基于智能硬件和公共物联网云平台的农业信息采集系统的制作方法

本发明属于农业种植管理系统，具体涉及一种基于智能硬件和公共物联网云平台的农业信息采集系统。

背景技术：

农业生产环境有着作物品种多样、分布范围广、远离城市、交通不便利等特点，因此在绝大多数的情况下，农业实验监测现场经常处于无人值守的状态，导致信息获取非常困难，不能将信息量精准地进行收集，使农业用户不能精确了解农作物的生长环境，无法及时采取相应的措施来调整农作物的生长环境，从而也就无法确保农作物的正常生长。

目前，农业信息采集处理包括对农作物的气候，成长环境和产量诸多方面进行的信息采集和处理，而现代化的农作物培植在温室内，这样有助于控制培育良好的农作物生长的环境，提高产量，而农作物气候是指距农作物种植地面几米内的空间气候，农作物气候包括太阳辐射、大气温度、大气湿度、风速等诸多要素，农作物气候随时间、地点、空间发生变化，对农作物的生长、发育与产量产生的影响巨大，而对于采集与处理农作物气候的信息，是对农业生态环境进行模拟、调节和控制的最佳方式，现有的农田气候信息采集处理系统是由计算机控制设备进行控制的综合系统，其主要是按设定的要求对多项要素自动进行采集、处理、存储和编制报表的农业物进行实时的采集处理，然而现有的这些信息采集和处理的系统，其采集方式单一，数据不能有效传输，而且使用的接收设备存在局限，数据传输不精确，所以有待改进。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于智能硬件和公共物联网云平台的农业信息采集系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于智能硬件和公共物联网云平台的农业信息采集系统，系统由硬件部分和软件部分组成；硬件部分以开源硬件平台mbed-LPC1768开发板为核心，分别连接有传感器外设系统，ENC28I60网络模块和PC机；传感器外设系统包括有光照度传感器、土壤湿度传感器和温度传感器；ENC28I60网络模块经由YEELINK云平台连接于手机；软件部分采用上位机和公共物联网云平台相结合的方式，传感器采集上来的数据保存在云平台或上位机中并进行显示；上位机显示采用Lab-VIEW编写，通过串口接收数据。

本发明还具有以下附加技术特征：

进一步优化的，Mbed-LPC1768开发板的尺寸为2inch×1inch，共设有40个引脚，包括有LPC1768芯片，芯片包含ARMCortexM3内核；Mbed-LPC1768开发板共有5种串行接口类型：I²C、SPI、CAN、USB和以太网；Mbed-LPC1768开发板的5-30管脚都具有配置普通数字IO口使用的功能；Mbed-LPC1768开发板与外部的互联通过传统双列式引脚布局实现；Mbed-LPC1768开发板的工作频率可达100MHz，包含512KB的Flash-ROM、64KB的RAM、以太网MAC、USB接口、8通道DMA控制器、4个UART、2条CAN、SPI、3个I²C、8通道的12位ADC、10位DAC、独立电池供电的RTC。

进一步优化的，光照传感器模块采用B-LUX-V30B环境光传感器，内部设有光电二极管和ADC的环境光传感器；光电二极管将光强转换为电流，通过低功耗电路处理为数字比特流；光照传感器模块提供I²C数字输出，电压范围2.7V-6V，满负荷工作电流0.7mA，测量范围0-200000流明；光照传感器模块还具有红外及紫外线屏蔽功能。

进一步优化的，环境光传感器的1号引脚VCC连接于电压正极，2号引脚SCL连接于I²C时钟线、并经由电阻R1连接于电压正极，3号引脚SDA连接于I²C数据线、并经由电阻R2连接于电压正极，4号引脚GND接地，5号引脚EN连接于电压正极；R1和R2的电阻为10KΩ。

进一步优化的，土壤湿度传感器模块采用测量土壤水分的传感器TR-100制成，以高速缓存器为核心；高速缓存器双向连接于8位CRC发生器、高温触发器TH、低温触发器TL、配置寄存器、存储可控制逻辑器；高速缓存器单向连接于温度传感器，温度传感器将所检测的温度信息发送至高速缓存器；存储可控制逻辑器双向连接64位ROM和一线端口。

