本發(fā)明涉及一種基于nb-iot的智能溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

我國(guó)溫室大棚發(fā)展正處于從傳統(tǒng)向現(xiàn)代化溫室大棚過(guò)渡的進(jìn)程當(dāng)中，而發(fā)展智能溫室大棚正是將溫室大棚視為一個(gè)可控的整體，是解決溫室大棚系統(tǒng)的關(guān)鍵。

智能溫室大棚是指在相對(duì)可控的環(huán)境條件下，采用工業(yè)化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)集約高效可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代超前溫室大棚生產(chǎn)方式，就是溫室大棚先進(jìn)設(shè)施與露地相配套、具有高度的技術(shù)規(guī)范和高效益的集約化規(guī)模經(jīng)營(yíng)的生產(chǎn)方式。它集科研、生產(chǎn)、加工、銷售于一體，實(shí)現(xiàn)周年性、全天候、反季節(jié)的企業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)；它集成現(xiàn)代生物技術(shù)、溫室大棚工程、農(nóng)用新材料等學(xué)科，以現(xiàn)代化溫室大棚設(shè)施為依托，科技含量高，產(chǎn)品附加值高，土地產(chǎn)出率高和勞動(dòng)生產(chǎn)率高，是我國(guó)溫室大棚新技術(shù)革命的跨世紀(jì)工程。

智能溫室大棚既包括廣義上的溫室大棚信息處理、溫室大棚專家智能決策系統(tǒng)，又包括自動(dòng)控制系統(tǒng)、智能控制算法、機(jī)電一體化設(shè)備、檢測(cè)技術(shù)與傳感器網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)等等，能夠真正實(shí)現(xiàn)溫室大棚逐漸地從以人力為中心、依賴于孤立機(jī)械的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)向以信息和軟件為中心的生產(chǎn)模式，從而大量使用各種自動(dòng)化、智能化、遠(yuǎn)程控制的生產(chǎn)設(shè)備，促進(jìn)了溫室大棚發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變。

目前溫室大棚節(jié)水及灌溉系統(tǒng)相關(guān)領(lǐng)域，國(guó)外以以色列最為先進(jìn)，以色列政府大力發(fā)展智能節(jié)水灌溉技術(shù)、將農(nóng)田和溫室大棚普遍采用滴灌和噴灌的灌溉方式，實(shí)現(xiàn)在家利用電腦進(jìn)行智能控制，并研發(fā)出大量配套設(shè)備。國(guó)內(nèi)隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，水資源缺乏，自20世紀(jì)90年代后，我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)許多先進(jìn)的節(jié)水灌溉設(shè)備，但是為國(guó)外情況設(shè)計(jì)的設(shè)備并不適合我國(guó)國(guó)情，不能充分發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。

縱觀溫室大棚智能化監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，其研究主要側(cè)重在監(jiān)控、灌溉以及節(jié)水上，在對(duì)溫室大棚信息的采集中，采集的數(shù)據(jù)信息及控制狀態(tài)只能在系統(tǒng)嵌入的設(shè)備上統(tǒng)一顯示，并不能在各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及控制狀態(tài)的顯示，并且在對(duì)數(shù)據(jù)的采集上，采集節(jié)點(diǎn)并不能達(dá)到經(jīng)濟(jì)，便利，自由的安置，并且在溫室大棚信息的查詢上也不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)查詢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于nb-iot的智能溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)，其可提高溫室大棚智能化程度和作物種植的科學(xué)性，提高溫室大棚農(nóng)作物產(chǎn)量；同時(shí)采用分布式測(cè)控模塊自帶邏輯判斷和執(zhí)行功能，提高測(cè)控的靈活性、準(zhǔn)確性和可靠性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于nb-iot的智能溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)，它包括：

數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)處理基站、數(shù)據(jù)采集分站以及onenet平臺(tái)；

所述onenet平臺(tái)通過(guò)電腦、手機(jī)和平板接入onenet平臺(tái)；

所述數(shù)據(jù)監(jiān)控處理基站包括微控制系統(tǒng)模塊、圖像采集模塊、無(wú)線通信模塊、用于保存圖片及數(shù)據(jù)采集分站上傳數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)模塊、用于用戶交互及監(jiān)控的顯示按鍵模塊、提供不同電壓幅值的電源模塊；其中，微控制系統(tǒng)模塊通過(guò)數(shù)據(jù)采集分站的環(huán)境因子采集模塊獲取作物的多種生長(zhǎng)環(huán)境健康因子，圖像采集模塊獲取作物圖像從而智能化調(diào)控溫室大棚作物的生長(zhǎng)環(huán)境和了解作物自身生長(zhǎng)情況，數(shù)據(jù)監(jiān)控處理基站采集的信息通過(guò)nb-iot無(wú)線通訊模塊上傳至onenet平臺(tái)，用戶通過(guò)電腦、手機(jī)和平板監(jiān)控采集信息；

