专利名称：基于物联网模式的土壤墒情监测装置及其检测方法
技术领域：
本发明涉及一种建立在互联网模式基础上的利用Zigbee、GPRS技术组成的局域网、无线网络实时监控土壤墒情的检测装置及使用该检测装置的检测方法，具体地说是一种基于物联网模式的土壤墒情检测装置及其检测方法。
背景技术：
从降低运行成本到提高被使用网络的效率的角度看，物联网技术的应用在当今颇有拓展的前景。因为一旦约定的通讯协议确定后，“物物相联”的应用层面的尾端设备就可以通过互联网将各自末端的传感器收集的信息在网络上共享，而借助近距离无线组网的Zigbee结点智能化技术来分享互联网的信息愈来愈成为人们青睐的对象。中国专利公告/公开文献分别披露了 CN201947451U、CN201607286U、CN102141802A、CN201993891U 等多篇关于利用物联网实现末端设备通信的案例。例如，前篇是利用采集模块所带有的传感器采集作物培育的多种数据，实现系统高智能化的无人化管理；后篇是通过可以实现以Zigbee无线模块为核心的温室无线网络化植物生理生态检测系统对温室环境进行管理；第三篇强调了利用物联网技术对空气中气体成分和浓度的远程检测及适时调控；第四篇则公开了一种克服有线网络传感器布线麻烦的基于物联网的远程检测报警系统。纵观所举之例，各文献的共性均强调了利用物联网实现各自需求之举措。由于是在物联网、局域网、结点通信等现有技术基础上的专业发挥，因而其方案实施的可能性是存在的。然而，正是由于专业领域的不同、发明目的不同，实现其目的的手段不同，对现有技术的应用的效果也一定会有较大的差异。况且即便是针对农业技术，迄今为止尚无利用物联网技术对土壤墒情进行检测的装置及其实施方法。故此，在此领域申请人将结合具体命题给出详细的技术方案。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种基于物联网模式的土壤墒情检测装置及其检测方法。其目的在于通过具体的装置以可纳入标准的操作方法实现对土壤墒情的实时检测。为此，本发明解决所述问题的技术方案是:一种基于物联网模式的土壤墒情检测装置，具有数据服务器、GPRS收发模块、电源，其中，在所述数据服务器、GPRS收发模块之间设有与互联网交互连接的监控平台服务器，在所述GPRS收发模块的一端通过由Zigbee无线模块构成的局域网与至少三个或三个以上的土壤墒情检测单元相连接，所述各土壤墒情检测单元的末端连接至少一个或一个以上的实时物化量传感器。优选的，所述的土壤墒情检测单元，其单元包括一个嵌入式MUC/Zigbee模块及与该模块相连接的实时物化量传感器，所述实时物化量传感器分别设定为光照度传感器、降雨量传感器、含水量传感器、湿度传感器、温度传感器、风速传感器、备选传感器。优选的，所述的实时物化量传感器，其末端连接一个或一个以上的实时物化采样端点收集装置。
优选的，所述的实时物化采样端点收集装置可以是或分别是光照度、降雨量、含水量、湿度、温度、风速、氧氮含量、土壤酸碱含量、土壤微量元素含量的探测器。优选的，为所述的实时物化采样端点收集装置提供电力的电源，是市电电源或太阳能电源或风能发电电源。基于以上装置，本发明提供了一种利用土壤墒情检测装置检测土壤墒情的方法，该方法包括了采集墒情、传递信息的步骤，其中，采集墒情步骤包括设定光照度传感器、降雨量传感器、含水量传感器、湿度传感器、温度传感器、风速传感器、备选传感器的各自采集位置，由所设定的电源向所述的实时物化量传感器和端点收集装置提供电力，在监控平台服务器的监控下由GPRS收发模块向Zigbee无线模块构成的局域网发出指令，经嵌入式MUC/Zigbee模块接收该指令并向所述的实时物化量传感器发出实施采集的命令，所述的实时物化量传感器将端点收集装置收集的生化/物化信息反馈给实时物化量传感器并逐一传递至嵌入式MUC/Zigbee模块，再通过Zigbee无线模块构成的局域网将回馈的信息发送至GPRS收发模块，监控平台服务器检查GPRS收发模块收集的采集信息通过互联网上传至数据服务器，由数据服务器的终端用户浏览。相比现有技术，本发明产生的积极效果是:以物联网运行模式，由数据服务器、互联网、局域网、土壤墒情检测装置构成的实时监测管理系统监测一个或一个以上的Zigbee局域网范围内的多点土壤墒情，通过各节点及各节点间的传感器实时监测土壤的含水量、温湿度等多种参数，所有的监测装置可通过GPRS无线网络将数据传输到Internet公网中指定的监控平台服务器上，由上行的用户终端处分其量化的数据并给出处置土壤墒情的方案。
