一種智能農(nóng)作物檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種智能農(nóng)作物檢測系統(tǒng)，包括多個(gè)無線可充電檢測節(jié)點(diǎn)、可編程無人機(jī)平臺和射頻發(fā)射器；檢測節(jié)點(diǎn)部署在農(nóng)場待檢測區(qū)域的土壤中，通過傳感器檢測農(nóng)場各個(gè)區(qū)域內(nèi)農(nóng)作物生長環(huán)境狀況；工作人員根據(jù)節(jié)點(diǎn)的GPS坐標(biāo)通過地面站為無人機(jī)平臺下載航點(diǎn)文件，無人機(jī)平臺按照航點(diǎn)文件內(nèi)容自動規(guī)劃飛行軌跡以及實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)飛行狀態(tài)；檢測節(jié)點(diǎn)收集安置在無人機(jī)平臺上的射頻發(fā)射器發(fā)送的射頻能量從而為節(jié)點(diǎn)自身供電；本發(fā)明結(jié)合了新型無人機(jī)技術(shù)和基于射頻能量收集的無線充電技術(shù)，能夠快速有效地檢測農(nóng)場不同位置區(qū)域的農(nóng)作物環(huán)境信息，為大型農(nóng)場的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了科學(xué)指導(dǎo)，適用于多種農(nóng)作物生長環(huán)境。
【專利說明】
一種智能農(nóng)作物檢測系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及無線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、基于電磁波收集的無線充電技術(shù)以及智能無人機(jī)技術(shù)，尤其涉及一種新型智能農(nóng)作物檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)手段落后，主要是依靠人力、牲畜或者簡單的農(nóng)業(yè)機(jī)械，這種傳統(tǒng)的農(nóng)作物方式生產(chǎn)效率低下、資源利用率低，農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和質(zhì)量下降，還會帶來環(huán)境污染等問題，已經(jīng)不能適應(yīng)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的需要。
[0003]目前，一種結(jié)合了計(jì)算機(jī)自控技術(shù)、智能傳感技術(shù)等的智能農(nóng)業(yè)無線監(jiān)測系統(tǒng)逐步應(yīng)用在傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備布設(shè)于農(nóng)田、園林、溫室等目標(biāo)區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)大量實(shí)時(shí)地采集環(huán)境信息，這些信息在數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)匯集，為精確調(diào)控提供了可靠依據(jù)。但是這種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的信息獲取方式也存在一些不足，譬如在應(yīng)用于大型農(nóng)場時(shí)，由于農(nóng)場面積大，節(jié)點(diǎn)部署之后很難再去找到節(jié)點(diǎn)的部署位置，一旦節(jié)點(diǎn)的電池電量耗盡將很難進(jìn)行更換，而且節(jié)點(diǎn)之間的部署距離遠(yuǎn)，很難進(jìn)行組網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型智能農(nóng)作物檢測系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:本發(fā)明涉及一種新型智能農(nóng)作物檢測系統(tǒng)，包括多個(gè)無線可充電檢測節(jié)點(diǎn)、一個(gè)可編程無人機(jī)平臺、一個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)、一個(gè)射頻發(fā)射器和云端服務(wù)器;無線可充電檢測節(jié)點(diǎn)部署在農(nóng)場待檢測區(qū)域的土壤中，通過溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、昆蟲計(jì)數(shù)傳感器檢測農(nóng)場各個(gè)區(qū)域內(nèi)農(nóng)作物生長環(huán)境狀況；工作人員可根據(jù)節(jié)點(diǎn)的GPS坐標(biāo)通過地面站為無人機(jī)平臺下載航點(diǎn)文件，無人機(jī)平臺按照航點(diǎn)文件的內(nèi)容自動規(guī)劃飛行軌跡以及實