[发明专利]一种基于物联网的植物数据采集系统

权利要求书

1.一种基于物联网的植物数据采集系统，其特征在于，包括边缘数据处理系统、单株植物容器数据采集系统、标签管理系统、本地通讯系统、云端管理系统和上位机数据管理系统，单株植物容器数据采集系统和标签管理系统将数据传递给边缘数据处理系统，经边缘数据处理系统处理后再将数据传递给本地通讯系统，本地通讯系统再将数据传递给上位机数据管理系统，数据经过上位机数据管理系统的进一步处理后，上位机数据管理系统再通过互联网，将数据传递给云端管理系统。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的植物数据采集系统，其特征在于，边缘数据处理系统包括预处理模块、节点存储模块、节点指示模块、边缘数据分析模块和边缘参考数据模型，预处理模块对单株植物容器数据采集系统采集到的数据进行处理，且将处理后的数据传输给边缘数据分析模块和节点存储模块，节点存储模块用于数据的存储，便于上位机数据管理系统通过本地通讯系统对数据进行调用，边缘参考数据模型将待参考的数据传送给边缘数据分析模块，边缘数据分析模块将预处理模块处理后的数据与边缘参考数据模型提供的待参考数据进行比较和分析，并将分析结果传送给节点存储模块和节点指示模块。

3.根据权利要求2所述的基于物联网的植物数据采集系统，其特征在于，单株植物容器数据采集系统包括光照采集模块、EC值采集模块、土壤湿度采集模块和空气温湿度采集模块，光照采集模块、EC值采集模块、土壤湿度采集模块和空气温湿度采集模块将采集的数据传递给边缘数据处理系统的预处理模块。

4.根据权利要求3所述的基于物联网的植物数据采集系统，其特征在于，标签管理系统用于植物原始数据的记载，标签管理系统将植物的原始数据传递给边缘数据处理系统的节点存储模块。

5.根据权利要求1所述的基于物联网的植物数据采集系统，其特征在于，本地通讯系统利用基于RS485电气协议的现场通讯总线协议实现低成本的本地有线通讯，并通过总线的多级拓扑网络实现节点数量倍增，本地通讯系统用于数据的传输。

6.根据权利要求1所述的基于物联网的植物数据采集系统，其特征在于，上位机数据管理系统包括上位机预处理模块、本地数据分析模块、环境分析模块、本地参考数据模型和本地数据库管理系统，本地通讯系统将数据传递给上位机数据管理系统的上位机预处理模块，上位机预处理模块再将数据传递给本地数据分析模块，本地参考数据模型将待参考的数据传送给本地数据分析模块，本地数据分析模块对数据进行分析，并将分析后的数据传送给环境分析模块，环境分析模块对数据进行分析，再将数据传递给互联网。

7.根据权利要求2所述的基于物联网的植物数据采集系统，其特征在于，预处理模块对单株植物容器数据采集系统采集到的数据进行三级缓冲处理，三级缓冲处理如下：

第一级缓冲：

数据采集系统以40微秒为间隔进行采样，第一级缓冲以2ms时间数据为目标为每一传感器建立原始数据存储缓冲，缓冲池存满时处理器对缓冲池内数据进行一级处理。

设数据样本总数为N，数据总和为S。上一测量周期第二级结果为r₂。

则均值

每一样本均值差

由云端通过本地上位机提供的边缘数据参考模型ERM(Edge Reference Model)提供若干参考量，初级高频噪声差阈值比p₀；

则差阈值

丢弃所有d_th0＞d样本后，样本数为N'，均值

ERM提供一级缓冲校准权重k₀

则一级最优值为

最优值进入第二级缓冲。

第二级缓冲：

以100ms时间数据为目标。与第一级缓冲通过同样的方法计算出a'，去除中频噪声，提供给第三级缓冲。

第三级缓冲：

以5s时间数据为目标。通过相同方法计算出通过从ERM得到的相关参数，针对每一类传感器，将及前次r₃输入卡尔曼滤波模型，得到最优值r₃'，保存为传感器实时输出值。

8.根据权利要求1所述的基于物联网的植物数据采集系统，其特征在于，云端管理系统负责对数据的存储和备份，并对数据进行大数据分析，在更大的时间、空间和样本量尺度下，结合人工标注信息，对植物生长信息进行判断、验证、分类、学习以及模式识别，优化本地参考数据模型与边缘数据参考模型的各项参数，找到植物的特性。