本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)種植管理系統(tǒng)，具體涉及一種基于智能硬件和公共物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的農(nóng)業(yè)信息采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境有著作物品種多樣、分布范圍廣、遠(yuǎn)離城市、交通不便利等特點(diǎn)，因此在絕大多數(shù)的情況下，農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常處于無人值守的狀態(tài)，導(dǎo)致信息獲取非常困難，不能將信息量精準(zhǔn)地進(jìn)行收集，使農(nóng)業(yè)用戶不能精確了解農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境，無法及時(shí)采取相應(yīng)的措施來調(diào)整農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境，從而也就無法確保農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)。

目前，農(nóng)業(yè)信息采集處理包括對(duì)農(nóng)作物的氣候，成長(zhǎng)環(huán)境和產(chǎn)量諸多方面進(jìn)行的信息采集和處理，而現(xiàn)代化的農(nóng)作物培植在溫室內(nèi)，這樣有助于控制培育良好的農(nóng)作物生長(zhǎng)的環(huán)境，提高產(chǎn)量，而農(nóng)作物氣候是指距農(nóng)作物種植地面幾米內(nèi)的空間氣候，農(nóng)作物氣候包括太陽輻射、大氣溫度、大氣濕度、風(fēng)速等諸多要素，農(nóng)作物氣候隨時(shí)間、地點(diǎn)、空間發(fā)生變化，對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)、發(fā)育與產(chǎn)量產(chǎn)生的影響巨大，而對(duì)于采集與處理農(nóng)作物氣候的信息，是對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行模擬、調(diào)節(jié)和控制的最佳方式，現(xiàn)有的農(nóng)田氣候信息采集處理系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)控制設(shè)備進(jìn)行控制的綜合系統(tǒng)，其主要是按設(shè)定的要求對(duì)多項(xiàng)要素自動(dòng)進(jìn)行采集、處理、存儲(chǔ)和編制報(bào)表的農(nóng)業(yè)物進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集處理，然而現(xiàn)有的這些信息采集和處理的系統(tǒng)，其采集方式單一，數(shù)據(jù)不能有效傳輸，而且使用的接收設(shè)備存在局限，數(shù)據(jù)傳輸不精確，所以有待改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種基于智能硬件和公共物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的農(nóng)業(yè)信息采集系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

基于智能硬件和公共物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的農(nóng)業(yè)信息采集系統(tǒng)，系統(tǒng)由硬件部分和軟件部分組成；硬件部分以開源硬件平臺(tái)mbed-LPC1768開發(fā)板為核心，分別連接有傳感器外設(shè)系統(tǒng)，ENC28I60網(wǎng)絡(luò)模塊和PC機(jī)；傳感器外設(shè)系統(tǒng)包括有光照度傳感器、土壤濕度傳感器和溫度傳感器；ENC28I60網(wǎng)絡(luò)模塊經(jīng)由YEELINK云平臺(tái)連接于手機(jī)；軟件部分采用上位機(jī)和公共物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)相結(jié)合的方式，傳感器采集上來的數(shù)據(jù)保存在云平臺(tái)或上位機(jī)中并進(jìn)行顯示；上位機(jī)顯示采用Lab-VIEW編寫，通過串口接收數(shù)據(jù)。

本發(fā)明還具有以下附加技術(shù)特征：

進(jìn)一步優(yōu)化的，Mbed-LPC1768開發(fā)板的尺寸為2inch×1inch，共設(shè)有40個(gè)引腳，包括有LPC1768芯片，芯片包含ARMCortexM3內(nèi)核；Mbed-LPC1768開發(fā)板共有5種串行接口類型：I²C、SPI、CAN、USB和以太網(wǎng)；Mbed-LPC1768開發(fā)板的5-30管腳都具有配置普通數(shù)字IO口使用的功能；Mbed-LPC1768開發(fā)板與外部的互聯(lián)通過傳統(tǒng)雙列式引腳布局實(shí)現(xiàn)；Mbed-LPC1768開發(fā)板的工作頻率可達(dá)100MHz，包含512KB的Flash-ROM、64KB的RAM、以太網(wǎng)MAC、USB接口、8通道DMA控制器、4個(gè)UART、2條CAN、SPI、3個(gè)I²C、8通道的12位ADC、10位DAC、獨(dú)立電池供電的RTC。