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)飛行狀態(tài);射頻發(fā)射器被安置在無人機(jī)平臺上，檢測節(jié)點(diǎn)收集到射頻發(fā)射器發(fā)送的射頻能量從而為節(jié)點(diǎn)自身供電；匯聚節(jié)點(diǎn)也被安置在無人機(jī)平臺上，當(dāng)檢測節(jié)點(diǎn)充電完成后，傳感器數(shù)據(jù)通過ZigBee無線通信協(xié)議發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，最后通過路由網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至云端服務(wù)器;云端服務(wù)器接收數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，并向用戶提供實(shí)時(shí)的顯示界面。
[0006]進(jìn)一步地，所述檢測節(jié)點(diǎn)由能量收集天線、能量轉(zhuǎn)換模塊、穩(wěn)壓模塊、超級電容、溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、昆蟲計(jì)數(shù)傳感器、微處理器和ZigBee通信模塊構(gòu)成;其中，能量收集天線與能量轉(zhuǎn)換模塊經(jīng)過阻抗匹配后相連，能量轉(zhuǎn)換模塊分別與穩(wěn)壓模塊和超級電容相連，溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、昆蟲計(jì)數(shù)傳感器、微處理器和ZigBee通信模塊與穩(wěn)壓模塊相連，溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、昆蟲計(jì)數(shù)傳感器分別與微處理器相連;能量收集天線接收射頻源發(fā)射的電磁波并將其轉(zhuǎn)換為高頻直流電；能量轉(zhuǎn)換模塊將天線所產(chǎn)生的高頻直流電轉(zhuǎn)換為低頻直流電并存儲在超級電容當(dāng)中；穩(wěn)壓模塊將能量轉(zhuǎn)換模塊的輸出轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的3V直流電壓，并為整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)供電;溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、昆蟲計(jì)數(shù)傳感器感知農(nóng)作物的生長環(huán)境信息;微處理器接收傳感器的測量數(shù)據(jù)并處理;ZigBee通信模塊將處理后的數(shù)據(jù)通過天線發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn)。
[0007]微處理器的工作過程如下:微處理器上電后，先完成系統(tǒng)及各個(gè)模塊的初始化工作。利用內(nèi)部ADC讀取傳感器輸出的模擬電壓值，多次采樣求得平均值，并轉(zhuǎn)換為溫度、濕度、光照和昆蟲數(shù)目相對應(yīng)的物理量數(shù)據(jù)。監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的無線收發(fā)模塊搜索匯聚節(jié)點(diǎn)廣播的信道信標(biāo)，如果發(fā)現(xiàn)該信標(biāo)，則監(jiān)聽匯聚節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)幀，向匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)出入網(wǎng)請求，若請求成功，則向匯聚節(jié)點(diǎn)傳輸傳感器數(shù)據(jù)包。
[0008]進(jìn)一步地，所述可編程無人機(jī)平臺由地面站、無人機(jī)機(jī)架、飛控系統(tǒng)、電子調(diào)速器、電機(jī)、螺旋槳、GPS、氣壓計(jì)、433MHz接收機(jī)、PPM編碼器、光流攝像頭和大容量鋰電池構(gòu)成;其中，地面站實(shí)時(shí)顯示無人機(jī)平臺的飛行狀態(tài)，與無人機(jī)通過433MHz的無線通信協(xié)議相連，無人機(jī)機(jī)架作為無人機(jī)平臺的主體，所有的設(shè)備都被安置在機(jī)架的特定區(qū)域，電機(jī)和電子調(diào)速器通過粗銅線相連，螺旋槳被固定在電機(jī)上，433MHz接收機(jī)與PPM編碼器通過杜邦線連接，GPS、氣壓計(jì)、PPM編碼器、光流攝像頭和大容量鋰電池分別與飛控系統(tǒng)相連，電子調(diào)速器分別與大容量鋰電池和飛控系統(tǒng)相連;無人機(jī)機(jī)架為無人機(jī)平臺的主體部分，負(fù)載了動力裝置以及飛行控制系統(tǒng);飛控系統(tǒng)接收節(jié)點(diǎn)的傳感器信息，并控制無人機(jī)的飛行狀態(tài)，飛控系統(tǒng)的固件通過上位機(jī)下載；電子調(diào)速器控制可控硅的導(dǎo)通來改變電機(jī)的供電電壓，使電機(jī)的特性曲線下移來改變異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速;電機(jī)帶動螺旋槳轉(zhuǎn)動，為無人機(jī)平臺提供動力；GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測無人機(jī)的地理坐標(biāo)，為飛控系統(tǒng)提供定位信息;氣壓計(jì)根據(jù)無人機(jī)所在空間的氣壓值來判斷無人機(jī)的飛行高度;433MHz接收機(jī)通過MavLink通信協(xié)議與地面站無線連接；PPM編碼器接收并解調(diào)433MHz接收機(jī)的編碼信號，將解調(diào)后的信號傳輸至飛控系統(tǒng);光流攝像頭輔助氣壓計(jì)在低空的定高，提高無人機(jī)的懸停穩(wěn)定性;大容量鋰電池經(jīng)穩(wěn)壓濾波后為整個(gè)無人機(jī)平臺供電。
[0009]進(jìn)一步地，所述匯聚節(jié)點(diǎn)由ZigBee匯聚節(jié)點(diǎn)、Arduino單片機(jī)、GPRS模塊組成；其中,Arduino單片機(jī)分別通過兩個(gè)串口與ZigBee匯聚節(jié)點(diǎn)和GPRS模塊相連;ZigBee匯聚節(jié)點(diǎn)通過PCB天線接收監(jiān)測節(jié)點(diǎn)發(fā)送的農(nóng)作物生長環(huán)境信息數(shù)據(jù)，并對該數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后將數(shù)據(jù)傳輸至Arduino單片機(jī);Arduino單片機(jī)作為整個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)主控模塊，通過串口 O接收ZigBee匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送的傳感器數(shù)據(jù)，然后通過串口 I將數(shù)據(jù)傳輸至GPRS模塊;GPRS模塊由Arduino單片機(jī)驅(qū)動，首先接收Arduino的串口數(shù)據(jù)，然后將該數(shù)據(jù)按照GPRS通信協(xié)議要求的數(shù)據(jù)包格式發(fā)送至服務(wù)商提供的專用網(wǎng)關(guān)。
[0010]進(jìn)一步地，所述射頻發(fā)射器由振蕩器模塊、功率放大模塊、電源模塊以及天線模塊構(gòu)成;其中，振蕩器模塊與天線模塊分別通過50歐姆微帶線與功率放大模塊相連，電源模塊經(jīng)過降壓濾波后分別與振蕩器模塊、功率放大模塊相連；振蕩器模塊產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的915MHz射頻信號;功率放大器將射頻信號進(jìn)行功率放大；電源模塊為整個(gè)射頻發(fā)射器供電，包括鋰電池和相關(guān)的穩(wěn)壓濾波電路;天線模塊利用中心頻率為915MHz的右旋圓極化RFID板狀天線將射頻信號以電磁波的形式向空間發(fā)射。
[0011 ]進(jìn)一步地，所述云端服務(wù)器工作過程如下:
[0012]數(shù)據(jù)接收:通過TCP連接到專用網(wǎng)關(guān)，云服務(wù)器接收到GPRS模塊發(fā)來的傳感器數(shù)據(jù)；
[0013]解析JSON字段:服務(wù)器端先后獲取到兩個(gè)JSON字段，如果這兩個(gè)JSON字段格式符合要求，則提取出這兩個(gè)字段的值，獲得監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的傳感器信息；
[0014]數(shù)據(jù)存儲:將傳感器信息數(shù)據(jù)存儲到云端數(shù)據(jù)庫；
[0015]數(shù)據(jù)顯示:從云端數(shù)據(jù)庫提取每個(gè)傳感器對應(yīng)表中最新的數(shù)據(jù)，顯示到HTML頁面上；
[0016]數(shù)據(jù)分析:利用第三方JavaScript庫提取數(shù)據(jù)的標(biāo)志位，判斷數(shù)據(jù)類型后將同一類型數(shù)據(jù)根據(jù)時(shí)間刻度顯示在波形圖上，便于用戶清楚地觀察一段時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)的變化趨勢，最終的分析結(jié)果通過HTML頁面顯示；
[0017]操作界面:使用HTML呈現(xiàn)操作界面，而且在滿足基本功能的需求上，盡量美化了自定義的用戶界面，以達(dá)到最完美的人機(jī)交互效果。
