專利名稱：農(nóng)情信息一體化采集裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)領域，特別是指一種農(nóng)情信息一體化采集裝置。
背景技術：
眾所周知，農(nóng)情信息主要包括地理環(huán)境、土壤環(huán)境、小氣候、水環(huán)境、與作物生長狀況相關的信息以及管理信息等六大要素，具有量大、多維(信息多樣)、動態(tài)、不確定(系統(tǒng)的噪音和隨機噪音)、不完整、稀疏性、時空變異性強等特點。在精細農(nóng)業(yè)研究中，目前優(yōu)先考慮的是土壤水分、土壤養(yǎng)分、土壤壓實、耕種深度和作物病蟲害害及作物苗情分布信息等，要求能夠定位、快速、精確、連續(xù)地測量。傳統(tǒng)的實驗室分析方法已很難滿足這一要求，因此需要開發(fā)適用于精細農(nóng)業(yè)的農(nóng)田信息快速采集技術。目前，農(nóng)情信息快速采集技術的研究落后于支持精細農(nóng)業(yè)的其他技術(如傳感器技術等)，已成為國際上眾多單位的重要課題。所以一種成本低、性能好、運行可靠、支持多元素信息采集并合符我國國情要求的農(nóng)情信息采集設備，并開發(fā)配套的后臺通信服務、信息管理和信息發(fā)布平臺是非常必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種農(nóng)情信息一體化采集裝置，解決了現(xiàn)有技術中農(nóng)情信息采集技術落后的問題。本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的一種農(nóng)情信息一體化采集裝置，該裝置包括傳感器，用于檢測農(nóng)作物的環(huán)境信息；采集器，與所述傳感器信號連接，接收所述傳感器的信號，并將其轉化為數(shù)字信號后傳遞出；集中器，與所述采集器通過無線網(wǎng)絡連接，接收所述采集器的信號，并將其上傳；后臺服務器，與所述集中器信號連接，接收所述集中器的信號并將其共享至互聯(lián)網(wǎng)。優(yōu)選地，所述采集器內(nèi)設置有用于設置采集參數(shù)的系統(tǒng)設置模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和GPS定位模塊。優(yōu)選地，所述集中器內(nèi)設置有存儲模塊、系統(tǒng)設置模塊、數(shù)據(jù)查詢模塊、統(tǒng)計分析模塊、視頻瀏覽模塊和設備控制模塊。優(yōu)選地，所述后臺服務器包括用于通訊的通信服務器程序、web服務程序和數(shù)據(jù)庫；所述通信服務器程序通過下位機通信組件與所述集中器進行通訊，通過數(shù)據(jù)庫訪問組件與所述數(shù)據(jù)庫進行通訊；所述web服務程序通過工作站通信組件與所述通信服務器程序進行通訊，通過另一數(shù)據(jù)庫訪問組件與所述數(shù)據(jù)庫進行通訊；其還包括GIS數(shù)據(jù)插值分析組件。優(yōu)選地，所述采集器和/或集中器設置有供電蓄電池和為所述供電蓄電池充電的太陽能充電裝置。
優(yōu)選地，所述采集器為多個，其收集的農(nóng)情信息包括所述傳感器檢測的環(huán)境信息和人工采集的作物信息。優(yōu)選地，所述傳感器檢測的環(huán)境信息包括氣象信息，水質參數(shù)，水體特征信息，土壤特征信息，視頻圖像信息和地理空間定位信息；所述人工采集的作物信息包括作物種類、生長狀態(tài)和病蟲草信息。優(yōu)選地，所述氣象信息包括室外溫度、濕度、氣壓、風向風速、太陽光照/幅射、雨量。優(yōu)選地，所述水質參數(shù)包括水中的溶解氧、pH值、離子濃度、電導率、氧化還原、鹽