进一步优化的，温度传感器模块是采用DS18B20制成的单总线传感器，温度传感器模块的1号引脚GND接地，2号引脚I/O连接于输入端和输出端、并经由R3连接于电压正极，3号引脚VCC连接于电压正极；R3的电阻为4.7KΩ。

进一步优化的，空气温湿度模块采用RHT03-A制成，空气温湿度模块的1号引脚VDD为电源端、连接于电压正极，2号引脚VSS为公共连接端、接地，3号引脚NC、5号引脚NC和6号引脚NC均为空焊，4号引脚DATA连接于输入端和输出端。

本发明和现有技术相比，其优点在于：

为了实现农业生产环境信息化的智能化和精准化采集，设计了基于智能硬件和公共物联网云平台的精准农业环境信息采集系统。该系统以Mbed-LPC1768为控制器，结合各种农业环境传感器，利用无线传输技术上传至云平台服务器，实现数据的在线存储和监测。具有操作简单、价格低廉、扩展方便的优点，有较强的推广应用前景。

本研究采用开源硬件控制板Mbed-LPC1768作为控制中心，结合Zigbee无线采集模块 XBEE，加上光照度、温湿度、土壤水分等传感器，实现对农业环境信息的采集、无线传输、存储及分析等功能。最后利用公共物联网云平台Yeel-ink实现在线显示，可以用手机实时的监控农田环境的各种参数信息。上位机显示界面采用LabView编写，能方便快速清晰的显示接收到对数据。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为系统硬件结构图；

图2为ARM-mbed开发板；

图3为DS18B20结构图；

图4为光强度检测模块B-LUX-V30B连接示意图；

图5为DS18B20传感器与MCU连接图；

图6为空气温湿度传感器模块与终端设备的连接图；

图7为上位机显示界面；

图8为Yeel-ink服务器中的光照度传感器曲线图；

图9为Yeel-ink服务器中的温度传感器曲线图；

图10为Yeel-ink服务器中的湿度传感器曲线图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，基于智能硬件和公共物联网云平台的农业信息采集系统，系统由硬件部分 和软件部分组成。硬件部分以开源硬件平台mbed-LPC1768开发板为核心，分别连接有传感器外设系统，ENC28I60网络模块和PC机；传感器外设系统包括有光照度传感器、土壤湿度传感器和温度传感器；ENC28I60网络模块经由YEELINK云平台连接于手机。软件部分采用上位机和公共物联网云平台相结合的方式，传感器采集上来的数据保存在云平台或上位机中并进行显示；上位机显示采用Lab-VIEW编写，通过串口接收数据。软件部分设计为mbed开发环境，mbed是一种面向ARM处理器的智能硬件开发平台，包括三部分内容：免费的软件库(SDK)，硬件参考设计(HDK)和在线工具(Web)。具体的优点有：用户只需和硬件抽象层打交道；无需购买其它硬件就可以进行软件开发工作；用户只要能上网就可以在mbed提供的基于浏览器的开发环境中进行代码编写、程序编译等开发工作，非常方便。

本系统采用ARM公司开发开源硬件平台Mbed-LPC1768，该平台是结合物联网开发和应用的需要而开发的高性能物联网开发节点，非常适合农业物联网的使用，其与众不同的地方在于其，使用其开发系统时候，不需要安装软件，也无需额外下载程序的硬件，所有软件工具全在网上，只要能够访问互联网，就可以进行开发，另外其还配备了API，允许快速而可靠的定制程序，大大节省了开发时间。