[0018]本發(fā)明具有的有益效果是:一種新型智能農(nóng)作物檢測系統(tǒng)，無線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署在待檢測的農(nóng)作物區(qū)域，自主收集射頻能量并為自身供電，不需要額外供電，擺脫了電池容量的束縛;使用了低功耗穩(wěn)定的性高的ZigBee點(diǎn)對點(diǎn)無線通信協(xié)議以及GPRS通用分組無線服務(wù)技術(shù)，能夠有效地將農(nóng)作物所在區(qū)域的傳感器數(shù)據(jù)傳輸至云端服務(wù)器;充分利用了智能無人機(jī)的飛行便利性，采用了獨(dú)特的移動充電與感知的檢測方式極大地提高了檢測效率與檢測速度。同時(shí)也能支持更多的應(yīng)用場合;超低功耗溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器以及昆蟲計(jì)數(shù)器能夠有效直觀的檢測農(nóng)作物的生長環(huán)境狀況；云端服務(wù)器為用戶提供了實(shí)時(shí)網(wǎng)頁顯示、數(shù)據(jù)波形繪制以及歷史數(shù)據(jù)存儲調(diào)用等功能，極大方便了用戶的使用和操作;系統(tǒng)可應(yīng)用在各種農(nóng)作物生長環(huán)境，具有很高的實(shí)用價(jià)值，為大型農(nóng)場的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了有益的科學(xué)指導(dǎo)。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖2是監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)圖；
[0021 ]圖3是無人機(jī)平臺的結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖4是匯聚節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖5是射頻發(fā)射器的結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖6是云端服務(wù)器的程序流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0026]如圖1所示，一種新型智能農(nóng)作物檢測系統(tǒng)包括多個(gè)無線可充電檢測節(jié)點(diǎn)、一個(gè)可編程無人機(jī)平臺、一個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)、一個(gè)射頻發(fā)射器和云端服務(wù)器;無線可充電檢測節(jié)點(diǎn)部署在農(nóng)場待檢測區(qū)域的土壤中，通過溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、昆蟲計(jì)數(shù)傳感器檢測農(nóng)場各個(gè)區(qū)域內(nèi)農(nóng)作物生長環(huán)境狀況;工作人員可根據(jù)節(jié)點(diǎn)的GPS坐標(biāo)通過地面站為無人機(jī)平臺下載航點(diǎn)文件，無人機(jī)平臺按照航點(diǎn)文件的內(nèi)容自動規(guī)劃飛行軌跡以及實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)飛行狀態(tài);射頻發(fā)射器被安置在無人機(jī)平臺上，檢測節(jié)點(diǎn)收集到射頻發(fā)射器發(fā)送的射頻能量從而為節(jié)點(diǎn)自身供電；匯聚節(jié)點(diǎn)也被安置在無人機(jī)平臺上，當(dāng)檢測節(jié)點(diǎn)充電完成后，傳感器數(shù)據(jù)通過ZigBee無線通信協(xié)議發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，最后通過路由網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至云端服務(wù)器;云端服務(wù)器接收數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，并向用戶提供實(shí)時(shí)的顯示界面。
[0027]如圖2所示，檢測節(jié)點(diǎn)由能量收集天線、能量轉(zhuǎn)換模塊、穩(wěn)壓模塊、超級電容、溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、昆蟲計(jì)數(shù)傳感器、微處理器和ZigBee通信模塊構(gòu)成；其中，能量收集天線與能量轉(zhuǎn)換模塊經(jīng)過阻抗匹配后相連，能量轉(zhuǎn)換模塊分別與穩(wěn)壓模塊和超級電容相連，溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、昆蟲計(jì)數(shù)傳感器、微處理器和ZigBee通信模塊與穩(wěn)壓模塊相連，溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、昆蟲計(jì)數(shù)傳感器分別與微處理器相連。