一种基于物联网的智能无线温室监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于物联网的智能无线温室监测系统：LoRa传感器节点，监测温室各个位置的空气温度、湿度，土壤温度、湿度等环境数据，并对数据进行简单的预处理，并通过LoRa无线模块上传到LoRa网关；LoRa网关，汇总从节点收集到的数据，通过网线、Wifi或者3g/4g将实时数据上传云端服务器；云服务器，接收和存储环境数据；客户端，实时监控温室作物生长环境信息，收集整理温室数据。本发明专利技术克服现有的温室监测系统要么需要使用专用的软件和硬件，要么成本高、不利于维护、可移植性差的缺点，提供一种不需要专用的软件和硬件、且成本低、易于维护的基于物联网的温室监测系统。

【技术实现步骤摘要】
一种基于物联网的智能无线温室监测系统
本专利技术属于物联网
，具体涉及一种基于物联网的智能无线温室监测系统。
技术介绍
我国是一个历史悠久的农业大国，早在2000多年前就有蔬菜、花卉的温室栽培；可见我国的温室产业源远流长；20世纪30年代，我国辽宁南部和北京地区就已经开始在冬季利用不进行人工加热的“日光温室”生产新鲜蔬菜；近年来我国设施园艺快速发展，截至2012年，栽培面积已达到了362万hm2，占世界的89.3%；其中代表设施园艺现代化水平的玻璃温室面积接近9000hm2，占世界玻璃温室面积的22.5%。众所周知，无论是温室中花卉植物还是蔬菜作物的生长发育对环境条件都有一定要求，适宜的环境如合适的温度、湿度、光照强度、二氧化碳含量等参数能够使作物维持在最佳的水平，从而有利于实现优质、高效生产；要想实现花卉蔬菜的高质量生产，我们首先需要准确获得他们在温室的生长环境信息；一方面，传统的温室监测系统有线组网方式布线复杂且维护升级困难、多处温室大棚监管困难、监控管理人员不能离开或任意走动；另一方面，传统温室监测系统也需要有线的方式进行供电，增加了对能源的消耗。
技术实现思路
本专利技术针对传统有线温室监测系统的费时费力的缺点，提出了利用太阳能资源的一种基于物联网的智能无线温室监测系统；本专利技术运用先进的传感器技术、单片机技术和通信技术，对温室内的温度和湿度等参数进行准确监测，实现了对植物生长环境的智能化控制，改变了传统温室依靠人工操作的缺点；采用了模块化的设计，体积小，后期升级维护方便；采用了太阳能电池供电，实现了资源的合理利用和减少了对环境的污染。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于物联网的智能无线温室监测系统，其特征在于包括，LoRa传感器节点，监测温室各个位置的空气温度、湿度，土壤温度、湿度等环境数据，并对数据进行简单的预处理，并通过LoRa无线模块上传到LoRa网关；LoRa网关，汇总从节点收集到的数据，通过网线、Wifi或者3g/4g将实时数据上传云端服务器；云服务器，运行数据库管理软件和应用程序；客户端，用户可通过网络访问所述云服务器，查看温室监测环境信息。本专利技术所述LoRa传感器节点包括：传感器模块，获取温室作物的环境信息；单片机模块，控制传感器模块，通过LoRa无线模块与LoRa保持通信；LoRa无线通讯模块，实现与LoRa网关的实时通信；电源模块，给整个节点供电。所述传感器模块主要空气温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器CO2浓度传感器，光照度传感器构成，当然还可包根据需要增加其他传感器。为进一步优选，所述单片机模块包括：微控制单元，执行单片机程序指令；时钟芯片，为所述微控制单元提供时钟脉冲；A/D转换器接口，实现模数转换；电可擦可编程只读存储器，用于存储单片机程序指令和数据；复位电路，实现单片机上电复位功能；扩展I/O接口，为单片机提供I/O接口；光电隔离电路，用于提高单片机系统的抗干扰能力；它可以通过I/O接口数据信号；该模块在程序中加入了节能部分，利用其微处理的休眠模式在其不工作时进行节能，即在处理模块不采集传感器模块数据时，关闭其他功能，进入休眠状态，直至其需要工作恢复正常工作状态，从而达到节省电量的效果，延长了其电源模块的工作时间。所述LoRa无线通信模块采用了SEMTCH公司的SX1276/SX1278芯片，其能在433/470/868/915MHz频率下与LoRa网关部分通信。所述电源模块有以下三部分构成：25W单晶太阳能电池板、12V太阳能控制器和12VAH铅蓄电池组成。太阳能电池板将太阳能将转化为电能，储存在铅蓄电池中，整个储能过程由太阳能控制器控制；阳光充足的情况下，太阳能板6-8个小时可充满12AH的电瓶，电瓶充满电可供一个手机（电池容量为2200毫安）充电7次或者2个5W灯泡同时用可亮16个小时；太阳能控制器带光控延时，可以设置放电时间，自带显示屏，可以显示电池电压。本专利技术所述LoRa网关主要由LoRa通信模块、处理器模块、互联网通信模块和电源模块组成；所述LoRa通信模块能与上述LoRa节点在433/470/868/915MHz频率下通信；所述互联网通信模块主要有网线通信模块、Wifi通信模块和3G/4G通讯模块；处理器模块能够将LoRa通信模块的数据存储起来，并通过物联网通信模块发送出去；所述网关支持TCP/IP,MQTT等协议，能将所搜集的数据发送各种物联网平台。所述云服务器中应用程序能够为LoRa网关中的互联网通信模块赋予IP地址以建立网络通道，所述云服务器中应用程序还对所述本地服务器接收到的数据进行解析、自动识别数据并存入服务器数据库中。所述云服务中的数据库管理程序可以通过应用程序获取网关数据，该云服务器数据库采用了Mysql数据库，简单易用，且其为开源数据库，节省了搭建成本。所述客户端采用了C#语言编写，占用内存小，操作方便，能够实时监测每个传感器节点的空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度和二氧化碳浓度等环境参数，还可以通过客户端的折线图等查询某一段时间的环境参数的变化。本专利技术的一种基于物联网的智能无线温室监测系统和现有技术相比，具有以下有益效果：（1）本专利技术可以让使用者通过远程访问温室温室监测系统，将物联网感知层和应用层平滑地与互联网连接，采用了标准的网络访问接口和交互协议。温室管理者仅需网络接口利用客户端就能实时监测温室环境数据，降低远程监测的门槛。其次，本专利技术可同时完成大范围内多个温室环境的网络化监控，另外，本专利技术以软件中间层建立物联网网络通道，无需为大量传感器和温室设备分别配备过多硬件即可实现物联网访问，降低系统成本，便于维护。并且当需要添加新的子网络时，可以避免硬件设备的重发开发和浪费；（2）本专利技术将由LoRa无线网络、Wifi网络Internet、3G/4G网络平滑融合在一起。LoRa无线网络低成本、低功耗、易于组网、易于维护，特别适合温室环境使用。同时系统也提供现场总线连接方式，使用者可以根据需要和不同的条件选择架设网络，适应结构复杂多变的温室特点，完成多种网络之间数据传输的融合与协同；（3）本专利技术开发了客户端程序，用户可以联网条件下利用个人实时监测温室情况，简单方便；（4）本专利技术采用了太阳能供电，通讯采用无线模块，免去了传统有线温室监控的布线成本，使用了可再生能源，降低了对资源的消耗，减少了对温室环境的破坏，有利于温室生产的可持续发展。具体实施方式：为使本专利技术的特征及优点得到更清楚的了解，以下结合附图，做详细说明如下：实施例一：图1是本专利技术的一种基于物联网的智能无线温室监测系统的一实施案例的结构示意图。本专利技术的基于物联网的温室智能控制系统包括：LoRa传感器节点，LoRa网关，云服务器和客户端。图2是LoRa传感器节点结构示意图，本专利技术所述LoRa传感器节点包括：传感器模块，获取温室作物的环境信息；单片机模块，控制传感器模块，通过LoRa无线模块与LoRa保持通信；LoRa无线通讯模块，实现与LoRa网关的实时通信；电源模块，给整个节点供电。所述传感器模块主要空气温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器CO2浓度传感器，光照度传感器构成，当然还可包根据需要增加其他传感器。为进一步优选，所述单片机模块包括：微本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于物联网的智能无线温室监测系统，其特征在于包括，LoRa传感器节点，监测温室各个位置的空气温度、湿度，土壤温度、湿度等环境数据，并对数据进行简单的预处理，并通过LoRa无线模块上传到LoRa网关；LoRa网关，汇总从节点收集到的数据，通过网线、Wifi或者3g/4g将实时数据上传云端服务器；云服务器，运行数据库管理软件和应用程序；客户端，用户可通过网络访问所述云服务器，查看温室监测环境信息；所述云服务器中的应用程序能够为LoRa网关中的互联网通信模块赋予IP地址以建立网络通道，所述云服务器中的应用程序还对所述本地服务器接收到的数据进行解析、 自动识别数据并存入服务器数据库中。

【技术特征摘要】
1.一种基于物联网的智能无线温室监测系统，其特征在于包括，LoRa传感器节点，监测温室各个位置的空气温度、湿度，土壤温度、湿度等环境数据，并对数据进行简单的预处理，并通过LoRa无线模块上传到LoRa网关；LoRa网关，汇总从节点收集到的数据，通过网线、Wifi或者3g/4g将实时数据上传云端服务器；云服务器，运行数据库管理软件和应用程序；客户端，用户可通过网络访问所述云服务器，查看温室监测环境信息；所述云服务器中的应用程序能够为LoRa网关中的互联网通信模块赋予IP地址以建立网络通道，所述云服务器中的应用程序还对所述本地服务器接收到的数据进行解析、自动识别数据并存入服务器数据库中。2.根据权利要求1所述的基一种基于物联网的智能无线温室监测系统，其特征在于，本发明所述LoRa传感器节点包括：传感器模块，获取温室作物的环境信息；单片机模块，控制传感器模块，通过LoRa无线模块与LoRa保持通信；LoRa无线通讯模块，实现与LoRa网关的实时通信；电源模块，给整...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙霞，史孝杰，郭业民，刘元义，王茂励，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37