CN109168535A - 一种基于物联网的水肥药精准施用***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的水肥药精准施用***及方法，该***包括气象监测***、土壤环境监测***、灌溉施肥施药***和云端控制平台，气象监测***采集作物长势及病虫害、风速、风向、光照、蒸发量和降雨量信息；土壤环境监测***采集土壤的温湿度、盐分、水分、养分、PH值和自然肥力数据；云端控制平台根据接收到的信息绘制降雨量曲线和自然肥力曲线，利用不同作物生长习性的历史数据，绘制作物需水规律和作物需肥规律曲线，将作物需水规律和降雨量曲线的差值作为作物所需灌溉量，将作物需肥规律曲线和自然肥力曲线的差值作为作物所需施肥量，对作物长势和病虫害信息进行分级，确定施药量，通过灌溉施肥施药***完成对作物灌溉和施肥施药。

Description

一种基于物联网的水肥药精准施用***及方法

技术领域

本发明涉及一种灌溉施肥施药装备，尤其涉及一种基于物联网的水肥药精准施用***及水肥药精准施用方法。

背景技术

现有的水肥药施用技术多侧重于灌溉施肥施药设备本身的研究与设计，忽略了作业环境及作物本身的需求，如现有田间气象监测装备和土壤墒情监测装备仅作为独立的感知***，其相关数据没有作为灌溉施肥施药装备的执行依据，造成了“知行分离”的情况。在管路结构上，水肥药均为低压管路***，运行方式和控制方式单一，如施药管路简单的借用施肥管路或加酸管路，仅限于作物根部施药，应用范围窄，或是施药***单独控制，难以实现水肥药协同施用。

综上所述，现有技术中对于根据环境信息及作物需求进行水肥药协同管理的问题，尚缺乏有效的解决方案。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种可根据田间气象信息、土壤环境参数以及作物长势等信息进行水肥药精准施用的基于物联网的水肥药精准施用***及水肥药精准施用方法。

本发明所采用的技术方案是：

本发明的第一目的是提供一种基于物联网的水肥药精准施用***，该***包括气象监测***、土壤环境监测***、灌溉施肥施药***和云端控制平台，所述气象监测***，用于采集作物长势及病虫害信息、风速、风向、光照、蒸发量和降雨量信息，并无线传输至云端控制平台；所述土壤环境监测***用于采集土壤的温湿度、盐分、水分、养分、PH值和自然肥力数据，并无线传输至云端控制平台；所述云端控制平台根据接收到的信息绘制降雨量曲线和自然肥力曲线，利用不同作物生长习性的历史数据，绘制作物需水规律曲线和作物需肥规律曲线，将作物需水规律曲线和降雨量曲线的差值作为作物所需灌溉量，将作物需肥规律曲线和自然肥力曲线的差值作为作物所需施肥量，对作物长势和病虫害信息进行分级，确定施药量，并将作物所需灌溉量、施肥量和施药量无线传输至灌溉施肥施药***，通过灌溉施肥施药***完成对作物灌溉和施肥施药。

作为本发明的进一步限定，所述气象监测***包括图像采集装置和气象信息监测装置；

所述图像采集装置包括设置在地面上的支撑杆Ⅰ、设置在支撑杆Ⅰ上部的高清摄像头和设置在支撑杆Ⅰ中部的图像采集控制柜，所述图像采集控制柜内设置有图像处理器和无线数据传输装置，所述图像处理器获取高清摄像头采集的作物长势及病虫害图像信息并对其进行处理，得到作物长势及病虫害情况，通过无线数据传输装置传输至云端控制平台；

所述气象信息监测装置包括设置在地面上的支撑杆Ⅱ和从上至下依次设置在支撑杆Ⅱ上第一数据采集模块、太阳能电池板、第二数据采集模块和参数采集控制柜；

所述第一数据采集模块包括用于采集风速的风速传感器、用于采集光照的光照传感器和用于采集风向的风向传感器；

所述太阳能电池板将太阳能转化为电能，给其他模块供电；

所述第二数据采集模块包括用于采集蒸发量的蒸发传感器、用于采集降雨量的降雨量传感器和用于采集空气温度、湿度信息的百叶箱；

所述参数采集控制柜内设置有第一控制器和无线收发器，所述第一控制器，用于接收风速传感器、光照传感器、风向传感器、蒸发传感器、降雨量传感器和百叶箱采集的信息，并通过无线收发器传输至云端控制平台。