能量收集天線中心頻率為915MHz的Patch天線，接收射頻源發(fā)射的電磁波并將其轉(zhuǎn)換為高頻直流電；能量轉(zhuǎn)換模塊由美國Powercast公司的P2110B能量轉(zhuǎn)換芯片及其外圍電路構(gòu)成，將天線所產(chǎn)生的高頻直流電轉(zhuǎn)換為低頻直流電并存儲在超級電容當(dāng)中，其中超級電容選用的是AVX Bestcap系列超級電容;穩(wěn)壓芯片選用安森美半導(dǎo)體公司的新型低壓差線性穩(wěn)壓芯片NCP698SQ30T1G，用于將能量轉(zhuǎn)換模塊的輸出轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的3V直流電壓，并為整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)供電；溫度傳感器采用美信半導(dǎo)體公司新推出的高精度低功耗溫度傳感器MAX6613，濕度傳感器采用霍尼韋爾公司的超低功耗濕度傳感器HIH-5030，光照傳感器采用TSL2550系列光電轉(zhuǎn)換芯片，昆蟲計(jì)數(shù)傳感器采用DATA-LYNX電子昆蟲計(jì)數(shù)器，這四個(gè)傳感器用于感知農(nóng)作物生長的環(huán)境信息；微處理器和ZigBee通信模塊采用CC2530芯片，這款微處理器內(nèi)嵌一個(gè)8051的內(nèi)核，同時(shí)結(jié)合了領(lǐng)先的RF收發(fā)器的優(yōu)良性能，將傳感器采集的數(shù)據(jù)處理后通過天線發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn)。
[0028]微處理器的工作過程如下:微處理器上電后，先完成系統(tǒng)及各個(gè)模塊的初始化工作。利用內(nèi)部ADC讀取傳感器輸出的模擬電壓值，多次采樣求得平均值，并轉(zhuǎn)換為溫度、濕度、光照和昆蟲數(shù)目相對應(yīng)的物理量數(shù)據(jù)。監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的無線收發(fā)模塊搜索匯聚節(jié)點(diǎn)廣播的信道信標(biāo)，如果發(fā)現(xiàn)該信標(biāo)，則監(jiān)聽匯聚節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)幀，向匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)出入網(wǎng)請求，若請求成功，則向匯聚節(jié)點(diǎn)傳輸傳感器數(shù)據(jù)包。
[0029]如圖3所示，可編程無人機(jī)平臺由地面站、無人機(jī)機(jī)架、飛控系統(tǒng)、電子調(diào)速器、電機(jī)、螺旋槳、GPS、氣壓計(jì)、433MHz接收機(jī)、PPM編碼器、光流攝像頭和大容量鋰電池構(gòu)成；其中，地面站實(shí)時(shí)顯示無人機(jī)平臺的飛行狀態(tài)，與無人機(jī)通過433MHz的無線通信協(xié)議相連，無人機(jī)機(jī)架作為無人機(jī)平臺的主體，所有的設(shè)備都被安置在機(jī)架的特定區(qū)域，電機(jī)和電子調(diào)速器通過粗銅線相連，螺旋槳被固定在電機(jī)上，433MHz接收機(jī)與PPM編碼器通過杜邦線連接，GPS、氣壓計(jì)、PPM編碼器、光流攝像頭和大容量鋰電池分別與飛控系統(tǒng)相連，電子調(diào)速器分別與大容量鋰電池和飛控系統(tǒng)相連;無人機(jī)機(jī)架采用高纖維碳棒，為無人機(jī)平臺的主體部分，負(fù)載了動力裝置以及飛行控制系統(tǒng)；飛控系統(tǒng)采用Pixhawk飛控平臺，用于接收無人機(jī)平臺的傳感器信息，并控制無人機(jī)的飛行狀態(tài)以及飛行任務(wù)計(jì)劃，飛控系統(tǒng)的固件通過上位機(jī)Miss1n Planner下載；電子調(diào)速器采用Platinum 30A鈾金電調(diào)，通過控制可控娃的導(dǎo)通來改變電機(jī)的供電電壓，使電機(jī)的特性曲線下移來改變異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速；電機(jī)采用HappymodeI高品質(zhì)3508無刷電機(jī)，通過帶動螺旋槳轉(zhuǎn)動，為無人機(jī)平臺提供動力;GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測無人機(jī)的地理坐標(biāo)，為無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)提供了定位信息；飛控主板內(nèi)置的氣壓計(jì)模塊根據(jù)無人機(jī)的所在空間的氣壓值來判斷無人機(jī)的飛行高度;433MHz接收機(jī)通過MavLink通信協(xié)議與地面站無線連接;PPM編碼器接收并解調(diào)433MHz接收機(jī)的編碼信號，將解調(diào)后的信號傳輸至飛控系統(tǒng)；光流攝像頭采用PX4FL0W，用于輔助氣壓計(jì)在低空的定高，提高無人機(jī)的懸停穩(wěn)定性;大容量鋰電池采用DUPU 1000mAh高密度聚合物鋰電池，經(jīng)穩(wěn)壓濾波后為整個(gè)無人機(jī)平臺供電。
