一种多业务农情无线获取节点系统及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种多业务农情无线获取节点系统及其控制方法，所述系统包括控制模块、数字参数采集模块、音频采集模块、图像/视频采集模块、无线通信模块、触摸屏模块以及显示屏模块，所述数字参数采集模块、音频采集模块、图像/视频采集模块、无线通信模块、触摸屏模块和显示屏模块分别与控制模块连接；所述方法针对精细农业领域的基础数据获取需要，通过采集模块进行周期性/实时性的多业务农情信息采集，实现本地化数据存储，通过无线通信模块进行数据传输。本发明为精细农业领域多业务农情信息的采集和传输提供一种快速性和一体化的实施工具。
【专利说明】
一种多业务农情无线获取节点系统及其控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种无线获取节点结构及其控制方法，尤其是一种多业务农情无线获取节点系统及其控制方法，属于无线传感器技术领域。
【背景技术】
[0002]多业务农情为精细农业生产提供数据基础和决策支持，无线传感器网络为农情获取提供快速性和规模化的实施手段。利用传感器技术获取数字参数、音频、图像及视频等数据形式的多业务农情，然后通过无线通信技术进行多业务农情数据传输。市场上现有的多业务农情采集传感器一般功能单一，特别是音频、图像和视频等数据采集设备一般由CCD相机或CMOS摄像头组成，但是这些设备通常需要人工手持到农田采集数据，费时费力，不能实现无人值守工作方式，无法远距离操控，也无法将采集数据进行远距离传输;同时这些设备结构复杂，价格昂贵，很难在精细农业领域进行大规模应用。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种多业务农情无线获取节点系统，该系统能够远距离操作与控制、自动采集和远程传输多业务农情数据，而且成本低。
[0004]本发明的另一目的在于提供一种基于上述多业务农情无线获取节点系统的控制方法。
[0005]本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到:
[0006]—种多业务农情无线获取节点系统，包括控制模块、数字参数采集模块、音频采集模块、图像/视频采集模块、无线通信模块、触摸屏模块以及显示屏模块，所述数字参数采集模块、音频采集模块、图像/视频采集模块、无线通信模块、触摸屏模块和显示屏模块分别与控制模块连接；
[0007]所述控制模块，用于系统核心控制和任务处理；
[0008]所述数字参数采集模块提供ADC接口，通过ADC接口外接传感器，用于将传感器的模拟信号转换为数字信号输出；
[0009]所述音频采集模块提供麦克风接口，用于录制和输出音频信号；
[0010]所述图像/视频采集模块采用MIPI摄像头，用于输出图像/视频信号；
[0011]所述无线通信模块提供无线通信接口，用于命令和数据的无线接收和发送；
[0012]所述触摸屏模块提供CTP触摸屏接口，用于图形界面控制；
[0013]所述显示屏模块提供IXD显示屏接口，用于实时显示视频。
[0014]优选的，所述系统还包括电源模块和USB模块，所述电源模块和USB模块分别与控制模块连接；
[0015]所述电源模块提供DC/DC电源接口，用于直流供电；
[0016]所述USB模块提供USB接口，用于与USB设备通信以及为USB设备供电。
[0017]优选的，所述系统还包括存储模块、移动通讯模块和键盘输入模块，所述存储模块、移动通讯模块和键盘输入模块分别与控制模块连接；
[0018]所述存储模块提供TF卡接口，用于本地扩展存储数据；
[0019]所述移动通讯模块提供S頂卡接口，用于实现基于2G/3G移动通信系统的数据传输及用户身份信息识别；
[0020]所述键盘输入模块提供键盘接口，用于进行命令/数据输入操作。
[0021 ]优选的，所述控制模块由主控芯片、eMCP存储器件及外围电路组成。
[0022]优选的，所述主控芯片为板载SC7731芯片，所述eMCP存储器件包括内存储器SDRAM和外存储器Flash。
[0023]优选的，所述无线通信接口包括WiFi接口、蓝牙接口、GPS接口、ZigBee接口和2G/3G接口，所述WiFi接口和蓝牙接口与2.4GHz天线连接，所述GPS接口与GPS天线连接，所述2G/3G接口与2G/3G天线连接。
