一种用于农业环境监测的硬件系统的制作方法

文档序号:10974797阅读:1004来源:国知局
一种用于农业环境监测的硬件系统的制作方法
【专利摘要】一种用于农业环境监测的硬件系统,涉外科学农业种植技术领域。解决了现有的农业环境监测的硬件网络系统存在传感节点设置不灵活、传器类型设置不合理,使用不方便等问题。技术要点:无线中央节点通过无线传输节点将系统各个传感节点采集的数据传给监控系统服务器,将监控系统服务器的控制指令通过无线传输节点发至相应的控制节点,显示模块显示各个节点状态和参数值,监控系统服务器将各个节点状态和参数值通过无线通信模块发至移动终端设备,并接收移动终端设备的控制指令,将控制指令通过无线传输节点发至相应的控制节点,监控系统服务器与网络数据服务器共享整个系统信息。本实用新型对农作物生长环境进行实时监测和控制,为科学种植提供保障。
【专利说明】
一种用于农业环境监测的硬件系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及用于农业环境监测的硬件系统,涉外科学农业种植技术领域。
【背景技术】
[0002]科学农业种植是现代化农业的重要组成部分,在很大程度上使农业生产摆脱了人为感知、经验种植的传统生产模式,使用科学准确的生产手段获得高效率、高产出的农产品,这是现代农业发展的必然趋势。近年来,农业大棚的数量在不断增长,以黑龙江省为例,2013年全省计划新建标准化水稻育苗大棚11.2万栋,大棚总数发展到79.7万栋,计划新建大中型水稻智能催芽基地70处。农业大棚能够科学准确的形成农作物的最佳生长环境,并且减少农业污染,提高农业生产效率,提高农作物质量和产量。因此,农业大棚内环境参数监测和控制对于农业生产来说是十分重要的。为了加强对环境参数的监测,调节农作物的生长环境,提高农业生产效益,人们开始研制了农业环境检测控制系统。
[0003]国内的农业环境监控系统研究始于20世纪80年代后期,经过几十年的发展,已取得了举世瞩目的成果。但较发达国家相比,仍有较大差距。主要体现在产品技术含量不高、准确性不高、自动化程度不高、使用不方便。这严重制约了农业环境监控系统在我国的推广应用。
[0004]ZigBee无线网络技术具有网络自组织性强、节点位置灵活等优势;RS485工业总线网络技术已十分成熟,固件成本低,抗干扰性强、传输距离远、系统能耗低的优势。结合了ZigBee无线网络技术和RS485工业总线网络技术的农业环境监控系统将在农业生产技术领域具有广阔的应用前景。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型为了解决现有的农业环境监测的硬件网络系统存在传感节点设置不灵活、传器类型设置不合理,使用不方便等问题,进而提供一种有线传感控制网络、无线传输网络相结合的用于农业环境监测的硬件系统。
[0006]本实用新型为解决上述技术问题采取的技术方案是:
[0007]—种用于农业环境监测的硬件系统,所述硬件系统包括多个用于采集农业环境参数值的传感节点、多个控制节点、多个无线传输节点、无线中央传输节点、监控系统服务器、显示器、无线通信模块、移动终端设备、网络数据服务器;
[0008]多个无线传输节点和无线中央传输节点组成星形网状网络,多个传感节点分成N组,多个控制节点分成N组,每组传感节点对应地与多个控制节点中的一组控制节点通过总线连接在一起形成农业环境参数值调节采集组网;每个农业环境参数值调节采集组网与最近的无线传输节点相连;
[0009]无线中央传输节点的数据传输端连接监控系统服务器的数据传输端,监控系统服务器的显示信号输出端与显示器相连,监控系统服务器与无线通信模块相连,无线通信模块与移动终端设备相连,监控系统服务器将各个节点状态和参数值通过无线通信模块发送至移动终端设备,并接收通过无线通信模块传回的移动终端设备发出的控制指令,将控制指令通过无线传输节点发至相应的控制节点,监控系统服务器与网络数据服务器通信,N为大于或等于2的自然数;
