一种基于LoRa扩频通信的农业大棚环境监测系统的制作方法

本实用新型涉及通信技术领域，特别是涉及一种基于LoRa扩频通信的农业大棚环境监测系统。

背景技术：

目前，农业大棚种植非常普遍，为了更好管理大棚内的各种环境参数，例如，温度参数、湿度参数等，需要使用大量的传感器进行数据采集，然后将采集到的数据发送到中央主机进行数据分析和管理。由于传感器的数量较多，分布在大棚的各个角落，给安装布线带来麻烦，提高了系统整体的成本。

现有技术中，采用Zigbee网络作为底层传感器的通讯方式，通过Zigbee网络将分布在不同位置的传感器数据发送至Zigbee协调器，Zigbee协调器同时也作为系统的网关，将数据转化为网络数据发送至中央主机。

但是，采用Zigbee网络作为底层传感器的通讯方式，存在以下局限性：

第一，由于Zigbee的通信频段为2.4G频段，通信距离较短；

第二，Zigbee为了解决信号覆盖的问题，在通信网络中加入了Zigbee路由器，通过Zigbee路由器对数据进行跳传，增加信号覆盖范围，但导致数据一定程度上的延时，而且过多的Zigbee终端设备通信，将导致Zigbee路由器路由路径更加的复杂，导致系统出现不稳定的隐患；

由此可见，如何提供一种通行距离较长且通信稳定的系统是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种基于LoRa扩频通信的农业大棚环境监测系统，提供一种通行距离较长且通信稳定的系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于LoRa扩频通信的农业大棚环境监测系统，包括中央主机和云端服务器，还包括与传感器连接，用于接收所述传感器传输的监测数据的主控芯片，与所述主控芯片连接的LoRa扩频通信电路用于在所述主控芯片的控制下将所述监测数据无线传输至所述中央主机。

优选地，所述LoRa扩频通信电路具体包括与所述主控芯片连接的收发模式切换电路，与所述收发模式切换电路和所述主控芯片连接的收发电路，所述收发模式切换电路根据所述主控芯片的控制信号设置所述收发电路的工作模式，所述收发电路包括SX1278收发模块，与所述中央主机无线通信。

优选地，所述收发模式切换电路包括SKY65377芯片。

优选地，所述传感器包括土壤湿度传感器，则相应地还包括与所述主控芯片和所述土壤湿度传感器连接的功耗调整电路，所述功耗调整电路具体包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻，PNP三极管，NPN三极管和第一电容；

所述PNP三极管的发射极与所述第一电阻的第一端连接，并与电源连接，所述PNP三极管的集电极与所述土壤湿度传感器的供电端连接，所述PNP三极管的基极与所述第一电阻的第二端连接，并与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述NPN三极管的集电极连接，所述NPN三极管的基极所述第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端与所述第三电阻的第一端连接，并与所述主控芯片的使能引脚连接，所述第三电阻的第二端与所述NPN三极管的基极和所述第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端与所述NPN三极管的发射极连接，并接地。

优选地，所述电源为3.3V。

优选地，还包括与所述主控芯片的接地引脚连接的抗干扰电路，所述抗干扰电路具体包括依次串联连接的第二电容，第三电容，第一磁珠，第二磁珠，所述第二电容再与所述第二磁珠连接，所述第二电容和所述第二磁珠的公共端接地，所述第三电容与所述第二磁珠的公共端接模拟地。

优选地，所述主控芯片为LPC824芯片。

优选地，所述中央主机和云端服务器采用GPRS通信网络通信。

优选地，所述传感器包括光照强度传感器，所述光照强度传感器包括BH1750芯片。

本实用新型所提供的基于LoRa扩频通信的农业大棚环境监测系统，包括中央主机、云端服务器、与传感器连接，用于接收所述传感器传输的监测数据的主控芯片，与所述主控芯片连接的LoRa扩频通信电路用于在所述主控芯片的控制下将所述监测数据无线传输至所述中央主机。由于LoRa扩频通信电路适于超长距离扩频通信，并且在通信过程中抗干扰性强，能够最大限度降低电流消耗。由此可见，本系统在进行远距离通信过程中可以保证通信的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种基于LoRa扩频通信的农业大棚环境监测系统的结构图；

