面设置有太阳能板130且所述太阳能板130通过电源模块105为所述监控装置100供电；或者所述监控装置100通过电源模块105与连接电源直连进行供电。电源模块105可以是直连外部的电源，或者是与设置在监控装置100的太阳能板130连接，电源模块105内部可设置有升压电路和稳压电路，当电源模块105与外部电源连接，通过其升压电路将外部传来的低电压转换成高电压，以支持主板及监控传感器工作；当电源模块105与设置在监控装置100的太阳能板连接，可通过稳压电路将太阳能板130上传来的不稳定电压进行稳压，保证主板及监控传感器正常工作。

在一些实施例中，无线射频收发模块104可通过zigbee通讯技术或lora通讯技术与附近监控网关200连接；在本实施例中，zigbee通讯技术或lora通讯技术都可以与所连接设备进行短距离数据传输；其中，本实施例中采用zigbee进行数据传输，zigbee是一种低速短距离传输的无线网上协议，底层是采用ieee802.15.4标准规范的媒体访问层与物理层。主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点、支持多种网上拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。在监控装置100、以及与监控装置100相连的监控网关200均设置有zigbee通讯模块电路及天线进行相互通讯。

在本实施例中，监控装置100还包括通过监控接口120连接有电子开关，且通过电子开关控制其他响应设备500；其中，响应设备500包括喷淋设备、光照设备、遮阳帘、通风设备的一种或几种；用于调节监控区域的温湿度、光照等；其中，监控装置100上电子开关为弱电，连接在电子开关上的响应设备500工作电压为强电，通过弱电控制强电通断，更好的保护电路。

在如图5所示的实施例中，本申请还提出了一种基于监控装置100的农作物种植自动化监控系统，包括上述的一种监控装置100、监控网关200、监控服务器300、以及响应设备500；

监控装置100设置在种植有农作物的监控区域，用于采集监控区域的环境数据，并将环境数据通过局域网技术发送到监控网关200；监控网关200将接收到的环境数据通过有线或无线通讯方式发送至监控服务器300；监控服务器300对接收到的环境数据进行处理，生成并发送控制指令到监控装置100上；监控装置100通过控制响应设备500工作，对监控区域进行环境调节。

在本实施例中，监控装置100可根据所监控区域大小进行布设，若监控区域为100平方大小，参见图6左侧图，监控装置100设置在监控区域中部，以获得最大监控范围；若监控区域为400平方大小，参见图6中间图，监控装置100沿监控区域对角线设置，以获得最大监控范围；若监控区域为200平方大小，参见图6右侧图，监控装置100沿监控区域中线区域设置，以获得最大监控范围。本申请的监控装置100及基于监控装置100的农作物种植自动化监控系统，监控装置100为配合不同的电路来实现场地设备开关的控制，场地设备通常是由农作物种植用户接入给排水、通风、照明、制冷、加热等装置，操作简单。采用监控装置100与传感器连接方式，布设成本低，系统拓展性强。采用移动端交互系统方式，农作物种植用户可以在场地外部区域使用系统，系统使用更加便利。农作物种植用户不再参与控制主机的使用管理，降低系统的使用门槛，减少设备运行的维护成本。

在一些实施例中，监控服务器300对接收到的环境数据进行处理，生成并发送控制指令到监控装置100上；包括：

持续获取环境数据，并将一定时间内的同一个传感器所获取的环境数据进行统计，计算平均值，将平均值与预设值进行对比；若平均值在预设值的范围内，则不进行处理；否则生成控制指令并将控制指令发送至监控装置100。

在一些实施例中，监控装置100同时连接多个监控传感器时，主控模块依次获取并发送每个监控传感器所监测的环境数据；在本实施例中，主控模块依次读取监控传感器的环境数据，其中，在每个监控传感器读取的时间为3-6秒，监控模块持续获取数据并通过监控网关200向服务器发送数据。

在一些实施例中，监控网关200通过2g/3g/4g/wifi与监控服务器300连接。

在一些实施例中，响应设备500至少包括喷淋设备、光照设备、遮阳帘、通风设备的一种或几种。

在一些实施例中，还包括用户端，用户端通过有线或无线通讯方式与监控服务器300连接，用于获取当前监控区域的环境数据，并通过监控服务器300向监控装置100发送控制指令；用户端为手机或平板电脑或监控主机。

在一些实施例中，大气温度传感器将大气温度模拟信号通过接口模块发送至监控装置100上的a/d转换模块103上，a/d转换模块103将模拟信号转换为数字信号并发送到主控芯片，主控芯片将数字信号通过无线射频收发模块发送到监控网关200，监控网关200的内置芯片接收到无线射频收发模块发来的数字信号，通过其通讯模块将数字信号发送到监控服务器300，监控服务器300将接收并存储数字信号，监控服务器300内设置有大气温度设置阈值和装置运行时长，监控服务器300将数字信号数值与设置阈值进行比较，当大气温度高于设置阈值，会触发监控服务器300生成控制指令，并将控制指令通过监控网关200发送到监控装置100上，监控装置100的主控模块触发通风开关打开通风降温装置，当大气温度低于设置阈值或控制时长结束后，主控模块101触发通风开关关闭通风降温装置。

在一些实施例中，光照强度传感器将光照强度模拟信号通过接口模块发送至监控装置100上的a/d转换模块103，a/d转换模块103将模拟信号转换为数字信号并发送到主控芯片，主控芯片将数字信号通过无线射频收发模块发送到监控网关200，监控网关200的内置芯片接收到无线射频收发模块发来的数字信号，通过其通讯模块将数字信号发送到监控服务器300，监控服务器300将接收并存储数字信号，监控服务器300内设置有光照强度设置阈值和装置运行时长，监控服务器300将数字信号数值与设置阈值进行比较，当光照强度高于设置阈值，会触发监控服务器300生成控制指令，并将控制指令通过监控网关200发送到监控装置100上，监控装置100的主控模块优先触发电动遮阳帘收合，保证自然采光充足，当光照强度低于设置阈值，打开光照装置，当光照强度低高于设置阈值或装置运行时长结束后，主控模块触发光照开关关闭同时遮阳帘收起。

在一些实施例中，土壤湿度传感器将光照强度模拟信号通过接口模块发送至监控装置100上的a/d转换模块103，a/d转换模块103将模拟信号转换为数字信号并发送到主控芯片，主控芯片将数字信号通过无线射频收发模块104发送到监控网关200，监控网关200的内置芯片接收到无线射频收发模块104发来的数字信号，通过其通讯模块将数字信号发送到监控服务器300，监控服务器300将接收并存储数字信号，监控服务器300内设置有土壤湿度设置阈值和装置运行时长，监控服务器300将数字信号数值与设置阈值进行比较，当土壤湿度低于设置阈值，会触发监控服务器300生成控制指令，并将控制指令通过监控网关200发送到监控装置100上，监控装置100的主控芯片触发喷淋开关打开喷淋装置，当土壤湿度高于设置阈值或控制时长结束后，主控芯片触发喷淋开关关闭喷淋装置，重复上述监控过程直到土壤湿度高于设置阈值土壤湿度调节完成。

上面结合附图对本申请的实施方式作了详细说明，但是本申请并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。