CN103149897A - 基于农业物联网技术的精准农业自适应监控***及方法 - Google Patents

基于农业物联网技术的精准农业自适应监控***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及农业监控***，具体是一种基于农业物联网技术的精准农业自适应监控***及方法。本发明解决了现有农业监控***数据丢失几率大、网络健壮性差、控制效率低、以及控制成本高的问题。基于农业物联网技术的精准农业自适应监控***包括土壤墒情传感网络、自适应环境控制模块、中心管理平台、天气信息采集模块、个别区域信息采集模块、以及自动灌溉***；所述土壤墒情传感网络包括n个土壤墒情数据采集模块、n个电源模块、以及n+1个无线通信模块；其中，n个土壤墒情数据采集模块的电源输入端与n个电源模块的电源输出端一一对应连接。本发明适用于温室大棚的监控。

Description

基于农业物联网技术的精准农业自适应监控***及方法
技术领域
本发明涉及农业监控***，具体是一种基于农业物联网技术的精准农业自适应监控***及方法。
背景技术
农业监控***广泛应用于温室大棚的监控。在现有技术条件下，农业监控***通常是基于有线传感网络或无线传感网络来实现的。其中，基于有线传感网络的农业监控***因其信号传输距离受到成本制约，且信号传输质量随信号传输距离增加而降低，现已基本不用。与基于有线传感网络的农业监控***相比，基于无线传感网络的农业监控***具有使用便捷、覆盖范围广的优点，但其仍存在如下缺点：一、由于其组网原理（根据节点的地理位置生成节点的通信路径图、客户端节点向服务端节点发出路由请求、通过坐标标定法确定当前节点与相邻前向节点之间的距离）的限制，导致其数据丢失几率大、网络健壮性差。二、由于其仅能单方向将采集到的土壤墒情数据传输至中心管理平台或通过手机短信、Web网络通知到管理者，而无法根据采集到的土壤墒情数据自主形成控制决策（如灌溉、施肥等操作的时间），导致其控制效率低、控制成本高。基于此，有必要发明一种全新的农业监控***，以解决现有农业监控***数据丢失几率大、网络健壮性差、控制效率低、以及控制成本高的问题。
发明内容
本发明为了解决现有农业监控***数据丢失几率大、网络健壮性差、控制效率低、以及控制成本高的问题，提供了一种基于农业物联网技术的精准农业自适应监控***及方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：基于农业物联网技术的精准农业自适应监控***，包括土壤墒情传感网络、自适应环境控制模块、中心管理平台、天气信息采集模块、个别区域信息采集模块、以及自动灌溉***；所述土壤墒情传感网络包括n个土壤墒情数据采集模块、n个电源模块、以及n+1个无线通信模块；其中，n个土壤墒情数据采集模块的电源输入端与n个电源模块的电源输出端一一对应连接；n个土壤墒情数据采集模块的信号输出端与n个无线通信模块的信号输入端一一对应连接；n个无线通信模块的信号输出端与n个电源模块的信号输入端一一对应连接；n+1个无线通信模块的信号传输端之间两两双向无线连接；第n+1个无线通信模块的信号传输端与自适应环境控制模块的信号传输端双向连接；自适应环境控制模块的信号传输端与中心管理平台的信号传输端双向连接；天气信息采集模块的信号输出端、个别区域信息采集模块的信号输出端均与自适应环境控制模块的信号输入端连接；自动灌溉***的信号输入端与自适应环境控制模块的信号输出端连接；n为正整数。
所述土壤墒情数据采集模块包括土壤墒情传感器、信号放大器、以及A/D转换器；土壤墒情传感器的信号输出端与信号放大器的信号输入端连接；信号放大器的信号输出端与A/D转换器的信号输入端连接；A/D转换器的信号输出端与无线通信模块的信号输入端连接。
所述电源模块为生物能电源模块。
所述无线通信模块为2.4GHz单片收发芯片。
所述中心管理平台为计算机。
所述个别区域信息采集模块为网络化摄像头。
基于农业物联网技术的精准农业自适应监控方法（该方法在如本发明所述的基于农业物联网技术的精准农业自适应监控***中完成），该方法是采用如下步骤实现的：
1）自适应环境控制模块通过无线通信模块控制电源模块启动，电源模块开始向土壤墒情数据采集模块供电，土壤墒情数据采集模块开始采集土壤墒情数据，并依次通过无线通信模块、自适应环境控制模块将土壤墒情数据发送至中心管理平台；天气信息采集模块采集天气信息，并通过自适应环境控制模块将天气信息发送至中心管理平台；个别区域信息采集模块采集个别区域信息，并通过自适应环境控制模块将个别区域信息发送至中心管理平台；