作为本发明的进一步限定，所述土壤环境监测***包括设置在种植区内的土壤信息采集控制箱、第二土壤温湿度传感器、土壤盐分传感器、土壤水分传感器、第一EC传感器、第一PH传感器和肥力监测仪；

所述土壤采集控制箱内设置有第二控制器和智能网关；所述第二控制器连接第二土壤温湿度传感器、土壤盐分传感器、土壤水分传感器、第一EC传感器、第一PH传感器和肥力监测仪，接收第二土壤温湿度传感器、土壤盐分传感器、土壤水分传感器、第一EC传感器、第一PH传感器和肥力监测仪采集的土壤温湿度、盐分、水分、养分、PH值和自然肥力数据，通过智能网关传输至云端控制平台。

作为本发明的进一步限定，所述灌溉施肥施药***包括入口管路、第一过滤器、混合液配置装置、主管路和出口管路；所述入口管路的一端与第一过滤器的入口连接，第一过滤器的出口与主管路连接，所述混合液配置装置的入口通过流水管路与主管路，出口通过出水管路与设置在主管路上的混合腔连接，将水输入第一过滤器过滤，第一过滤器将过滤后的水输送至混合液配置装置中进行配置大量元素肥液、微量元素肥液和药液，大量元素肥液、微量元素肥液和药液在混合腔内混合后，经过主管路输送至出口管路，所述出口管路上设置有若干个喷头，用于对作物进行施肥和施药。

作为本发明的进一步限定，所述混合液配置装置包括并联连接的大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐，所述大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐的入口分别通过流水管路与主管路连接，所述大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐的入口还分别设置有注水电磁阀，所述大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐的出口通过管路与混合腔连接，所述大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐的出口设置有施肥电磁阀，所述大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐上设置有搅拌电机，所述搅拌电机带动设置在大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐体内部的搅拌装置转动，所述大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐体上还设置有液位计。

作为本发明的进一步限定，所述灌溉施肥施药***还包括水肥药一体化***现场控制柜，所述水肥药一体化***现场控制柜上设置有触摸屏，其内部设置有第三控制器、无线通讯模块、变频器和继电器，所述第三控制器通过变频器控制灌溉主水泵工作，向混合液配置装置注水，并控制混合液配置装置配置混合液，第三控制器通过继电器控制相应的电磁阀开启和关闭，实现对作物精准灌溉、施肥和施药。

作为本发明的进一步限定，所述入口管路上设置有灌溉主水泵、流量计和压力表；

所述混合腔上设置有用于采集混合腔内混合液的养分信息的EC传感器和采集混合腔内混合液PH值的PH传感器；

所述主管路上设置有依次设置有电磁阀、压力表、第二过滤器和流量计。

作为本发明的进一步限定，所述云端控制平台包括中控室显示屏、中控室服务器和网络收发器，所述中控室服务器通过网络收发器接收气象监测***和土壤环境监测***上传的信息，根据气象监测***上传的信息，绘制降雨量曲线，根据土壤环境监测***上传的信息，绘制自然肥力曲线，利用不同作物生长习性的历史数据，绘制作物需水规律曲线和作物需肥规律曲线，将作物需水规律曲线和降雨量曲线的差值作为作物所需灌溉量，将作物需肥规律曲线和自然肥力曲线的差值作为作物所需施肥量，对作物长势和病虫害信息进行分级，确定施药量，通过网络收发器将得到的作物所需灌溉量、施肥量和施药量传输至灌溉施肥施药***；还通过网络收发器将接收到的信息发送至便携式控制终端，接收便携式控制终端发送的控制指令，通过网络收发器发送至灌溉施肥施药***；所述中控室显示屏，用于显示气象监测***、土壤环境监测***和灌溉施肥施药***上传的信息。