[0010]每个传感节点包括PIC24F微处理器、RS48 5收发器、SHTI 5温湿度传感器、BH1750FVI光照传感器、TGS4161 二氧化碳传感器、KE-25氧气传感器、土壤水分传感器HS-102STR和传感器工作状态指示灯;PIC24F微处理器分别与RS485收发器、SHT15温湿度传感器、BH1750FVI光照传感器、TGS4161 二氧化碳传感器、KE-25氧气传感器、土壤水分传感器HS-102STR、传感器工作状态指示灯相连接。
[0011]所述的控制节点包括PIC24F微处理器、RS485收发器、设备状态指示灯、6N137光耦和TheGT J3-10A固态继电器,PIC24F微处理器分别与RS485收发器、设备状态指示灯、6N137光耦相连接,6N137光耦与TheGTJ3-10A固态继电器相连接。
[0012]所述的ZigBee无线传输节点的内部模块连接关系为:PIC24F微处理器分别与RS485收发器、CC2431微处理器变压器相连接、CC2431微处理器与天线相连接。
[0013]所述的ZigBee无线中央传输节点的内部模块连接关系为:PIC24F微处理器分别与RS232收发器、CC2431微处理器相连接、CC2431微处理器与天线相连接,RS232收发器与监控系统服务器相连接。
[0014]所述的无线通信模块可以是蓝牙、WiF1、GSM、CDMA或WCDMA通信模块。
[0015]所述的移动终?而设备为智能手机、平板电脑或PDA移动终?而设备。
[0016]本实用新型的有益效果是:
[0017]本实用新型采用ZigBee网络与RS485工业总线网络相结合,使得本实用新型所诉的方案产品具有自组能力强、稳定性高、成本低、实施安装便捷、维护简单,尤其适合现代化农业大棚使用。本实用新型所诉产品已在批量实施、使用,通过数据对比,本实用新型所诉产品已具有明显的提高农业生产效率,提高农作物质量和产量作用。本实用新型的应用对农作物生长环境进行实时监测和控制,为科学种植提供保障。
[0018]传感节点可以收集空气温湿度、土壤温度、土壤水分含量、氮磷钾含量、pH值、光照、O2浓度以及CO2浓度等信息,然后将这些信息由RS485工业总线网络发至ZigBee无线传输节点,并传送到监控系统服务器供用户决策和参考,系统软件根据预设参数配置及时准确调节相应的终端设备工作状态,例如,排风机、灌溉机、卷帘机、供热设备、氧气及二氧化碳生成设备等,将环境参数调整为最适宜农作物生长的状态,从而缩短农作物生长周期,提升农作物的成活率和单位产量。
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型提供的用于农业环境监测的硬件系统的结构示意图;
[0020]图2为本实用新型的传感节点的硬件结构示意图;
[0021 ]图3为本实用新型的控制节点的硬件结构示意图;
?0022]图4为本实用新型的ZigBee无线传输节点硬件结构示意图;
[0023]图5为本实用新型的ZigBee无线中央传输节点硬件结构示意图;
[0024]图6为本实用新型移动终端控制连接结构示意图;
[0025]图7为利用本实用新型实现农业环境监测时,使用的农作物生长环境参数库的处理流程图。
【具体实施方式】
[0026]【具体实施方式】一:如图1和2所示,本实施方式所述的用于农业环境监测的硬件系统包括多个用于采集农业环境参数值的传感节点1、多个控制节点2、多个无线传输节点3、无线中央传输节点4、监控系统服务器5、显示器6、无线通信模块7、移动终端设备8、网络数据服务器9;
[0027]多个无线传输节点3和无线中央传输节点4组成星形网状网络,多个传感节点I分成N组,多个控制节点2分成N组,每组传感节点I对应地与多个控制节点2中的一组控制节点2通过总线连接在一起形成农业环境参数值调节采集组网;每个农业环境参数值调节采集组网与最近的无线传输节点3相连;