如图2所示，Mbed-LPC1768开发板的尺寸为2inch×1inch，共设有40个引脚，包括有LPC1768芯片，芯片包含ARMCortexM3内核；Mbed-LPC1768开发板共有5种串行接口类型：I²C、SPI、CAN、USB和以太网；Mbed-LPC1768开发板的5-30管脚都具有配置普通数字IO口使用的功能；其PCB密度很高，Mbed-LPC1768开发板与外部的互联通过传统双列式引脚布局实现。ARMLPC1768单片机是NXP公司推出的基于ARMCortex-M3内核的微控制器，主要应用于要求高度集成和低功耗的嵌入式应用。具有哈佛结构和3级流水线，工作频率可达100MHz，包含512KB的Flash-ROM、64KB的RAM、以太网MAC、USB接口、8通道DMA控制器、4个UART、2条CAN、SPI、3个I²C、8通道的12位ADC、10位DAC、独立电池供电超低功耗的RTC。功能非常实用。

如图3所示，光照传感器模块采用B-LUX-V30B环境光传感器，集成了光电二极管和ADC的环境光传感器，内部光电二极管将光强转换为电流，然后通过低功耗电路处理为数字比特流。提供I²C数字输出，测量范围0-200000流明。集成了红外及紫外线屏蔽。电压范围2.7V-6V，满负荷工作电流0.7mA。环境光传感器的1号引脚VCC连接于电压正极，2号引脚SCL连接于I²C时钟线、并经由电阻R1连接于电压正极，3号引脚SDA连接于I²C数据线、并经由电阻R2连接于电压正极，4号引脚GND接地，5号引脚EN连接于电压正极；R1和R2的电阻为10KΩ。

如图4所示，土壤湿度传感器模块采用测量土壤水分的传感器TR-100制成，以高速缓 存器为核心；高速缓存器双向连接于8位CRC发生器、高温触发器TH、低温触发器TL、配置寄存器、存储可控制逻辑器；高速缓存器单向连接于温度传感器，温度传感器将所检测的温度信息发送至高速缓存器；存储可控制逻辑器双向连接64位ROM和一线端口。土壤湿度传感器模块采用高精度、高灵敏度的测量土壤水分的传感器TR-100，该传感器采用流行的土壤水分测量方法，与土壤本身的机理无关，可测量土壤相对含水率，直接稳定地反应各种土壤的真实水分含量，可深埋土中，长期测量且性能稳定。

如图5所示，温度传感器模块是采用DS18B20制成的单总线传感器，温度传感器模块的1号引脚GND接地，2号引脚I/O连接于输入端和输出端、并经由R3连接于电压正极，3号引脚VCC连接于电压正极；R3的电阻为4.7KΩ。温度传感器模块采用DS18B20，该模块是单总线(one-wire)传感器，只需要一根线就可以和MCU互相通信，温度分辨率最高可达0.0625℃。每个传感器都有一个全球唯一的编码，所以可在一根线上可级联多个温度传感器。其和MCU的连接如图5所示。

如图6所示，空气温湿度模块采用RHT03-A制成，空气温湿度模块的1号引脚VDD为电源端、连接于电压正极，2号引脚VSS为公共连接端、接地，3号引脚NC、5号引脚NC和6号引脚NC均为空焊，4号引脚DATA连接于输入端和输出端。空气温湿度模块采用RHT03-A，其内部自带有上拉电阻，不需要接外部上拉电阻。具有传输速度快，测量准确及连接方便等优点。适合于对温湿度的精度要求较高的场合，如环境测量等。

本系统软件采用上位机和公共物联网云平台相结合的方式，上位机采用Lab-VIEW编写，因为此软件有非常丰富的图形显示插件，传感器采集上来的数据既可以保存在云平台，也可以保存在上位机并进行显示。

上位机显示采用Lab-VIEW编写，通过串口接收数据。其前面板如图7所示。

云计算在物联网领域正逐步的开始应用。国内的云计算平台如Yeel-ink，而且是免费对公共开放，能接入多种传感器，并完成对采集的数据进行接入和存储，用户只需在该平台上注册个用户就可以登录该系统实时查看接入该平台的用户数据信息。图8-图10分别为本系统在Yeel-ink服务器中的光照度传感器、温度传感器、湿度传感器的曲线图。

采用公共物联网云平台Yeel-ink和成熟的智能硬件Mbed-LPC1768构建了农田环境信息采集系统，并在实际使用中取得了理想的效果，具有实用性，成本低廉，可扩展性能好，对现代农业实施远程监控具有实际的参考意义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。