一种多功能植物生长与生境信息监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种多功能植物生长与生境信息监测系统，属于农业信息化技术领域。本实用新型专利技术的监测系统由网关节点和植物生长与生境信息监测节点组成。网关节点和信息监测节点分别以树莓派、Arduino开发板为核心，辅以外围电路构建。信息监测节点提供丰富的传感器接口、多样的电源管理功能、灵活的数据存储与交互方式、精确的位置与时间信息。网关节点提供系统工作状态及所感知信息显示、LoRa/NB‑IoT/WiFi数据传输功能，精确的位置与时间信息。用户所持智能终端可通过蓝牙通信技术完成网关节点和监测节点的配置信令与监测数据交互。网关节点与信息监测节点间组网灵活，支持便携式/固定式植物生长与生境信息感知。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能植物生长与生境信息监测系统
本技术涉及农业信息化
，更具体地说，涉及一种多功能植物生长与生境信息监测系统。
技术介绍
全面、准确、高效地监测土壤、大气、作物和地理位置等参数是有效推进“互联网+”现代农业行动，引领驱动精准农业加快发展的必然需求。近年来，随着物联网、云计算与大数据技术的快速发展，使得全面感知农业生产信息成为可能。然而，这需要更加细化的农田信息监测的对象和内容、更加便捷的数据获取技术、更加精准的信息表达和服务技术、建立可视化的农田信息监测服务平台等。传统植物生长与生境信息检测仪器多采用以单片机为核心的技术架构、针对某一特定环境设计，能够监测的农田信息参数有限、扩展或二次开发能力不足。采用嵌入式ARM系列微处理器、辅以Android操作系统架构开发的植物生长信息检测仪器，可配置、支持二次开发，但成本较高。此外，基于单片机或ARM微处理器构架的仪器开发要求开发者有较强的电子知识背景，开发门槛较高。开源硬件开发平台Arduino提供易用的接口、强大的第三方函数库支持，且性能稳定、兼容性好。树莓派支持Python语言，学习门槛较低，且具有较高的硬件配置，适合应用于网关、视频等较为复杂处理需求的硬件开发。开发者不需要具有较强的电子知识背景，只需着眼于程序的逻辑结构设计。树莓派、Arduino开发板已经得到广泛的利用。然而，目前已有基于树莓派、Arduino开发的监测设备和系统大多针对土壤、空气、作物生长等变化因子或针对具体需求设计，功能较为单一，传感器接口及电源供给受限，组网及远程数据传输能力支持不足，难以满足复杂农业生产环境下多样化的节点部署及信息监测需求。经检索，关于植物生长生境信息监测已有较多方案公开。如中国专利申请号201710227383.X，申请日为2017年4月10日，专利技术创造名称为：一种植物生长管理系统；该申请案包括植物数据采集器、与数据采集器信号输入端连接的传感器单元和照相机，无线通讯模块，植物生长管理平台；传感器单元和照相机采集的植物生长的数据和图像信息，数据采集器将数据和图像信息通过无线通讯模块传输至植物生长管理平台；植物生长管理平台将生长信息发送至用户手机软件中，给出照顾植物的相应建议。该申请案具有对植物水分监测，温度监测，PH值监测，光的照度监测，空气质量监测，病害虫监测等各个方面综合监测，并通过移动通讯手段提醒用户对植物进行照顾。中国专利申请号201510422024.0，专利技术创造名称为：一种植物生长环境信息监测系统；该申请案包括传感节点和网关节点，传感节点包括无线通信模块、稳压电源模块、温度传感器接口、温湿度传感器接口、光照度传感器接口、土壤湿度传感器接口、摄像头接口以及DART接口构成；无线通信模块分别与稳压电源模块、温度传感器接口、温湿度传感器接口、光照度传感器接口、土壤湿度传感器接口、摄像头接口以及DART接口相互连接。该申请案可以实现长时间监测，适用于监测植物成长环境信息。上述申请案虽然均从自身角度解决了植物生长环境信息的监测，但上述申请案仍然存在功能较为单一，传感器接口及电源供给受限等问题，仍需进一步改进。
技术实现思路
1.技术要解决的技术问题鉴于我国农业现代化的发展需求，以及目前存在的实际问题，本技术提供了一种多功能植物生长与生境信息监测系统，本技术具有性价比高、开发门槛低、传感器接口丰富、组网部署灵活的特点，便于实现大规模可移动的信息数据监测，也可以满足小范围或者单个设备便携移动监测。2.技术方案为达到上述目的，本技术提供的技术方案为：本技术的一种多功能植物生长与生境信息监测系统，包括网关节点和信息监测节点，用户所持智能终端通过蓝牙完成网关节点、信息监测节点的配置信令和监测数据交互；网关节点和信息监测节点分别以树莓派、Arduino开发板为核心构建，信息监测节点通过LoRaMesh技术自组网建立节点间、节点与网关节点间远距离可靠通信连接，实现与云端的数据交互；其中，所述的信息监测节点用于采集图像、多种环境因子、作物生长和位置信息，于本地存储并转发网关节点；所述的网关节点采集视频、并连同接收到的信息于本地存储并显示，再将数据打包向云端转发。更进一步地，所述的信息监测节点包括Arduino开发板、电源供给单元、传感器接口单元、通信/数据交换单元和辅助单元，电源供给单元输出直流电压为Arduino开发板提供电源供给，传感器接口单元用于不同接口类型的传感器接入Arduino开发板，通信/数据交换单元支持LoRaMesh通信、蓝牙通信和SD存储卡接口功能，辅助单元包括时钟模块和GPS模块。