[°03°] 如圖4所示，匯聚節(jié)點(diǎn)由ZigBee匯聚節(jié)點(diǎn)、Arduino單片機(jī)、GPRS模塊組成；其中，Arduino單片機(jī)分別通過兩個(gè)串口與ZigBee匯聚節(jié)點(diǎn)和GPRS模塊相連;ZigBee匯聚節(jié)點(diǎn)通過PCB天線接收監(jiān)測節(jié)點(diǎn)發(fā)送的農(nóng)作物生長環(huán)境信息數(shù)據(jù)，并對該數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，最后將數(shù)據(jù)傳輸至Arduino單片機(jī);Arduino單片機(jī)作為整個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)主控模塊，通過串口 O接收ZigBee匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送的傳感器數(shù)據(jù)，然后通過串口 I將數(shù)據(jù)傳輸至GPRS模塊;GPRS模塊的驅(qū)動程序由Arduino單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，首先接收Arduino的串口數(shù)據(jù)，然后將該數(shù)據(jù)按照GPRS通信協(xié)議要求的數(shù)據(jù)包格式發(fā)送至服務(wù)商提供的專用網(wǎng)關(guān)。
[0031]如圖5所示，射頻發(fā)射器由振蕩器模塊、功率放大模塊、電源模塊以及天線模塊構(gòu)成;其中，振蕩器模塊與天線模塊分別通過50歐姆微帶線與功率放大模塊相連，電源模塊經(jīng)過降壓濾波后分別與振蕩器模塊、功率放大模塊相連;振蕩器模塊由壓控振蕩器芯片、2.5V穩(wěn)壓芯片以及外圍的分立元件組成，其中壓控振蕩器芯片采用美國RFMD公司的5V窄帶壓控振蕩器芯片VC0190-915TY，2.5V穩(wěn)壓芯片正向低壓降穩(wěn)壓器芯片AMSl 117-2.5，振蕩器模塊用于產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的915MHz射頻信號;功率放大器由射頻功率放大器芯片及50歐姆微帶線組成，其中射頻功率放大器芯片采用三菱電氣的13W大功率射頻三極管放大器RA13H8891MB，功率放大器用于將射頻信號進(jìn)行功率放大；電源模塊為整個(gè)射頻發(fā)射器供電，包括鋰電池和相關(guān)的穩(wěn)壓濾波電路，其中鋰電池采用14.8V磷酸鐵鋰電池組;天線模塊利用中心頻率為915MHz的右旋圓極化RFID板狀天線將射頻信號以電磁波的形式向空間發(fā)射。
[0032]如圖6所示，云端服務(wù)器工作過程如下:
[0033]數(shù)據(jù)接收:通過TCP連接到專用網(wǎng)關(guān)，云服務(wù)器接收到GPRS模塊發(fā)來的傳感器數(shù)據(jù)；
[0034]解析JSON字段:服務(wù)器端先后獲取到兩個(gè)JSON字段，如果這兩個(gè)JSON字段格式符合要求，則提取出這兩個(gè)字段的值，獲得監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的傳感器信息；
[0035]數(shù)據(jù)存儲:將傳感器信息數(shù)據(jù)存儲到云端數(shù)據(jù)庫；
[0036]數(shù)據(jù)顯示:從云端數(shù)據(jù)庫提取每個(gè)傳感器對應(yīng)表中最新的數(shù)據(jù)，顯示到HTML頁面上；
[0037]數(shù)據(jù)分析:利用第三方JavaScript庫提取數(shù)據(jù)的標(biāo)志位，判斷數(shù)據(jù)類型后將同一類型數(shù)據(jù)根據(jù)時(shí)間刻度顯示在波形圖上，便于用戶清楚地觀察一段時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)的變化趨勢，最終的分析結(jié)果通過HTML頁面顯示；
[0038]操作界面:使用HTML呈現(xiàn)操作界面，而且在滿足基本功能的需求上，盡量美化了自定義的用戶界面，以達(dá)到最完美的人機(jī)交互效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種智能農(nóng)作物檢測系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括多個(gè)無線可充電檢測節(jié)點(diǎn)、一個(gè) 可編程無人機(jī)平臺、一個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)、一個(gè)射頻發(fā)射器和云端服務(wù)器;無線可充電檢測節(jié)點(diǎn)部 署在農(nóng)場待檢測區(qū)域的土壤中，通過溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、昆蟲計(jì)數(shù)傳感 