度、氨氮、總磷、化學需氧量、生化需氧量、重金屬和微生物。優(yōu)選地，所述水體特征信息包括水溫、水位和流速；所述土壤特征信息包括土壤成分和養(yǎng)分信息。本發(fā)明的有益效果為(I)實現(xiàn)了農(nóng)情信息的多元化采集和數(shù)據(jù)的分析、共享；(2)本發(fā)明可采用多功能復合型水質檢測傳感器，能同時對水質的多種環(huán)境信息進行實時、連續(xù)監(jiān)測，并能夠根據(jù)需要靈活擴充其他環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測，實現(xiàn)監(jiān)測參數(shù)的自行設定；(3)采用嵌入軟硬件開發(fā)技術與WEB服務技術結合，高效實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與信息發(fā)布，提高了系統(tǒng)的實用性和方便性能；(4)可采用基于H. 264壓縮域的數(shù)字視頻水印技術，利用視頻水印的嵌入實現(xiàn)農(nóng)情數(shù)據(jù)信息和視頻信息的一體化傳輸和展現(xiàn)。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明農(nóng)情信息一體化采集裝置的模塊結構圖；圖2為本發(fā)明農(nóng)情信息一體化采集裝置的采集器電路構成原理圖；圖3為本發(fā)明農(nóng)情信息一體化采集裝置的集中器電路構成原理圖；圖4為本發(fā)明農(nóng)情信息一體化采集裝置的采集器軟件組成與功能模塊；圖5為本發(fā)明農(nóng)情信息一體化采集裝置的集中器軟件組成與功能模塊；圖6為本發(fā)明農(nóng)情信息一體化采集裝置的后臺服務器的服務平臺軟件組成與功能豐旲塊;圖7為本發(fā)明農(nóng)情信息一體化采集裝置服務程序中的歷史數(shù)據(jù)查詢與多元素分析的圖表界面。
具體實施例方式下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。本發(fā)明的農(nóng)情信息一體化采集方法通過在多個地理位置設置采集器收集農(nóng)情信息，并將所有采集的農(nóng)情信息通過無線網(wǎng)絡發(fā)送至集中器；所述集中器將農(nóng)情信息集中后，通過網(wǎng)絡將農(nóng)情信息數(shù)據(jù)上傳至后臺服務器，所述后臺服務器再將農(nóng)情信息數(shù)據(jù)發(fā)布至網(wǎng)絡共享；故用戶可隨時隨地可以了解到農(nóng)情信息。本發(fā)明的農(nóng)情信息一體化采集方法進一步通過如下步驟實現(xiàn)步驟1:通過傳感器檢測環(huán)境信息數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)發(fā)送至所述采集器；步驟2 :多個采集器將收集的農(nóng)情信息通過紫蜂無線網(wǎng)絡協(xié)定傳輸至所述集中器；步驟3 :所述集中器通過有線以太網(wǎng)或無線3G網(wǎng)絡將接收的農(nóng)情信息數(shù)據(jù)上傳至所述后臺服務器，所述后臺服務器將所述農(nóng)情信息發(fā)布至網(wǎng)絡。本發(fā)明主要采用嵌入式軟硬件開發(fā)技術和無線網(wǎng)絡通信技術進行開發(fā)，系統(tǒng)由所述采集器、集中器和后臺服務器三級組成，數(shù)據(jù)采集由所述采集器和集中器構建的無線通信網(wǎng)完成，所述集中器則通有線以太網(wǎng)或無線3G網(wǎng)絡上傳集中采集到的數(shù)據(jù)到后臺服務器，后臺服務器平臺再通過WEB技術發(fā)布到網(wǎng)絡上，讓用戶隨時隨地可以了解到信息。本發(fā)明為精細農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了一種高效、低成本的農(nóng)情信息采集工具，滿足了精細農(nóng)業(yè)定位、快速、精確、連續(xù)測量的需要；同時采集的信息數(shù)據(jù)融合技術，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境信息、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程信息的多元融合，保證了農(nóng)情數(shù)據(jù)分析更精細、準確。同時，本發(fā)明也大大提高了農(nóng)情信息采集的效率，降低了測量成本，為建設安全農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境和精準農(nóng)業(yè)建設提供有了決策依據(jù)，對促進農(nóng)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展有很大意義。所述多個采集器收集的農(nóng)情信息包括所述傳感器檢測的環(huán)境信息和人工采集的作物信息。