CN113951115A - 一种基于LoRa的棉田灌溉物联网监控*** - Google Patents

一种基于LoRa的棉田灌溉物联网监控*** Download PDF

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李贺
郭天圣
杜婵婵
王欢
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Abstract

本发明公开了一种基于LoRa的棉田灌溉物联网监控***，包括太阳能供电***、田间信息采集***、气象信息监测***、LoRa基站、阀门终端控制***、执行装置和物联网监控管理云平台；所述太阳能供电***包括光伏板、充电控制器、蓄电池、升压模块；所述田间信息采集***包括土壤温湿度传感器、土壤PH传感器、土壤EC值传感器、土壤养分传感器；所述气象信息监测***包括环境温湿度传感器、光照传感器、雨量计、雨雪传感器；所述田间信息采集***和气象信息监测***还包括微控制器和LoRa通讯模块。通过本发明的技术方案，农户可通过物联网监控管理云平台实时查看棉田信息、气象信息与阀门状态信息，并实现执行装置的远程控制。

Description

一种基于LoRa的棉田灌溉物联网监控***
技术领域
本发明涉及农田节水灌溉领域，具体涉及一种基于LoRa的棉田灌溉物联网监控***。
背景技术
传统的农田灌溉通常采用手动控制田间阀门来控制供水，对于灌溉用水量全凭借人工经验判断，造成了水资源的严重浪费，而且灌溉后土壤湿度通常并不是农作物最佳需求水分，导致农作物生产质量下降。棉花作为新疆的主要经济作物，种植面积广，在种植与生产过程中需水量较大，然而，新疆地区地处西北内陆地区，常年降雨量少，蒸发量较大，属于严重缺水干旱地区，因此如何实现高效用水已经成为制约新疆农业发展的关键问题。为此，本发明提供一种基于LoRa的棉田灌溉物联网监控***，能实现棉田土壤信息、气象环境信息和阀门状态的实时监测，以及阀门的远程控制，农户可以结合棉田土壤信息参数和气象环境信息控制田间阀门实现高效用水。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于LoRa的棉田灌溉物联网监控***，通过田间信息采集***的传感器采集棉田土壤参数（包括土壤温度、土壤湿度、土壤PH值、土壤EC值、土壤养分），通过气象信息监测***的传感器采集棉田环境气象信息（包括环境温度、环境湿度、光照度、降雨量、大气压），然后传感器将采集到的信息以模拟量信号反馈到微控制器，然后微控制器将采集到的棉田土壤参数和环境气象信息通过LoRa通讯模块发送到LoRa基站，由LoRa基站通过4G网络将采集数据实时发送到物联网监控管理云平台，由云端的登陆人员远程实时监测，同时，物联网监控管理云平台会给出灌溉方案，由登录人员通过物联网监控管理云平台向阀门终端控制***发送阀门启闭指令远程控制电动阀门启闭，提高节水灌溉***的自动化程度，减少人工成本，实现棉田高效用水。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于LoRa的棉田灌溉物联网监控***，包括太阳能供电***、田间信息采集***、气象信息监测***、LoRa基站、阀门终端控制***、执行装置和物联网监控管理云平台；所述太阳能供电***包括光伏板、充电控制器、蓄电池、升压模块；所述田间信息采集***包括土壤温湿度传感器、土壤PH传感器、土壤EC值传感器、土壤养分传感器；所述气象信息监测***包括环境温湿度传感器、光照传感器、雨量计、雨雪传感器；所述田间信息采集***和气象信息监测***还包括微控制器和LoRa通讯模块。
进一步地，所述太阳能供电***的光伏板、蓄电池、升压模块均与充电控制器电连接，所述充电控制器上设置有DC5V USB接口，用于给田间信息采集***、气象信息监测***、阀门终端控制***供电，所述升压模块与充电控制器负载端子电连接，将蓄电池的DC12V电压转换成DC24V电压用于给LoRa基站和执行装置供电，所述太阳能供电***的光伏板采用12V/50W单晶硅板，蓄电池采用12V/20Ah铅酸蓄电池,升压模块采用DC12V转DC24V的10A可调节DC-DC升压模块，充电控制器采用10A太阳能充电控制器。
进一步地，所述田间信息采集***的土壤温湿度传感器、土壤PH传感器、土壤EC值传感器、土壤养分传感器均与微控制器的模拟量端口电连接，所述气象信息监测***的环境温湿度传感器、光照传感器、雨量计、雨雪传感器均与微控制器的模拟量端口电连接，所述田间信息采集***与气象信息监测***的微控制器均采用ATMEGA328P单片机，LoRa通讯模块均采用工作频率为433MHz、发射功率为30dBm、型号为BBFAR-LR-R0200的LoRa模块，所述的各类传感器均采用模拟量输出型传感器。
进一步地，所述的执行装置包括继电器和电动阀门，所述继电器采用DC24V供电/3.3V触发信号的四路光耦隔离继电器，所述电动阀门采用DN100 D971X-16型电动对夹式蝶阀。