本发明的第二目的是提供一种水肥药精准施用方法，该方法包括以下步骤：

采集作物长势及病虫害信息、风速、风向、光照、蒸发量、降雨量、空气温度及湿度数据；以及采集土壤温湿度、盐分、水分、养分、PH值和自然肥力数据；

根据降雨量数据，绘制降雨量曲线；根据自然肥力数据，绘制自然肥力曲线；利用不同作物的生长习性的历史数据，绘制作物需水规律曲线和作物需肥规律曲线；

将作物需水规律曲线与降雨量曲线相对比，得到作物需水规律曲线与降雨量曲线的差值作为作物所需灌溉量；

将作物需肥规律曲线和自然肥力曲线相对比，得到作物需肥规律曲线和自然肥力曲线的差值作为作物所需施肥量；

对作物长势和病虫害信息进行分级，确定施药量；

根据作物所需灌溉量，对作物进行灌溉；根据作物所需施肥量和施药量，对作物进行施肥施药。

作为本发明的进一步限定，对作物进行灌溉和施肥施药的步骤包括：

灌溉施肥施药***中第三控制器根据作物所需灌溉量，通过变频器控制灌溉主水泵工作，将水泵人第一过滤器过滤后，输入至水肥药一体化主管路中，第三控制器通过继电器控制主管路出口电磁阀开启，水肥药一体化主管路中水经过第二过滤器过滤后，流入到水肥药一体化出口管路中，通过水肥药一体化出口管路上喷头实现对作物灌溉；

灌溉施肥施药***中第三控制器根据作物所需施肥量和施药量，通过继电器控制混合液配置装置入口处的注水电磁阀打开，第三控制器控制混合液配置装置上的搅拌电机工作，混合液配置装置内的大量元素肥液、微量元素肥液和药液配置完成后，第三控制器通过继电器控制混合液配置装置出口处的施肥电磁阀打开，大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐内液体流入到混合腔内混合，混合后流入到水肥药一体化主管路中，经过第二过滤器过滤后，流入到水肥药一体化出口管路中，通过水肥药一体化出口管路上喷头实现对施肥施药。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明对田间气象信息、土壤环境参数以及作物长势及病虫害等信息进行实时监测，实现了对田间气象信息、土壤环境参数以及作物长势及病虫害等信息的统一管理，作为水肥药施用***的执行依据，实现根据环境信息及作物需求进行精准灌溉施肥施药；

(2)本发明模块化设计灌溉***、施肥***和施药***，低压灌溉施肥管路与高雾化施药管路分离式设计，每个***既可以单独控制也能有机结合，实现水肥药一体化协同管理。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明实施例一公开的基于物联网的水肥药精准施用***结构图；

图2是本发明实施例二公开的基于物联网的水肥药精准施用方法流程图；

图3是灌溉效果示意图；

图4是施肥效果示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在难以根据环境信息及作物需求进行按需作业以及施肥、施药协同作业的不足。

为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种可根据田间气象信息、土壤环境参数以及作物长势及病虫害等信息进行水肥药精准施用的基于物联网的水肥药精准施用***及其工作方法。

图1是本发明实施例一基于物联网的水肥药精准施用***的结构图。如图1所示，该基于物联网的水肥药精准施用***包括气象监测***、土壤环境监测***、灌溉施肥施药***、云端控制平台和便携式控制终端。

所述气象监测***，用于采集种植区的作物长势及病虫害信息、风速、风向、光照、蒸发量、降雨量、空气温度及湿度信息，并无线传输至云端控制平台。所述气象监测***包括用于采集作物长势及病虫害信息的图像采集装置和用于采集风速、风向、光照、蒸发量、降雨量、空气温度、湿度信息等气象信息的气象信息监测装置。

具体地，所述图像采集装置包括设置在地面上的支撑杆Ⅰ、设置在支撑杆Ⅰ上部的高清摄像头35和设置在支撑杆Ⅰ中部的图像采集控制柜36，所述高清摄像头，用于采集作物长势及病虫害图像信息；所述图像采集控制柜36内设置有图像处理器和无线数据传输装置，所述图像处理器连接高清摄像头35，获取高清摄像头35采集的作物长势及病虫害图像信息，并对其进行处理，识别作物的长势及病虫害情况，并通过无线数据传输装置传输至云端控制平台。

所述气象信息监测装置包括设置在地面上的支撑杆Ⅱ、风速传感器37、光照传感器38、风向传感器39、太阳能电池板40、蒸发传感器41、降雨量传感器42、百叶箱43、参数采集控制柜44和第一土壤温湿度传感器45。