器檢測農(nóng)場各個(gè)區(qū)域內(nèi)農(nóng)作物生長環(huán)境狀況;工作人員可根據(jù)檢測節(jié)點(diǎn)的GPS坐標(biāo)通過地 面站為無人機(jī)平臺下載航點(diǎn)文件，無人機(jī)平臺按照航點(diǎn)文件的內(nèi)容自動規(guī)劃飛行軌跡以及 實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)飛行狀態(tài);射頻發(fā)射器被安置在無人機(jī)平臺上，檢測節(jié)點(diǎn)收集到射頻發(fā)射器發(fā)送 的射頻能量從而為節(jié)點(diǎn)自身供電；匯聚節(jié)點(diǎn)也被安置在無人機(jī)平臺上，當(dāng)檢測節(jié)點(diǎn)充電完 成后，傳感器數(shù)據(jù)通過ZigBee無線通信協(xié)議發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處 理，最后通過路由網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至云端服務(wù)器;云端服務(wù)器接收數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)存儲在數(shù) 據(jù)庫中，并向用戶提供實(shí)時(shí)的顯示界面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能農(nóng)作物檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述檢測節(jié)點(diǎn)由能量 收集天線、能量轉(zhuǎn)換模塊、穩(wěn)壓模塊、超級電容、溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、昆蟲 計(jì)數(shù)傳感器、微處理器和ZigBee通信模塊構(gòu)成;其中，能量收集天線與能量轉(zhuǎn)換模塊經(jīng)過阻 抗匹配后相連，能量轉(zhuǎn)換模塊分別與穩(wěn)壓模塊和超級電容相連，溫度傳感器、濕度傳感器、 光照傳感器、昆蟲計(jì)數(shù)傳感器、微處理器和ZigBee通信模塊與穩(wěn)壓模塊相連，溫度傳感器、 濕度傳感器、光照傳感器、昆蟲計(jì)數(shù)傳感器分別與微處理器相連;能量收集天線接收射頻源 發(fā)射的電磁波并將其轉(zhuǎn)換為高頻直流電；能量轉(zhuǎn)換模塊將天線所產(chǎn)生的高頻直流電轉(zhuǎn)換為 低頻直流電并存儲在超級電容當(dāng)中；穩(wěn)壓模塊將能量轉(zhuǎn)換模塊的輸出轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的3V直流 電壓，并為整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)供電；溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、昆蟲計(jì)數(shù)傳感器感 知農(nóng)作物的生長環(huán)境信息;微處理器接收傳感器的測量數(shù)據(jù)并處理;ZigBee通信模塊將處 理后的數(shù)據(jù)通過天線發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能農(nóng)作物檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述可編程無人機(jī)平 臺由地面站、無人機(jī)機(jī)架、飛控系統(tǒng)、電子調(diào)速器、電機(jī)、螺旋槳、GPS、氣壓計(jì)、433MHz接收 機(jī)、PPM編碼器、光流攝像頭和大容量鋰電池構(gòu)成;其中，地面站實(shí)時(shí)顯示無人機(jī)平臺的飛行 狀態(tài)，與無人機(jī)通過433MHz的無線通信協(xié)議相連，無人機(jī)機(jī)架作為無人機(jī)平臺的主體，所有 的設(shè)備都被安置在機(jī)架的特定區(qū)域，電機(jī)和電子調(diào)速器通過粗銅線相連，螺旋槳被固定在 電機(jī)上，433MHz接收機(jī)與PPM編碼器通過杜邦線連接，GPS、氣壓計(jì)、PPM編碼器、光流攝像頭 和大容量鋰電池分別與飛控系統(tǒng)相連，電子調(diào)速器分別與大容量鋰電池和飛控系統(tǒng)相連； 無人機(jī)機(jī)架為無人機(jī)平臺的主體部分，負(fù)載了動力裝置以及飛行控制系統(tǒng)；飛控系統(tǒng)接收 節(jié)點(diǎn)的傳感器信息，并控制無人機(jī)的飛行狀態(tài)，飛控系統(tǒng)的固件通過上位機(jī)下載;電子調(diào)速 器控制可控硅的導(dǎo)通來改變電機(jī)的供電電壓，使電機(jī)的特性曲線下移來改變異步電機(jī)的轉(zhuǎn) 速;電機(jī)帶動螺旋槳轉(zhuǎn)動，為無人機(jī)平臺提供動力;GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測無人機(jī)的地理坐標(biāo)，為飛控 系統(tǒng)提供定位信息；氣壓計(jì)根據(jù)無人機(jī)所在空間的氣壓值來判斷無人機(jī)的飛行高度； 433MHz接收機(jī)通過MavLink通信協(xié)議與地面站無線連接;PPM編碼器接收并解調(diào)433MHz接收 機(jī)的編碼信號，將解調(diào)后的信號傳輸至飛控系統(tǒng);光流攝像頭輔助氣壓計(jì)在低空的定高，提 高無人機(jī)的懸停穩(wěn)定性;大容量鋰電池經(jīng)穩(wěn)壓濾波后為整個(gè)無人機(jī)平臺供電。