一種自供電的農業綜合信息智能監測系統的製作方法
2023-05-07 22:41:26
一種自供電的農業綜合信息智能監測系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種自供電的農業綜合信息智能監測系統，包括空心錐體鋼管，分別通過所述空心錐體鋼管進行固定和連接的數據採集單元、數據傳輸單元和供電單元，以及用於對所述數據採集單元的採集數據進行處理和顯示的數據中心；所述數據採集單元、數據傳輸單元和數據中心依次連接，所述供電單元分別與數據採集單元、數據傳輸單元和數據中心連接。本實用新型所述自供電的農業綜合信息智能監測系統，可以克服現有技術中數據傳輸量小和適用範圍小等缺陷，以實現數據傳輸量大和適用範圍廣的優點。
【專利說明】一種自供電的農業綜合信息智能監測系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及農業生產環節信息監測系統【技術領域】，具體地，涉及一種自供電的農業綜合信息智能監測系統。
【背景技術】
[0002]基於農業生產環節信息監測的需要，需要實現對農作物生長環境綜合信息進行智能監測。
[0003]當前，在有線網絡及市電受限制的環境下，主要是通過太陽能電板給傳感器和數據採集儀等供電，數據傳輸大多通過物聯網無線數據終端(Data Terminal unit,簡稱GPRSDTU)傳輸方式,但這種傳輸方式無法滿足大流量數據的傳輸要求。
[0004]在實現本實用新型的過程中，發明人發現現有技術中至少存在數據傳輸量小和適用範圍小等缺陷。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的在於，針對上述問題，提出一種自供電的農業綜合信息智能監測系統，以實現數據傳輸量大和適用範圍廣的優點。
[0006]為實現上述目的，本實用新型採用的技術方案是:一種自供電的農業綜合信息智能監測系統，包括空心錐體鋼管，分別通過所述空心錐體鋼管進行固定和連接的數據採集單元、數據傳輸單元和供電單元，以及用於對所述數據採集單元的採集數據進行處理和顯示的數據中心；所述數據採集單元、數據傳輸單元和數據中心依次連接，所述供電單元分別與數據採集單元、數據傳輸單元和數據中心連接。
[0007]進一步地，所述數據採集單元，包括分別固定安裝在所述空心錐體鋼管外壁的多個傳感器、數據採集儀和雲臺攝像機，所述多個傳感器和雲臺攝像機分別與數據採集儀連接。
[0008]進一步地，所述多個傳感器，包括空氣溫度傳感器、相對溼度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤溼度傳感器、土壤重金屬含量傳感器、土壤PH值傳感器、光照度傳感器、雨量傳感器、風速傳感器、風向傳感器、氣壓傳感器、二氧化碳傳感器和輻射傳感器中的任意多種；
[0009]其中，風力傳感器、風速傳感器和空氣溫溼度傳感器布置在空中，即固定安裝在空心錐體鋼管的外壁；土壤溫度傳感器、土壤溼度傳感器、土壤重金屬含量傳感器和土壤PH值傳感器布置在土壤中。
[0010]進一步地，所述數據採集儀具有通用的數據接口。
[0011]進一步地，所述數據傳輸單元，包括通過AP組網方式，採用點對點或點對多點橋接模式依次連接在數據採集儀與數據中心之間的本地交換機和無線AP網橋；所述雲臺攝像機還與本地交換機連接；
[0012]所述數據採集儀的傳感數據通過RS485串口經本地交換機轉發至無線AP網橋，雲臺攝像機採集的視頻數據直接通過網線接入本地交換機轉發至無線AP網橋；無線AP網橋將傳感數據和視頻數據傳輸到Internet網絡，經公網傳至數據中心。