進(jìn)一步優(yōu)化的，光照傳感器模塊采用B-LUX-V30B環(huán)境光傳感器，內(nèi)部設(shè)有光電二極管和ADC的環(huán)境光傳感器；光電二極管將光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為電流，通過低功耗電路處理為數(shù)字比特流；光照傳感器模塊提供I²C數(shù)字輸出，電壓范圍2.7V-6V，滿負(fù)荷工作電流0.7mA，測(cè)量范圍0-200000流明；光照傳感器模塊還具有紅外及紫外線屏蔽功能。

進(jìn)一步優(yōu)化的，環(huán)境光傳感器的1號(hào)引腳VCC連接于電壓正極，2號(hào)引腳SCL連接于I²C時(shí)鐘線、并經(jīng)由電阻R1連接于電壓正極，3號(hào)引腳SDA連接于I²C數(shù)據(jù)線、并經(jīng)由電阻R2連接于電壓正極，4號(hào)引腳GND接地，5號(hào)引腳EN連接于電壓正極；R1和R2的電阻為10KΩ。

進(jìn)一步優(yōu)化的，土壤濕度傳感器模塊采用測(cè)量土壤水分的傳感器TR-100制成，以高速緩存器為核心；高速緩存器雙向連接于8位CRC發(fā)生器、高溫觸發(fā)器TH、低溫觸發(fā)器TL、配置寄存器、存儲(chǔ)可控制邏輯器；高速緩存器單向連接于溫度傳感器，溫度傳感器將所檢測(cè)的溫度信息發(fā)送至高速緩存器；存儲(chǔ)可控制邏輯器雙向連接64位ROM和一線端口。

進(jìn)一步優(yōu)化的，溫度傳感器模塊是采用DS18B20制成的單總線傳感器，溫度傳感器模塊的1號(hào)引腳GND接地，2號(hào)引腳I/O連接于輸入端和輸出端、并經(jīng)由R3連接于電壓正極，3號(hào)引腳VCC連接于電壓正極；R3的電阻為4.7KΩ。

進(jìn)一步優(yōu)化的，空氣溫濕度模塊采用RHT03-A制成，空氣溫濕度模塊的1號(hào)引腳VDD為電源端、連接于電壓正極，2號(hào)引腳VSS為公共連接端、接地，3號(hào)引腳NC、5號(hào)引腳NC和6號(hào)引腳NC均為空焊，4號(hào)引腳DATA連接于輸入端和輸出端。

本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于：

為了實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境信息化的智能化和精準(zhǔn)化采集，設(shè)計(jì)了基于智能硬件和公共物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)環(huán)境信息采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)以Mbed-LPC1768為控制器，結(jié)合各種農(nóng)業(yè)環(huán)境傳感器，利用無線傳輸技術(shù)上傳至云平臺(tái)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的在線存儲(chǔ)和監(jiān)測(cè)。具有操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、擴(kuò)展方便的優(yōu)點(diǎn)，有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用前景。

本研究采用開源硬件控制板Mbed-LPC1768作為控制中心，結(jié)合Zigbee無線采集模塊 XBEE，加上光照度、溫濕度、土壤水分等傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境信息的采集、無線傳輸、存儲(chǔ)及分析等功能。最后利用公共物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)Yeel-ink實(shí)現(xiàn)在線顯示，可以用手機(jī)實(shí)時(shí)的監(jiān)控農(nóng)田環(huán)境的各種參數(shù)信息。上位機(jī)顯示界面采用LabView編寫，能方便快速清晰的顯示接收到對(duì)數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)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(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖；

圖2為ARM-mbed開發(fā)板；

圖3為DS18B20結(jié)構(gòu)圖；

圖4為光強(qiáng)度檢測(cè)模塊B-LUX-V30B連接示意圖；

圖5為DS18B20傳感器與MCU連接圖；

圖6為空氣溫濕度傳感器模塊與終端設(shè)備的連接圖；

圖7為上位機(jī)顯示界面；

圖8為Yeel-ink服務(wù)器中的光照度傳感器曲線圖；

圖9為Yeel-ink服務(wù)器中的溫度傳感器曲線圖；

圖10為Yeel-ink服務(wù)器中的濕度傳感器曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開的示例性實(shí)施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實(shí)施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施例所限制。相反，提供這些實(shí)施例是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