图2为本实用新型实施例提供的一种LoRa扩频通信电路图；

图3为本实用新型实施例提供的一种主控芯片为LPC824的电路图；

图4为本实用新型实施例提供的一种功耗调整电路图；

图5为本实用新型实施例提供的一种抗干扰电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护范围。

本实用新型的核心是提供一种基于LoRa扩频通信的农业大棚环境监测系统，用于提供一种通行距离较长且通信稳定的系统。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1为本实用新型实施例提供的一种基于LoRa扩频通信的农业大棚环境监测系统的结构图。如图1所示，该监测系统包括中央主机10和云端服务器11，还包括与传感器连接，用于接收传感器传输的监测数据的主控芯片12，与主控芯片12连接的LoRa扩频通信电路13用于在主控芯片12的控制下将监测数据无线传输至中央主机10。

在具体实施中，LoRa扩频通信电路13的作用是进行监测数据的无线传输，LoRa扩频通信电路13与主控芯片12直接连接，通过主控芯片12的控制将监测数据传输至中央主机10。可以理解的是，中央主机10也相应的有LoRa模块，用来接收LoRa扩频通信电路13的监测数据，本实施例不再赘述。

本实施例中的传感器可以包括种类型的传感器，传感器的作用是将环境数据转换为电信号，然后传输给主控芯片12。传感器可以包括空气温湿度传感器、土壤湿度传感器和光照强度传感器等，各种传感器分别采集环境数据后，以LoRa通信方式发送给系统中央主机10，中央主机10的LoRa模块接收到各种传感器发送来的数据后进行处理，将处理后的数据按照与云端服务器11规定好的协议进行打包发送。在具体实施中，可以通过GPRS通信模块将打包后的数据上传至云端服务器11。在其它实施例中，云端服务器11还提供了浏览器和手机客户端的方式给用户，用户可通过这两种方式对数据进行查询。

本实施例提供的基于LoRa扩频通信的农业大棚环境监测系统，包括中央主机、云端服务器、与传感器连接，用于接收所述传感器传输的监测数据的主控芯片，与所述主控芯片连接的LoRa扩频通信电路用于在所述主控芯片的控制下将所述监测数据无线传输至所述中央主机。由于LoRa扩频通信电路适于超长距离扩频通信，并且在通信过程中抗干扰性强，能够最大限度降低电流消耗。由此可见，本系统在进行远距离通信过程中可以保证通信的稳定性。

在上述实施例的基础上，作为优选地实施方式，LoRa扩频通信电路13具体包括与主控芯片12连接的收发模式切换电路130，与收发模式切换电路130和主控芯片12连接的收发电路131，收发模式切换电路130根据主控芯片12的控制信号设置收发电路131的工作模式，收发电路131包括SX1278收发模块，与中央主机10无线通信。

为了让本领域技术人员更加清楚本实用新型实施例提供的LoRa扩频通信电路13的具体通信过程，以下给出LoRa扩频通信电路13的具体电路图。图2为本实用新型实施例提供的一种LoRa扩频通信电路图。图3为本实用新型实施例提供的一种主控芯片为LPC824的电路图。如图2和图3所示，主控芯片12使用SPI接口与SX1278芯片通信，即通过引脚NSS、MOSI、MISO、SCK控制SX1278芯片的数据传输，SX1278芯片是收发一体的，需要一个收发切换模块，这里收发模式切换电路130使用了SKY65377芯片，集成了收发切换功能和功率放大，主控芯片12通过控制连接在SKY65377上的CRT/TR引脚来实现发送和接收模式的切换，从而实现SX1278芯片的发送和接收模式的切换，主控芯片12采集完一次数据后，通过引脚NSS、MOSI、MISO、SCK将数据发送至SX1278芯片，拉高连接在SKY65377上的CRT/TR引脚电平切换为发送状态，发送完数据后，主控芯片12拉低连接在SKY65377上的CRT/TR引脚电平切换为接收状态。主控芯片12连接在SKY65377上的CRT/EN引脚控制着SKY65377的收发模块的使能和掉电。当不发送数据时，可拉低CRT/EN引脚的电平使SKY65377处于掉电模式，减小功耗损失。当发送数据时拉高CRT/EN引脚的电平使SKY65377处于使能模式，提高发射功率。NRESET引脚作为SX1278芯片的复位引脚，连接在主控芯片12上，主控芯片12可通过拉低NRESET引脚的电平使SX1278芯片复位。E1为天线，用于接收信号。