其中，所述傳感器檢測的環(huán)境信息包括氣象信息，水質參數(shù)，水體特征信息，土壤特征信息，視頻圖像信息和地理空間定位信息；所述人工采集的作物信息包括作物種類、生長狀態(tài)和病蟲草信息。所述氣象信息又進一步包括室外溫度、濕度、氣壓、風向風速、太陽光照/幅射、雨量；所述水質參數(shù)包括水中的溶解氧、PH值、離子濃度、電導率、氧化還原、鹽度、氨氮、總磷、COD (化學需氧量)、B0D(生化需氧量)、重金屬和微生物；所述水體特征信息包括水溫、水位和流速等；所述土壤特征信息包括土壤成分和養(yǎng)分信息。根據(jù)所述的方法，本發(fā)明還提出一種農(nóng)情信息一體化采集裝置，如圖1所示，該裝置包括傳感器、采集器、集中器和后臺服務器，所述傳感器用于檢測農(nóng)作物的環(huán)境信息；所述采集器與所述傳感器信號連接，接收所述傳感器的信號，并將其轉化為數(shù)字信號后傳遞出；所述集中器與所述采集器通過無線網(wǎng)絡連接，接收所述采集器的信號，并將其上傳；所述后臺服務器與所述集中器信號連接，接收所述集中器的信號并將其共享至互聯(lián)網(wǎng)。故本發(fā)明的農(nóng)情信息一體化采集裝置主要包括三大部份一是前端的傳感器及采集器(或稱信息采集器)，用于構建無線傳感器網(wǎng)絡；二是集中器(又稱信息集中器)，用于收集、保存和顯示(支持LED顯示)前端傳感器采集到的環(huán)境信息數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)向后臺服務器(又稱中心服務器)上報數(shù)據(jù)功能和設備開關功能(可用于控制增氧、投料等設備);三是后臺通信服務、信息管理與信息分布的應用平臺。采集器主要的功能是實現(xiàn)多路不同類型的傳感器集成和無線組網(wǎng)，系統(tǒng)選用現(xiàn)有的支持多串口通信的單片機作為控制單元，選用支持11通道的TLC2543AD轉換芯片作為信號輸入的主要處理器件。其硬件電路如圖2所示氣象信息、水質參數(shù)、水體特征信息、土壤特征信息、視頻圖像信息和地理空間定位信息的傳感器采集的信號經(jīng)過傳感器信號輸入隔離器件后，進入AD轉換芯片進行模數(shù)轉換，以便采集至單片機(CPU)中；單片機也可通過串口 /RS485與上位機進行通訊。同時單片機中采集的信息通過紫蜂無線網(wǎng)絡協(xié)定，即圖2中的Zigbee無線通訊模塊發(fā)送至集中器中；傳感器信號輸入隔離器件和AD轉換芯片的電源由電源穩(wěn)壓模塊提供。本發(fā)明中的傳感器可包括多功能復合型水質檢測傳感器，能同時對多種水質環(huán)境信息進行實時、連續(xù)監(jiān)測，并能夠根據(jù)需要靈活擴充其他環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測，實現(xiàn)監(jiān)測參數(shù)的自行設定。集中器的電路模塊如圖3所示，其主要功能是通過Zigbee無線網(wǎng)絡，向采集器發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令，并將采集器上傳的數(shù)據(jù)進行分析、存儲，并上報數(shù)據(jù)到后臺服務器。其采用ARM單片機作為處理芯片，同時在芯片上還設置有多路斷電器輸出，用于自動控制增氧、投料等設備。ARM單片機可通過串口 /RS485芯片或以太網(wǎng)模塊或GPRS/3G通訊模塊與后臺服務器通訊。ARM單片機上還連接有LED顯示裝置，以顯示采集器的工作狀態(tài)或參數(shù)等。設備內(nèi)部的采集器和/或集中器設置有供電蓄電池，該蓄電池可采用大容量可充電蓄電池，為內(nèi)部設備和外部設備供電；同時該蓄電池可通過太陽能充電裝置補充電源，以保證系統(tǒng)的長時間運行。本發(fā)明的軟件部分功能如圖4-圖6所示，采集器內(nèi)設置有系統(tǒng)設置模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和GPS定位模塊，數(shù)據(jù)采集模塊即用于采集傳感器各路信號，系統(tǒng)設置模塊為設置采集器的采集參數(shù)，GPS定位模塊用于定位采集器的安裝位置，以便在后臺服務器中實現(xiàn)采集器的地理空間定位和空間分布展示等功能。采集器的無線通訊組件與集中器的通訊模塊進行無線通訊，以便上傳數(shù)據(jù)至集中器。