[0024]本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到:
[0025]—种上述多业务农情无线获取节点系统的控制方法，所述方法包括:
[0026]S1、无线通信模块接收控制命令，或从触摸屏模块接收控制命令；
[0027]S2、控制模块解析控制命令，并获取控制命令相关配置参数；
[0028]S3、控制模块根据控制命令，判断是否需要采集数字参数/音频/图像/视频;若是，则执行步骤S4，若否，则执行相关参数配置；
[0029]S4、选择数字参数/音频/图像/视频采集模式；
[0030]S5、采集数字参数/音频/图像/视频;其中，采集数字参数通过数字参数采集模块完成，采集音频通过音频采集模块完成，采集图像/视频通过图像/视频采集模块完成；
[0031 ] S6、设置存储模式，存储数字参数/音频/图像/视频，或通过无线通信模块即时传输数字参数/音频/图像/视频；
[0032]S7、完成米集任务。
[0033]优选的，步骤S5中，所述图像/视频的采集过程具体包括:
[0034]S5-1、打开 MIPI 摄像头；
[0035]S5-2、设置采集模式；
[0036]S5-3、初始化摄像头；
[0037]S5-4、开始显示图像/视频；
[0038]S5-5、从摄像头中读取一帧数据放入缓冲区；
[0039]S5-6、对缓冲区中的数据进行去噪声等预处理；
[0040]S5-7、对去噪后的图像进行压缩；
[0041 ] S5-8、保存图像/视频；
[0042]S5-9、判断当前的采集任务是否完成，若是，则转入SlO执行，否则转入S5执行；
[0043]S5-10、结束图像/视频显示；
[0044]S5-11、关闭 MIPI 摄像头。
[0045]优选的，步骤S6中，所述数字参数/音频/图像/视频的传输具体包括:
[0046]S6-1、向服务器发送连接请求；
[0047]S6-2、判断是否连接成功，若否，执行S6-1;若是，则执行S6-3;
[0048]S6-3、读取数字参数/音频/图像/视频数据到内存；
[0049]S6-4、数据分块；
[0050]S6-5、发送分块数据；
[0051 ] S6-6、判断是否发送完毕，若否，执行S6-5;若是，则执行S6-7;
[0052]S6-7、断开与服务器的连接。
[0053]优选的，步骤S4中，所述采集模式包括:
[0054]I)实时性采集:针对数字参数、音频、图像和视频；
[0055]2)周期性采集:针对数字参数和图像；
[0056]步骤S6中，所述存储模式包括:
[0057]I)实时性本地存储:采集数据实时性地写入控制模块的eMCP存储器件中；
[0058]2)周期性异地转储:采集数据周期性地写入本地扩展存储TF卡作为转储。
[0059]本发明相对于现有技术具有如下的有益效果:
[0060]1、本发明针对精细农业领域的基础数据获取需要，通过各种采集模块进行周期性/实时性的多业务农情信息(数字参数、音频、图像及视频)采集，实现本地化数据存储，通过无线通信模块进行数据传输，即本发明采用无线的工作方式，能够远程采集并传输数据，避免了人工手持设备到田间作业，省时省力。
[0061]2、本发明采用的无线通信模块提供了多种接口，以便进行命令/数据的无线传输，其中通过WiFi接口、蓝牙接口、GPS接口、ZigBee接口可以实现近距离命令/数据的无线接收和发送，通过2G/3G接口可以实现远距离命令/数据的无线接收和发送，并且通过触摸屏模块可以实现图形界面控制，操作简单方便。
[0062]3、本发明多业务农情无线获取节点系统作为无线传感器节点，可以形成自组织网络，从而形成对农作物及农田环境更大范围的监测覆盖，其结构简单，成本低廉，适合在精细农业领域大规模部署应用。
【附图说明】
[0063]图1为本发明实施例1的多业务农情无线获取节点系统框图。
[0064]图2为本发明实施例1的多业务农情无线获取节点系统底板结构的正面示意图。
[0065]图3为本发明实施例1的多业务农情无线获取节点系统底板结构的背面示意图。
[0066]图4为本发明实施例1的多业务农情无线获取节点系统中无线通信模块的近距离通?目原理图。