所述數(shù)據(jù)采集分站包括環(huán)境因子采集模塊、繼電器模塊和無(wú)線通信模塊；

所述環(huán)境因子采集模塊包括多個(gè)數(shù)字量傳感器和模擬量傳感器，用于采集二氧化碳、土壤濕度、溫度、風(fēng)扇狀態(tài)、遮光狀態(tài)、灌溉狀態(tài)、光照強(qiáng)度信息；

所述繼電器模塊由遮光繼電器模塊、灌溉繼電器模塊、風(fēng)扇繼電器模塊和二氧化碳繼電器模塊組成，當(dāng)溫室大棚環(huán)境生長(zhǎng)因子超過(guò)設(shè)定閾值范圍，專家系統(tǒng)對(duì)當(dāng)前環(huán)境進(jìn)行綜合判斷，并發(fā)出控制指令給微處理器來(lái)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作；數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)處理基站的無(wú)線通訊模塊與數(shù)據(jù)采集分站的無(wú)線通訊模塊相互通訊，從而發(fā)送采集指令和接收數(shù)據(jù)采集分站上傳的數(shù)據(jù)信息。

所述微控制系統(tǒng)模塊包括主控芯片、外圍電路和實(shí)時(shí)時(shí)鐘rtc組成；所述主控芯片采用stm32f407采集作物環(huán)境因子、圖像信息，控制繼電器模塊工作。

所述圖像采集模塊采用ov2604攝像頭，以獲取作物自身生長(zhǎng)狀況。

所述的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)處理基站的無(wú)線通信模塊采用nb-iot無(wú)線通訊模塊和esp8266無(wú)線通訊模塊；nb-iot無(wú)線通信模塊采用bc95模塊，通過(guò)stm32f407的串口發(fā)送at指令與onenet平臺(tái)進(jìn)行通信，用戶可以通過(guò)電腦或者手機(jī)監(jiān)控采集的信息，esp8266無(wú)線模塊通過(guò)spi進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，完成通過(guò)無(wú)線的方式給數(shù)據(jù)采集分站發(fā)送采集指令和接受分站上傳的數(shù)據(jù)信息。

所述的存儲(chǔ)模塊包括sd卡、flash和eeprom，sd卡通過(guò)stm32f407的sdio接口來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，完成對(duì)系統(tǒng)圖片的儲(chǔ)存以及對(duì)數(shù)據(jù)采集分站上傳的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)，flash用于存儲(chǔ)系統(tǒng)文件，eeprom存儲(chǔ)時(shí)間信息。

所述的顯示按鍵模塊的包括彩屏和按鍵，彩屏采用tft液晶顯示模塊ili9341，通過(guò)stm32f407的fsmc接口來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其用于完成與用戶的交互以及監(jiān)控顯示。

所述電源模塊均采用lp5907和ams1117-5.0電源轉(zhuǎn)換芯片從而產(chǎn)生高效穩(wěn)定的系統(tǒng)供電電壓。

與現(xiàn)有的智能系統(tǒng)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）本發(fā)明通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊可同時(shí)監(jiān)控多個(gè)環(huán)境因子和圖像采集模塊監(jiān)控作物自身生長(zhǎng)信息，從而具有較強(qiáng)的可擴(kuò)充性；

2）本發(fā)明通過(guò)使用具有低功耗、廣覆蓋、低成本、大容量等優(yōu)勢(shì)的nb-iot技術(shù)的模塊實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間、遠(yuǎn)距離信息查詢控制和實(shí)時(shí)監(jiān)控，使用戶通過(guò)手機(jī)電腦或者平板方便、快捷、實(shí)時(shí)的進(jìn)行監(jiān)控溫室大棚作物信息以及獲取控制狀態(tài)；

3）本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集分站采集的數(shù)據(jù)信息能夠在各點(diǎn)進(jìn)行顯示，方便觀測(cè)；

4）本發(fā)明采集的數(shù)據(jù)信息以一定的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行傳輸與存儲(chǔ)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的總體框圖；

