基于LoRa技术的智慧果园土壤墒情监测系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于LoRa技术的智慧果园土壤墒情监测系统，其特征在于，包括分布设置在所述果园内，用于采集果园分布点标识信息和数据的至少两个节点采集装置，节点采集装置通过LoRa无线通讯模块与节点汇聚装置通讯连接，所述的节点汇聚装置用于接收所述的标识信息和数据，并校对所述标识信息和数据的时间信息，进而与上位机通讯连接，所述的上位机用于对所述的标识信息和数据进行统计分析。本实用新型专利技术是一种低功耗、高精度、兼容性高、扩展性好、稳定可靠、资源丰富的多参量传感器采集装置，有效解决物联网数据采集领域中高精度、低成本数据采集的核心技术问题。成本数据采集的核心技术问题。成本数据采集的核心技术问题。

【技术实现步骤摘要】
基于LoRa技术的智慧果园土壤墒情监测系统


[0001]本技术涉及农业物联网领域，具体涉及一种果园墒情监测系统。

技术介绍

[0002]开展农田土壤墒情的监测可以实现适时适量的灌溉，有效解决农业节水问题，并达到节水增产增效益的目的；随着自动化技术与通信技术的发展，人工监测的方式已经被彻底取代，且涉及数据采集的高集成传感器和测量信号种类繁多，可是，在物联网数据采集领域，具有环境条件恶劣、采集精度高、传输速率高、数据吞吐量大等特点，为此系统的稳定性、可靠性、抗干扰性、数据的加密传输和数据存储力成为着力克服的关键问题。
[0003]申请号为201710528262.9，申请名称为基于LoRa物联网的低功耗土壤监测系统，包括土壤监测站群和远程监控服务平台，土壤监测群包括一个主土壤监测站和多个从土壤监测站的数据采集系统存在数据精度低、兼容性低、操作复杂，在限定的环境中测试问题。第一，缺少一种集多参数传感器接口资源、采样精度高、性价比较高的数据采集系统；第二，监测对象的传感器模块成本非常高、系统兼容性差，增加匹配接口电平提高了系统的整体功耗，无法满足监测系统的低功耗要求；第三，监测对象的系统所采用的非线性传感器校准难度大、开发验证周期长、设计工作量大。
[0004]同时的，基于甘肃山地果园占地面积大，而土地贫瘠干旱的实际情况，现有的土壤墒情系统的通信可靠性、采集实时性、系统稳定性均适应不了该情况，同时，也无法功能扩展，满足不了甘肃地区，尤其针对山地型果园远程监控的实际应用需求。
[0005]为此，需要研究一种低功耗、高精度、兼容性高、扩展性好、稳定可靠、资源丰富的多参量传感器采集装置，有效解决物联网数据采集领域中高精度、低成本数据采集的核心技术问题。