进一步地，所述阀门终端控制***内含有MCU主控模块、LoRa通讯模块，所述的MCU主控模块与所述继电器电连接，用于控制不同继电器触点的开闭，以控制电动阀门的启闭，所述MCU主控模块采用Arduino UNO R3控制器，LoRa通讯模块采用工作频率为433MHz、发射功率为30dBm、型号为BBFAR-LR-R0200的LoRa模块。
进一步地，所述的LoRa基站采用4G版、发射功率为30dBm的BBF-G4LR-01-00-I型LoRa基站，基站通过4G网络实现与物联网监控管理云平台之间的数据传输。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.通过田间信息采集***的传感器采集棉田土壤参数（包括土壤温度、土壤湿度、土壤PH值、土壤EC值、土壤养分），通过气象信息监测***的传感器采集棉田环境气象信息（包括环境温度、环境湿度、光照度、降雨量、雨雪情况），实现了棉田土壤参数和环境气象信息的实时监测。
2.棉田面积广，通常需要采用一种传输距离远的无线通讯方式，而且，由于棉田环境复杂，布线困难，因此通常采用太阳能那个供电方式，但信息采集与发送频率高，能耗较大，所以需要采用一种功率低的无线通讯方式实现节能。LoRa通讯方式是一种低功耗、远距离的通讯方式，能够以低发射功率获得更广的传输范围和距离，采用LoRa通讯技术的棉田节水灌溉***解决了传输距离和功耗需要折中的方式。
3.通过物联网监控管理云平台向阀门终端控制***发送阀门启闭指令远程控制电动阀门启闭，提高了节水灌溉***的自动化程度，减少了人工成本，实现了棉田高效用水。
附图说明
图1为本发明一种基于LoRa的棉田灌溉物联网监控***的***逻辑示意图。
图2为本发明一种基于LoRa的棉田灌溉物联网监控***的太阳能供电***的示意图。
图3为本发明一种基于LoRa的棉田灌溉物联网监控***的田间信息采集***的示意图。
图4为本发明一种基于LoRa的棉田灌溉物联网监控***的气象信息监测***的示意图。
图5为本发明一种基于LoRa的棉田灌溉物联网监控***的执行装置的示意图。
图6为本发明一种基于LoRa的棉田灌溉物联网监控***的阀门终端控制***的示意图。
图中：1、太阳能供电***；2、田间信息采集***；3、气象信息监测***；4、LoRa基站；5、阀门终端控制***；6、执行装置；7、物联网监控管理云平台；8、光伏板；9、充电控制器；10、蓄电池；11、升压模块；12、LoRa通讯模块；13、微控制器；14、土壤温湿度传感器；15、土壤PH传感器；16、土壤EC值传感器；17、土壤养分传感器；18、环境温湿度传感器；19、光照传感器；20、雨量计；21、雨雪传感器；22、继电器；23、电动阀门；24、MCU主控模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1-6所示，一种基于LoRa的棉田灌溉物联网监控***，包括太阳能供电***1、田间信息采集***2、气象信息监测***3、LoRa基站4、阀门终端控制***5、执行装置6和物联网监控管理云平台7；所述太阳能供电***1包括光伏板8、充电控制器9、蓄电池10、升压模块11；所述田间信息采集***2包括土壤温湿度传感器14、土壤PH传感器15、土壤EC值传感器16、土壤养分传感器17；所述气象信息监测***3包括环境温湿度传感器18、光照传感器19、雨量计20、雨雪传感器21；所述田间信息采集***2和气象信息监测***3还包括微控制器13和LoRa通讯模块12。
其中，所述太阳能供电***1的光伏板8、蓄电池10、升压模块11均与充电控制器9电连接，所述充电控制器9上设置有DC5V USB接口，用于给田间信息采集***2、气象信息监测***3、阀门终端控制***5供电，所述升压模块11与充电控制器9负载端子电连接，将蓄电池10的DC12V电压转换成DC24V电压用于给LoRa基站4和执行装置6供电，所述太阳能供电***1的光伏板8采用12V/50W单晶硅板，蓄电池10采用12V/20Ah铅酸蓄电池,升压模块11采用DC12V转DC24V的10A可调节DC-DC升压模块，充电控制器9采用10A太阳能充电控制器。
其中，所述田间信息采集***2的土壤温湿度传感器14、土壤PH传感器15、土壤EC值传感器16、土壤养分传感器17均与微控制器13的模拟量端口电连接，所述气象信息监测***3的环境温湿度传感器18、光照传感器19、雨量计20、雨雪传感器21均与微控制器13的模拟量端口电连接，所述田间信息采集***2与气象信息监测***3的微控制器13均采用ATMEGA328P单片机，LoRa通讯模块12均采用工作频率为433MHz、发射功率为30dBm、型号为BBFAR-LR-R0200的LoRa模块，所述的各类传感器均采用模拟量输出型传感器。
其中，所述的执行装置6包括继电器22和电动阀门23，所述继电器22采用DC24V供电/3.3V触发信号的四路光耦隔离继电器，所述电动阀门23采用DN100 D971X-16型电动对夹式蝶阀。
其中，所述阀门终端控制***5内含有MCU主控模块24、LoRa通讯模块12，所述的MCU主控模块24与所述继电器22电连接，用于控制不同继电器22触点的开闭，以控制电动阀门23的启闭，所述MCU主控模块24采用Arduino UNO R3控制器，LoRa通讯模块12采用工作频率为433MHz、发射功率为30dBm、型号为BBFAR-LR-R0200的LoRa模块。