更进一步地，所述的电源供给单元包括电源管理模块、升压模块和继电器模块，电源管理模块连接太阳能电板和蓄电池，根据太阳光照强度在太阳能电板供电、蓄电池供电方式间切换；所述的升压模块对Arduino开发板输出的直流电压进行升压，提供5-23V范围的直流电压输出，继电器模块连接Arduino开发板数字口和升压模块，通过调节Arduino开发板数字口信号输出控制继电器的通断，来调控传感器电源的供给。更进一步地，所述的传感器接口单元提供A/D接口、RS485接口和RS232接口。更进一步地，所述的传感器包括但不限于环境因子传感器和植物生长本体传感器，其中，环境因子传感器包括但不限于图像传感器、土壤温湿度、空气温湿度、空气二氧化碳浓度、风速和风向、光照强度、有效光合辐射传感器；植物生长本体传感器包括但不限于茎杆微变化、径流、果实膨大、光合作用率、叶片温度传感器。更进一步地，所述的通信/数据交换单元采用LoRaMESHRadioModule模块实现节点间组网通信功能；采用ArduinoInterfaceShield扩展板提供SD存储卡接口；采用蓝牙芯片实现节点与用户所持智能终端间的蓝牙通信功能。更进一步地，所述信息监测节点的辅助单元由包含DS1307芯片的外围电路通过I2C接口连接Arduino开发板，提供实时时钟；由包含UBX-G7020-KT芯片的外围电路通过UART接口连接Arduino开发板，提供GPS位置信息。更进一步，所述的用户所持智能终端可以通过蓝牙通信设置监测节点编号和各传感器采样间隔。更进一步地，所述的网关节点包括树莓派开发板、电源供给单元、工作状态及信息感知显示屏、通信/数据交换单元和辅助单元；电源供给单元输出直流电压为树莓派开发板提供电源供给，树莓派开发板的HDMI接口连接工作状态及信息感知显示屏，通信/数据交换单元提供LoRa/NB-IoT/WiFi数据交互功能，支持蓝牙通信和SD存储卡接口功能，辅助单元包括时钟模块和GPS模块。更进一步地，所述的电源供给单元包括电源管理模块，电源管理模块连接太阳能电板和蓄电池，根据太阳光照强度在太阳能电板供电、蓄电池供电方式间切换。更进一步地，所述的电源管理模块具体使用PLC控制器同时管理蓄电池、太阳能板和应用输出。更进一步地，所述的视频采集单元包括视频采集设备。更进一步地，所述通信/数据交换单元采用LoRaMESHRadioModule模块，实现与信息监测节点间的LoRa通信；所述网关节点的辅助单元由包含DS1307芯片的外围电路通过GPIO2-3接口连接树莓派开发板，提供实时时钟；由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能植物生长与生境信息监测系统，其特征在于：包括网关节点和信息监测节点，用户所持智能终端通过蓝牙完成网关节点、信息监测节点的配置信令与监测数据交互；网关节点和信息监测节点分别以树莓派、Arduino开发板为核心构建，信息监测节点通过LoRaMesh技术自组网建立节点间、节点与网关节点间远距离可靠通信，实现与云端的数据交互；其中，所述的信息监测节点用于采集图像、多种环境因子、作物生长和位置信息，于本地存储并转发网关节点；所述的网关节点采集视频、并连同接收到的信息于本地存储并显示，再将数据打包向云端转发。

【技术特征摘要】
1.一种多功能植物生长与生境信息监测系统，其特征在于：包括网关节点和信息监测节点，用户所持智能终端通过蓝牙完成网关节点、信息监测节点的配置信令与监测数据交互；网关节点和信息监测节点分别以树莓派、Arduino开发板为核心构建，信息监测节点通过LoRaMesh技术自组网建立节点间、节点与网关节点间远距离可靠通信，实现与云端的数据交互；其中，所述的信息监测节点用于采集图像、多种环境因子、作物生长和位置信息，于本地存储并转发网关节点；所述的网关节点采集视频、并连同接收到的信息于本地存储并显示，再将数据打包向云端转发。2.根据权利要求1所述的一种多功能植物生长与生境信息监测系统，其特征在于：所述的信息监测节点包括Arduino开发板、电源供给单元、传感器接口单元、通信/数据交换单元和辅助单元，电源供给单元输出直流电压为Arduino开发板提供电源供给，传感器接口单元用于不同接口类型的传感器接入Arduino开发板，通信/数据交换单元支持LoRaMesh通信、蓝牙通信和SD存储卡接口功能，辅助单元包括时钟模块和GPS模块。3.根据权利要求2所述的一种多功能植物生长与生境信息监测系统，其特征在于：所述的电源供给单元包括电源管理模块、升压模块和继电器模块，电源管理模块连接太阳能电板和蓄电池，根据太阳光照强度在太阳能电板供电、蓄电池供电方式间切换；所述的升压模块对Arduino开发板输出的直流电压进行升压，提供5-23V范围的直流电压输出，继电器模块连接Arduino开发板数字口和升压模块，通过调节Arduino开发板数字口信号输出控制继电器的通断，来调控传感器电源的供给。4.根据权利要求2所述的一种多功能植物生长与生境信息监测系统，其特征在于：所述的传感器接口单元提供A/D接口、RS485接口和RS232接口。5.根据权利要求4所述的一种多功能植物生长与生境信息监测系统，其特征在于：所述的传感器包括但不限于环境因子传感器和植物生长本体传感器，其中，环境因子传感器包括但不限于图像传感器、土壤温湿度、空气温湿度、空气二氧化碳浓度、风速和风向、光照强度、有效光合辐...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶元，王方明，刘凯，陈剑雄，赵博琛，
申请(专利权)人：山东明峰世纪机器人有限公司，
类型：新型
国别省市：山东,37