一种具有节点定位功能的低功耗田间数据采集系统装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种具有节点定位功能的低功耗田间数据采集系统，其系统包括数据采集终端

【技术实现步骤摘要】
一种具有节点定位功能的低功耗田间数据采集系统装置

技术介绍

[0001]田间关键数据包括土壤温湿度，土壤
PH
值，土壤中
N,P,K
含量，空气温湿度和其他气象数据，每个数据都对农业活动具有理论指导意义，如今智慧农业和精准农业是未来农业发展的重要途经
。
该系统可有效的解决田间数据采集系统功耗高，成本高，系统使用寿命较短等存在的问题，对目标农田土壤信息进行全方位监测
。


[0002]本技术涉及一种具有节点定位功能的低功耗农田信息采集系统，特别是针对农田环境下，供电困难且更换电池不便，环境恶劣，监测数据种类多等问题，所设计的一种自动化农田土壤信息数据采集系统
。

技术实现思路

[0003]本技术的目的是解决农田土壤信息采集系统功耗高，更换电池困难，可靠性差等问题，设计一种低功耗
、
具有节点定位功能的土壤信息采集系统，从而延长土壤信息采集系统的使用寿命，对目标农田相关数据进行实时监测
。
[0004]为了实现上述目的，本技术的农田土壤信息采集系统包括采集终端
、
网关
、
田间气象站
、
蓄电池
、
微电脑时控开关和云平台等部分
。
其中采集终端包含壳体，中心处理器模块，主电路板，感知模块，电源及管理模块和
Lora
无线射频模块；网关包含壳体，中心处理器模块，主电路板
、
电源管理模块，定位模块，
4G
模块，
WIFI
模块和
Lora
无线射频模块
。
田间气象站包括太阳能板，安装立柱塔台和风速传感器，风向传感器，雨量桶和百叶箱传感器
。
[0005]所述采集终端，布置在农田所需要监测的目标区域，对目标区域的土壤信息进行采集，将采集到的数据利用
LoRa
无线通信技术与
LoRa
网关进行通信的低功耗节点，通信模式是使用单跳无线通信与一个或多个网关进行数据通信
。
[0006]所述采集终端壳体，用来封装采集终端的主电路板以及其他各模块，避免损坏内部电路和其他模块
。
[0007]所述感知模块，传感器安装在目标农田区域，通过
RS323
或
RS485
有线通信外接在采集终端壳体，由传感器模块和传感器调理电路组成，本技术优先选用
YGC
‑
TM
土壤多合一传感器，可检测土壤温度
、
土壤湿度
、
土壤电导率和土壤盐分等多种物理参数
。
节点通过感知模块与外界环境联通，采集传感数据并将其放大转化成固定的数据包格式，便于进一步处理
。
在设计时需要结合应用农田的具体情况，感知农作物生长关键的土壤信息，包括：
①
土壤的温度，
②
土壤的湿度；
③
土壤的
PH
值；
④
土壤的
N、P、K
的含量；
⑤
土壤
CO2
含量
。
实现本系统的数据采集功能
。
[0008]所述
Lora
无线射频模块，安装在采集终端内部盒体中，由射频模块和天线组成，
LoRa
射频收发模块负责接收调制
MCU
发送过来的信号或解调从天线接收到信号，天线负责收发信号
。
实现本系统中数据从采集终端到网关的无线接收
。
本技术优选
ATK
‑
LORA
‑
01
无线串口模块，该模块体积小，功耗低，高性能远距离数据传输
。
[0009]所述中心处理器模块，安装在采集终端壳体内部中，由微处理器和存储部件组成，
MCU
作为主控芯片，负责配置各个传感器和
LoRa
射频收发模块，采集传感器信息并处理，最后发送给
LoRa
射频收发模块
。
实现本系统中采集终端节点工作模式的调节，如工作，休眠，睡眠等模式的切换
。
本技术优选低功耗单片机
STM32L1
，支持低功耗模式
。
[0010]所述电源及管理模块，采集终端采用干电池供电，安装在采集终端内部盒体中，由电源和电源调理电路组成，电源负责给其他模块供电，电源调节电路负责调节电压给各个模块提供合适的电压
。
干电池优选两节
18650
锂离子电池，每节电池输出电压为
3.7V
容量
2800mA
，体积小
。
电源调理电路主要元器件是稳压芯片，包括升压芯片
PS7516
和降压芯片
TPS62110
，
PS7516
是专用于锂电池升压的高效率升压芯片，
TPS62110
是
TI
公司研发的输出
1.6
‑
17V
的稳压芯片
。
因为各个模块需要的电压数值不一，土壤综合传感器的电压是
5V
，而
MUC
主控芯片供电电压是
3.3V。
[0011]所述网关，布置在目标农田每个区域的中心位置，与终端节点通过
Lora
无线通信技术进行数据收发，与云平台通过
4G
通信技术或
WIFI
通信技术进行数据发送和指令接收，借助定位模块，通过定位算法计算采集终端的位置坐标，实现节点定位
。
[0012]所述壳体，用来封装网关的主电路板以及其他各模块，避免损坏内部电路和其他模块
。
[0013]所述中心处理器模块，安装在网关合体内部，
MCU
模块作为主控芯片，负责配置网关中
4G
模块
、LoRa
射频收发模块
、
定位模块和各个接口模块
。
本技术优选高性能单片机
STM32F103
作为网关中心处理模块的主控芯片
。
[0014]所述电源及管理模块，网关采用太阳能板和蓄电池供电，由电源和电源调理电路组成，电源负责给其他模块供电，电源调节电路负责调节电压给各个模块提供合适的电压
。
本技术的太阳能板使用万象环境的
WX
‑
NY12
气象站自带太阳能板作为能源补充手段
。
蓄电池优选光合硅能的
GHGN
‑
G12V12AH
型号作为网关电源
。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有节点定位功能的低功耗田间数据采集系统装置，其特征在于：包括采集终端
、
网关
、
田间气象站
、
蓄电池
、
微电脑时控开关和云平台，所述采集终端包含壳体
、
中心处理器模块
、
电路主板
、
感知模块
、
电源及管理模块和
Lora
无线射频模块，感知模块一端通过有线通信外接在采集终端壳体上，所述采集终端，除了感知模块外，其余各模块均安装固定在电路主板上，电路主板安装在采集终端壳体中，所述网关包含壳体
、
中心处理器模块
、
电路主板
、
电源管理模块
、
定位模块
、4G<...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏勋文，何兵兵，候永胜，高江永，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：新型
国别省市：