基于LoRa技术的草莓园环境管理系统及控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于LoRa技术的草莓园环境管理系统及控制方法，该系统中终端节点分为数据采集节点和开关控制节点，数据采集节点用来采集温室环境的信息数据，并采用LoRa通信技术将数据由终端传感器传输到集中器节点，通过LoRa通信技术接收控制指令，开关控制节点通过LoRa通信技术接收来自集中器节点发来的信息，来控制洒水器开关与遮阳开关以达到改变温室环境的作用；集中器节点将接受到的数据信息远程传输到管理中心，以及控制终端节点的工作状态，集中器节点通过TCP/IP网络与管理中心连接；管理中心负责显示、记录草莓园环境数据信息，并根据信息情况调整草莓园的环境状态，保障草莓园环境为最适合草莓生长的环境。

【技术实现步骤摘要】
基于LoRa技术的草莓园环境管理系统及控制方法
本专利技术涉及一种基于LoRa技术的草莓园环境管理系统，具体涉及智慧农业领域。
技术介绍
近年来，随着物联网技术的发展，各种行业依托于物联网技术有了较大的变革。可以说，基于物联网的智能产品将在未来占据主导地位。而LoRa作为低功耗广域网(LPWAN)的一种长距离通信技术，近年来受到了越来越多的关注。LoRa的优势在于其技术方面的长距离通信能力。在高性能、远距离、低功耗的前提下，拥有支持大规模组网，测距和定位等方面突出的特点。这使得该方案(终端+集中器+管理中心)成为物联网大规模推广应用中的一种理想技术选择，将物联网用于农业也成了未来智慧农业领域发展的一种发展趋势。二氧化碳和水是绿色植物进行光合作用的原料，作物干重的95％来自光合作用，所以物联网在农业应用中需要部署大量的传感器与控制器，像温度湿度传感器、二氧化碳浓度传感器和光照强度传感器等。低成本的微控制器和传感器是必需的，传感器测量出的大部分数据指标在短时间内不会发生明显的变化，并且数据量较小，对实时性的要求不高；控制器控制开关，以便于调整适宜草莓生长的环境；草莓园通常在比较广阔的野外，有线监控设施不便于现场布线、设备维护和长距离监测管理；目前实际管理中有少量采用新兴的无线传感器网络技术进行草莓园环境管理，如Zigbee技术和移动通信网络的结合方式。但由于Zigbee通信距离最大为2.5公里，覆盖范围有限，因此所需节点数量较多，导致成本增加。此外，当Zigbee组网时，其中充当路由的节点不能处于休眠状态，因此功耗无法进一步降低。因此，本专利技术首次提出了基于LoRa技术的草莓园环境管理系统，相比基于Zigbee技术的草莓园环境管理系统，本设计中所需的终端节点数更少，整体功耗更低，待机时间更长，可远程控制作物生长环境，可有效降低系统的整体构建成本，解决了草莓园监测管理设施不便于现场布线、设备维护麻烦和远距离管理的问题，具有开发成本低、维护方便、功耗低和远距离实时管理的特点。而且利用该技术可以快速搭建低功耗、低成本的无线传感器网络，为草莓园环境管理提供了强而有利的支持。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种基于LoRa技术的草莓园环境管理系统，旨在解决草莓园监测管理设施不便于现场布线、设备维护麻烦和远距离管理的问题，具有开发成本低、维护方便、功耗低和远距离实时管理的特点，便于集中管理和提高生产效率。本专利技术一种基于LoRa技术的草莓园环境管理系统，包括终端节点、集中器节点和管理中心；所述的终端节点包括数据采集节点和开关控制节点，数据采集节点用来采集温室环境的信息数据，并采用LoRa通信技术将数据由数据采集节传输到集中器节点，同时数据采集节通过LoRa通信技术接收控制指令，开关控制节点通过LoRa通信技术接收来自集中器节点发来的信息，来控制洒水器开关与遮阳开关以达到改变温室环境的作用；集中器节点将接收到的数据信息远程传输到管理中心，以及控制终端节点的工作状态，集中器节点通过TCP/IP网络或UDP网络与管理中心连接；管理中心负责显示、记录草莓园环境数据信息，并根据信息情况下发信息给集中器节点；集中器节点根据接收信息来调整终端节点的工作状态，从而调整草莓园的环境状态，保障草莓园环境为最适合草莓生长的环境。作为优选，所述终端节点以单片机MSP430F149为核心。作为优选，所述终端节点中的数据采集节点包括温湿度传感器、光照强度传感器、二氧化碳传感器；所述的温湿度传感器采用数字式插针式DHT11温湿度传感器，光照强度传感器采用BH1750FVI数字光照强度传感器，二氧化碳传感器采用红外二氧化碳传感器；所述终端节点中的开关控制节点包括洒水器开关、遮阳开关和二氧化碳释放器开关。基于LoRa技术的草莓园环境管理系统的管理方法，具体包括以下步骤：步骤一：终端节点、集中器节点和管理中心上电复位并进行系统初始化；步骤二：终端节点外设初始化、栈协议初始化，搜索周围网络并申请加入，与集中器节点之间通过RX1278模块建立基于LoRa技术的通信连接；集中器节点与管理中心通过TCP/IP网络或UDP网络建立通信连接；步骤三：管理中心根据设定通过网络下发指令信息至集中器节点，集中器节点通过SX1278模块以LoRa通信技术将该信息传输至终端节点的数据采集节点，控制数据采集节点的工作状态及采集周期；步骤四：数据采集节点按照采集周期采集空气中的温湿度、土壤中的温湿度、光照强度以及二氧化碳浓度值，并将采集到的温湿度、光照强度以及二氧化碳浓度数据打包组帧，并将组帧后的数据通过SX1278模块以LoRa通信技术传输至集中器节点；集中器节点将接受到的数据通过网络传输给管理中心；步骤五：管理中心将接收到的数据录入数据库中，并自动将采集所得的温湿度、光照强度与二氧化碳浓度的数据值与适宜草莓生长的环境区间值比照，根据比照结果做出决策指令；管理中心将该指令数据通过网络下传至集中器节点；集中器节点通过SX1278模块以LoRa通信技术继续将该指令数据下发至终端节点的开关控制节点，通过调整遮阳步进电机、洒水器开关以及二氧化碳释放器开关的工作状态来调整温室环境以适合草莓生长。