其中，所述的LoRa基站4采用4G版、发射功率为30dBm的BBF-G4LR-01-00-I型LoRa基站，基站通过4G网络实现与物联网监控管理云平台7之间的数据传输。
以上所述的具体实施例，对本发明的技术方案进行了进一步详细说明，应理解的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，对于本领域的技术人员而言，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于LoRa的棉田灌溉物联网监控***，其特征在于：包括太阳能供电***（1）、田间信息采集***（2）、气象信息监测***（3）、LoRa基站（4）、阀门终端控制***（5）、执行装置（6）和物联网监控管理云平台（7）；所述太阳能供电***（1）包括光伏板（8）、充电控制器（9）、蓄电池（10）、升压模块（11）；所述田间信息采集***（2）包括土壤温湿度传感器（14）、土壤PH传感器（15）、土壤EC值传感器（16）、土壤养分传感器（17）；所述气象信息监测***（3）包括环境温湿度传感器（18）、光照传感器（19）、雨量计（20）、雨雪传感器（21）；所述田间信息采集***（2）和气象信息监测***（3）还包括微控制器（13）和LoRa通讯模块（12）。
2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的棉田灌溉物联网监控***，其特征在于：所述太阳能供电***（1）的光伏板（8）、蓄电池（10）、升压模块（11）均与充电控制器（9）电连接，所述充电控制器（9）上设置有DC5V USB接口，用于给田间信息采集***（2）、气象信息监测***（3）、阀门终端控制***（5）供电，所述升压模块（11）与充电控制器（9）负载端子电连接，将蓄电池（10）的DC12V电压转换成DC24V电压用于给LoRa基站（4）和执行装置（6）供电，所述太阳能供电***（1）的光伏板（8）采用12V/50W单晶硅板，蓄电池（10）采用12V/20Ah铅酸蓄电池,升压模块（11）采用DC12V转DC24V的10A可调节DC-DC升压模块，充电控制器（9）采用10A太阳能充电控制器。
3.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的棉田灌溉物联网监控***，其特征在于：所述田间信息采集***（2）的土壤温湿度传感器（14）、土壤PH传感器（15）、土壤EC值传感器（16）、土壤养分传感器（17）均与微控制器（13）的模拟量端口电连接，所述气象信息监测***（3）的环境温湿度传感器（18）、光照传感器（19）、雨量计（20）、雨雪传感器（21）均与微控制器（13）的模拟量端口电连接，所述田间信息采集***（2）与气象信息监测***（3）的微控制器（13）均采用ATMEGA328P单片机，LoRa通讯模块（12）均采用工作频率为433MHz、发射功率为30dBm、型号为BBFAR-LR-R0200的LoRa模块，所述的各类传感器均采用模拟量输出型传感器。
4.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的棉田灌溉物联网监控***，其特征在于：所述的执行装置（6）包括继电器（22）和电动阀门（23），所述继电器（22）采用DC24V供电/3.3V触发信号的四路光耦隔离继电器，所述电动阀门（23）采用DN100 D971X-16型电动对夹式蝶阀。
5.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的棉田灌溉物联网监控***，其特征在于：所述阀门终端控制***（5）内含有MCU主控模块（24）、LoRa通讯模块（12），所述的MCU主控模块（24）与所述继电器（22）电连接，用于控制不同继电器（22）触点的开闭，以控制电动阀门（23）的启闭，所述MCU主控模块（24）采用Arduino UNO R3控制器，LoRa通讯模块（12）采用工作频率为433MHz、发射功率为30dBm、型号为BBFAR-LR-R0200的LoRa模块。
6.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的棉田灌溉物联网监控***，其特征在于：所述的LoRa基站（4）采用4G版、发射功率为30dBm的BBF-G4LR-01-00-I型LoRa基站，基站通过4G网络实现与物联网监控管理云平台（7）之间的数据传输。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114885657A (zh) * 2022-06-08 2022-08-12 石河子大学 一种基于stm32棉田水肥一体化远程灌溉***
CN114946362A (zh) * 2022-07-07 2022-08-30 石河子大学 一种基于棉花生长状况的水肥一体化控制***

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