本發(fā)明涉及一種可對(duì)農(nóng)田的土壤墑情等影響農(nóng)作物生長的因素進(jìn)行分層分區(qū)域?qū)崟r(shí)監(jiān)測與調(diào)控的裝置，屬于農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

農(nóng)作物的科學(xué)種植與管理是確保農(nóng)業(yè)豐收的關(guān)鍵，隨著我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化步伐的加速以及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，直接從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人員越來越少，對(duì)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化水平的要求也會(huì)越來越高。

相對(duì)于西方發(fā)達(dá)國家，我國在灌溉施肥自動(dòng)控制的研究和應(yīng)用方面還是有很大差距的。目前，我國在設(shè)施栽培綜合環(huán)境自動(dòng)控制技術(shù)方面的研究主要集中于單一的對(duì)濕度的控制，對(duì)于水肥一體化控制系統(tǒng)的研究比較少，基本處于理論和試用階段。在實(shí)際應(yīng)用中，我國的農(nóng)田灌溉操作還處于半自動(dòng)化階段，大多農(nóng)田灌區(qū)僅是鋪設(shè)了輸水管道及噴頭，手工操作控制閥門的啟閉。已有的灌溉施肥控制系統(tǒng)均采用有線布置方式，系統(tǒng)安裝繁瑣并且成本較高，難以被現(xiàn)階段的農(nóng)民接受，因此僅適用于溫室內(nèi)作物，很難大面積推廣應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種基于雙無線網(wǎng)關(guān)的農(nóng)田狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，以提高農(nóng)田的監(jiān)測和管理水平。

本發(fā)明所述問題是以下述技術(shù)方案解決的：

一種基于雙無線網(wǎng)關(guān)的農(nóng)田狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，構(gòu)成中包括雙網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)、監(jiān)控終端以及設(shè)置于每塊農(nóng)田中的信息采集系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)，所述信息采集系統(tǒng)采集農(nóng)田狀態(tài)信息并通過無線信號(hào)向雙網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)上傳信息；所述執(zhí)行系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)接收由雙網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)發(fā)送的農(nóng)田狀態(tài)控制信息并根據(jù)接收的控制信息調(diào)整農(nóng)田狀態(tài)；所述監(jiān)控終端通過無線網(wǎng)絡(luò)與雙網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)交換信息。

上述基于雙無線網(wǎng)關(guān)的農(nóng)田狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，所述雙網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)包括網(wǎng)關(guān)控制器、ZigBee網(wǎng)關(guān)、WiFi網(wǎng)關(guān)、OLED顯示器和flash存儲(chǔ)器，所述ZigBee網(wǎng)關(guān)、WiFi網(wǎng)關(guān)、OLED顯示器和flash存儲(chǔ)器與網(wǎng)關(guān)控制器的不同通信接口連接。

上述基于雙無線網(wǎng)關(guān)的農(nóng)田狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，所述信息采集系統(tǒng)包括多個(gè)采集模塊，每個(gè)采集模塊包括采集終端和農(nóng)田狀態(tài)參數(shù)傳感器，所述采集終端為與ZigBee網(wǎng)關(guān)相匹配的ZigBee終端或與WiFi網(wǎng)關(guān)相匹配的WiFi模塊，所述農(nóng)田狀態(tài)參數(shù)傳感器的輸出端接采集終端的信號(hào)輸入端。

上述基于雙無線網(wǎng)關(guān)的農(nóng)田狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，所述執(zhí)行系統(tǒng)包括多個(gè)執(zhí)行單元，每個(gè)執(zhí)行單元包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)和與該執(zhí)行機(jī)構(gòu)相匹配的執(zhí)行控制器，所述執(zhí)行控制器通過ZigBee網(wǎng)關(guān)或WiFi網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)關(guān)控制器交換信息，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制端接執(zhí)行控制器。

上述基于雙無線網(wǎng)關(guān)的農(nóng)田狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，每塊農(nóng)田的信息采集系統(tǒng)中的多個(gè)采集模塊的農(nóng)田狀態(tài)參數(shù)傳感器包括土壤PH值傳感器、土壤鹽度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器、二氧化碳傳感器、空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器和光照度傳感器。

上述基于雙無線網(wǎng)關(guān)的農(nóng)田狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，每塊農(nóng)田的執(zhí)行系統(tǒng)的多個(gè)執(zhí)行單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括水肥調(diào)節(jié)器、空氣加熱器、風(fēng)機(jī)、霧化器、卷簾和光照調(diào)節(jié)器。

上述基于雙無線網(wǎng)關(guān)的農(nóng)田狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，所述監(jiān)控終端為計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)、iPad或智能手表，監(jiān)控終端通過WiFi網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)關(guān)控制器交換信息。

本發(fā)明采用ZigBee+WiFi無線組網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)田狀態(tài)的分層分區(qū)域立體式實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制，不僅可以將農(nóng)田調(diào)整到理想狀態(tài)，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，而且具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、覆蓋范圍廣、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)，該系統(tǒng)可有效提高農(nóng)田的監(jiān)測和管理水平，特別適用于農(nóng)作物的集中種植。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的電原理框圖；