LPC824芯片作为主控芯片12，该芯片采用Cortex-M0内核，性能高达30MHz、最大32KB Flash、8KB SRAM、3路串口、4个IIC、12通道ADC、2个SPI。主控芯片12的ISP引脚用于避免LPC824进入休眠模式后无法通过SWCLK引脚和SWDIO引脚下载程序时使用，短接ISP和GND引脚，可避免LPC824进入休眠模式，这时可正常下载程序。SWCLK引脚和SWDIO引脚用于LPC824下载程序使用，外接JLINK下载仿真器。

当需要光照传感器的监测数据时，主控芯片12通过SCL引脚和SDA引脚向光照传感器发送控制命令。在具体实施中，光照传感器可以集成在外接板上，采用BH1750芯片。该芯片是数字式芯片，光照传感器与主控芯片12是通过IIC接口通信，即SCL引脚和SDA引脚。主控芯片12的使能引脚EN可以控制光照传感器处于工作模式或休眠模式。具体工作原理为：当主控芯片12采集完一次数据后，通过拉低使能引脚EN的电平，使得光照传感器关闭，进入低功耗模式。当主控芯片12需要采集数据时，通过拉高拉低使能引脚EN的电平，使光照传感器使能，进入工作模式。

土壤湿度传感器采用电容方式监测土壤湿度，当环境的土壤湿度不同时，土壤湿度传感器的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。当需要土壤湿度传感器的监测数据时，主控芯片12通过ADC引脚，读取土壤湿度传感器的输出引脚的电压值，就可以得到湿度变化值。当采集完数据后，主控芯片12通过SENSOR_EN管脚，控制土壤湿度传感器停止工作。

图4为本实用新型实施例提供的一种功耗调整电路图。作为优选地实施方式，本实施例中，增加功耗调整电路。功耗调整电路具体包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4，PNP三极管Q1，NPN三极管Q2和第一电容C1。

PNP三极管Q1的发射极与第一电阻R1的第一端连接，并与电源连接，PNP三极管Q1的集电极与土壤湿度传感器的供电端SENSOR_VCC连接，PNP三极管Q2的基极与第一电阻R1的第二端连接，并与第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第二端与NPN三极管Q2的集电极连接，NPN三极管Q2的基极第一电容C1的第一端连接，第一电容C1的第二端与第三电阻R3的第一端连接，并与主控芯片12的使能引脚SENSOR_EN连接，第三电阻R3的第二端与NPN三极管Q2的基极和第四电阻R4的第一端连接，第四电阻R4的第二端与NPN三极管Q2的发射极连接，并接地。

NPN三极管Q2的基极电流作为输入，操控整个三极管的工作状态，当主控芯片12通过SENSOR_EN管脚输出低电平时，NPN三极管Q2处于截止状态，不导通电流，从而控制PNP三极管Q1处于截止状态，没有电流流通至土壤湿度传感器，从而断开土壤湿度传感器的供电，进入低功耗模式。主控芯片12通过SENSOR_EN管脚输出高电平时，NPN三极管Q2处于导通状态，导通电流，从而控制PNP三极管Q1处于导通状态，有电流流通至土壤湿度传感器，从而为土壤湿度传感器供电，SENSOR_VCC连接在土壤湿度传感器的电源。

本实施例中通过功耗调整电路对土壤湿度传感器的功耗进行控制，当不需要使用土壤湿度传感器时，通过功耗调整电路断开土壤湿度传感器，使其进入低功耗模式，节约能源，降低整个系统的功耗。

作为优选地实施方式，电源为3.3V。可以理解的是，采用3.3V的电源进行供电只是一种具体的应用场景，并不代表只有这样一种实施方式。

图5为本实用新型实施例提供的一种抗干扰电路图。作为优选地实施方式，本实施例中，还包括与主控芯片12的接地引脚连接的抗干扰电路，抗干扰电路具体包括依次串联连接的第二电容C2，第三电容C3，第一磁珠FB1，第二磁珠FB2，第二电容C2再与第二磁珠FB2连接，第二电容C2和第二磁珠FB2的公共端接地，第三电容C3与第二磁珠FB2的公共端接模拟地AGND。

如图5所示，抗干扰电路中的第二电容C2和第一磁珠FB1的公共端连接主控芯片12的电源3V3，第三电容C3和第一磁珠F1的公共端连接主控芯片12的AP3V3引脚。

以上对本实用新型所提供的基于LoRa扩频通信的农业大棚环境监测系统进行了详细介绍。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。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。