[0013]進一步地，所述供電單元，包括分別固定安裝在所述空心錐體鋼管外壁的太陽能電池板、風光互補充放電控制設備和風光互補電源控制器，以及固定安裝在所述空心錐體鋼管頂端的風力發電機組；所述風力發電機組和太陽能電池板，分別與風光互補充放電控制設備和風光互補電源控制器連接；所述風光互補電源控制器，分別與數據採集單元、數據傳輸單元和數據中心連接。
[0014]進一步地，所述太陽能電池板，包括單晶矽板。
[0015]進一步地，所述數據中心，包括用於存儲所述數據採集單元的傳感數據和視頻數據的存儲器，用於控制所述數據採集單元的傳感數據和視頻數據的控制器，以及用於顯示所述數據採集單元的傳感數據和視頻數據的顯示器；所述存儲器和顯示器，分別與控制器連接；所述控制器，通過數據傳輸單元與數據採集單元連接。
[0016]進一步地，所述數據中心，還包括用於管理所述數據採集單元的傳感數據和視頻數據的客戶端。
[0017]進一步地，所述空心錐體鋼管的長度為2.5-8米(優選為6米)，其中土壤中固定部分的長度為0.4-1米(優選為0.8米)；所述空心錐體鋼管的外徑從上到下為70-140mm，空心錐體鋼管的壁厚為2_4mm (優選為4mm)。
[0018]本實用新型各實施例的自供電的農業綜合信息智能監測系統，由於包括空心錐體鋼管，分別通過空心錐體鋼管進行固定和連接的數據採集單元、數據傳輸單元和供電單元，以及用於對所述數據採集單元的採集數據進行處理和顯示的數據中心；數據採集單元、數據傳輸單元和數據中心依次連接，供電單元分別與數據採集單元、數據傳輸單元和數據中心連接；可以通過AP組網方式，採用點對點橋接模式，實現對農業生產環節全方位數據的採集與傳輸；從而可以克服現有技術中數據傳輸量小和適用範圍小的缺陷，以實現數據傳輸量大和適用範圍廣的優點。
[0019]本實用新型的其它特徵和優點將在隨後的說明書中闡述，並且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型而了解。
[0020]下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與本實用新型的實施例一起用於解釋本實用新型，並不構成對本實用新型的限制。在附圖中:
[0022]圖1為本實用新型自供電的農業綜合信息智能監測系統的結構示意圖；
[0023]圖2為本實用新型自供電的農業綜合信息智能監測系統的工作原理示意圖；
[0024]圖3為本實用新型自供電的農業綜合信息智能監測系統的數據傳輸原理示意圖；
[0025]圖4為本實用新型自供電的農業綜合信息智能監測系統的客戶端顯示界面圖。
[0026]結合附圖，本實用新型實施例中附圖標記如下:
[0027]1-風機；2_無線AP網橋；3_太陽能電池板；4_雲臺攝像機；5_各類風力、風速、空氣傳感器；6_風光互補充放電控制設備、風光互補電源控制器、數據採集儀和本地交換機。【具體實施方式】
[0028]以下結合附圖對本實用新型的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用於說明和解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
[0029]隨著農業科技的快速發展，傳統小農業經營方式已不再適應現代化的農業生產的要求，我國農業生產正逐漸向自動化、智能化方向轉變。今後的農業生產要能夠充分合理利用農業資源，兼顧到生產效益、社會效益、經濟效益、生態效益等各方面的要求。本實用新型正是基於以上考慮，應用物聯網技術對農業生產的各個環節給予實時監控和調控，為作物的生長提供最適宜的環境，為提高農業的綜合生產能力提供基礎。