图1是构成本发明涉及的土壤墒情检测装置组网模式的结构示意图；图2是关于图1中的土壤墒情检测单元结构示意图；图3是关于图2中带有实时物化采样端点收集装置、电源的土壤墒情检测单元结构示意图；图4是是发明的土壤墒情检测装置检测土壤墒情的检测方法流程示意图。图中:1_数据服务器，2-GPRS收发模块，3-实时物化量传感器(其中:31_光照度传感器、32-降雨量传感器、33-含水量传感器、34-湿度传感器、35-温度传感器、36-风速传感器、37-备选传感器)，4-电源，5-互联网，6-监控平台服务器，7-Zigbee局域网，8- 土壤墒情检测单元，9-嵌入式MUC/Zigbee模块，10-实时物化采样端点收集装置(其中:101-光照度探测器、102-降雨量探测器、103-含水量探测器、104-湿度探测器、105-温度探测器、106-风速探测器、107-氧氮含量探测器、108- 土壤酸碱含量探测器、109- 土壤微量元素含量探测器)。
具体实施例方式作为实施例，图1是构成本发明涉及的土壤墒情检测装置的结构示意图。由该图可以看出本发明是一种既包括互联网5又包括Zigbee局域网7在内的“物物相联”的物联网模式的实时监测控制系统。所谓“物物相联”是指本系统同时包含了具体化的硬件装置，而根据本发明目的、内容涉及的技术领域，该装置又由具体的“物件”GPRS收发模块2、土壤墒情检测单元8等部件并结合以上的网络连接关系构成了完整的土壤墒情监测装置。具体地说，本装置是一种基于物联网模式的土壤墒情检测装置，具有数据服务器1、GPRS收发模块2、电源4，在所述数据服务器1、GPRS收发模块2之间设有与互联网5交互连接的监控平台服务器6，在所述GPRS收发模块2的一端通过由Zigbee无线模块构成的局域网7与至少三个或三个以上的土壤墒情检测单元8相连接，所述各土壤墒情检测单元8的末端连接至少一个或一个以上的实时物化量传感器3。同样作为实施例，附图2、附图3进一步解释了土壤墒情检测单元8的结构特点。本发明图2、3中的嵌入式单片机MUC/Zigbee模块9是将单片机MUC与Zigbee模块固化在一起，功能上有各司其职。当与MUC/Zigbee模块9相连的任何一个实时物化量传感器3通过实时物化采样端点收集装置10探测到实物采样数据后，在MUC/Zigbee模块9的调度下均可经监控平台服务器6将数据传至上行端的数据服务器I。而本实施例中的实时物化量传感器3可以分别是光照度传感器31、降雨量传感器32、含水量传感器33、湿度传感器34、温度传感器35、风速传感器36、备选传感器37的集成的传感器也可以是其中的任一分立式的传感器。但所述的传感器不论是集成还是分立式的，根据检测任务的需要或监控平台服务器6的分配，其传感器的末端可以连接一个或一个以上的实时物化采样端点收集装置。另外，从系统装置的功能方面细分，所述的收集装置还可以是或分别是光照度、降雨量、含水量、湿度、温度、风速、氧氮含量、土壤酸碱含量、土壤微量元素含量的探测器。更近一步地说，本发明的土壤墒情检测单元8是一块带有MUC/Zigbee模块9的主板，或根据检测地域的需要、检测单元的数量多处设立分立主板；而电源4是本装置中的土壤墒情检测单元8的动力源，可随机设定。但无论是集成主板还是分立主板，电源4均可分别与土壤墒情检测单元8、MUC/Zigbee模块9、实时物化采样端点收集装置10的电路板相连接，其中，与MUC/Zigbee模块相连接的电源电路还分别与光照度传感器31、降雨量传感器32、含水量传感器33、湿度传感器34、温度传感器35、风速传感器36、备选传感器37的接线端子相连接；同理，根据集成主板或分立主板的设定，采样端点收集装置10所指的一个或多个探测器即光照度探测器101、降雨量探测器102、含水量探测器103、湿度探测器104、温度探测器105、风速106探测器、氧氮含量107探测器、土壤酸碱含量108探测器、土壤微量元素含量探测器109中的一个或任一个或全部探测器其电源与对应相连接的传感器共享。实践中本发明的电源及电力供应设备分别采用了太阳能光伏板技术和风能发电技术，其效果极好又稳定。一般来讲，在作业面积较大的田野单独设置市电动力线比较铺张，维修成本也比较高。而本发明涉及的所有实时物化量传感器及其末端探测器其电器功耗为毫安级，在任何一个检测点的区域设置上述的节能设备足以担纲设备的用电需要。结合图4，作为另一实施例的描述，给出了基于本发明的装置而提供的一种检测土壤墒情的检测方法。实践中可将该方法作为利用物联网模式的土壤墒情检测装置检测土壤墒情的标准。例如，该方法包括了采集墒情、传递信息的步骤。