一种新型农田环境数据采集设备、系统和方法

1.本发明涉及农田环境监测技术领域，更具体的说是涉及一种新型农田环境数据采集设备、系统和方法。


背景技术：

2.农田环境信息包括空气温湿度、光照度、土壤水分等，这些信息是农业专家系统分析和决策的重要数据源和参数，对它们进行实时、快速地采集是实现精准农业和农田现代化管理的重要基础。
3.但是，对农田环境信息采集过程中往往伴随着信息的传递，各个节点的信息传递中往往会出现信息碰撞，且信息的传输往往会受到干扰，各个节点的传感器待机时间短，不利于实时监测农田环境，而且对采集后的农田环境数据不能得到及时处理。
4.因此，如何提供一种通信稳定、抗干扰能力强且待机时间长的农田环境数据采集设备、系统和方法是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种新型农田环境数据采集设备、系统和方法，以解决背景技术中提到的问题。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种新型农田环境数据采集设备，包括：主控板、lora通信模块、锂电池、太阳能充电板和环境传感器，所述lora通信模块、所述锂电池、所述太阳能充电板和环境传感器均与所述主控板电连接。
8.优选的，所述的一种新型农田环境数据采集设备，还包括数据传输接口，所述环境传感器通过所述数据传输接口与所述主控板相连。
9.优选的，所述的一种新型农田环境数据采集设备，还包括：增益天线和防水外壳，所述增益天线、所述太阳能充电板和所述环境传感器设于所述防水外壳的外部，所述主控板、所述lora通信模块和所述锂电池设于所述防水外壳的内部，所述增益天线与所述lora通信模块相连。
10.一种新型农田环境数据采集系统，包括终端设备和至少一个采集设备，当所述采集设备个数为1时，所述采集设备通过lora通信模块与所述终端设备无线连接，当所述采集设备个数大于1时，所述采集设备包括主控节点和从节点，所述主控节点为所述采集设备中的一个，其余采集设备为所述从节点，所述主控节点与所述从节点通过lora模块组网无线连接，所述主控节点通过lora模块与所述终端设备无线连接。
11.优选的，所述的一种新型农田环境数据采集系统，还包括云端服务器，所述终端设备与所述云端服务器无线通信。
12.优选的，所述云端服务器为onenet物联网平台。
13.一种新型农田环境数据采集方法，包括：
14.当采集设备个数为1时，所述采集设备通过环境传感器采集环境数据并通过lora通信模块将所述环境数据传输至终端设备，所述终端设备接收所述环境数据并上传至云端服务器；
15.当采集设备个数大于1时，主控节点通过lora通信模块的无线组网技术运用轮询的方式对从节点采集的环境数据进行汇总并上传至所述终端设备，所述终端设备的lora通信模块读取所述环境数据并上传至所述云端服务器。
16.优选的，所述的一种新型农田环境数据采集方法，所述当采集设备大于一个时，具体内容包括：
17.s1.设置所述主控节点的广播地址；
18.s2.所述主控节点依次在各个广播信道发布唤醒和采集数据的命令；
19.s3.各个所述广播信道对应的从节点根据所述主控节点的所述命令依次被唤醒并采集环境数据，所述从节点将采集的环境数据上传至所述主控节点，上传所述环境数据后所述从节点进入休眠模式，所述主控节点依次接收各个所述广播信道对应的从节点采集的所述环境数据；
20.s4.所述主控节点将所述环境数据打包上传至所述终端设备；
21.s5.所述终端设备读取所述环境数据并上传至所述云端服务器。
22.优选的，所述命令中加入身份识别码，所述主控节点读取所述身份识别码对应的所述采集设备采集的所述环境数据。
23.优选的，太阳能充电板通过主控板为锂电池充电，所述锂电池通过所述主控板为所述环境传感器供电。
24.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种新型农田环境数据采集设备、系统和方法，运用lora通信模块的无线组网技术，实现了多个采集设备通过主从模式进行多节点的农田环境数据的采集和传输，具有通信稳定、抗干扰能力强的优点；并且设置主从节点模式，能够适用大面积农田的环境数据采集；通过太阳能和锂电池相配合的供电方式能够延长设备的待机时间，利于农田环境数据的实时监测。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
26.图1附图为本发明提供的农田环境数据采集设备的结构示意图；
27.图2附图为本发明提供的农田环境数据采集系统示意图；