如圖1所示，基于智能硬件和公共物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的農(nóng)業(yè)信息采集系統(tǒng)，系統(tǒng)由硬件部分 和軟件部分組成。硬件部分以開源硬件平臺(tái)mbed-LPC1768開發(fā)板為核心，分別連接有傳感器外設(shè)系統(tǒng)，ENC28I60網(wǎng)絡(luò)模塊和PC機(jī)；傳感器外設(shè)系統(tǒng)包括有光照度傳感器、土壤濕度傳感器和溫度傳感器；ENC28I60網(wǎng)絡(luò)模塊經(jīng)由YEELINK云平臺(tái)連接于手機(jī)。軟件部分采用上位機(jī)和公共物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)相結(jié)合的方式，傳感器采集上來的數(shù)據(jù)保存在云平臺(tái)或上位機(jī)中并進(jìn)行顯示；上位機(jī)顯示采用Lab-VIEW編寫，通過串口接收數(shù)據(jù)。軟件部分設(shè)計(jì)為mbed開發(fā)環(huán)境，mbed是一種面向ARM處理器的智能硬件開發(fā)平臺(tái)，包括三部分內(nèi)容：免費(fèi)的軟件庫(kù)(SDK)，硬件參考設(shè)計(jì)(HDK)和在線工具(Web)。具體的優(yōu)點(diǎn)有：用戶只需和硬件抽象層打交道；無需購(gòu)買其它硬件就可以進(jìn)行軟件開發(fā)工作；用戶只要能上網(wǎng)就可以在mbed提供的基于瀏覽器的開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行代碼編寫、程序編譯等開發(fā)工作，非常方便。

本系統(tǒng)采用ARM公司開發(fā)開源硬件平臺(tái)Mbed-LPC1768，該平臺(tái)是結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)和應(yīng)用的需要而開發(fā)的高性能物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)節(jié)點(diǎn)，非常適合農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的使用，其與眾不同的地方在于其，使用其開發(fā)系統(tǒng)時(shí)候，不需要安裝軟件，也無需額外下載程序的硬件，所有軟件工具全在網(wǎng)上，只要能夠訪問互聯(lián)網(wǎng)，就可以進(jìn)行開發(fā)，另外其還配備了API，允許快速而可靠的定制程序，大大節(jié)省了開發(fā)時(shí)間。

如圖2所示，Mbed-LPC1768開發(fā)板的尺寸為2inch×1inch，共設(shè)有40個(gè)引腳，包括有LPC1768芯片，芯片包含ARMCortexM3內(nèi)核；Mbed-LPC1768開發(fā)板共有5種串行接口類型：I²C、SPI、CAN、USB和以太網(wǎng)；Mbed-LPC1768開發(fā)板的5-30管腳都具有配置普通數(shù)字IO口使用的功能；其PCB密度很高，Mbed-LPC1768開發(fā)板與外部的互聯(lián)通過傳統(tǒng)雙列式引腳布局實(shí)現(xiàn)。ARMLPC1768單片機(jī)是NXP公司推出的基于ARMCortex-M3內(nèi)核的微控制器，主要應(yīng)用于要求高度集成和低功耗的嵌入式應(yīng)用。具有哈佛結(jié)構(gòu)和3級(jí)流水線，工作頻率可達(dá)100MHz，包含512KB的Flash-ROM、64KB的RAM、以太網(wǎng)MAC、USB接口、8通道DMA控制器、4個(gè)UART、2條CAN、SPI、3個(gè)I²C、8通道的12位ADC、10位DAC、獨(dú)立電池供電超低功耗的RTC。功能非常實(shí)用。

如圖3所示，光照傳感器模塊采用B-LUX-V30B環(huán)境光傳感器，集成了光電二極管和ADC的環(huán)境光傳感器，內(nèi)部光電二極管將光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為電流，然后通過低功耗電路處理為數(shù)字比特流。提供I²C數(shù)字輸出，測(cè)量范圍0-200000流明。集成了紅外及紫外線屏蔽。電壓范圍2.7V-6V，滿負(fù)荷工作電流0.7mA。環(huán)境光傳感器的1號(hào)引腳VCC連接于電壓正極，2號(hào)引腳SCL連接于I²C時(shí)鐘線、并經(jīng)由電阻R1連接于電壓正極，3號(hào)引腳SDA連接于I²C數(shù)據(jù)線、并經(jīng)由電阻R2連接于電壓正極，4號(hào)引腳GND接地，5號(hào)引腳EN連接于電壓正極；R1和R2的電阻為10KΩ。

