基于窄带物联网的土壤离子浓度检测装置及远程监控系统

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在智慧农业的土壤监测领域,温度、湿度和水分传感器已被广泛应用。然而,对土壤中更多参数的研究和检测将为智慧农业提供更丰富的多源数据信息。钾、钙、钠、镁等无机离子是植物生长发育中所需的基本营养元素,其在植物生长发育中参与光合作用、渗透压调节、韧皮部运输等过程。根据这些营养元素的浓度,可以为土壤状态管理和科学施肥等提供更多元化的决策依据。

为满足智慧农业中对土壤离子浓度检测的需求,需开发出可实现多通道、多元离子、实时分析的传感检测系统。广州大学的张硕提出一种将离子选择性电极与窄带物联网技术(NB-IoT)相结合的嵌入式系统,该系统基于“感知层—数据传输层—应用层”三层物联网架构。在感知层中,本设计采用了基于碳纳米管作为固接层的全固态离子选择性电极作为前端传感器,使用STM32L4系列低功耗主控及高精度模拟-数字转换器AD7124搭建离子浓度检测及数据处理传感终端,此外,作者张硕设计采用太阳能电池及锂离子电池协同供电策略保障设备长时可靠运行,并在该终端中使用嵌入式实时操作系统LiteOS以及规划了软件代码逻辑,以提高系统的实时性及稳定性。使用NB-IoT模块BC35-G及将数据连接至云端数据中心的CoAP物联网通信协议作为系统的数据传输层。对于应用层的设计,本课题构建了集离子浓度实时检测、数据上传并存储至云端、数据处理及数据可视化等多种功能于一体的层级结构。华为云IoTDA负责解码并实时获取终端设备的数据流,通过OBS存储实现数据云端长时保存,利用云端数据流转功能在DLV数据可视化平台实时显示土壤离子浓度检测数据,并通过开发安卓APP及微信小程序进一步增强系统的多移动端同步能力。最终实现了涵盖数据感知、无线传输及应用终端等功能的多通道土壤离子浓度传感系统。

作者张硕所设计的NB-IoT土壤离子浓度传感终端设备不仅具备离子浓度数据感知功能,而且在大规模部署时,结合边缘计算技术能够在设备边缘侧实现更智能化的终端设备管理。同时,将多传感数据融合技术整合至边缘服务器,进一步提升传感器的测量精度。因此,当NB-IoT土壤离子浓度传感终端设备与不同技术相互碰撞时,将为土壤离子浓度检测及智慧农业领域提供智能高效的解决方案。

参考文献：[1]张硕.基于窄带物联网的土壤离子浓度检测装置及远程监控系统[D].广州大学,2023.

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