28.图3附图为本发明提供的lora模块无线组网示意图。
29.其中1-太阳能充电板，2-防水外壳，3-数据传输接口，4-增益天线，5-锂电池，6-主控板，7-lora通信模块。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.本发明实施例公开了一种新型农田环境数据采集设备，如图1，包括：主控板、lora通信模块、锂电池、太阳能充电板和环境传感器，lora通信模块、锂电池、太阳能充电板和环境传感器均与主控板电连接。
32.本实施例中，主控板为stm32f103c8t6，太阳能充电板的功率为6v-5w。
33.为了进一步实施上述技术方案，一种新型农田环境数据采集设备，还包括数据传输接口，环境传感器通过数据传输接口与主控板相连。
34.本实施例中，环境传感器和主控板的数据传输接口为rs485，通信协议为modbus协议。
35.为了进一步实施上述技术方案，一种新型农田环境数据采集设备，还包括：增益天线和防水外壳，增益天线、太阳能充电板和环境传感器设于防水外壳的外部，主控板、lora通信模块和锂电池设于防水外壳的内部，增益天线与lora通信模块相连。
36.一种新型农田环境数据采集系统，如图,2，包括终端设备和至少一个采集设备，当采集设备个数为1时，采集设备通过lora通信模块与终端设备无线连接，当采集设备个数大于1时，采集设备包括主控节点和从节点，主控节点为采集设备中的一个，其余采集设备为从节点，主控节点与从节点通过lora模块组网无线连接，主控节点通过lora模块与终端设备无线连接。
37.本实施例中，lora通信模块的通信频率设置为430mhz-470mhz，信号穿透能力强。
38.lora通信模块无线组网可以实现一对多的通信，一个主控端lora模块可以同时和多个接收端的lora模块通信，lora模块可以进行定点传输通信和广播/监听通信，其中定点传输是一对一的通信方式，广播/监听一对多的通信方式。
39.为了进一步实施上述技术方案，一种新型农田环境数据采集系统，还包括云端服务器，终端设备与云端服务器无线通信。
40.为了进一步实施上述技术方案，云端服务器为onenet物联网平台。
41.一种新型农田环境数据采集方法，包括：
42.当采集设备个数为1时，采集设备通过环境传感器采集环境数据并通过lora通信模块将环境数据传输至终端设备，终端设备接收环境数据并上传至云端服务器；
43.当采集设备个数大于1时，主控节点通过lora通信模块的无线组网技术运用轮询的方式对从节点采集的环境数据进行汇总并上传至终端设备，终端设备的lora通信模块读取环境数据并上传至云端服务器。
44.为了进一步实施上述技术方案，当采集设备个数大于1时，具体内容包括：
45.s1.设置主控节点的广播地址；
46.s2.主控节点依次在各个广播信道发布唤醒和采集数据的命令；
47.s3.各个广播信道对应的从节点根据主控节点的命令依次被唤醒并采集环境数据，从节点将采集的环境数据上传至主控节点，上传环境数据后从节点进入休眠模式，主控节点依次接收各个广播信道对应的从节点采集的环境数据；
48.s4.主控节点将环境数据打包上传至终端设备；
49.s5.终端设备读取环境数据并上传至云端服务器。
50.为了进一步实施上述技术方案，命令中加入身份识别码，主控节点读取所述身份识别码对应的采集设备采集的环境数据。
51.本实施例中，如图3所述，将主控节点的lora模块的16位通信地址设置为十六进制数0xffff的广播地址，当主控节点的lora模块发送数据时，0x04信道下所有从节点的lora接收模块都可以接收到数据，从而达到广播的作用；当主控节点的lora模块作为接收时，可以接收0x04信道下所有的从节点的数据，从而达到监听的目的；当主控端需要读取某一个从节点的数据时，在命令里面加入相应的身份识别码便可读取相应的从节点的数据。
52.为了进一步实施上述技术方案，太阳能充电板通过主控板为锂电池充电，锂电池通过主控板为环境传感器供电。
53.采集设备正常工作时，由锂电池进行供电，当外界的环境条件达到一定标准后，主控板接通太阳能充电板为锂电池进行充电；环境传感器由锂电池通过主控板进行供电，当采集设备进入低功耗模式时，主控板断开对环境传感器供电，以达到低功耗休眠模式，延长采集设备的总体待机时长。
54.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
55.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。