[發明專利]一種低功耗通用農業環境監測終端

有效

• 申請號: 202111149645.8
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113848791B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 徐尚瑜;張燕;陳文君;嚴冬;王洪欣;苗麗娟
• 申請（專利權）人: 金陵科技學院
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 于瀚文;胡建華

本發明公開了一種低功耗通用農業環境監測終端，終端應用鋰電池供電、無線LoRa傳輸，可動態集成各類RS485傳感器，實現各類農業環境指標的通用采集。終端硬件上，選用集成主控MCU和LoRa射頻的物聯網芯片XC30，使用磁保持繼電器按需為傳感器供電，優化二級降壓穩壓電路。在軟件方面，應用LoRa下行消息加載傳感器指令，實現通用終端的485傳感器的動態接入功能；優化LoRa無線參數：擴頻因子SF和發送功率TP；設置終端工作時序流程：終端休眠、傳感器預熱、數據發送和數據接收四個階段，通過休眠策略延長終端工作時長。終端具有小型化、可移動、免施工等特點，適用于農業大田、設施、養殖等領域的水質、土壤、氣象及氣體的在線監測。

技術領域

本發明涉及一種低功耗通用農業環境監測終端。

背景技術

生產環境物聯網數據采集是農業大數據重要的數據來源，對智慧農業生產模型、數據分析、智能化管控與異常情況預警有極其重要的作用。農業生產通常不具備工業場景下的環境穩定、市電供電等條件；大田種植區域大、范圍廣且受強關照、雨雪天氣影響；池塘養殖水質監測布點分散，供電有要求；設施生產大棚內常年保持高溫、高濕環境。受上述應用場景的制約，農業物聯網數據采集終端應具備“無線+本地供電”兩個特點。

無線低功耗農業環境監測終端可滿足上述各類農業生產場景要求，其本身使用電池供電，無線收發數據，可避免電源線對耕地、灌溉等農事操作的不利影響。尤其是在當前“雙碳”目標要求背景下，低成本、低能耗、高效穩定的環境監測必將是智慧農業環境監測技術長遠的發展方向。

發明內容

發明目的：本發明所要解決的技術問題是在復雜多變、供電受限的農業生產場景下，持續、穩定地采集各類農業環境數據。本發明提供的LoRa低功耗通用終端具有小型化、可移動、免施工等特點，適用于農業大田、設施、養殖等領域的水質、土壤、氣象及氣體的在線監測。

本發明提供了一種低功耗通用農業環境監測終端，包括主控MCU(1)、LoRa射頻(2)、485通信模塊(3)、繼電器模塊(5)、電路管理降壓模塊(6)和終端外圍設備；

所述終端外圍設備包括：RS485傳感器(4)、LoRa天線(8)，以及為所述終端供電的鋰電池組(7)；

所述主控MCU(1)通過UART(一種通用串行數據總線)串口連接485通信模塊(3)，與RS485傳感器(4)通信獲得傳感數據；

所述主控MCU(1)通過高速SPI接口(一種串行外圍設備接口)連接LoRa射頻(2)，通過LoRa無線協議完成數據收發功能；

所述繼電器模塊(5)用于控制RS485傳感器(4)和485通信模塊(3)的電源通斷，在不需要采集數據時斷電，所述主控MCU(1)使用通用輸入輸出GPIO端口連接繼電器模塊(5)；

所述RS485傳感器(4)連接485通信模塊(3)；

所述LoRa天線(8)是外接天線，連接LoRa射頻(2)；

所述電路管理降壓模塊(6)是電源管理模塊，降壓后為其他模塊供電；

所述鋰電池組(7)連接電路管理降壓模塊(6)。

所述主控MCU(1)作為一種嵌入式單片機，用于傳感器數據采集、數據發送；

所述主控MCU(1)、LoRa射頻(2)封裝在物聯網芯片XC30中。

所述RS485傳感器(4)包括各類符合Modbus協議的485接口類型農業環境參數監測傳感器，用于監測參數，所述監測參數包括：氣象參數、土壤參數、水質參數和溫室環境參數；

所述LoRa天線(8)是具有增益效果的無線數據收發天線，連接物聯網芯片XC30的ANT引腳；