2）当天气信息为晴朗时，中心管理平台根据土壤墒情数据和个别区域信息判断是否需要灌溉；如果需要灌溉，中心管理平台根据土壤墒情数据和个别区域信息计算出灌溉量，并通过自适应环境控制模块控制自动灌溉***启动；同时，中心管理平台依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块关闭，且每隔4小时依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块启动一次；如果不需要灌溉，中心管理平台依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块关闭，且每隔3小时依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块启动一次；同时，中心管理平台根据土壤墒情数据和个别区域信息确定最佳施肥时间；
3）当天气信息为多云时，中心管理平台根据土壤墒情数据和个别区域信息判断是否需要灌溉；如果需要灌溉，中心管理平台根据土壤墒情数据和个别区域信息计算出灌溉量，并通过自适应环境控制模块控制自动灌溉***启动；同时，中心管理平台依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块关闭，且每隔24小时依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块启动一次；如果不需要灌溉，中心管理平台依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块关闭，且每隔12小时依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块启动一次；同时，中心管理平台根据土壤墒情数据和个别区域信息确定最佳施肥时间；
4）当天气信息为雨雪时，中心管理平台根据个别区域信息判断是在下雨还是下雪；如果是在下雨，中心管理平台依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块关闭，且每隔24小时依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块启动一次；如果是在下雪，中心管理平台依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块关闭，且每隔48*m小时依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块启动一次；m为正整数。
所述步骤1）-4）中，所述土壤墒情数据包括土壤湿度、田间持水量、土壤容重、土壤浸润深度。
所述1）-4）中，所述天气信息为最近3天的天气信息。
所述步骤1）-3）中，计算灌溉量的公式为：灌溉量=灌溉面积*主要根系分布深度*土壤容重*（田间持水量-土壤湿度）。
本发明所述的基于农业物联网技术的精准农业自适应监控***及方法具有如下优点：一、与现有农业监控***相比，其组网原理采用自组织网络，使得土壤墒情传感网络中的每一个节点（即每一个无线通信模块）都可以向其它各个节点（即其它各个无线通信模块）和中心管理平台发送数据，从而有效降低了数据丢失几率，有效增强了网络健壮性。二、与现有农业监控***相比，其能够根据采集到的土壤墒情数据自主形成控制决策（如灌溉、施肥等操作的时间），从而有效提高了控制效率，有效降低了控制成本。三、其能够综合三方面数据和信息（土壤墒情数据、天气信息、个别区域信息）自主形成控制决策（如灌溉、施肥等操作的时间），从而有效提高了决策准确性。四、其能够自主控制每一个电源模块的启动与关闭，进而自主控制每一个土壤墒情数据采集模块的启动与关闭，从而有效降低了土壤墒情数据采集模块的耗电量。五、其采用生物能电源模块向土壤墒情数据采集模块供电，从而实现了绿色节能环保。综上所述，本发明所述的基于农业物联网技术的精准农业自适应监控***及方法有效解决了现有农业监控***数据丢失几率大、网络健壮性差、控制效率低、以及控制成本高的问题。
本发明有效解决了现有农业监控***数据丢失几率大、网络健壮性差、控制效率低、以及控制成本高的问题，适用于温室大棚的监控。
附图说明
图1是本发明的基于农业物联网技术的精准农业自适应监控***的结构示意图。
图中：虚线表示无线连接。
具体实施方式
基于农业物联网技术的精准农业自适应监控***，包括土壤墒情传感网络、自适应环境控制模块、中心管理平台、天气信息采集模块、个别区域信息采集模块、以及自动灌溉***；所述土壤墒情传感网络包括n个土壤墒情数据采集模块、n个电源模块、以及n+1个无线通信模块；其中，n个土壤墒情数据采集模块的电源输入端与n个电源模块的电源输出端一一对应连接；n个土壤墒情数据采集模块的信号输出端与n个无线通信模块的信号输入端一一对应连接；n个无线通信模块的信号输出端与n个电源模块的信号输入端一一对应连接；n+1个无线通信模块的信号传输端之间两两双向无线连接；第n+1个无线通信模块的信号传输端与自适应环境控制模块的信号传输端双向连接；自适应环境控制模块的信号传输端与中心管理平台的信号传输端双向连接；天气信息采集模块的信号输出端、个别区域信息采集模块的信号输出端均与自适应环境控制模块的信号输入端连接；自动灌溉***的信号输入端与自适应环境控制模块的信号输出端连接；n为正整数。