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能農(nóng)作物檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述匯聚節(jié)點(diǎn)由 ZigBee匯聚節(jié)點(diǎn)、Arduino單片機(jī)、GPRS模塊組成;其中，Arduino單片機(jī)分別通過兩個(gè)串口 與ZigBee匯聚節(jié)點(diǎn)和GPRS模塊相連;ZigBee匯聚節(jié)點(diǎn)通過PCB天線接收監(jiān)測節(jié)點(diǎn)發(fā)送的農(nóng)作物生長環(huán)境信息數(shù)據(jù)，并對該數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后將數(shù)據(jù)傳輸至Arduino單片機(jī);Arduino 單片機(jī)作為整個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)主控模塊，通過串口 〇接收ZigBee匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送的傳感器數(shù)據(jù)，然 后通過串口 1將數(shù)據(jù)傳輸至GPRS模塊;GPRS模塊由Arduino單片機(jī)驅(qū)動，首先接收Arduino的 串口數(shù)據(jù)，然后將該數(shù)據(jù)按照GPRS通信協(xié)議要求的數(shù)據(jù)包格式發(fā)送至服務(wù)商提供的專用網(wǎng)關(guān)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能農(nóng)作物檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述射頻發(fā)射器由振 蕩器模塊、功率放大模塊、電源模塊以及天線模塊構(gòu)成;其中，振蕩器模塊與天線模塊分別 通過50歐姆微帶線與功率放大模塊相連，電源模塊經(jīng)過降壓濾波后分別與振蕩器模塊、功 率放大模塊相連;振蕩器模塊產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的915MHz射頻信號；功率放大器將射頻信號進(jìn) 行功率放大；電源模塊為整個(gè)射頻發(fā)射器供電，包括鋰電池和相關(guān)的穩(wěn)壓濾波電路;天線模 塊利用中心頻率為915MHz的右旋圓極化RFID板狀天線將射頻信號以電磁波的形式向空間 發(fā)射。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能農(nóng)作物檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述云端服務(wù)器工作 過程如下:數(shù)據(jù)接收:通過TCP連接到專用網(wǎng)關(guān)，云服務(wù)器接收到GPRS模塊發(fā)來的傳感器數(shù)據(jù)；解析JS0N字段:服務(wù)器端先后獲取到兩個(gè)JS0N字段，如果這兩個(gè)JS0N字段格式符合要 求，則提取出這兩個(gè)字段的值，獲得監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的傳感器信息；數(shù)據(jù)存儲:將傳感器信息數(shù)據(jù)存儲到云端數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)顯示:從云端數(shù)據(jù)庫提取每個(gè)傳感器對應(yīng)表中最新的數(shù)據(jù)，顯示到HTML頁面上；數(shù)據(jù)分析:利用第三方Java Script庫提取數(shù)據(jù)的標(biāo)志位，判斷數(shù)據(jù)類型后將同一類型 數(shù)據(jù)根據(jù)時(shí)間刻度顯示在波形圖上，便于用戶清楚地觀察一段時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)的變化趨勢，最 終的分析結(jié)果通過HTML頁面顯示；操作界面:使用HTML呈現(xiàn)操作界面。
【文檔編號】G05D1/10GK105955300SQ201610406900
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月12日
【發(fā)明人】陳碩, 陳積明, 史治國, 于碧涵
【申請人】浙江大學(xué)