[0067]图5为本发明实施例1的多业务农情无线获取节点系统中无线通信模块的原理图。
【具体实施方式】
[0068]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0069]实施例1:
[0070]如图1?图3所示，本实施例的多业务农情无线获取节点系统包括控制模块、数字参数采集模块、音频采集模块、图像/视频采集模块、无线通信模块、触摸屏模块、显示屏模块、电源模块、USB模块、存储模块、移动通讯模块和键盘输入模块，所述数字参数采集模块、音频采集模块、图像/视频采集模块、无线通信模块、触摸屏模块、显示屏模块、电源模块、USB模块、存储模块、移动通讯模块和键盘输入模块分别与控制模块连接。
[0071]本实施例的多业务农情无线获取节点系统中，各个模块的主要功能如下:
[0072]所述控制模块是整个系统的核心，由主控芯片、eMCP(结合eMMC和MCP封装而成的智慧型手机记忆体标准)存储器件及外围电路组成，用于系统核心控制和任务处理;其中，主控芯片为板载SC7731芯片，所述eMCP存储器件包括内存储器SDRAM和外存储器Flash。
[0073]所述数字参数采集模块提供ADC接口，用于将传感器的模拟信号转换为数字信号输出，通过ADC接口外接传感器(如湿度传感器、湿度传感器等，以便采集温湿度等环境参数)，可以实时性/周期性地采集环境参数如温湿度等，并进行本地存储或即时传输。
[0074]所述音频采集模块提供麦克风接口，用于录制和输出音频信号(即采集环境声音信号)，通过麦克风接口进行实时性/周期性的音频数据采集，并进行本地存储或即时传输。
[0075]所述图像/视频采集模块采用MIPI摄像头，用于输出H.264/MP4格式的视频信号及BMP/JPEG/PNG格式的图像信号，通过MIPI摄像头进行实时性/周期性的视频数据采集，并周期性地截取图像进行本地存储或即时传输。
[0076]所述无线通信模块提供无线通信接口，用于命令和数据的无线接收和发送;其中，所述无线通信接口包括WiFi接口、蓝牙(Bluetooth)接口、GPS接口、ZigBee接口和2G/3G接口，所述WiFi接口和蓝牙接口与2.4GHz天线连接，所述GPS接口与GPS天线连接，所述2G/3G接口与2G/3G天线连接，所述WiFi接口、蓝牙接口、GPS接口、ZigBee接口实现近距离命令/数据的无线接收和发送，实现原理如图4所示;所述2G/3G接口实现远距离命令/数据的无线接收和发送;整个无线通信模块的原理如图5所示，可以与无线路由器之间形成自组织的无线传感器网络，通过无线网络协议与服务器端进行通信，从而实现大范围的多业务农情信息采集，有利于在农田进行大规模部署应用。
[0077]所述触摸屏模块提供CTP触摸屏接口，用于图形界面控制，通过提供CTP触摸屏接口，实现对节点系统的图形界面操作控制。
[0078]所述显示屏模块提供LCD显示屏接口，用于实时显示视频，通过提供LCD显示屏接口，实现视频的实时显示。
[0079]所述电源模块提供DC/DC电源接口，用于直流供电，提供板载各模块额定电压的电源。
[0080]所述USB模块提供USB接口，用于与USB设备通信以及为USB设备供电。
[0081 ]所述存储模块提供TF(Trans_flash)卡接口，用于本地扩展存储数据，通过提供TF卡接口，可以最大支持128GB存储量的本地扩展存储。
[0082]所述移动通讯模块提供SIM(SubscriberIdentificat1n Module)卡接口，用于实现基于2G/3G移动通信系统的数据传输及用户身份信息识别；
[0083]所述键盘输入模块提供键盘接口，用于进行命令/数据输入操作。
[0084]本实施例的多业务农情无线获取节点系统的工作原理如下:
[0085]无线通信模块接收到控制命令后，由控制模块对控制命令进行解析，或控制模块直接从触摸屏模块接收控制命令，对控制命令进行解析，若是普通的配置信息，则立即在本地完成;若是采集任务命令，则进一步获取采集配置参数等。获取数字参数采集命令后，转换成相应的控制命令，通过ADC接口采集数字参数数据。获取音频采集命令后，调用相应驱动程序开启麦克风，进行音频数据采集。获取图像/视频采集命令后，调用相应驱动程序对MIPI摄像头进行配置，实时采集图像/视频数据。控制模块还可以处理图像/视频并发送至无线通信模块进行远程传输。