所述集中器內(nèi)設置有存儲模塊、系統(tǒng)設置模塊、數(shù)據(jù)查詢模塊、統(tǒng)計分析模塊、視頻瀏覽模塊和設備控制模塊。所述存儲模塊即圖5中所述的SD內(nèi)存文件，當然也可為其它常用的存儲器，而不限于SD內(nèi)存；系統(tǒng)設置模塊用于設置集中器的各項參數(shù)，數(shù)據(jù)查詢模塊可用于查詢接收的采集器信息，統(tǒng)計分析模塊可用于對收集的信息進行分析統(tǒng)計和顯示分析統(tǒng)計結果，以便即時和全方位地了解農(nóng)情信息；所述的視頻瀏覽模塊可用于查看采集器中的攝像傳感器采集的視頻圖像信息；設備控制模塊用于控制系統(tǒng)的運行等。集中器設置有與采集器通訊的無線通訊組件，還設置有與后臺服務器通訊的上位機通信組件。圖6為后臺服務器的功能模塊圖，其包括一通信服務器程序、web服務程序和數(shù)據(jù)庫，所述通信服務器程序通過下位機通信組件與集中器進行通訊，其內(nèi)部還設有用于設置通訊參數(shù)的通信參數(shù)設置模塊，用于訪問數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)庫訪問組件，用于與工作站進行通訊的工作站通信組件。所述web服務程序通過工作站通信組件與所述web服務程序進行信息交換和共享，其也包括訪問數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)庫訪問組件，還包括GIS數(shù)據(jù)插值分析組件，與終端采集設備實時通信，實現(xiàn)信息入庫、信息統(tǒng)計分析與空間分布展示等功能。該web服務程序根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)瀏覽、歷史數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計等功能，還可在軟件中設置基礎資料設置模塊，用于設置資料的存儲和調用；還可設置設備控制模塊，用于控制web服務器程序的工作；還可設置用戶管理模塊，用于控制數(shù)據(jù)分享的用戶權限等。本發(fā)明可采用基于H. 264壓縮域的數(shù)字視頻水印技術，利用視頻水印的嵌入可實現(xiàn)農(nóng)情數(shù)據(jù)信息和視頻信息的一體化傳輸和展現(xiàn)。一體化農(nóng)情采集終端的數(shù)據(jù)處理程序包括視頻采集模塊、傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、GPS數(shù)據(jù)采集模塊、視頻流服務器模塊，各模塊通過公共變量實現(xiàn)資源共享，視頻采集模塊可以將傳感器和GPS采集到的數(shù)據(jù)作為水印打到視頻上，視頻流服務器模塊再將打好水印的視頻通過網(wǎng)絡傳送出去，這樣就實現(xiàn)了農(nóng)情信息和監(jiān)控視頻的一體化發(fā)布。由于水質檢測傳感器等檢測傳感器可采用現(xiàn)有的器件，故在此不再贅述；且數(shù)據(jù)信息的網(wǎng)絡發(fā)布、共享以及數(shù)字視頻水印技術在現(xiàn)有技術中也有應用，在此也不再贅述。圖7為web服務程序中的歷史數(shù)據(jù)查詢與多元素分析的圖表界面，可使用戶清楚得知農(nóng)作物的生長環(huán)境變化，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集與信息發(fā)布的高效性，提高了系統(tǒng)的實用性和方便性。本發(fā)明綜合應用嵌入式軟硬件開發(fā)技術、無線通信技術、多傳感器多通道數(shù)據(jù)采集技術、太陽能供電技術、視頻數(shù)字水印技術、GIS技術以及信息融合技術，實現(xiàn)了對多種農(nóng)情環(huán)境進行實時、連續(xù)監(jiān)測，并能根據(jù)需要靈活地擴充其它環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測，實現(xiàn)了監(jiān)測參數(shù)的自行設定。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.農(nóng)情信息一體化采集裝置，其特征在于，該裝置包括傳感器，用于檢測農(nóng)作物的環(huán)境信息；采集器，與所述傳感器信號連接，接收所述傳感器的信號，并將其轉化為數(shù)字信號后傳遞出；集中器，與所述采集器通過無線網(wǎng)絡連接，接收所述采集器的信號，并將其上傳；后臺服務器，與所述集中器信號連接，接收所述集中器的信號并將其共享至互聯(lián)網(wǎng)。