圖2為采集模塊的電原理圖；

圖3為執(zhí)行單元的電原理圖；

圖4為雙網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的電原理圖；

圖5為內(nèi)控模式流程圖。

圖中所用標(biāo)號(hào)清單為：MCU、網(wǎng)關(guān)控制器，S、農(nóng)田狀態(tài)參數(shù)傳感器，ZX、執(zhí)行機(jī)構(gòu),U1、采集終端，U2、執(zhí)行控制器，U3、ZigBee網(wǎng)關(guān)，U4、WiFi網(wǎng)關(guān)，XS、OLED顯示器，CC、flash存儲(chǔ)器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

參看圖1，本發(fā)明提供了一種基于ZigBee+WiFi雙無線網(wǎng)關(guān)的一體化農(nóng)田狀態(tài)控制系統(tǒng)，包括信息采集系統(tǒng)、雙網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)和監(jiān)控終端，雙網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)與信息采集系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)和監(jiān)控終端通過無線信號(hào)交換信息。信息采集系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)可以有多個(gè)，每個(gè)信息采集系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)對(duì)應(yīng)一塊農(nóng)田。每個(gè)信息采集系統(tǒng)包括多個(gè)采集模塊，每個(gè)采集模塊測量農(nóng)田的一種狀態(tài)參數(shù)并將其發(fā)送給雙網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，每個(gè)執(zhí)行系統(tǒng)包括多個(gè)執(zhí)行單元，每個(gè)執(zhí)行單元可接收雙網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)傳來的一種控制信息并執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。監(jiān)控終端不僅可以接收由雙網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)發(fā)出的監(jiān)控信息，也可以向雙網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)傳送控制指令。

參看圖2，每個(gè)采集模塊包括采集終端U1和農(nóng)田狀態(tài)參數(shù)傳感器S，采集終端U1可以是與ZigBee網(wǎng)關(guān)U3相匹配的ZigBee終端，也可以是與WiFi網(wǎng)關(guān)U4相匹配的WiFi模塊，與采集終端U1相連接的農(nóng)田狀態(tài)參數(shù)傳感器S用于監(jiān)測與農(nóng)作物的生長息息相關(guān)的環(huán)境參數(shù)值，不同采集模塊的農(nóng)田狀態(tài)參數(shù)傳感器S分別測量土壤PH值、鹽度值、溫濕度、二氧化碳濃度、空氣溫濕度以及光照度等等。本實(shí)施例的農(nóng)田狀態(tài)參數(shù)傳感器S包括土壤PH值傳感器(型號(hào)為HL-TRPH1)、土壤鹽度傳感器(型號(hào)為HL-YF)、土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器(型號(hào)為HL-TR01W)、二氧化碳傳感器、空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器和光照度傳感器。其中，土壤溫濕度傳感器、土壤pH值傳感器和土壤鹽度傳感器均由北京永軒物聯(lián)電子技術(shù)有限公司提供。

參看圖3，執(zhí)行單元主要包括執(zhí)行控制器U2和執(zhí)行機(jī)構(gòu)ZX，執(zhí)行機(jī)構(gòu)ZX根據(jù)系統(tǒng)指令進(jìn)行相應(yīng)操作。本實(shí)施例中執(zhí)行機(jī)構(gòu)ZX包括水肥調(diào)節(jié)器、空氣加熱器、風(fēng)機(jī)、霧化器、卷簾、光照調(diào)節(jié)器。

參看圖4，雙網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)包括網(wǎng)關(guān)控制器MCU、ZigBee網(wǎng)關(guān)U3和WiFi網(wǎng)關(guān)U4，用于數(shù)據(jù)的傳輸。本實(shí)施例中ZigBee網(wǎng)關(guān)U3僅用于采集模塊和執(zhí)行單元與網(wǎng)關(guān)控制器MCU之間的數(shù)據(jù)傳輸，其型號(hào)為CC2530(廠商：TI)；WiFi網(wǎng)關(guān)U4用于網(wǎng)關(guān)控制器MCU與其他所有系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸，其型號(hào)為ESP8266(廠商：樂鑫信息科技)。

網(wǎng)關(guān)控制器MCU的芯片型號(hào)可以是：STC15W408AS或STC15F2K08S2(廠商：STC)；STC15W56S4(廠商：STC)；STC15F2K60S2(廠商：STC)。

監(jiān)控終端可以是計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)、iPad或智能手表。

雙網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的工作模式包括ZigBee工作模式和WiFi工作模式；在ZigBee工作模式下，各采集模塊直接進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，還可以自動(dòng)中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳過來的數(shù)據(jù)資料，每一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)還可在自己信號(hào)覆蓋的范圍內(nèi)，和多個(gè)不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的獨(dú)立的子節(jié)點(diǎn)無線連接；在WiFi工作模式下，采用全I(xiàn)P核心網(wǎng)絡(luò)，各分配系統(tǒng)動(dòng)態(tài)聯(lián)接到接入點(diǎn)，既可以連接到其他站點(diǎn)，也可以聯(lián)接到各分配系統(tǒng)，只要實(shí)際使用區(qū)域內(nèi)存在WiFi局域網(wǎng)，便可進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與傳輸。

