[发明专利]一种基于物联网的土壤基质数据采集与自动监测系统

说明书

技术领域

本发明属于农业智能化管理技术领域，特别涉及一种基于物联网的土壤基质数据采集与自动监测系统。

背景技术

温湿度为一种基本的环境参数，与我们的生活有着密切的联系。在工业生产过程当中，应当实时根据需要进行温湿度的测控。温湿度于农业生产过程当中，是作物生长最为重要的环境条件，它对作物根系的发育与土壤的微生物活动有着直接的影响，并且是土壤水分运动的诱因。我们在农业生产过程当中，对温湿度的测控显得至关重要，因此对土壤温湿度自动化测控的系统设计有着极大的意义。

ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，它依据802.15.4标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。通过ZigBee无线网络技术，使农场主准确把握作物生长环境中土壤的变化情况，做到科学检测、及时预警和采取保护措施，有力保障了果园内作物的产量和果园的持续发展。

传统的监测系统采用铺设线缆的方式进行数据采集，工程量大、成本高，同时由于传感器大多通过微电压进行数据采集，过长的线缆铺设会导致数据的误差较大。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷及存在的技术问题，本发明提供了一种基于物联网的土壤基质数据采集与自动监测系统，采用ZigBee+WIFI+Internet的先进组网方式，实现局域网与云服务器的连接，打破传统农业的空间限制，管理员可以随时随地对农场进行远程管理。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于物联网的土壤基质数据采集与自动监测系统，包括：

设置在大棚中的无线传感节点、自动灌溉控制系统以及无线汇聚节点、无线网关节点、云服务器和监控终端；

所述无线传感节点布设于每个大棚中，主要功能一是实时采集农作物的生长环境数据，逐级发送到各监控终端，二是接收监控终端的控制指令，控制各大棚的自动灌溉等设备运作，需要布设的节点数量根据大棚的面积大小决定；

每个无线传感节点的数据通过ZigBee组建的无线网络首先汇聚到担任无线汇聚节点的一个ZigBee无线收发模块，通过该无线汇聚节点连接到无线网关节点，由无线网关节点完成ZigBee网络到WIFI网络的对接，再通过WIFI连接到云服务器，由云服务器完成大数据的存储和分析，手机、平板电脑、PC等监控终端可通过Internet访问云服务器，实现对各大棚的监控和管理；

所述无线传感节点包括光照度传感器、空气温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤电导率传感器、土壤水分传感器，无线传感节点相当于整个系统的神经末梢，负责农作物生长环境数据的采集及自动灌溉等环境系统的控制；

所述无线传感节点的供电采用太阳能电池，系统的低功耗可保证节点的无限续航，系统一经布设完毕，后续就无需更换电池，大大节省了系统维护的人力投入。

本发明所述一种基于物联网的土壤基质数据采集与自动监测系统，其中，所述自动灌溉控制系统包括单片机，所述单片机采用TI公司的超低功耗单片机MP430F149，具有五种低功耗模式，2.2伏工作电压1MHz工作频率时电流为225uA，可实现超长续航，且具有丰富的外设接口，可满足与多种传感器的对接。

本发明所述一种基于物联网的土壤基质数据采集与自动监测系统，其中，所述土壤导电率传感器，利用太阳能电池提供能源，运用“电流-电压”四端法构成土壤导电率监测系统，采用单片机控制，利用ZigBee无线收发模块实现土壤导电率传感器测量结果的无线传输，对土壤导电率实时远程监测，及时了解土壤的相关物理化学性质的变化。

本发明所述一种基于物联网的土壤基质数据采集与自动监测系统，其中，所述土壤导电率监测系统包括两个电流端和两个电压端，所述电流端为两根不锈钢探针，其长度为15cm，间距20cm；所述电压端为两根不锈钢探针，其长度15cm，间距10cm，激励信号源（恒流源）经过两个电流端流入大地，由于土壤电导率的变化直接影响电压端输出电压，通过检测电压端的电势差，就可计算出土壤的电导率值。

本发明所述一种基于物联网的土壤基质数据采集与自动监测系统，其中，所述导电率监测系统的单片机采用美国microchip公司新推出的低功耗单片机 PIC18F14K22，该单片机具有8K 字节闪存程序存储器，512字节数据存储器，内部集成阻容振荡器，A/D转换器等，由于采用了纳瓦技术，该单片机具有非常低的功耗，在单片机处于休眠状态时，消耗电流为100nA，使用该单片机可以减少很多外围器件，在提高可靠性的同时，降低了成本与功耗。