圖2為本發(fā)明的環(huán)境因子采集模塊；

圖3為本發(fā)明的圖像采集模塊；

圖4是本發(fā)明的無(wú)線通信模塊；

圖5是本發(fā)明的存儲(chǔ)模塊；

圖6是本發(fā)明的顯示按鍵模塊；

圖7是本發(fā)明的電源模塊；

圖8是本發(fā)明的數(shù)據(jù)監(jiān)控處理基站流程圖；

圖9是本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集分站流程圖；

圖10是本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1至10所示，為一種基于nb-iot的智能溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)用于作物本體生長(zhǎng)信息和其所生長(zhǎng)的環(huán)境信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控，它包括：

數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)處理基站、數(shù)據(jù)采集分站以及onenet平臺(tái)；

所述onenet平臺(tái)通過(guò)電腦、手機(jī)和平板接入onenet平臺(tái)；

所述數(shù)據(jù)監(jiān)控處理基站包括微控制系統(tǒng)模塊、圖像采集模塊、無(wú)線通信模塊、用于保存圖片及數(shù)據(jù)采集分站上傳數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)模塊、用于用戶交互及監(jiān)控的顯示按鍵模塊、提供不同電壓幅值的電源模塊；其中，微控制系統(tǒng)模塊通過(guò)數(shù)據(jù)采集分站的環(huán)境因子采集模塊獲取作物的多種生長(zhǎng)環(huán)境健康因子，圖像采集模塊獲取作物圖像從而智能化調(diào)控溫室大棚作物的生長(zhǎng)環(huán)境和了解作物自身生長(zhǎng)情況，數(shù)據(jù)監(jiān)控處理基站采集的信息通過(guò)nb-iot無(wú)線通訊模塊上傳至onenet平臺(tái)，用戶通過(guò)電腦、手機(jī)和平板監(jiān)控采集信息；

所述數(shù)據(jù)采集分站包括環(huán)境因子采集模塊、繼電器模塊和無(wú)線通信模塊；

如圖1所示，所述微控制系統(tǒng)模塊包括主控芯片、外圍電路和實(shí)時(shí)時(shí)鐘rtc組成；所述主控芯片采用stm32f407采集作物環(huán)境因子、圖像信息，控制繼電器模塊相關(guān)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。

如圖2所示：所述環(huán)境因子采集模塊包括多個(gè)數(shù)字量傳感器和模擬量傳感器，用于采集二氧化碳、土壤濕度、溫度、風(fēng)扇狀態(tài)、遮光狀態(tài)、灌溉狀態(tài)、光照強(qiáng)度信息；

所述繼電器模塊由遮光繼電器模塊、灌溉繼電器模塊、風(fēng)扇繼電器模塊和二氧化碳繼電器模塊組成，當(dāng)溫室大棚環(huán)境生長(zhǎng)因子超過(guò)設(shè)定閾值范圍，專家系統(tǒng)對(duì)當(dāng)前環(huán)境進(jìn)行綜合判斷，并發(fā)出控制指令給微處理器來(lái)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作；數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)處理基站的無(wú)線通訊模塊與數(shù)據(jù)采集分站的無(wú)線通訊模塊相互通訊，從而發(fā)送采集指令和接收數(shù)據(jù)采集分站上傳的數(shù)據(jù)信息。

如圖3所示：所述圖像采集模塊采用ov2604攝像頭，以獲取作物自身生長(zhǎng)狀況。

如圖4所示：所述的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)處理基站的無(wú)線通信模塊采用nb-iot無(wú)線通訊模塊和esp8266無(wú)線通訊模塊；

nb-iot無(wú)線通信模塊采用bc95模塊，通stm32f407的串口發(fā)送at指令與onenet平臺(tái)進(jìn)行通信，用戶可以通過(guò)電腦或者手機(jī)監(jiān)控采集的信息，esp8266無(wú)線模塊通過(guò)spi進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，完成通過(guò)無(wú)線的方式給數(shù)據(jù)采集分站發(fā)送采集指令和接受分站上傳的數(shù)據(jù)信息。

如圖5所示：所述的存儲(chǔ)模塊包括sd卡、flash和eeprom，sd卡通過(guò)stm32f407的sdio接口來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，完成對(duì)系統(tǒng)圖片的儲(chǔ)存以及對(duì)數(shù)據(jù)采集分站上傳的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)，flash用于存儲(chǔ)系統(tǒng)文件，eeprom存儲(chǔ)時(shí)間信息。