具体地说，采集墒情步骤包括设定光照度传感器、降雨量传感器、含水量传感器、湿度传感器、温度传感器、风速传感器、备选传感器的各自采集位置，由所设定的电源向所述的实时物化量传感器和端点收集装置提供电力，在监控平台服务器的监控下由GPRS收发模块向Zigbee无线模块构成的局域网发出指令，经嵌入式MUC/Zigbee模块接收该指令并向所述的实时物化量传感器发出实施采集的命令，所述的实时物化量传感器将端点收集装置收集的生化/物化信息反馈给实时物化量传感器并逐一传递至嵌入式MUC/Zigbee模块,再通过Zigbee无线模块构成的局域网将回馈的信息发送至GPRS收发模块，监控平台服务器检查GPRS收发模块收集的采集信息通过互联网上传至数据服务器，由数据服务器的终端用户浏览。综上所述，本发明涉及的检测土壤墒情的检测方法是在利用多种高精度的智能化传感器和领先的嵌入式单片机技术构成的监测单元的基础上，以单元能够独立自动地采集各种监测数据并进行预处理为技术路径，并沿此路径通过局域网、物联网将结果数据发送到指定的数据服务器上，以供专家分析使用。而由以上诸检测单元构成的检测装置能实时采集一种或多种土壤参数，具有较强的扩展性和可靠性。尤其是在同一区域内的多个监测单元可通过zigbee方式组成一个局域网络，使用同一个GPRS通道与服务器建立通信连接关系，从而节省了 GPRS无线网络的软硬件设施及相应的通讯费用，达到降低成本的目的。
权利要求
1.一种基于物联网模式的土壤墒情检测装置，具有数据服务器、GPRS收发模块、电源，其特征在于，在所述数据服务器、GPRS收发模块之间设有与互联网交互连接的监控平台服务器，在所述GPRS收发模块的一端通过由Zigbee无线模块构成的局域网与至少三个或三个以上的土壤墒情检测单元相连接，所述各土壤墒情检测单元的末端连接至少一个或一个以上的实时物化量传感器。
2.根据权利要求1所述的基于物联网模式的土壤墒情检测装置，其特征在于，所述的土壤墒情检测单元，其单元包括一个嵌入式MUC/Zigbee模块及与该模块相连接的实时物化量传感器，所述实时物化量传感器分别设定为光照度传感器、降雨量传感器、含水量传感器、湿度传感器、温度传感器、风速传感器、备选传感器。
3.根据权利要求1或2所述的基于物联网模式的土壤墒情检测装置，其特征在于，所述的实时物化量传感器，其末端连接一个或一个以上的实时物化采样端点收集装置。
4.根据权利要求1或2所述的基于物联网模式的土壤墒情检测装置，其特征在于，为所述的实时物化采样端点收集装置提供电力的电源，是市电电源或太阳能电源或风能发电电源。
5.根据权利要求3所述的基于物联网模式的土壤墒情检测装置，其特征在于，所述的实时物化采样端点收集装置可以是或分别是光照度、降雨量、含水量、湿度、温度、风速、氧氮含量、土壤酸碱含量、土壤微量元素含量的探测器。
6.一种基于物联网模式的土壤墒情检测装置的检测方法，其特征在于，所述方法包括采集墒情、传递信息的步骤，采集墒情步骤包括设定光照度传感器、降雨量传感器、含水量传感器、湿度传感器、温度传感器、风速传感器、备选传感器的各自采集位置；由所设定的电源向所述的实时物化量传感器和端点收集装置提供电力；在监控平台服务器的监控下由GPRS收发模块向Zigbee无线模块构成的局域网发出指令，经嵌入式MUC/Zigbee模块接收该指令并向所述的实时物化量传感器发出实施采集的命令；所述的实时物化量传感器将端点收集装置收集的生化/物化信息反馈给实时物化量传感器并逐一传递至嵌入式MUC/Zigbee模块，再通过Zigbee无线模块构成的局域网将回馈的信息发送至GPRS收发模块；监控平台服务器检查GPRS收发模块收集的采集信息通过互联网上传至数据服务器，由数据服务器的终端用户浏览。
全文摘要
本发明涉及一种基于物联网模式的土壤墒情检测装置及其检测方法，所述装置具有数据服务器、GPRS收发模块、电源，在所述数据服务器、GPRS收发模块之间设有与互联网交互连接的监控平台服务器，在所述GPRS收发模块的一端通过由Zigbee无线模块构成的局域网与至少三个或三个以上的土壤墒情检测单元相连接，所述各土壤墒情检测单元的末端连接至少一个或一个以上的实时物化量传感器。使用该装置检测土壤墒情的方法包括采集墒情、传递信息的步骤，通过各节点及各节点间的传感器实时监测土壤的含水量、温湿度等多种参数，所有的监测装置可通过GPRS无线网络将数据传输到Internet公网中指定的监控平台服务器上。
文档编号G08C17/02GK103209194SQ20121000715
公开日2013年7月17日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者李文才, 杨永红, 陈松, 任立 申请人:李文才, 杨永红, 陈松, 任立