一种环境土壤湿度数据实时监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种环境土壤湿度数据实时监测系统。本发明专利技术中，数据采集模块通过PCAP01芯片完成对土壤湿度传感器电容值的在线采集和转换功能，通过高精度数字转换芯片PCAP01实现对土壤湿度实时在线监测的功能，实验研究结果表明，该土壤湿度在线监测系统的测试精度高，稳定性好，效率高，实时性强，在灌溉期间能够快速检测土壤水是否达到田间持水量，在消耗期间能够精确检测土壤水是否降到作物凋萎系数，为灌溉时机提供科学有效的决策。从而为农业灌溉领带来了更为广阔的应用和发展前景。业灌溉领带来了更为广阔的应用和发展前景。业灌溉领带来了更为广阔的应用和发展前景。

【技术实现步骤摘要】
一种环境土壤湿度数据实时监测系统


[0001]本专利技术属于土壤湿度监测
，具体为一种环境土壤湿度数据实时监测系统。

技术介绍

[0002]当前我国的蔬菜种植规模有限，绝大多数地区仍依赖于传统的人工耕作和人为经验进行管理，浪费了大量的人力物力，且普遍存在成本高、效率低等问题，已不适用于当前蔬菜种植发展的迫切需求。与此同时，传感器及物联网技术的飞速发展，给蔬菜种植行业带来了新的发展机遇。应用物联网技术到蔬菜生产实践中，实现生产信息的及时获取，对改变蔬菜种植模式，保证作物高产、绿色健康具有重要意义。
[0003]但是常见的传感器信息监测系统，不能对信息进行无线传输，从而使得使用过程中较为不便。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于：为了解决上述提出的问题，提供一种环境土壤湿度数据实时监测系统。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：一种环境土壤湿度数据实时监测系统，包括电源供电模块、数据采集模块、数据传输模块、数据处理总模块、应用层模块、数据监控终端模块、物联网开发平台模块、网络端口监听模块、固件升级工具模块和服务器模块，所述电源供电模块的输出端连接有所述数据采集模块的输入端，所述数据采集模块的输出端连接有所述数据传输模块的输入端，所述数据传输模块的输出端连接有所述数据处理总模块的输入端，所述数据处理总模块的输出端连接有所述应用层模块的输入端，所述应用层模块的输出端连接有所述数据监控终端模块的输入端。
[0006]在一优选的实施方式中，所述应用层模块的内部设置有物联网开发平台模块、网络端口监听模块、固件升级工具模块和服务器模块，所述物联网开发平台模块、网络端口监听模块、固件升级工具模块和服务器模块的整体输出端连接有所述应用层模块的输入端。
[0007]在一优选的实施方式中，所述数据采集模块通过PCAP01芯片完成对土壤湿度传感器电容值的在线采集和转换功能，电路采用单个传感器接地的连接方式，其中C0为基准电容，C1为被测土壤湿度监测传感器输出电容，为减少寄生电容对测量结果的影响，验证电路板中电容接口模块的走线尽可能短，所述数据采集模块的土壤湿度传感器采用叉指电极结构和双面PCB工艺，每块PCB采用双层板结构，板厚1.6mm，电极宽度W与电极间隔G均为0.5mm，电极占空比为50％。
[0008]在一优选的实施方式中，所述电源供电模块采用3.7v双节锂电池，电源管理芯片为LTC2941，用于指示电池充放电量。充电管理芯片采用TP4056，稳压电路均使用低功耗LDO。
[0009]在一优选的实施方式中，所述数据传输模块采用低功耗、远距离的E22
‑
400T22S,
基于SX1268设计。
[0010]在一优选的实施方式中，所述数据传输模块的内部设置有备用通信模块，备用通信模块采用星型拓扑结构，各节点与控制中心建立无线双工通讯，节点之间不进行数据交互，无线传输模块采用2.4GHz低功耗nRF24L01芯片，在喷灌节点端采用TTL串口转无线模式与单片机交互，在控制中心采用USB转串口模式与计算机交互，实现单网模式即可覆盖一个小型种植园的土壤湿度监测与自动灌溉需求。
[0011]在一优选的实施方式中，所述数据处理总模块以低功耗单片机MSP430作为主控芯片，合理设置工作和休眠策略，使锂电池能量储备可以支持一个水消耗周期。
[0012]在一优选的实施方式中，所述物联网开发平台模块采用B/S网络结构模式，基于maven的SSM框架，响应式的布局可同时兼容手机、pc等不同设备；
[0013]所述网络端口监听模块用于LoRa协调器完成数据上传和指令交互，一方面将接收的传感器数据保存至数据库，另一方面依靠TCPSocket网络间接与传感器设备建立连接，实现传感器的远程控制。
[0014]在一优选的实施方式中，所述固件升级工具模块可远程升级部署在田间的LoRa无线传感器及协调器设备，该工具基于C#WPF框架开发，采用高效的YModem协议传输传感器固件升级包，使用此工具可极大地降低系统后期维护成本，使得传感器设备无须返厂即可在线完成升级；
[0015]所述服务器模块完成传感器数据监听、消息转发、数据库及Web网站部署等工作，数据库内建表格包含：文件索引表、用户信息表、监测数据表、设备状态表。
[0016]在一优选的实施方式中，所述数据监控终端模块采用，无线物联网模块ESP8266通过串行口与单片机构成硬件，控制与通信系统，由土壤湿度传感器检测湿度信息，输出的模拟电压信号通过单片机的P1.0引脚输入单片机，该引脚内置AD转换电路，可将模拟信号转换成数字信号，单片机的P2口和部分P3口用于LCD液晶的驱动显示控制，显示测试现场的土壤湿度数据。