[0028]无线中央传输节点4的数据传输端连接监控系统服务器5的数据传输端,监控系统服务器5的显示信号输出端与显示器6相连,监控系统服务器5与无线通信模块7相连,无线通信模块7与移动终端设备8相连,监控系统服务器5将各个节点状态和参数值通过无线通信模块7发送至移动终端设备8,并接收通过无线通信模块7传回的移动终端设备8发出的控制指令,将控制指令通过无线传输节点3发至相应的控制节点2,监控系统服务器5与网络数据服务器9通信,N为大于或等于2的自然数;
[0029]每个传感节点1包括?1024?微处理器、1^485收发器、3!11'15温湿度传感器、BH1750FVI光照传感器、TGS4161 二氧化碳传感器、KE-25氧气传感器、土壤水分传感器HS-102STR和传感器工作状态指示灯;PIC24F微处理器分别与RS485收发器、SHT15温湿度传感器、BH1750FVI光照传感器、TGS4161 二氧化碳传感器、KE-25氧气传感器、土壤水分传感器HS-102STR、传感器工作状态指示灯相连接。
[0030]如图2所示,传感节点I中,PIC24F微处理器是美国微芯科技公司(MicrochipTechnology Inc)推出的推出休眠电流低、封装小、16位MCU,采用nanoWatt XLP超低功耗技术,在系统程序控制的休眠模式下,功耗低至20ηΑ<^ΗΤ15是瑞士森斯瑞(Sensir1-on)公司推出的超小型、自校准、多功能数字温湿度传感器芯片。湿度测量范围为O?100 % RH,温度测量范围为-40?+123.8°C,结合系统程序算法,湿度测量精度为土 1.0 % RH,温度测量精度±0.2°C C3BHl750FVI光照传感器是有半导体生产商的ROHM株式会社生产,集成度高,外围电路少,功耗低,量程大。
[0031]传感节点用于收集一种或多种环境参数值,是整个系统的农业环境参数数据采集终端,可以自由加入或退出系统网络,控制节点包含多种系统环境参数调节设备,通过控制设备调节一种或多种环境参数,是整个系统环境参数控制终端,可以自由加入或退出系统网络,无线传输节点负责整个系统采集数据和控制指令的无线传输,多个无线传输节点组成了一个网状网络,无线传感节点与最近的无线传输节点相连,多个控制节点与最近的无线传输节点相连,无线中央传输节点按照传输节点最近原则与多个无线传输节点相连,无线中央节点通过无线传输节点将系统各个传感节点采集的数据传给监控系统服务器,将监控系统服务器的控制指令通过无线传输节点发至相应的控制节点,显示模块显示各个节点状态和参数值,监控系统服务器将各个节点状态和参数值通过无线通信模块发至移动终端设备,并接收移动终端设备的控制指令,将控制指令通过无线传输节点发至相应的控制节点,监控系统服务器与网络数据服务器共享整个系统信息。传感节点模块为系统提供环境参数数据,内部采用结构化设计,根据环境参数需要组合其中某一种或多种传感器使用,采集某一种或多种环境参数数据。
[0032]【具体实施方式】二:如图3所示,本实施方式所述的控制节点2包括PIC24F微处理器、RS485收发器、设备状态指示灯、6N137光耦和TheGTJ3-10A固态继电器,PIC24F微处理器分别与RS485收发器、设备状态指示灯、6N137光耦相连接,6N137光耦与TheGTJ3-10A固态继电器相连接。控制节点模块是系统根据环境参数数据分析后控制相应的环境调节设备的中间设备,内部采用结构化设计,根据环境参数需要组合其中某一种或多种环境调节设备。其它组成及连接关系与【具体实施方式】一相同。
[0033]【具体实施方式】三:如图4所示,本实施方式中,ZigBee无线传输节点3的内部模块连接关系为:PIC24F微处理器分别与RS485收发器、CC2431微处理器变压器相连接、CC2431微处理器与天线相连接。ZigBee无线传输节点是连接传感节点、控制节点与ZigBee无线中央传输节点的中间设备。其它组成及连接关系与【具体实施方式】一或二相同。
