一种基于物联网的农业智能数据采集与报警系统的制作方法

1.本发明涉及物联网技术应用领域，尤其涉及一种基于物联网的农业智能数据采集与报警系统。
技术背景
2.我国自古以来一直是农业大国，提高我国农业生产和经营管理水平、推进我国农业产业化和现代化进程、加快农业信息化建设步伐具有重要意义。目前，在农业科研领域，农业实验基地数量越来越多且分散在全国各地，需要科研人员亲自到实验基地现场对数据进行读取或抄录，当有多个实验基地或多个不在同一区域的实验基地同时进行测试时，需要科研人员来回跑动，工作效率低下且辛苦。
3.基于此，特提出本发明，本发明旨在应用物联网技术，实现远程采集实验基地的各项数据，帮助农业科研人员在web应用端和手机移动端(android或ios操作系统)实时、不间断的获取和记录所监测的数据，系统数据高度集中，以曲线形式显示，简洁直观，可查看历史数据，方便科研人员进行数据对比和分析，使科研人员方便、快捷的进行研究工作，从而解放劳动力，提高效率。
4.专利内容
5.为了解决目前农业实验基地科研人员劳动强度大、效率低的实际问题，本发明提出一种基于物联网的农业智能数据采集与报警系统，该包括数据采集模块、数据传输处理模块、云端应用模块、短信报警模块，其可以实现将农业实验基地的多项环境数据实时采集并经过处理分析后将其在云端应用模块进行展示的效果，当数据显示为非期望数据时还可以通过短信进行报警，其大大降低了农业实验人员的劳动强度，具有很强的实用性。
6.本发明采用如下技术方案实现上述技术效果：
7.一种基于物联网的农业智能数据采集与报警系统，该系统包括数据采集模块、数据传输处理模块、云端应用模块、短信报警模块；
8.所述数据采集模块用于采集农业实验基地的多项环境数据；
9.所述数据传输处理模块与数据采集模块连接，支持多种通信方式，用于对采集的环境数据进行处理与传输；
10.所述云端应用模块与数据传输处理模块相连接，用于对处理后的环境数据进行云端存储，并在移动终端或web端以曲线形式对环境数据进行展示；
11.所述短信报警模块用于监测外部数字信号，并在当系统监测出现问题时输出报警提示。
12.上述基于物联网的农业智能数据采集与报警系统中，所述数据采集模块包括传感器及外部设备，其中所述的传感器包括光照度传感器、二氧化碳传感器、温度传感器、湿度传感器的一种或多种；
13.上述基于物联网的农业智能数据采集与报警系统中，所述数据传输处理模块包括传输接口、模数转换模块、包括嵌入μc\os-ii操作系统的stm32处理器的数据处理系统、数
据透传系统等结构；
14.优选的，所述的传输接口为rs485接口、4-20ma接口或以太网rj45接口中的一种或多种；其中，所述rs485接口用来连接支持rs485接口的设备或传感器，并同主控制器进行数据交换，接线简单，网络扩展方便，系统中的rs485通信采用光耦隔离处理，提高系统通信的抗干扰能力。所述以太网通信采用由美国国家半导体公司生产的dp83848芯片实现以太网控制，该芯片支持10/100m的以太网通信，用于实现系统网络化通信。
15.优选的，所述模数转换模块与传感器及主控芯片进行电气连接，采集信号经a/d转换后送入主控制器，所述模数转换模块中模数转换芯片优选为ad7606。
16.优选的，所述stm32处理器为以cortex-m3为内核的stm32互联型嵌入式微控制器stm32f107vct6，芯片内部集成了实时时钟、独立的看门狗、i2c总线、通用同步/异步收发器、串行外设接口、控制器区域网络、通用串行总线、通用输入输出接口、以太网模块等丰富的硬件资源，功能强大、功耗低、成本低，适合用于农业实验基地的数据采集与处理。
17.优选的，所述数据透传系统为基于gprs技术的dtu模块，支持永远在线，具有看门狗功能，含udp，tcp/ip协议，用于将采集的环境数据发送到云端服务器。
18.上述基于物联网的农业智能数据采集与报警系统中，所述包括嵌入μc\os-ii操作系统的stm32处理器的数据处理系统包括数字输入接口，所述数字输入接口与stm32处理器相连接，用于监测外部数字信号，可配合继电器输出接口使用，在接收到外部数字输入信号后，完成灌溉或喷雾等特定功能。
19.优选的，所述包括嵌入μc\os-ii操作系统的stm32处理器的数据处理系统外部连接有继电器输出模块，所述继电器输出模块用于当系统监测出现问题时输出报警提示。