如圖6所示：所述的顯示按鍵模塊的包括彩屏和按鍵，彩屏采用tft液晶顯示模塊ili9341，通過(guò)stm32f407的fsmc接口來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其用于完成與用戶的交互以及監(jiān)控顯示。

如圖7所示：所述電源模塊均采用lp5907和ams1117-5.0電源轉(zhuǎn)換芯片從而產(chǎn)生高效穩(wěn)定的系統(tǒng)供電電壓。

數(shù)據(jù)監(jiān)控處理基站流程圖如圖8所示，實(shí)現(xiàn)了作物環(huán)境生長(zhǎng)因子的數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)、顯示和傳輸。其中，系統(tǒng)的時(shí)基由systick定時(shí)器提供，采用μc/os-iii的操作系統(tǒng)分別創(chuàng)建接受分站上傳的作物生長(zhǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)任務(wù)、作物自身圖像采集任務(wù)，數(shù)據(jù)處理任務(wù)，液晶顯示任務(wù)和存儲(chǔ)，上傳數(shù)據(jù)的任務(wù)，從而已達(dá)到實(shí)時(shí)性；通過(guò)定時(shí)中斷方式，每隔2秒采集一次，將采集好的作物自身生長(zhǎng)狀況圖像信息存取在dma，減輕了微處理器的負(fù)擔(dān)；信號(hào)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，通過(guò)nb-iot無(wú)線通信模塊將作物生長(zhǎng)情況的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器并進(jìn)行處理與分析，同時(shí)在彩屏界面實(shí)時(shí)顯示作物生長(zhǎng)情況及通過(guò)按鍵控制啟動(dòng)或關(guān)閉保存數(shù)據(jù)至sd卡中；液晶界面波形顯示采用stemwin圖形支持系統(tǒng)，它提供高效的圖形用戶界面，從而簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)波形實(shí)時(shí)的顯示。

數(shù)據(jù)采集分站流程圖如圖9所示，它的數(shù)據(jù)采集模塊由多種環(huán)境因子數(shù)字量傳感器和模擬量傳感器接口電路組成，二氧化碳、土壤溫濕度傳感器中模擬量的輸出引腳通過(guò)傳感器接口電路分別與stm8主控芯片的pa0，pa1，pa2引腳相連，空氣溫濕度，光照強(qiáng)度傳感器中數(shù)字量的輸出引腳通過(guò)傳感器接口電路與stm8主控芯片的gpio口pb0，pb6，pb7引腳相連；從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集模塊將所采集的多種環(huán)境因子信息傳遞給數(shù)據(jù)監(jiān)控處理基站；圖像采集模塊拍取作物的圖像傳到onenet平臺(tái)，結(jié)合專家系統(tǒng)診斷作物生長(zhǎng)監(jiān)控狀況，從而控制繼電器執(zhí)行機(jī)構(gòu)及提醒用戶實(shí)時(shí)了解作物監(jiān)控狀況及解決措施。

如圖10所示，數(shù)據(jù)采集分站在接收到數(shù)據(jù)監(jiān)控處理基站的采集命令時(shí)，數(shù)據(jù)采集分站進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并把數(shù)據(jù)信息按一定的數(shù)據(jù)協(xié)議傳給數(shù)據(jù)監(jiān)控處理基站。

與現(xiàn)有的智能系統(tǒng)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）本發(fā)明通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊可同時(shí)監(jiān)控多個(gè)環(huán)境因子和圖像采集模塊監(jiān)控作物自身生長(zhǎng)信息，從而具有較強(qiáng)的可擴(kuò)充性；

2）本發(fā)明通過(guò)使用具有低功耗、廣覆蓋、低成本、大容量等優(yōu)勢(shì)的nb-iot技術(shù)的模塊實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間，遠(yuǎn)距離信息查詢控制和實(shí)時(shí)監(jiān)控，使用戶通過(guò)手機(jī)電腦或者平板方便、快捷、實(shí)時(shí)的進(jìn)行監(jiān)控溫室大棚作物信息以及獲取控制狀態(tài)；

3）本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集分站采集的數(shù)據(jù)信息能夠在各點(diǎn)進(jìn)行顯示，方便觀測(cè)；

4）本發(fā)明采集的數(shù)據(jù)信息以一定的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行傳輸與存儲(chǔ)。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其它的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何細(xì)微修改、等同替換和改進(jìn)，均應(yīng)包含在本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。