[0030]根據本實用新型實施例，如圖1-圖4所示，提供了一種自供電的農業綜合信息智能監測系統，通過AP組網方式，採用點對點橋接模式，實現對農業生產環節全方位數據的採集與傳輸，是集農作物種植環境的視頻信息和氣象信息數據採集、存儲、傳輸和管理於一體的無人值守的農業綜合信息智能監測系統。
[0031]本實施例的自供電的農業綜合信息智能監測系統，包括空心錐體鋼管，分別通過空心錐體鋼管進行固定和連接的數據採集單元、數據傳輸單元和供電單元，以及用於對數據採集單元的採集數據進行處理和顯示的數據中心；數據採集單元、數據傳輸單元和數據中心依次連接，供電單元分別與數據採集單元、數據傳輸單元和數據中心連接。空心錐體鋼管的長度為2.5-8米(優選為6米)，其中土壤中固定部分的長度為0.4-1米(優選為0.8米)；空心錐體鋼管的外徑從上到下為70-140mm，空心錐體鋼管的壁厚為2_4mm (優選為4mm)。
[0032]其中，上述數據採集單元，包括分別固定安裝在空心錐體鋼管外壁的多個傳感器(如各類風力、風速、空氣傳感器5)、數據採集儀和雲臺攝像機(如雲臺攝像機4)，多個傳感器和雲臺攝像機分別與數據採集儀連接。多個傳感器，包括空氣溫度傳感器、相對溼度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤溼度傳感器、土壤重金屬含量傳感器、土壤PH值傳感器、光照度傳感器、雨量傳感器、風速傳感器、風向傳感器、氣壓傳感器、二氧化碳傳感器和輻射傳感器中的任意多種；風力傳感器、風速傳感器和空氣溫溼度傳感器布置在空中，即固定安裝在空心錐體鋼管的外壁；土壤溫度傳感器、土壤溼度傳感器、土壤重金屬含量傳感器和土壤PH值傳感器布置在土壤中。數據採集儀具有通用的數據接口。
[0033]上述數據傳輸單元，包括通過AP組網方式，採用點對點或點對多點橋接模式依次連接在數據採集儀與數據中心之間的本地交換機和無線AP網橋(如無線AP網橋2);雲臺攝像機還與本地交換機連接；數據採集儀的傳感數據通過RS485串口經本地交換機轉發至無線AP網橋，雲臺攝像機採集的視頻數據直接通過網線接入本地交換機轉發至無線AP網橋；無線AP網橋將傳感數據和視頻數據傳輸到Internet網絡，經公網傳至數據中心。
[0034]上述供電單元，包括分別固定安裝在空心錐體鋼管外壁的太陽能電池板、風光互補充放電控制設備和風光互補電源控制器(見風光互補充放電控制設備、風光互補電源控制器、數據採集儀和交換機6)，以及固定安裝在空心錐體鋼管頂端的風力發電機組；風力發電機組(如風機I)和太陽能電池板(如太陽能電池板3)，分別與風光互補充放電控制設備和風光互補電源控制器連接；風光互補電源控制器，分別與數據採集單元、數據傳輸單元和數據中心連接。太陽能電池板，包括單晶矽板。
[0035]上述數據中心，包括用於存儲數據採集單元的傳感數據和視頻數據的存儲器，用於控制數據採集單元的傳感數據和視頻數據的控制器，以及用於顯示數據採集單元的傳感數據和視頻數據的顯示器；存儲器和顯示器，分別與控制器連接；控制器，通過數據傳輸單元與數據採集單元連接。數據中心，還包括用於管理數據採集單元的傳感數據和視頻數據的客戶端。
[0036]上述實施例的自供電的農業信息綜合性監控系統，包括數據採集單元、數據傳輸單元、供電單元和客戶端，其中，數據採集單元、數據傳輸單元和供電單元通過一個空心錐體鋼管進行固定和連接，空心錐體鋼管的下端部分在監測環境的土壤中進行固定。空心錐體鋼管的長度、外徑和壁厚可根據實際情況進行調整，一般情況下長約2.5-8米(優選為6米)，土壤中固定部分約0.4-1米(優選為0.8米)，空心錐體鋼管的外徑從上到下為70-140mm,空心錐體鋼管壁厚2_4mm (優選為4mm)。
[0037]該自供電的農業信息綜合性監控系統，將各種傳感器和攝像頭採集到的數據，通過無線AP將傳輸到Internet網絡，再經公網傳輸到數據中心，用戶通過數據中心訪問和控制該自供電的農業信息綜合性監控系統中的傳感器和攝像頭。