[0034]如图4所示,ZigBee无线传输节点中,CC2431微处理器德州仪器公司(TI)推出的ZigBee无线微处理器,其内置有一个增强型工业标准的8位8051微控制器内核,继集成了符合IEEE802.15.4标准的2.4GHz的RF无线电收发机,可以搭配简单的外围电路元器件与天线连接,实现数据双向无线传输。
[0035]【具体实施方式】四:如图5所示,本实施方式中,ZigBee无线中央传输节点4的内部模块连接关系为:PIC24F微处理器分别与RS232收发器、CC2431微处理器相连接、CC2431微处理器与天线相连接,RS232收发器与监控系统服务器5相连接。ZigBee无线中央传输节点是连接ZigBee无线传输节点与监控系统服务器的中间设备。其它组成及连接关系与【具体实施方式】一、二或三相同。
[0036]如图5所示,ZigBee无线中央传输节点4的内部模块连接关系为:PIC24F微处理器分别与RS232收发器、CC2431微处理器相连接、CC2431微处理器与天线相连接,RS232收发器与监控系统服务器5相连接。实现传感节点I与监控系统服务器5、控制节点2与监控系统服务器5的数据连接。
[0037]【具体实施方式】五:本实施方式所述的无线通信模块7可以是蓝牙、WiF1、GSMXDMA或WCDMA通信模块。无线通信模块是监控系统服务器与移动终端设备连接的中间设备。
[0038]其它组成及连接关系与【具体实施方式】一、二、三或四相同。
[0039]【具体实施方式】六:如图6所示,本实施方式所述的移动终端设备8可以是智能手机、平板电脑或PDA移动终端设备。其它组成及连接关系与【具体实施方式】一、二、三、四或五相同。移动终端设备可以实现快速查看、处理农业环境监测控制系统信息。
[0040]如图6所示,监控系统服务器5通过无线通信模块7与移动终端设备8相连。其中,无线通信模块可以是蓝牙、WiF1、GSM、CDMA或WCDMA通信模块,移动终端设备可以是智能手机、平板电脑、PDA设备。
[0041]利用本实用新型的硬件系统实现农业环境监测的工作流程如下(参考图7):
[0042](I)传感节点1、无线传输节点3、无线中央传输节点4、监控系统服务器5,构成农作物环境监测链路,传感节点根据需要加装环境参数传感器,通过传感器采集环境参数数据,各个传感节点I通过485工业总线网络与无线传输节点3相连,无线传感节点收集所属RS485工业总线网络内的环境参数数据,将数据通过无线中央传输节点4发送至监控系统服务器5,完成了农作物环境参数数据的采集、整理、传输处理。
[0043 ] (2)控制节点2、无线传输节点3、无线中央传输节点4、监控系统服务器5,构成农作物环境控制链路,控制节点根据需要加装环境调节设备,通过设备调节农作物生长环境参数,各个控制节点2通过485工业总线网络与无线传输节点3相连。监控系统服务器5根据接收到的农作物环境参数数据,解析后对比农作物生长环境参数库种植标准,形成对应于数据采集位置的控制数据信息,将该数据信息通过无线中央传输节点4发送至相应的无线传输节点3,无线传输节点3将信息再转发至相应网络地址的控制节点上2,控制节点根据数据信息控制相应的环境调节设备,达到农作物生产最佳环境条件。
[0044](3)监控系统服务器5、显示模块6,构成系统显示链路,监控系统服务器5根据需要可以将传感节点、控制节点工作状态、采集信息、控制信息发送至显示模块显示。其中显示模块可以是LED大屏、电视机、电脑显示器、投影仪。
[0045](4)监控系统服务器5、无线通信模块7、移动终端设备8,构成系统移动监测控制链路,移动终端设备8通过无线通信模块7与监控系统服务器5相连,获取监控系统服务器5内传感节点、控制节点工作状态、采集信息、控制信息,并将产生的控制信息回传给监控系统服务器5。实现农业环境监测控制系统的移动监测控制。
