[发明专利]一种基于NB-IoT实现的低功耗智能农业数据采集系统

说明书

本发明提供了一种基于NB‑IoT实现的低功耗智能农业数据采集系统，包括：数据采集终端、NB‑IoT主控器、数据中心服务器以及管理客户端。该系统的主控器采用了基于NB‑IoT协议的无线通信部分并具有低功耗设计，能够可靠性强、成本低的进行通信传输，能够进一步降低位于农业生产现场的主控器的功耗，极大延长待机时间，减少更换电池的次数。本发明为主控器设计了基于多层构件的嵌入式系统，形成了可封装的、规范的、可重用的、具有嵌入式特性的功能架构。本发明对于数据中心服务器设置了用于实现与主控器之间数据通信的侦听模块以及用于实现农田现场状态显示、故障告警、数据统计、报表生成以及用户管理的管理模块。

技术领域

本发明涉及信息传感与数据采集领域，具体为一种基于NB-IoT实现的低功耗智能农业数据采集系统。

背景技术

数据采集作为信息科学的一个重要分支，是以传感器、信号测量与处理和微型计算机等技术为基础而形成的一门综合应用技术。数据采集系统是利用计算机、通信和测控等技术采集、记录和显示现场的各种物理参数，以供管理人员和现场操作者参考的系统，是现代测控系统的基础。

智能农业对改善农业生产效率、实现精细化作业具有显著的意义。智能农业的基本前提是对农田、大棚、温室等农业生产场所的环境进行数据采集、传输、汇聚、存储、分析和应用。由于农业生产场所一般呈现大面积空间分布，因此以远程数据采集系统为主。

目前应用于智能农业的远程数据采集系统主要由四部分组成：数据采集终端、主控器、通信链路和数据中心服务器。数据采集终端和主控器安装在农业现场，主要负责对环境数据和图像信息的采集；主控器通过无线通信模块实现与数据中心服务器的数据传输；通信链路主要用作数据传输的载体，为数据传输提供有效路径；数据中心服务器接收来自主控器的现场数据和信息，实现数据的处理、存储、分析功能，同时提供信息查询与统计。用户通过浏览器等人机交互接口访问数据中心服务器，获得远程现场的环境和图像信息。

从通信方面来说，目前对于智能农业的远程数据采集缺少适用的信息传输技术，现有的智能农业系统主要是采用GPRS通信方式实现主控器与数据中心服务器的数据传输。但是，GPRS通信方式终端功耗过高，采用5wh电池待机时间大约2个月左右；信号覆盖不好，需要专门引出天线；接入容量有限，面对海量的前端设备，基站的容纳能力经常捉襟见肘。特别是随着智能农业的发展，数据采集呈现类型多样化、监测持续化的需求，从过去主要对温度、湿度监测扩展到对土壤墒情、化学品浓度、光照、田间生物分布等各种指标进行采集，并且抽样采集的频繁程度呈几何级提升，这使得传统通信方式在功耗、信号质量、稳定性、容量等方面的问题更为突出。