[0038]在上述實施例中，關於數據採集單元、數據傳輸單元、供電單元和客戶端的具體說明，如下:
[0039]⑴數據採集單元可採集待監測農業系統的各項參數，採集的信號通過數據傳輸單元傳輸到Internet網絡，經公網傳輸到數據中心，用戶通過客戶端客戶端訪問和控制監測系統，數據採集單元和數據傳輸單元均由供電單元進行供電。數據採集單元由多個傳感器、數據採集儀和雲臺攝像機組成，多個傳感器分別將採集信號發送至數據採集儀。具體說明如下:
[0040]①傳感器的種類和數量根據實際需要可靈活配置，包括但不限於農作物生長環境的空氣溫溼度、光照度、雨量、風速、風向、氣壓、二氧化碳、光輻射、土壤溫溼度、土壤重金屬含量、土壤PH值等傳感器。
[0041]例如，多個傳感器，分別用於測量農作物生長環境的空氣溫度、相對溼度、土壤溫度、土壤溼度、光照度、雨量、風速、風向、氣壓、二氧化碳、輻射等信息；其中，風力、風速、空氣溫溼度傳感器布置在空中，各類型土壤傳感器布置在土壤中。
[0042]②數據採集儀是一種集數據採集、存儲、傳輸和管理於一體的測量儀，它接收來自上述各類傳感器(如風傳感器、溫度傳感器和溼度傳感器等)的採集數據，並將這些數據轉換為數位訊號進行存儲或轉發給傳輸單元。同時，數據採集儀具備通用的數據接口，根據需要還可以靈活的接入土壤pH值傳感器、重金屬測量傳感器等各種農業環境監測傳感器。
[0043]③雲臺攝像機，用於全方位收集農作物種植、生長、施肥、施藥、收割等農事圖像信息，同時具有防水、除霧氣等功能。
[0044]⑵數據傳輸單元，包括I個本地交換機和無線AP網橋。數據採集儀的數據通過RS485串口經本地交換機轉發至無線AP網橋，視頻數據直接通過網線接入本地交換機轉發至無線AP網橋。AP網橋將傳感數據和視頻數據傳輸到Internet網絡，經公網傳至數據中心。
[0045]數據傳輸時，通過AP組網方式，採用點對點或點對多點橋接模式。需傳輸各傳感器數據和視頻圖像數據，各傳感器數據由數據採集儀通過RS485串口經本地交換機轉發至無線AP網橋，視頻圖像數據直接通過網線接入本地交換機轉發至無線AP網橋，AP網橋將傳感數據和視頻數據傳輸到Internet網絡，經公網傳至數據中心。[0046]⑶供電單元
[0047]上述實施例採用風光互補發電機組供電，機組額定功率為300W，是集太陽能、風能控制於一體的智能供電裝置，包括太陽能電池板、風力發電機組、風光互補充放電控制設備和風光互補電源控制器。
[0048]①太陽能電池板選用單晶矽板，可根據需要選配太陽能電板的功率，太陽能電板的額定功率配置為100W，風力發電機組額定功率為200W。
[0049]②風光互補充放電控制設備可控制太陽能電池和風力發電機同時對蓄電池進行智能充電，設備操作方便，具有防雷、防反充、過電壓自動剎車、蓄電池反接和開路保護等完善的保護功能。
[0050]③風光互補電源控制器具有電池反接、光伏電池反接保護功能，負載過流、短路告警保護功能，電池過充和欠壓告警保護功能，RS485通信功能，工作狀態和發電數據可以實時上傳。
[0051]⑷客戶端
[0052]客戶端主要用於管理、存儲和控制傳感器數據和視頻數據。
[0053]該客戶端可顯示實時和歷史的傳感器數據及視頻影像；並可實現攝像頭管理和實時控制，進行雲臺控制、視頻圖像的自動拍攝、視頻數據存儲與管理、視頻流分發、Web訪問視頻影像及客戶端交互等功能。同時，用戶可根據實際需求設置傳輸間隔及報警閾值等。客戶端顯示界面參見圖4。
[0054]例如，在上述實施例中，具體實施時，空氣溫度傳感器採用光刻鉬電阻作為感應部件，感應部件位於桿頭部，外部應有一層濾膜保護。配專用的防輻射罩，保護傳感器免受太陽輻射和雨淋。測量範圍:-50~+80°C解析度:0.10C ;準確度:±0.2°C。