本专利技术的有益效果主要体现在:系统具有开发成本低、维护方便、功耗低和远距离实时管理的特点，便于集中管理和减少人力提高生产效率。附图说明图1是基于LoRa技术的草莓园管理系统的原理框图。图2是系统终端节点的工作流程图。图3是系统集中器节点的工作流程图。下面结合附图对本专利技术作进一步的描述。具体实施方式结合图1一种基于LoRa技术的草莓园环境管理系统包括终端节点、集中器节点和管理中心。所述终端节点的传感器分别置于草莓园的各个温室中：温湿度传感器，一部分放入土壤中，以采集土壤的温度与湿度，一部分放置在空气中，采集温室中空气的温度与湿度；光照强度传感器采集光照的强度；二氧化碳传感器采集温室中二氧花碳的浓度。然后各个传感器将采集的数据传送给微控制器，微控制器将经过处理的数据通过SX1278模块发送给集中器节点，集中器节点将收到的数据通过NB-IoT或其他网络方式传输给管理中心。管理中心对收到的数据进行分析后作出决策，下发控制指令至集中器。同时集中器将收到的控制指令通过SX1278模块发送给终端节点的传感器与控制器，通过改变传感器与控制器的工作状态来改变草莓园温室中的环境。结合图2终端节点的工作流程：终端节点上电后先进行复位，再进行外设的初始化，完成后搜索附近区域是否有可加入网络。如果搜索到网络则申请加入，成功后调用传感器采集程序，完成土壤温湿度值、空气温湿度值、二氧化碳浓度值和光照强度值得收集，之后将收集到的数据进行打包组帧，并通过SX1278模块将数据包发送给集中器。集中器通过连接管理中心的网络将该数据包发送至管理中心。管理中心将接收到的数据录入数据库中，并自动将采集所得的温湿度、光照强度与二氧化碳浓度的数据值与适宜草莓生长的环境区间值比照，根据比照结果做出决策指令。管理中心将该指令数据通过网络下传至集中器节点。集中器节点通过SX1278模块以LoRa通信技术继续将该指令数据下发至终端节点的开关控制节点，通过调整遮阳步进电机、洒水器开关以及二氧化碳释放器开关的工作状态来调整温室环境以适合草莓生长。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于LoRa技术的草莓园环境管理系统，其特征在于：包括终端节点、集中器节点和管理中心；所述的终端节点包括数据采集节点和开关控制节点，数据采集节点用来采集温室环境的信息数据，并采用LoRa通信技术将数据由数据采集节传输到集中器节点，同时数据采集节通过LoRa通信技术接收控制指令，开关控制节点通过LoRa通信技术接收来自集中器节点发来的信息，来控制洒水器开关与遮阳开关以达到改变温室环境的作用；集中器节点将接收到的数据信息远程传输到管理中心，以及控制终端节点的工作状态，集中器节点通过TCP/IP网络或UDP网络与管理中心连接；管理中心负责显示、记录草莓园环境数据信息，并根据信息情况下发信息给集中器节点；集中器节点根据接收信息来调整终端节点的工作状态，从而调整草莓园的环境状态，保障草莓园环境为最适合草莓生长的环境。

【技术特征摘要】
1.基于LoRa技术的草莓园环境管理系统，其特征在于：包括终端节点、集中器节点和管理中心；所述的终端节点包括数据采集节点和开关控制节点，数据采集节点用来采集温室环境的信息数据，并采用LoRa通信技术将数据由数据采集节传输到集中器节点，同时数据采集节通过LoRa通信技术接收控制指令，开关控制节点通过LoRa通信技术接收来自集中器节点发来的信息，来控制洒水器开关与遮阳开关以达到改变温室环境的作用；集中器节点将接收到的数据信息远程传输到管理中心，以及控制终端节点的工作状态，集中器节点通过TCP/IP网络或UDP网络与管理中心连接；管理中心负责显示、记录草莓园环境数据信息，并根据信息情况下发信息给集中器节点；集中器节点根据接收信息来调整终端节点的工作状态，从而调整草莓园的环境状态，保障草莓园环境为最适合草莓生长的环境。2.根据权利要求1所述的基于LoRa技术的草莓园环境管理系统，其特征在于：所述终端节点以单片机MSP430F149为核心。3.根据权利要求1所述的基于LoRa技术的草莓园环境管理系统，其特征在于：所述终端节点中的数据采集节点包括温湿度传感器、光照强度传感器、二氧化碳传感器；所述的温湿度传感器采用数字式插针式DHT11温湿度传感器，光照强度传感器采用BH1750FVI数字光照强度传感器，二氧化碳传感器采用红外二氧化碳传感器；所述终端节点中的开关控制节点包括洒水器开关、遮阳开关和二氧化碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：张福洪，陆宇斌，易志强，班多兴，江静，贺杰，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33