如圖4所示，土壤濕度傳感器模塊采用測(cè)量土壤水分的傳感器TR-100制成，以高速緩 存器為核心；高速緩存器雙向連接于8位CRC發(fā)生器、高溫觸發(fā)器TH、低溫觸發(fā)器TL、配置寄存器、存儲(chǔ)可控制邏輯器；高速緩存器單向連接于溫度傳感器，溫度傳感器將所檢測(cè)的溫度信息發(fā)送至高速緩存器；存儲(chǔ)可控制邏輯器雙向連接64位ROM和一線端口。土壤濕度傳感器模塊采用高精度、高靈敏度的測(cè)量土壤水分的傳感器TR-100，該傳感器采用流行的土壤水分測(cè)量方法，與土壤本身的機(jī)理無關(guān)，可測(cè)量土壤相對(duì)含水率，直接穩(wěn)定地反應(yīng)各種土壤的真實(shí)水分含量，可深埋土中，長(zhǎng)期測(cè)量且性能穩(wěn)定。

如圖5所示，溫度傳感器模塊是采用DS18B20制成的單總線傳感器，溫度傳感器模塊的1號(hào)引腳GND接地，2號(hào)引腳I/O連接于輸入端和輸出端、并經(jīng)由R3連接于電壓正極，3號(hào)引腳VCC連接于電壓正極；R3的電阻為4.7KΩ。溫度傳感器模塊采用DS18B20，該模塊是單總線(one-wire)傳感器，只需要一根線就可以和MCU互相通信，溫度分辨率最高可達(dá)0.0625℃。每個(gè)傳感器都有一個(gè)全球唯一的編碼，所以可在一根線上可級(jí)聯(lián)多個(gè)溫度傳感器。其和MCU的連接如圖5所示。

如圖6所示，空氣溫濕度模塊采用RHT03-A制成，空氣溫濕度模塊的1號(hào)引腳VDD為電源端、連接于電壓正極，2號(hào)引腳VSS為公共連接端、接地，3號(hào)引腳NC、5號(hào)引腳NC和6號(hào)引腳NC均為空焊，4號(hào)引腳DATA連接于輸入端和輸出端。空氣溫濕度模塊采用RHT03-A，其內(nèi)部自帶有上拉電阻，不需要接外部上拉電阻。具有傳輸速度快，測(cè)量準(zhǔn)確及連接方便等優(yōu)點(diǎn)。適合于對(duì)溫濕度的精度要求較高的場(chǎng)合，如環(huán)境測(cè)量等。

本系統(tǒng)軟件采用上位機(jī)和公共物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)相結(jié)合的方式，上位機(jī)采用Lab-VIEW編寫，因?yàn)榇塑浖蟹浅ＸS富的圖形顯示插件，傳感器采集上來的數(shù)據(jù)既可以保存在云平臺(tái)，也可以保存在上位機(jī)并進(jìn)行顯示。

上位機(jī)顯示采用Lab-VIEW編寫，通過串口接收數(shù)據(jù)。其前面板如圖7所示。

云計(jì)算在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域正逐步的開始應(yīng)用。國(guó)內(nèi)的云計(jì)算平臺(tái)如Yeel-ink，而且是免費(fèi)對(duì)公共開放，能接入多種傳感器，并完成對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行接入和存儲(chǔ)，用戶只需在該平臺(tái)上注冊(cè)個(gè)用戶就可以登錄該系統(tǒng)實(shí)時(shí)查看接入該平臺(tái)的用戶數(shù)據(jù)信息。圖8-圖10分別為本系統(tǒng)在Yeel-ink服務(wù)器中的光照度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器的曲線圖。

采用公共物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)Yeel-ink和成熟的智能硬件Mbed-LPC1768構(gòu)建了農(nóng)田環(huán)境信息采集系統(tǒng)，并在實(shí)際使用中取得了理想的效果，具有實(shí)用性，成本低廉，可擴(kuò)展性能好，對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控具有實(shí)際的參考意義。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。