[0055]空氣溼度傳感器感應部件採用高分子薄膜溼敏電容，位於桿頭部，這種具有感溼特性的電介質其介電常數隨相對溼度而變化。技術指標:測量範圍:0~100%RH ;輸出範圍:0 ~100%RH、0 ~IVDC ;解析度:±1%RH ;準確度:3% (TXTC) ±5% (T ( (TC);穩定性:<1%RH/年。
[0056]風速傳感器:測量範圍0~80m/s ;精度±(0.3±0.03V)m/s ;最大迴轉半徑90mm ；解析度0.lm/s ;起動風速≤0.3m/s ;工作電壓5V ;工作電流IOmA ;工作環境:溫度_40°C~80°C，溼度≤100% RH ;重量≤0.5kg。
[0057]風向傳感器:測量範圍0~360° ;精度0.1% (線性度)；最大迴轉半徑200mm ;起動風速≤0.8 m/s ;工作電壓1.5V ;工作環境:溫度-40°C~80°C ;溼度≤100% RH ;重量^ 0.5kg。
[0058]土壤溫度傳感器採用線繞鉬電阻作為感應部件，感應部件位於桿頭部。可用來精確測量土壤溫度，傳感器的精度和穩定性依賴於Pt-1OO型鉬電阻元件的特性及精度級別。通過地溫變送器接入數據採集儀測量地表、淺層、深層地溫。測量範圍:-50°C- +80°C;精度:優於 ±0.3°C ;靈敏度:0.385 Q/°C。
[0059]土壤溼度傳感器採用一款高精度、高靈敏度的測量土壤溼度的傳感器。利用標準的溼度件可以精確測量一定面積的土壤溼度，利於採取措施讓農作物更好地生長。測量範圍:8-42% (可精確測量)；準確度:±1%溫度範圍:工作溫度:0~65°C ;輸出方式:電流:4 ~20mA ;電壓:0.25 ~5V (可選)；供電:5_18VDC、10_15mA。[0060]簡易總輻射傳感器用於檢測農作物生長的光合環境，在感應元件外安裝石英玻璃罩，有效防止了環境因素對其性能的影響。光譜範圍:0.3?3μπι ;測量範圍:0?2000W/m2 ;供電方式:DC12V ;輸出形式:電流:4?20mA ;電壓:0?2.5V。年變化率:< ±2% ;功耗:< 1.8 mW。
[0061]雲臺攝像機全方位收集農作物種植、生長、施肥、施藥、收割等農事圖像信息；由於野外環境比較惡劣，攝像機需有防水、除霧氣功能。上述實施例使用海康標清22倍5寸網絡中速智能球形攝像機。
[0062]數據採集儀:環境溫度:-4(T7(TC ;工作電源:220VAC/12?36VDC ;顯示形式:圖形點陣液晶192*64 ;功耗4M。
[0063]無線AP網橋:54M/108M高速連接；支持點對多點(P2MP)無線連接；支持WPA2/WPA/802.1x加密及認證方式；PoE供電，兼容802.3af ;支持MAC地址過濾；VPN透傳；LED顯示信號強度；符合IP67室外設計標準，防風、防雨、防水；內置IOdbi平板天線；頻段:2.400 ?2.484GHz ;設備工作溫度:_20°C?65°C。
[0064]綜上所述，本實用新型上述各實施例的自供電的農業綜合信息智能監測系統，能在有線網絡無法到達的環境下將視頻和農業環境信息採集並通過無線方式傳輸至資料庫，對農業綜合信息實行遠程智能監測；能採用風能和太陽能兩種自供電方式；可同時監測大氣溫度、大氣溼度、土壤溫度、土壤溼度、雨量、風速、風向、氣壓、輻射、照度等諸多農業環境信息。