技术实现思路

[0006]本技术的目的在于避免现有技术的不足提供一种通信可靠性、采集实时性、系统稳定性都有显著提高，易于功能扩展，能够高效满足山地果园远程监控的实际应用需求的一种基于LoRa技术的智慧果园土壤墒情监测系统。
[0007]为实现上述目的，本技术采取的技术方案为：一种基于LoRa技术的智慧果园土壤墒情监测系统，包括分布设置在所述果园内，用于采集果园分布点标识信息和数据的至少两个节点采集装置，节点采集装置通过LoRa无线通讯模块与节点汇聚装置通讯连接，所述的节点汇聚装置用于接收所述的标识信息和数据，并校对所述标识信息和数据的时间信息，进而与上位机通讯连接，所述的上位机用于对所述的标识信息和数据进行统计分析；
[0008]所述的节点采集装置包括用于采样土壤湿度的第一传感器和用于采样环境温度、湿度的第二传感器，所述的第一传感器和第二传感器的输出端分别与第一处理器的GPIO输入端接口连接，所述的LoRa无线通讯模块集成设置在所述的第一处理器上，LoRa无线通讯模块的射频发送端的接口与第一处理器的GPIO输出端接口电连接；还包括与所述节点采集
装置电连接的太阳能蓄电池；
[0009]所述的节点汇聚装置包括LoRa无线通讯模块的射频接收端，LoRa无线通讯模块的射频接收端用于与所述LoRa无线通讯模块的射频发送端通过自定义modbus协议组帧传输所述的标识信息和采集数据；所述的LoRa无线通讯接收模块的射频接收端与第二处理器的输入端电连接，所述第二处理器通过集成在第二处理器上的以太网PHY芯片的太网接口与上位机通讯连接。
[0010]进一步的，所述的第一传感器与信号调理电路电连接，信号调理电路用于将第一传感器输出的4～20mA电流信号转换输出为0～3.2V电压信号；所述的第一处理器通过处理器片内16位模数转换器ADC采样并量化所述的电压信号；
[0011]所述的信号调理电路包括同相放大器U1和差分放大器U2；
[0012]在所述第一传感器的接口J1信号正向输出端和反向输出端之间，连接有采样电阻R9及与采样电阻R9并联连接的滤波电路，所述采样电阻R9用于将电流信号转换为电压信号，所述第一传感器的反向输出端接地，并通过分压电阻R12接入同相放大器U1的反相输入端，同相放大器U1的输出端通过反馈电阻R11连接在同相放大器U1的反相输入端，所述同相放大器U1用于输出440～2200mV电压信号；
[0013]所述同相放大器U1的输出端通过输入回路电阻R6连接在所述差分放大器U2的反相输入端，参考电压440mV通过第一分压电阻R7接入差分放大器U2的同相输入端，差分放大器U2的同相输入端依次通过第二分压电阻R10、第三分压电阻R13串联后接地；所述差分放大器U2的输出端通过无源RC低通滤波器电阻R8、电容C3输出0～3.2V的电压信号，所述差分放大器U2的输出端还通过依次串联的第二反馈电阻R2和第一反馈电阻R1串联连接在差分放大器U2的同相输入端。
[0014]进一步的，在所述同相放大器U1和差分放大器U2的NC输入端口、NC输出端口之间分别连接有第一调零电阻R3和第二调零电阻R4；所述第一调零电阻R3和第二调零电阻R4的阻值为8～12kΩ。
[0015]进一步的，所述的滤波电路为并联设置的第一滤波电容C1和第二滤波电容C2，所述第一滤波电容C1为8～12uF，第二滤波电容C2为0.08～0.12uF；所述的无源RC低通滤波器电阻R8的输出端通过第三滤波电容C3接地滤波，第三滤波电容C3为0.08～0.12uF。
[0016]进一步的，所述的采样电阻R9为90～110Ω，所述的平衡电阻R5为8.8～9.4kΩ，所述的反馈电阻R11为9～11kΩ所述的分压电阻R12为98～108kΩ；所述的回路电阻R6为9～11kΩ，所述的第二反馈电阻R2和第一反馈电阻R1为8.8～9.4kΩ，所述的第一分压电阻R7为9～11kΩ，所述的第二分压电阻R10和第二分压电阻R3为8.8～9.4kΩ，所述的无源RC低通滤波器电阻R8为98～108kΩ。
[0017]进一步的，所述第二传感器具有控制SCL引脚和串口数据SDA引脚，所述的控制SCL引脚和串口数据SDA引脚分别通过第一上拉电阻R14与第二上拉电阻R15与所述第一处理器的I2C接口引脚电连接；