2.如權利要求1所述的農(nóng)情信息一體化采集裝置，其特征在于，所述采集器內(nèi)設置有用于設置采集參數(shù)的系統(tǒng)設置模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和GPS定位模塊。
3.如權利要求1所述的農(nóng)情信息一體化采集裝置，其特征在于，所述集中器內(nèi)設置有存儲模塊、系統(tǒng)設置模塊、數(shù)據(jù)查詢模塊、統(tǒng)計分析模塊、視頻瀏覽模塊和設備控制模塊。
4.如權利要求1所述的農(nóng)情信息一體化采集裝置，其特征在于，所述后臺服務器包括用于通訊的通信服務器程序、web服務程序和數(shù)據(jù)庫；所述通信服務器程序通過下位機通信組件與所述集中器進行通訊，通過數(shù)據(jù)庫訪問組件與所述數(shù)據(jù)庫進行通訊；所述web服務程序通過工作站通信組件與所述通信服務器程序進行通訊，通過另一數(shù)據(jù)庫訪問組件與所述數(shù)據(jù)庫進行通訊；其還包括GIS數(shù)據(jù)插值分析組件。
5.如權利要求1所述的農(nóng)情信息一體化采集裝置，其特征在于，所述采集器和/或集中器設置有供電蓄電池和為所述供電蓄電池充電的太陽能充電裝置。
6.如權利要求1所述的農(nóng)情信息一體化采集裝置，其特征在于，所述采集器為多個，其收集的農(nóng)情信息包括所述傳感器檢測的環(huán)境信息和人工采集的作物信息。
7.如權利要求6所述的農(nóng)情信息一體化采集裝置，其特征在于，所述傳感器檢測的環(huán)境信息包括氣象信息，水質參數(shù)，水體特征信息，土壤特征信息，視頻圖像信息和地理空間定位信息；所述人工采集的作物信息包括作物種類、生長狀態(tài)和病蟲草信息。
8.如權利要求7所述的農(nóng)情信息一體化采集裝置，其特征在于，所述氣象信息包括室外溫度、濕度、氣壓、風向風速、太陽光照/幅射、雨量。
9.如權利要求7所述的農(nóng)情信息一體化采集裝置，其特征在于，所述水質參數(shù)包括水中的溶解氧、PH值、離子濃度、電導率、氧化還原、鹽度、氨氮、總磷、化學需氧量、生化需氧量、重金屬和微生物。
10.如權利要求7所述的農(nóng)情信息一體化采集裝置，其特征在于，所述水體特征信息包括水溫、水位和流速；所述土壤特征信息包括土壤成分和養(yǎng)分信息。
全文摘要
本發(fā)明提出一種農(nóng)情信息一體化采集裝置，所述農(nóng)情信息一體化采集裝置包括傳感器、采集器、集中器和后臺服務器，通過在多個地理位置設置采集器收集農(nóng)情信息，并將所有采集的農(nóng)情信息通過無線網(wǎng)絡發(fā)送至集中器；所述集中器將農(nóng)情信息集中后，通過網(wǎng)絡將農(nóng)情信息數(shù)據(jù)上傳至后臺服務器，所述后臺服務器再將農(nóng)情信息數(shù)據(jù)發(fā)布至網(wǎng)絡共享。本發(fā)明為精細農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了一種高效、低成本的農(nóng)情信息采集工具，滿足了精細農(nóng)業(yè)定位、快速、精確、連續(xù)測量的需要，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境信息、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程信息的多元融合，保證了農(nóng)情數(shù)據(jù)分析更精細、準確。
文檔編號G05B19/418GK103048985SQ20131001680
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月16日 優(yōu)先權日2013年1月16日
發(fā)明者孟祥寶, 謝秋波, 劉海峰, 潘明, 陳萬云, 陳藝, 劉紅剛, 岑廣宇 申請人:廣東省農(nóng)業(yè)機械研究所, 廣州市健坤網(wǎng)絡科技發(fā)展有限公司