20.优选的，所述μc\os-ii操作系统采用modbus通信协议。基于rs-485接口通信采用modbus rtu协议，基于rj45接口通信采用modbus tcp协议。
21.上述基于物联网的农业智能数据采集与报警系统中，所述的云端应用模块包括云端服务器、web应用端和移动端，所述的移动端的操作系统为android操作系统或ios操作系统。
22.所述的云端服务器端包括后台管理系统，完成用户访问登录、增删改用户信息、增删改实验基地信息、增删改报警阈值等工作。
23.上述基于物联网的农业智能数据采集与报警系统的工作模式为：系统上电后初始化，进行自检测，检测完毕后系统启动，主要功能包括4-20ma模拟量采集，rs485通信数据采集，以太网通信数据采集，继电器输出驱动和数字输入信号采集；在采用modbus通信传输数据时，通过自定义打包协议来确保数据的可靠性。如果检测到的数据符合期望数据，则系统会将采集到的数据发送到数据透传系统，由数据透传系统经过固定时间间隔将打包数据上传到云端服务器，用户便可在移动端或web端实时查看所监测的传感器数据值；如果采集到的数据不符合期望数据时，报警位置位，该报警位打包后由数据透传系统发送到云端服务器，系统会产生报警信息并以短信的形式发送到指定手机号码上，提醒科研人员及时处理问题设备。
24.本发明是基于物联网技术和大数据平台对农业实验基地的温度、光照强度、湿度、二氧化碳浓度等环境数据进行实时采集，通过数据透传系统将处理的数据实时传输到云端服务器，并在web应用端和移动端(android或ios操作系统)对环境数据进行实时展示。与现
有技术相比，本发明取得了如下有益的技术效果：
25.(1)本发明所述的基于物联网的农业智能数据采集与报警系统兼容多种数据传输接口(rs485接口、4-20ma、以太网rj45接口)，方便不同类型传感器环境数据的采集与传输，实现各类传感器的随插随用，满足不同农业实验基地对所需环境检测种类的差异，降低系统成本。
26.(2)该系统通过数据透传系统将处理的数据实时传输到云端服务器，并在web应用端和移动端(android或ios操作系统)对环境数据进行实时展示，便于农业科研人员和便于农业科研人员实时监测和研究农业实验基地环境数据，大大降低了科研人员的工作量和劳动强度。
27.(3)该系统包含手机短信报警系统，当采集的环境数据不在设定的阈值范围内时，系统将会向特定科研人员的手机发送报警信息，信息包含实验基地名称，实验基地编号，方便科研人员快速准确找到异常的实验基地。
附图说明
28.图1是本发明系统结构示意图
29.图2是本发明系统硬件结构图
30.图3是本发明系统软件流程图
具体实施方案
31.下面参照附图，对本发明的具体实施方案作出更为详细的说明：
32.如图1、图2所示，该系统包括数据采集模块、数据传输处理模块、云端应用模块、短信报警四大模块，主要包括6个任务，分别是4-20ma模拟量采集任务，rs485通信任务，以太网通信任务，数据透传任务，继电器输出任务和数字输入任务。所采用的系统为μc\os-ii操作系统，是抢占式多任务调度的实时操作系统。整个软件系统由c语言编写，高优先级的任务总能最快地获得使用权，每个任务执行完毕后会延时几十毫秒，在延时阶段高优先级的任务会被执行，体现操作系统的实时性。后台管理系统位于服务器端，完成用户访问登录、增删改用户信息、增删改实验基地信息、增删改报警阈值等工作。
33.如图3所示，系统上电后初始化，进行自检测，检测完毕后系统启动，主要功能包括4-20ma模拟量采集，rs485通信数据采集，以太网通信数据采集，继电器输出驱动和数字输入信号采集。在采用modbus通信传输数据时，通过自定义打包协议来确保数据的可靠性，该打包协议包含农业实验基地编号位、数据长度标志位、数据位、帧头、校验位等部分组成。如果检测到的数据符合期望数据，则系统会将采集到的数据发送到数据透传系统，由数据透传系统每间隔1分钟(可根据实际需求调整)将打包数据上传到云端服务器，用户便可在移动端或web端实时查看所监测的传感器数据值，被检测的各类传感器数据以曲线形式显示。数据透传系统采用5v供电，接线时将stm32串口txd和rxd引脚与透传系统的第11引脚和第12引脚连接好即可实现数据无线传输。数据透传系统在使用时，需提前配置好对应服务器的ip、端口号及协议模式；如果采集到的数据不符合期望数据时，报警位置位，该报警位打包后由数据透传系统发送到云端服务器，系统会产生一条报警信息，该报警信息会以短信的形式发送到指定手机号码上，提醒科研人员及时处理出现问题的设备。