所述土壤墒情数据采集模块包括土壤墒情传感器、信号放大器、以及A/D转换器；土壤墒情传感器的信号输出端与信号放大器的信号输入端连接；信号放大器的信号输出端与A/D转换器的信号输入端连接；A/D转换器的信号输出端与无线通信模块的信号输入端连接。
所述电源模块为生物能电源模块。
所述无线通信模块为2.4GHz单片收发芯片。
所述中心管理平台为计算机。
所述个别区域信息采集模块为网络化摄像头。
基于农业物联网技术的精准农业自适应监控方法（该方法在如本发明所述的基于农业物联网技术的精准农业自适应监控***中完成），该方法是采用如下步骤实现的：
1）自适应环境控制模块通过无线通信模块控制电源模块启动，电源模块开始向土壤墒情数据采集模块供电，土壤墒情数据采集模块开始采集土壤墒情数据，并依次通过无线通信模块、自适应环境控制模块将土壤墒情数据发送至中心管理平台；天气信息采集模块采集天气信息，并通过自适应环境控制模块将天气信息发送至中心管理平台；个别区域信息采集模块采集个别区域信息，并通过自适应环境控制模块将个别区域信息发送至中心管理平台；
2）当天气信息为晴朗时，中心管理平台根据土壤墒情数据和个别区域信息判断是否需要灌溉；如果需要灌溉，中心管理平台根据土壤墒情数据和个别区域信息计算出灌溉量，并通过自适应环境控制模块控制自动灌溉***启动；同时，中心管理平台依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块关闭，且每隔4小时依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块启动一次；如果不需要灌溉，中心管理平台依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块关闭，且每隔3小时依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块启动一次；同时，中心管理平台根据土壤墒情数据和个别区域信息确定最佳施肥时间；
3）当天气信息为多云时，中心管理平台根据土壤墒情数据和个别区域信息判断是否需要灌溉；如果需要灌溉，中心管理平台根据土壤墒情数据和个别区域信息计算出灌溉量，并通过自适应环境控制模块控制自动灌溉***启动；同时，中心管理平台依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块关闭，且每隔24小时依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块启动一次；如果不需要灌溉，中心管理平台依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块关闭，且每隔12小时依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块启动一次；同时，中心管理平台根据土壤墒情数据和个别区域信息确定最佳施肥时间；
4）当天气信息为雨雪时，中心管理平台根据个别区域信息判断是在下雨还是下雪；如果是在下雨，中心管理平台依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块关闭，且每隔24小时依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块启动一次；如果是在下雪，中心管理平台依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块关闭，且每隔48*m小时依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块启动一次；m为正整数。
所述步骤1）-4）中，所述土壤墒情数据包括土壤湿度、田间持水量、土壤容重、土壤浸润深度。
所述1）-4）中，所述天气信息为最近3天的天气信息。
所述步骤1）-3）中，计算灌溉量的公式为：灌溉量=灌溉面积*主要根系分布深度*土壤容重*（田间持水量-土壤湿度）。

Claims (10)

1.一种基于农业物联网技术的精准农业自适应监控***，其特征在于：包括土壤墒情传感网络、自适应环境控制模块、中心管理平台、天气信息采集模块、个别区域信息采集模块、以及自动灌溉***；所述土壤墒情传感网络包括n个土壤墒情数据采集模块、n个电源模块、以及n+1个无线通信模块；其中，n个土壤墒情数据采集模块的电源输入端与n个电源模块的电源输出端一一对应连接；n个土壤墒情数据采集模块的信号输出端与n个无线通信模块的信号输入端一一对应连接；n个无线通信模块的信号输出端与n个电源模块的信号输入端一一对应连接；n+1个无线通信模块的信号传输端之间两两双向无线连接；第n+1个无线通信模块的信号传输端与自适应环境控制模块的信号传输端双向连接；自适应环境控制模块的信号传输端与中心管理平台的信号传输端双向连接；天气信息采集模块的信号输出端、个别区域信息采集模块的信号输出端均与自适应环境控制模块的信号输入端连接；自动灌溉***的信号输入端与自适应环境控制模块的信号输出端连接；n为正整数。