[0086]综上所述，本实施例提到的多业务农情采集节点系统，成本低，获取的数字参数、音频、图像及视频数据可以满足精细农业应用要求;本实施例的触摸屏模块用于节点系统的图形界面控制，操作简单方便;本实施例获取的数字参数、音频、图像及视频数据缓存在控制模块的eMCP存储器件中，控制模块对数据进行去噪、压缩等预处理，将处理后的数据存储在eMCP存储器件中，或存储在TF卡中，再将处理后的数据进行分块处理，最后交由无线通信模块发送到服务器端。
[0087]实施例2:
[0088]本实施例提供了一种上述实施例1的多业务农情无线获取节点系统的控制方法，该方法包括以下步骤:
[0089]S1、无线通信模块接收控制命令，或从触摸屏模块接收控制命令；
[0090]S2、控制模块解析控制命令，并获取控制命令相关配置参数；
[0091]S3、控制模块根据控制命令，判断是否需要采集数字参数/音频/图像/视频;若是，则执行步骤S4，若否，则执行相关参数配置；
[0092]S4、选择数字参数/音频/图像/视频采集模式;其中，所述采集模式包括:I)实时性采集:针对数字参数、音频、图像和视频;2)周期性采集:针对数字参数和图像；
[0093]S5、采集数字参数/音频/图像/视频;其中，采集数字参数通过数字参数采集模块完成，采集音频通过音频采集模块完成，采集图像/视频通过图像/视频采集模块完成；
[0094]S6、设置存储模式，存储数字参数/音频/图像/视频，或通过无线通信模块即时传输数字参数/音频/图像/视频;其中，存储模式包括:I)实时性本地存储:采集数据实时性地写入控制模块的eMCP存储器件中；2)周期性异地转储:采集数据周期性地写入本地扩展存储TF卡作为转储；
[0095]S7、完成采集任务。
[0096]上述步骤S5中，所述图像/视频的采集过程具体包括:
[0097]S5-1、打开 MIPI 摄像头；
[0098]S5-2、设置采集模式；
[0099]S5-3、初始化摄像头；
[0100]S5-4、开始显示图像/视频；
[0101]S5-5、从摄像头中读取一帧数据放入缓冲区；
[0102]S5-6、对缓冲区中的数据进行去噪声等预处理；
[0103]S5-7、对去噪后的图像进行压缩；
[0104]S5-8、保存图像/视频；
[0105]S5-9、判断当前的采集任务是否完成，若是，则转入SlO执行，否则转入S5执行；
[0106]S5-10、结束图像/视频显示；
[0107]S5-11、关闭 MIPI 摄像头；
[0108]上述步骤S6中，所述数字参数/音频/图像/视频的传输具体包括:
[0?09] S6-1、向服务器发送连接请求；
[0110]S6-2、判断是否连接成功，若否，执行S6-1;若是，则执行S6-3;
[0111]S6-3、读取数字参数/音频/图像/视频数据到内存；
[0112]S6-4、数据分块；
[0113]S6-5、发送分块数据；
[0114]S6-6、判断是否发送完毕，若否，执行S6-5;若是，则执行S6-7;
[0115]S6-7、断开与服务器的连接。
[0116]综上所述，本发明针对精细农业领域的基础数据获取需要，通过各种采集模块进行周期性/实时性的多业务农情信息(数字参数、音频、图像及视频)采集，实现本地化数据存储，通过无线通信模块进行数据传输，即本发明采用无线的工作方式，能够远程采集并传输数据，避免了人工手持设备到田间作业，省时省力。
[0117]以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。
【主权项】
1.一种多业务农情无线获取节点系统，其特征在于:包括控制模块、数字参数采集模块、音频采集模块、图像/视频采集模块、无线通信模块、触摸屏模块以及显示屏模块，所述数字参数采集模块、音频采集模块、图像/视频采集模块、无线通信模块、触摸屏模块和显示屏模块分别与控制模块连接； 所述控制模块，用于系统核心控制和任务处理； 所述数字参数采集模块提供ADC接口，通过ADC接口外接传感器，用于将传感器的模拟信号转换为数字信号输出； 所述音频采集模块提供麦克风接口，用于录制和输出音频信号； 所述图像/视频采集模块采用MIPI摄像头，用于输出图像/视频信号； 所述无线通信模块提供无线通信接口，用于命令和数据的无线接收和发送； 所述触摸屏模块提供CTP触摸屏接口，用于图形界面控制； 所述显示屏模块提供IXD显示屏接口，用于实时显示视频。