[0046](5)监控系统服务器5与网络数据服务器9构成了系统网络数据共享链路,实现了监控系统服务器数据的远程响应、备份的功能。
[0047]如图7所示,监控系统服务器5解析接收到的采集数据信息,确定数据信息来源位置,结合农作物生长环境参数库中对应的农作物种类所处生长周期应采用的环境参数条件,发出相应的控制数据信息。
[0048]利用本实用新型的硬件系统实现农业环境监测所使用的软件及所述的农作物生长环境参数库均为现有技术范畴。
【主权项】
1.一种用于农业环境监测的硬件系统,其特征在于:所述硬件系统包括多个用于采集农业环境参数值的传感节点(I)、多个控制节点(2)、多个无线传输节点(3)、无线中央传输节点(4)、监控系统服务器(5)、显示器(6)、无线通信模块(7)、移动终端设备(8)、网络数据服务器(9); 多个无线传输节点(3)和无线中央传输节点(4)组成星形网状网络,多个传感节点(I)分成N组,多个控制节点(2)分成N组,每组传感节点(I)对应地与多个控制节点(2)中的一组控制节点(2)通过总线连接在一起形成农业环境参数值调节采集组网;每个农业环境参数值调节采集组网与最近的无线传输节点(3)相连, 无线中央传输节点(4)的数据传输端连接监控系统服务器(5)的数据传输端,监控系统服务器(5)的显示信号输出端与显示器(6)相连,监控系统服务器(5)与无线通信模块(7)相连,无线通信模块(7)与移动终端设备(8)相连,监控系统服务器(5)将各个节点状态和参数值通过无线通信模块(7)发送至移动终端设备(8),并接收通过无线通信模块(7)传回的移动终端设备(8)发出的控制指令,将控制指令通过无线传输节点(3)发至相应的控制节点(2),监控系统服务器(5)与网络数据服务器(9)通信,N为大于或等于2的自然数; 每个传感节点(I)包括PIC24F微处理器、RS485收发器、SHT15温湿度传感器、BH1750FVI光照传感器、TGS4161 二氧化碳传感器、KE-25氧气传感器、土壤水分传感器HS-102STR和传感器工作状态指示灯;PIC24F微处理器分别与RS485收发器、SHTl5温湿度传感器、BH1750FVI光照传感器、TGS4161 二氧化碳传感器、KE-25氧气传感器、土壤水分传感器HS-102STR、传感器工作状态指示灯相连接; 所述的控制节点(2)包括PIC24F微处理器、RS485收发器、设备状态指示灯、6N137光耦和TheGT J3-10A固态继电器,PIC24F微处理器分别与RS485收发器、设备状态指示灯、6N137光耦相连接,6N137光耦与TheGTJ3-10A固态继电器相连接; 所述无线传输节点(3)为ZigBee无线传输节点,ZigBee无线传输节点的内部模块连接关系为:PIC24F微处理器分别与RS485收发器、CC2431微处理器变压器相连接、CC2431微处理器与天线相连接; 所述的无线中央传输节点(4)为Z i gBee无线中央传输节点,Z i gBee无线中央传输节点的内部模块连接关系为:PIC24F微处理器分别与RS232收发器、CC2431微处理器相连接、CC2431微处理器与天线相连接,RS232收发器与监控系统服务器(5)相连接。2.根据权利要求1所述的一种用于农业环境监测的硬件系统,其特征在于所述的无线通信模块(7)为蓝牙、WiF1、GSM、CDMA或WCDMA通信模块。3.根据权利要求2所述的一种用于农业环境监测的硬件系统,其特征在于所述的移动终?而设备(8)为智能手机、平板电脑或PDA移动终?而设备。
【文档编号】H04W84/18GK205665858SQ201620267797
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】朱勇, 程坤, 张来源, 高铭萱
【申请人】黑龙江大学
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