[0065]最後應說明的是:以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，並不用於限制本實用新型，儘管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種自供電的農業綜合信息智能監測系統，其特徵在於，包括空心錐體鋼管，分別通過所述空心錐體鋼管進行固定和連接的數據採集單元、數據傳輸單元和供電單元，以及用於對所述數據採集單元的採集數據進行處理和顯示的數據中心；所述數據採集單元、數據傳輸單元和數據中心依次連接，所述供電單元分別與數據採集單元、數據傳輸單元和數據中心連接。
2.根據權利要求1所述的自供電的農業綜合信息智能監測系統，其特徵在於，所述數據採集單元，包括分別固定安裝在所述空心錐體鋼管外壁的多個傳感器、數據採集儀和雲臺攝像機，所述多個傳感器和雲臺攝像機分別與數據採集儀連接。
3.根據權利要求2所述的自供電的農業綜合信息智能監測系統，其特徵在於，所述多個傳感器，包括空氣溫度傳感器、相對溼度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤溼度傳感器、土壤重金屬含量傳感器、土壤PH值傳感器、光照度傳感器、雨量傳感器、風速傳感器、風向傳感器、氣壓傳感器、二氧化碳傳感器和輻射傳感器中的任意多種； 其中，風力傳感器、風速傳感器和空氣溫溼度傳感器布置在空中，即固定安裝在空心錐體鋼管的外壁；土壤溫度傳感器、土壤溼度傳感器、土壤重金屬含量傳感器和土壤PH值傳感器布置在土壤中。
4.根據權利要求2所述的自供電的農業綜合信息智能監測系統，其特徵在於，所述數據採集儀具有通用的數據接口。
5.根據權利要求2-4中任一項所述的自供電的農業綜合信息智能監測系統，其特徵在於，所述數據傳輸單元，包括通過AP組網方式，採用點對點或點對多點橋接模式依次連接在數據採集儀與數據中心之間的本地交換機和無線AP網橋；所述雲臺攝像機還與本地交換機連接； 所述數據採集儀的傳感數據通過RS485串口經本地交換機轉發至無線AP網橋，雲臺攝像機採集的視頻數據直接通過網線接入本地交換機轉發至無線AP網橋；無線AP網橋將傳感數據和視頻數據傳輸到Internet網絡，經公網傳至數據中心。
6.根據權利要求1所述的自供電的農業綜合信息智能監測系統，其特徵在於，所述供電單元，包括分別固定安裝在所述空心錐體鋼管外壁的太陽能電池板、風光互補充放電控制設備和風光互補電源控制器，以及固定安裝在所述空心錐體鋼管頂端的風力發電機組；所述風力發電機組和太陽能電池板，分別與風光互補充放電控制設備和風光互補電源控制器連接；所述風光互補電源控制器，分別與數據採集單元、數據傳輸單元和數據中心連接。
7.根據權利要求6所述的自供電的農業綜合信息智能監測系統，其特徵在於，所述太陽能電池板，包括單晶矽板。
8.根據權利要求1所述的自供電的農業綜合信息智能監測系統，其特徵在於，所述數據中心，包括用於存儲所述數據採集單元的傳感數據和視頻數據的存儲器，用於控制所述數據採集單元的傳感數據和視頻數據的控制器，以及用於顯示所述數據採集單元的傳感數據和視頻數據的顯示器；所述存儲器和顯示器，分別與控制器連接；所述控制器，通過數據傳輸單元與數據採集單元連接。
9.根據權利要求8所述的自供電的農業綜合信息智能監測系統，其特徵在於，所述數據中心，還包括用於管理所述數據採集單元的傳感數據和視頻數據的客戶端。
10.根據權利要求1所述的自供電的農業綜合信息智能監測系統，其特徵在於，所述空心錐體鋼管的長度為2.5-8米，其中土壤中固定部分的長度為0.4-1米；所述空心錐體鋼管的外徑從上到下為 70-140mm，空心錐體鋼管的壁厚為2_4mm。
【文檔編號】G01D21/02GK203489918SQ201320631689
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年10月12日 優先權日:2013年10月12日
【發明者】鄭立榮, 姚榮偉, 鄒新春, 吳漢武, 安晉靜 申請人:復旦大學無錫研究院