基于物联网的农田环境多要素实时监测系统

本发明涉及农田环境实时监测领域，特别是基于物联网的农田环境多要素实时监测系统。

背景技术：

1、农田环境多要素指的是影响农作物生长和产量的各种环境因素。土壤是农作物生长的基础，其性质直接影响作物的生长状况。重要的土壤相关要素包括土壤湿度、土壤温度、土壤ph值、土壤养分含量(如氮、磷、钾等)以及土壤质地等。

2、气候条件对农作物的生长周期和产量有重要影响。关键的气候要素包括空气温度、空气湿度、降水量、风速、风向以及太阳辐射等。

3、光照是植物进行光合作用的必要条件，对作物的生长和发育至关重要。光照强度、光照时长和光照质量都是重要的光照要素。

4、水是农业生产中最关键的资源之一。除了土壤湿度外，还包括灌溉水质、灌溉方式和排水条件等。

5、农田生态系统中的生物多样性也是一个重要的环境要素。这包括作物病虫害、有益生物(如授粉昆虫)、微生物群落等。

6、人类在农业生产中的活动也会对农田环境产生影响，如施肥、灌溉、耕作方式、农药使用、农业机械化程度等。

7、总的来说，通过对这些环境要素的实时监控和管理，可以更好地理解农田生态系统的运行机制，为精准农业提供数据支持，从而提高农业生产效率和可持续性。

8、基于物联网的农田环境多要素实时监控不仅能够显著提高农业生产的效率和质量，还能促进资源的合理利用和农业的可持续发展

9、因此亟需一种基于物联网的农田环境多要素实时监测系统。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本申请提出了基于物联网的农田环境多要素实时监测系统，包括：

2、农田环境监测模块：所述农田环境监测单元引入嵌入式芯片stm32单片机、传感器、摄像头以及窄带物联网nb-iot通信技术；

3、二维码识别模块：利用二维码作为燕麦产品唯一标识，记录从原料采集到生产制作、仓储运输、检疫检测等全过程公开数据，该二维码将被打印出来绑定至相应的产品包装上；

4、区块链追溯模块：所述区块链追溯单元基于hyperledger fabric联盟区块链，包括数据存储层、服务层和接口层。

5、优选的，传感器包括气压计、温湿度传感器、土壤湿度传感器、光照强度传感器。

6、优选的，所述窄带物联网nb-iot通信技术隶属于低功耗广域网lpwan的窄带物联网nb-iot通信技术，用于将传感器网络采集的数据信息上传、存储并展示于监测农田环境的物联网云平台端。

7、优选的，所述二维码识别模块隶属于工业互联网标识体系，标识是网络的基础，也是用于区分不同物品、实体、物联网对象的“身份证”，利用二维码作为农产品唯一标识，记录农产品从原料采集到生产制作、仓储运输、检疫检测全过程数据。

8、优选的，所述存储层包括，链上couchdb、链下mysql、redis、fastdfs；

9、所述接口层包括，cli、api、sdk和事件；

10、所述服务层是区块链追溯模块的核心部分，包括管理服务、成员服务、区块链服务、链码服务和安全与密码服务；

11、所述管理服务包括身份管理、账本管理、交易管理和智能合约；

12、所述成员服务包括注册登录和属性证书；

13、所述区块链服务包括分布式账本、排序服务、p2p网络协议和背书验证；

14、所述链码服务包括容器环境和文件仓库。

15、优选的，所述传感器布置方式包括：

16、获取农田信息，对农田信息进行分析得到农田水平面高度、农田面积、农田植株浓单位面积密程度和植株高度；

17、以农田中心为原点建立“米”字延伸线，在原点处设立有第一气压计，根据植株对水平高度的敏感状态预设有单位长度对照表格和高度差阈值，根据单位长度对照表格确定单位长度；

18、计算相邻单位长度下的农田水平面高度差得到初始的高度差；

19、以“米”字延伸线为集显基线，将相邻单位长度定义为金字塔塔底n将初始的高度差定义为金字塔单数第二层n-1，将相邻初始的高度差相加得到n-2层的高度差，将相邻n-2层的高度差相加得到n-3层的高度差...逐层计算得到金字塔塔顶数字即塔顶的高度差；

20、比较不同层高度差与高度差阈值的大小，获取高于高度差阈值的高度差所处单位长度在延伸线的位置定义为中介点，取当下中介点和原点方向离当下中介点最近的中介点的中点位置为安置点，在安置点防止气压计。