雙網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的內(nèi)控模式通過內(nèi)部軟件編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、保存，具體實(shí)現(xiàn)過程如下：系統(tǒng)工作時(shí)，打開ZigBee網(wǎng)關(guān)子節(jié)點(diǎn)的電源模塊，連接在該子節(jié)點(diǎn)的各采集模塊開始工作，提供農(nóng)作物生長環(huán)境的各項(xiàng)數(shù)據(jù)；在一個(gè)采樣周期內(nèi)，數(shù)據(jù)堆疊在閃存內(nèi)，待ZigBee網(wǎng)關(guān)主節(jié)點(diǎn)發(fā)出命令后傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)控制器MCU，MCU打開網(wǎng)絡(luò)功能嘗試接入網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)連接正常后查詢網(wǎng)關(guān)是否處于接收模式：a.可接收，ZigBee網(wǎng)關(guān)子節(jié)點(diǎn)逐條發(fā)送該節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)區(qū)數(shù)據(jù)，在一個(gè)采集時(shí)域內(nèi)ZigBee網(wǎng)關(guān)主節(jié)點(diǎn)做出應(yīng)答接收數(shù)據(jù)(未做出應(yīng)答直接跳轉(zhuǎn)過程b)，ZigBee網(wǎng)關(guān)主節(jié)點(diǎn)根據(jù)回應(yīng)信息判斷本次上傳是否成功，是否需要重新發(fā)送，是否允許更新存儲(chǔ)區(qū)計(jì)數(shù)器等相關(guān)寄存器，判斷網(wǎng)關(guān)有無其他寄存器或存儲(chǔ)區(qū)的讀寫需求，進(jìn)行相應(yīng)操作同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析作出相應(yīng)判斷指令傳送給執(zhí)行采集系統(tǒng)，判斷數(shù)據(jù)是否傳輸完成(未完成數(shù)據(jù)區(qū)的全部傳送，重復(fù)操作a)，傳輸完成后復(fù)位ZigBee網(wǎng)關(guān)子節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)區(qū)計(jì)數(shù)器等相關(guān)寄存器；b.不可接收，關(guān)閉ZigBee網(wǎng)關(guān)子節(jié)點(diǎn)電源模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，判斷是否滿足進(jìn)入待機(jī)模式條件，進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待系統(tǒng)喚醒進(jìn)入系統(tǒng)主循環(huán)。

信息采集系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)通過ZigBee網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)控制器時(shí)，采用低功耗段取、高容量通訊和多位匹配方式；所述低功耗段取方式在于使用2節(jié)5號(hào)干電池供電，可支持1個(gè)節(jié)點(diǎn)工作6～24個(gè)月甚至更長，而WiFi可工作數(shù)小時(shí)；所述高容量通訊采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)傳輸采用主節(jié)點(diǎn)命令下達(dá)-子節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)上傳模式，單信道的數(shù)據(jù)傳輸，排除信號(hào)間干擾，在主節(jié)點(diǎn)沒有數(shù)據(jù)上傳指令時(shí)子節(jié)點(diǎn)處于休眠模式，這樣更利于子節(jié)點(diǎn)的省電；所述多位匹配方式采用8位二進(jìn)制方式進(jìn)行匹配模式的分布，包括64種匹配模式即可擴(kuò)展64個(gè)節(jié)點(diǎn)分布式布點(diǎn)，手動(dòng)匹配具體過程為：通過讀取連接在網(wǎng)關(guān)控制器上OLED顯示匹配段碼，手動(dòng)撥動(dòng)ZigBee發(fā)射端0(1)端子，依次撥動(dòng)8個(gè)端子便可進(jìn)行匹配，在實(shí)際現(xiàn)場，預(yù)先確定的傳輸路徑隨時(shí)都可能發(fā)生變化，或者因各種原因路徑被中斷了，或者過于繁忙不能進(jìn)行及時(shí)傳送，動(dòng)態(tài)路由結(jié)合網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，就可以很好解決這個(gè)問題，從而保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

信息采集系統(tǒng)將采集數(shù)據(jù)通過WiFi網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)控制器時(shí)，采用全I(xiàn)P、廣域覆蓋、大數(shù)據(jù)、多媒體工作方式，可提供更多的接入方式選擇，通過共同的平臺(tái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間通訊，多信道共同傳輸大數(shù)據(jù)，不影響各通道間數(shù)據(jù)的變化，同時(shí)可進(jìn)行現(xiàn)場農(nóng)作物生長狀態(tài)圖像；可自動(dòng)匹配+設(shè)置參數(shù)匹配；所述自動(dòng)匹配即在已存在WiFi局域網(wǎng)范圍內(nèi)，便可動(dòng)態(tài)地聯(lián)接；所述設(shè)置參數(shù)匹配為待自動(dòng)匹配未完成時(shí)，用戶可通過下載相應(yīng)APP通過客戶端進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)設(shè)置進(jìn)行匹配。