2.根据权利要求1所述的一种多业务农情无线获取节点系统，其特征在于:所述系统还包括电源模块和USB模块，所述电源模块和USB模块分别与控制模块连接； 所述电源模块提供DC/DC电源接口，用于直流供电； 所述USB模块提供USB接口，用于与USB设备通信以及为USB设备供电。3.根据权利要求1所述的一种多业务农情无线获取节点系统，其特征在于:所述系统还包括存储模块、移动通讯模块和键盘输入模块，所述存储模块、移动通讯模块和键盘输入模块分别与控制模块连接； 所述存储模块提供TF卡接口，用于本地扩展存储数据； 所述移动通讯模块提供S頂卡接口，用于实现基于2G/3G移动通信系统的数据传输及用户身份信息识别； 所述键盘输入模块提供键盘接口，用于进行命令/数据输入操作。4.根据权利要求1-3任一项所述的一种多业务农情无线获取节点系统，其特征在于:所述控制模块由主控芯片、eMCP存储器件及外围电路组成。5.根据权利要求4所述的一种多业务农情无线获取节点系统，其特征在于:所述主控芯片为板载SC7731芯片，所述eMCP存储器件包括内存储器SDRAM和外存储器Flash。6.根据权利要求1-3任一项所述的一种多业务农情无线获取节点系统，其特征在于:所述无线通信接口包括WiFi接口、蓝牙接口、GPS接口、ZigBee接口和2G/3G接口，所述WiFi接口和蓝牙接口与2.4GHz天线连接，所述GPS接口与GPS天线连接，所述2G/3G接口与2G/3G天线连接。7.—种权利要求1所述多业务农情无线获取节点系统的控制方法，其特征在于:所述方法包括: 51、无线通信模块接收控制命令，或从触摸屏模块接收控制命令； 52、控制模块解析控制命令，并获取控制命令相关配置参数； 53、控制模块根据控制命令，判断是否需要采集数字参数/音频/图像/视频;若是，则执行步骤S4，若否，则执行相关参数配置； 54、选择数字参数/音频/图像/视频采集模式； 55、采集数字参数/音频/图像/视频;其中，采集数字参数通过数字参数采集模块完成，采集音频通过音频采集模块完成，采集图像/视频通过图像/视频采集模块完成； 56、设置存储模式，存储数字参数/音频/图像/视频，或通过无线通信模块即时传输数字参数/音频/图像/视频； 57、完成米集任务。8.根据权利要求7所述的一种多业务农情无线获取节点系统的控制方法，其特征在于:步骤S5中，所述图像/视频的采集过程具体包括: S5-1、打开MIPI摄像头； S5-2、设置采集模式； S5-3、初始化摄像头； S5-4、开始显示图像/视频； S5-5、从摄像头中读取一帧数据放入缓冲区； S5-6、对缓冲区中的数据进行去噪声等预处理； S5-7、对去噪后的图像进行压缩； S5-8、保存图像/视频； S5-9、判断当前的采集任务是否完成，若是，则转入SlO执行，否则转入S5执行； S5-10、结束图像/视频显示； 55-11、关闭MIPI摄像头。9.根据权利要求7所述的一种多业务农情无线获取节点系统的控制方法，其特征在于:步骤S6中，所述数字参数/音频/图像/视频的传输具体包括: 56-1、向服务器发送连接请求； S6-2、判断是否连接成功，若否，执行S6-1;若是，则执行S6-3; S6-3、读取数字参数/音频/图像/视频数据到内存； S6-4、数据分块； S6-5、发送分块数据； S6-6、判断是否发送完毕，若否，执行S6-5;若是，则执行S6-7; S6-7、断开与服务器的连接。10.根据权利要求7-9任一项所述的一种多业务农情无线获取节点系统的控制方法，其特征在于: 步骤S4中，所述采集模式包括: 1)实时性采集:针对数字参数、音频、图像和视频； 2)周期性采集:针对数字参数和图像； 步骤S6中，所述存储模式包括: 1)实时性本地存储:采集数据实时性地写入控制模块的eMCP存储器件中； 2)周期性异地转储:采集数据周期性地写入本地扩展存储TF卡作为转储。
【文档编号】H04N7/18GK106023564SQ201610585866
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月22日
【发明人】肖克辉, 冯健昭, 殷建军
【申请人】华南农业大学