21、优选的，在农田边缘均匀放置第一温湿度传感器，根据农田植株单位面积浓密程度对农田进行区域划分得到浓密区域并计算浓密区域大小，在浓密区域中心点建立第二湿度传感器；

22、预设有面积-湿度传感器对照表，根据浓密区域的面积大小确定湿度传感器个数并以浓密区域中心点为圆心进行扇形建立；

23、在安置点分别安装第一土壤湿度传感器，根据农田面积配置土壤湿度传感器个数，对农田进行网格划分将土壤湿度传感器均等安置在网格节点上；

24、根据植株高度进行农田区域划分得到高度区域，在高度区域中心点建立光照强度传感器。

25、优选的，所述农田环境监测模块配置有异常巡检单元；

26、所述异常巡检单元采集传感器数据，并对同一时间点的传感器数据，随机抽取两个传感器进行差异计算得到传感器差异值；

27、预设有不同传感器的稳定阈值，若传感器差异值超过稳定阈值则进行异常报警。

28、一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时实现所述基于物联网的农田环境多要素实时监测系统的内容。

29、一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器加载并执行时，实现所述基于物联网的农田环境多要素实时监测系统的内容。

30、综上所述，本发明的基于物联网的农田环境多要素实时监测系统，相比传统技术，本发明采用二维码识别模块和区块链追溯模块为用户提供质量数据追踪和信息监管服务，农田环境监测模块可以对植株整体生长过程进行统计使数据更加真实透明，更是提出一种传感器布置方式，对不同传感器设置不同安装策略使采集数据更加详细完善。

31、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方法做进一步的详细描述。

技术特征：

1.基于物联网的农田环境多要素实时监测系统，其特征在于，包括以下模块：

2.根据权利要求1所述的基于物联网的农田环境多要素实时监测系统，其特征在于，传感器包括气压计、温湿度传感器、土壤湿度传感器、光照强度传感器。

3.根据权利要求2所述的基于物联网的农田环境多要素实时监测系统，其特征在于，所述窄带物联网nb-iot通信技术隶属于低功耗广域网lpwan的窄带物联网nb-iot通信技术，用于将传感器网络采集的数据信息上传、存储并展示于监测农田环境的物联网云平台端。

4.根据权利要求3所述的基于物联网的农田环境多要素实时监测系统，其特征在于，所述二维码识别模块隶属于工业互联网标识体系，标识是网络的基础，也是用于区分不同物品、实体、物联网对象的“身份证”，利用二维码作为农产品唯一标识，记录农产品从原料采集到生产制作、仓储运输、检疫检测全过程数据。

5.根据权利要求4所述的基于物联网的农田环境多要素实时监测系统，其特征在于，所述存储层包括，链上couchdb、链下mysql、redis、fastdfs；

6.根据权利要求2所述的基于物联网的农田环境多要素实时监测系统，其特征在于，所述传感器布置方式包括：

7.根据权利要求6所述的基于物联网的农田环境多要素实时监测系统，其特征在于，在农田边缘均匀放置第一温湿度传感器，根据农田植株单位面积浓密程度对农田进行区域划分得到浓密区域并计算浓密区域大小，在浓密区域中心点建立第二湿度传感器；

8.根据权利要求7所述的基于物联网的农田环境多要素实时监测系统，其特征在于，所述农田环境监测模块配置有异常巡检单元；

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述基于物联网的农田环境多要素实时监测系统的内容。

10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器加载并执行时，实现如权利要求1至7任一项所述基于物联网的农田环境多要素实时监测系统的内容。

技术总结
本发明公开了基于物联网的农田环境多要素实时监测系统，涉及农田环境实时监测领域，包括农田环境监测模块、二维码识别模块和区块链追溯模块，所述农田环境监测单元引入嵌入式芯片STM32单片机、传感器、摄像头以及窄带物联网NB‑IoT通信技术；利用二维码作为燕麦产品唯一标识，记录从原料采集到生产制作、仓储运输、检疫检测等全过程公开数据，该二维码将被打印出来绑定至相应的产品包装上；所述区块链追溯单元基于Hyperledger Fabric联盟区块链，包括数据存储层、服务层和接口层。本发明采用二维码识别模块和区块链追溯模块为用户提供质量数据追踪和信息监管服务，农田环境监测模块可以对植株整体生长过程进行统计使数据更加真实透明。

技术研发人员：赵宝平,米俊珍,刘景辉,刘江平,王希全
受保护的技术使用者：内蒙古农业大学
技术研发日：
技术公布日：2025/3/18