[0018]所述的第二上拉电阻R15用于在SDA数据传输时，拉低或升高第二传感器串口数据SDA引脚的输出信号，信号拉低不少于30μs，再升高不少于30μs；所述的第二传感器接收到第一处理器的信号后，所述第二传感器用于一次性从串口数据SDA引脚高位发送40位数据，依次为湿度高位、湿度低位、温度高位、温度低位和校验位，其中校验位等于湿度高8位、湿
度低8位、温度高8位、温度低8位之和。
[0019]进一步的，所述LoRa无线通讯接收模块的射频接收端具有用于指示所述LoRa无线通讯接收模块工作状态的AUX接口，AUX接口通过第一电阻R16与5V电压相连接，所述LoRa无线通讯接收模块的射频接收端的RXD接口和TXD接口分别与数字隔离器U4的VOA接口和VIB接口，同时，所述的RXD接口和TXD接口分别通过第二上拉电阻R17和第三上拉电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于LoRa技术的智慧果园土壤墒情监测系统，其特征在于，包括分布设置在所述果园内，用于采集果园分布点标识信息和数据的至少两个节点采集装置（2），节点采集装置（2）通过LoRa无线通讯模块与节点汇聚装置（1）通讯连接，所述的节点汇聚装置（1）用于接收所述的标识信息和数据，并校对所述标识信息和数据的时间信息，进而与上位机（5）通讯连接，所述的上位机（5）用于对所述的标识信息和数据进行统计分析；所述的节点采集装置（2）包括用于采样土壤湿度的第一传感器（21）和用于采样环境温度、湿度的第二传感器（22），所述的第一传感器（21）和第二传感器（22）的输出端分别与第一处理器（23）的GPIO输入端接口连接，所述的LoRa无线通讯模块集成设置在所述的第一处理器（23）上，LoRa无线通讯模块的射频发送端（24）的接口与第一处理器（23）的GPIO输出端接口电连接；还包括与所述节点采集装置（2）电连接的太阳能蓄电池（25）；所述的节点汇聚装置（1）包括LoRa无线通讯模块的射频接收端（11），LoRa无线通讯模块的射频接收端（11）用于与所述LoRa无线通讯模块的射频发送端（24）通过自定义modbus协议组帧传输所述的标识信息和采集数据；所述的LoRa无线通讯接收模块的射频接收端（11）与第二处理器（12）的输入端电连接，所述第二处理器（12）通过集成在第二处理器（12）上的以太网PHY芯片（13）的以太网接口与上位机（5）通讯连接。2.如权利要求1所述的基于LoRa技术的智慧果园土壤墒情监测系统，其特征在于，所述的第一传感器（21）与信号调理电路电连接，信号调理电路用于将第一传感器（21）输出的4～20mA电流信号转换输出为0～3.2V电压信号；所述的第一处理器（23）通过处理器片内16位模数转换器ADC采样并量化所述的电压信号；所述的信号调理电路包括同相放大器U1和差分放大器U2；在所述第一传感器（21）的接口J1信号正向输出端和反向输出端之间，连接有采样电阻R9及与采样电阻R9并联连接的滤波电路，所述采样电阻R9用于将电流信号转换为电压信号，所述第一传感器（21）的反向输出端接地，并通过分压电阻R12接入同相放大器U1的反相输入端，平衡电阻R5连接在同相放大器U1的同相输入端，同相放大器U1的输出端通过反馈电阻R11连接在同相放大器U1的反相输入端，所述同相放大器U1用于输出440～2200mV电压信号；所述同相放大器U1的输出端通过输入回路电阻R6连接在所述差分放大器U2的反相输入端，参考电压440mV通过第一分压电阻R7接入差分放大器U2的同相输入端，差分放大器U2的同相输入端依次通过第二分压电阻R10、第三分压电阻R13串联后接地；所述差分放大器U2的输出端通过无源RC低通滤波器电阻R8、电容C3输出0～3.2V的电压信号，所述差分放大器U2的输出端还通过依次串联的第二反馈电阻R2和第一反馈电阻R1串联连接在差分放大器U2的同相输入端。3.如权利要求2所述的基于LoRa技术的智慧果园土壤墒情监测系统，其特征在于，在所述同相放大器U1和差分放大器U2的NC输入端口、NC输出端口之间分别连接有第一调零电阻R3和第二调零电阻R4；所述第一调零电阻R3和第二调零电阻R4的阻值为8～12kΩ。4.如权利要求2所述的基于LoRa技术的智慧果园土壤墒情监测系统，其特征在于，所述的滤波电路为并联设置的第一滤波电容C1和第二滤波电容C2，所述第一滤波电容C...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜青青，
申请(专利权)人：兰州石化职业技术学院，
类型：新型
国别省市：