2.根据权利要求1所述的基于农业物联网技术的精准农业自适应监控***，其特征在于：所述土壤墒情数据采集模块包括土壤墒情传感器、信号放大器、以及A/D转换器；土壤墒情传感器的信号输出端与信号放大器的信号输入端连接；信号放大器的信号输出端与A/D转换器的信号输入端连接；A/D转换器的信号输出端与无线通信模块的信号输入端连接。
3.根据权利要求1所述的基于农业物联网技术的精准农业自适应监控***，其特征在于：所述电源模块为生物能电源模块。
4.根据权利要求1所述的基于农业物联网技术的精准农业自适应监控***，其特征在于：所述无线通信模块为2.4GHz单片收发芯片。
5.根据权利要求1所述的基于农业物联网技术的精准农业自适应监控***，其特征在于：所述中心管理平台为计算机。
6.根据权利要求1所述的基于农业物联网技术的精准农业自适应监控***，其特征在于：所述个别区域信息采集模块为网络化摄像头。
7.一种基于农业物联网技术的精准农业自适应监控方法，该方法在如权利要求1所述的基于农业物联网技术的精准农业自适应监控***中完成，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：
1）自适应环境控制模块通过无线通信模块控制电源模块启动，电源模块开始向土壤墒情数据采集模块供电，土壤墒情数据采集模块开始采集土壤墒情数据，并依次通过无线通信模块、自适应环境控制模块将土壤墒情数据发送至中心管理平台；天气信息采集模块采集天气信息，并通过自适应环境控制模块将天气信息发送至中心管理平台；个别区域信息采集模块采集个别区域信息，并通过自适应环境控制模块将个别区域信息发送至中心管理平台；
2）当天气信息为晴朗时，中心管理平台根据土壤墒情数据和个别区域信息判断是否需要灌溉；如果需要灌溉，中心管理平台根据土壤墒情数据和个别区域信息计算出灌溉量，并通过自适应环境控制模块控制自动灌溉***启动；同时，中心管理平台依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块关闭，且每隔4小时依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块启动一次；如果不需要灌溉，中心管理平台依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块关闭，且每隔3小时依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块启动一次；同时，中心管理平台根据土壤墒情数据和个别区域信息确定最佳施肥时间；
3）当天气信息为多云时，中心管理平台根据土壤墒情数据和个别区域信息判断是否需要灌溉；如果需要灌溉，中心管理平台根据土壤墒情数据和个别区域信息计算出灌溉量，并通过自适应环境控制模块控制自动灌溉***启动；同时，中心管理平台依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块关闭，且每隔24小时依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块启动一次；如果不需要灌溉，中心管理平台依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块关闭，且每隔12小时依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块启动一次；同时，中心管理平台根据土壤墒情数据和个别区域信息确定最佳施肥时间；
4）当天气信息为雨雪时，中心管理平台根据个别区域信息判断是在下雨还是下雪；如果是在下雨，中心管理平台依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块关闭，且每隔24小时依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块启动一次；如果是在下雪，中心管理平台依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块关闭，且每隔48*m小时依次通过自适应环境控制模块、无线通信模块控制电源模块启动一次；m为正整数。
8.根据权利要求7所述的基于农业物联网技术的精准农业自适应监控方法，其特征在于：所述步骤1）-4）中，所述土壤墒情数据包括土壤湿度、田间持水量、土壤容重、土壤浸润深度。
9.根据权利要求7所述的基于农业物联网技术的精准农业自适应监控方法，其特征在于：所述1）-4）中，所述天气信息为最近3天的天气信息。
10.根据权利要求7所述的基于农业物联网技术的精准农业自适应监控方法，其特征在于：所述步骤1）-3）中，计算灌溉量的公式为：灌溉量=灌溉面积*主要根系分布深度*土壤容重*（田间持水量-土壤湿度）。
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