[0017]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0018]1、本专利技术中，数据采集模块通过PCAP01芯片完成对土壤湿度传感器电容值的在线采集和转换功能，通过高精度数字转换芯片PCAP01实现对土壤湿度实时在线监测的功能，实验研究结果表明，该土壤湿度在线监测系统的测试精度高，稳定性好，效率高，实时性强，在灌溉期间能够快速检测土壤水是否达到田间持水量，在消耗期间能够精确检测土壤水是否降到作物凋萎系数，为灌溉时机提供科学有效的决策。从而为农业灌溉领带来了更为广阔的应用和发展前景。
[0019]2、本专利技术中，数据传输模块设计开发了LoRa协调器主汇聚节点，通过该节点进行LoRa无线组网，接收传感器数据并通过4G发送至远程服务器，从而使得土壤信息在进行无线传输时，更加稳定，不会轻易发生数据丢失，增加了该系统在使用时的稳定性和安全性。配合开手机APP等多款软件。使系统具备传感器在线监测、报表查询、空中升级、视频监控、文件存储等多种功能，其通用性强，设计合理，运行稳定，用户界面友好，具有更好的应用价值。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的系统框图；
[0021]图2为本专利技术中应用层模块系统框图。
[0022]图中标记：1
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电源供电模块、2
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数据采集模块、3
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数据传输模块、4
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数据处理总模块、5
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应用层模块、6
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数据监控终端模块、7
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物联网开发平台模块、8
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网络端口监听模块、9
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固件升级工具模块、10
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服务器模块。
具体实施方式
[0023]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0024]参照图1
‑
2，
[0025]一种环境土壤湿度数据实时监测系统，包括电源供电模块1、数据采集模块2、数据传输模块3、数据处理总模块4、应用层模块5、数据监控终端模块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环境土壤湿度数据实时监测系统，包括电源供电模块(1)、数据采集模块(2)、数据传输模块(3)、数据处理总模块(4)、应用层模块(5)、数据监控终端模块(6)、物联网开发平台模块(7)、网络端口监听模块(8)、固件升级工具模块(9)和服务器模块(10)，其特征在于：所述电源供电模块(1)的输出端连接有所述数据采集模块(2)的输入端，所述数据采集模块(2)的输出端连接有所述数据传输模块(3)的输入端，所述数据传输模块(3)的输出端连接有所述数据处理总模块(4)的输入端，所述数据处理总模块(4)的输出端连接有所述应用层模块(5)的输入端，所述应用层模块(5)的输出端连接有所述数据监控终端模块(6)的输入端。2.如权利要求1所述的一种环境土壤湿度数据实时监测系统，其特征在于：所述应用层模块(5)的内部设置有物联网开发平台模块(7)、网络端口监听模块(8)、固件升级工具模块(9)和服务器模块(10)，所述物联网开发平台模块(7)、网络端口监听模块(8)、固件升级工具模块(9)和服务器模块(10)的整体输出端连接有所述应用层模块(5)的输入端。3.如权利要求1所述的一种环境土壤湿度数据实时监测系统，其特征在于：所述数据采集模块(2)通过PCAP01芯片完成对土壤湿度传感器电容值的在线采集和转换功能，电路采用单个传感器接地的连接方式，其中C0为基准电容，C1为被测土壤湿度监测传感器输出电容，为减少寄生电容对测量结果的影响，验证电路板中电容接口模块的走线尽可能短，所述数据采集模块(2)的土壤湿度传感器采用叉指电极结构和双面PCB工艺，每块PCB采用双层板结构，板厚1.6mm，电极宽度W与电极间隔G均为0.5mm，电极占空比为50％。4.如权利要求1所述的一种环境土壤湿度数据实时监测系统，其特征在于：所述电源供电模块(1)采用3.7v双节锂电池，电源管理芯片为LTC2941，用于指示电池充放电量，充电管理芯片采用TP4056，稳压电路均使用低功耗LDO。5.如权利要求1所述的一种环境土壤湿度数据实时监测系统，其特征在于：所述数据传输模块(3)采用低功耗、远距离的E22
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400T22S,基于SX1268设计。6.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯鹏振，马先锋，刘雄，成锋，张廷洲，程毅，
申请(专利权)人：湖北省生态环境厅咸宁生态环境监测中心，
类型：发明
国别省市：