所述风速传感器37、光照传感器38和风向传感器39依次顺序设置在支撑杆Ⅱ顶部，用于采集种植区的风速、光照和风向信息；所述蒸发传感器41、降雨量传感器42和百叶箱43依次顺序设置在支撑杆Ⅱ的中部，用于采集种植区的蒸发量、雨量和空气温度、湿度信息；所述第一土壤温湿度传感器45，用于采集土壤的温湿度；所述参数采集控制柜44安装在支撑杆Ⅱ下部，该参数采集控制柜44内设置有第一控制器和第一无线收发器，所述第一控制器连接风速传感器37、光照传感器38、风向传感器39、蒸发传感器41、降雨量传感器42、百叶箱43和第一土壤温湿度传感器45，用于接收风速传感器37、光照传感器38、风向传感器39、蒸发传感器41、降雨量传感器42、百叶箱43和第一土壤温湿度传感器45采集的信息，并通过第一无线收发器传输至云端控制平台；所述太阳能电池板40设置在支撑杆Ⅱ上，用于将太阳能转化为电能，给风速传感器37、辐射-照度-光合有效传感器38、风向传感器39、蒸发传感器41、降雨量传感器42、百叶箱43、参数采集控制柜44和土壤温湿度传感器45供电。

所述土壤环境监测***，用于采集土壤温湿度、盐分、水分、养分、PH值和自然肥力数据，并无线传输至云端控制平台。

具体地，所述土壤环境监测***包括设置在种植区内的土壤信息采集控制箱46、第二土壤温湿度传感器47、土壤盐分传感器48、土壤水分传感器49、第一EC传感器50、第一PH传感器51和肥力监测仪，所述第二土壤温湿度传感器47，用于采集土壤温湿度信息；所述土壤盐分传感器48，用于采集土壤盐分信息；所述土壤水分传感器49，用于采集土壤水分信息；所述EC传感器50，用于采集土壤养分信息；所述PH传感器51，用于采集土壤PH值；所述肥力监测仪，用于采集土壤的自然肥力数据。

所述土壤采集控制箱46内设置有第二控制器、智能网关和显示器；所述第二控制器连接第二土壤温湿度传感器47、土壤盐分传感器48、土壤水分传感器49、第一EC传感器50、第一PH传感器51和肥力监测仪，接收第二土壤温湿度传感器47、土壤盐分传感器48、土壤水分传感器49、第一EC传感器50、第一PH传感器51和肥力监测仪采集的土壤温湿度、盐分、水分、养分、PH值和肥力数据，并通过智能网关传输至云端控制平台；所述显示器，用于显示当前采集的土壤温湿度、盐分、水分、养分、PH值和自然肥力信息。

所述灌溉施肥施药***，用于根据接收到的作物所需灌溉量和施肥量信息，自动控制对种植区内作物进行精准施肥和施药。

具体地，所述灌溉施肥施药***包括灌溉主水泵1、水肥药一体化入口管路2、漫灌主管路3、第一压力表4、第一流量计5、第一过滤器6、注水管路7、放空阀8、第一注水电磁阀9、第一搅拌电机10、大量元素肥液桶11、第一液位计12、第一施肥电磁阀13、第二注水电磁阀14、第二搅拌电机15、微量元素肥液桶16、第二液位计17、第二施肥电磁阀18、第三注水电磁阀19、第三搅拌电机20、药液罐21、第三液位计22、第三施药电磁阀23、加压电机24、混合腔25、第二EC传感器26、第二PH传感器27、主管路出口电磁阀28、第二压力表29、第二过滤器30、第二流量计31、水肥药一体化***现场控制柜32、水肥药一体化主管路33和水肥药一体化出口管路34。

所述水肥药一体化入口管路的末端与第一过滤器入口连接，所述水肥药一体化入口管路上依次设置有所述灌溉主水泵1、所述第一压力表4和所述第一流量计5，通过灌溉主水泵1将水泵入第一过滤器中进行过滤；所述漫灌主管路3的一端与水肥药一体化入口管路连通，另一端延伸到种植区，用于漫灌种植区的土壤；所述第一过滤器的出口与水肥药一体化主管路33连接，所述大量元素肥液桶11、微量元素肥液桶16、药液罐21的入口分别通过注水管路7与水肥药一体化主管路33靠近第一过滤器的一端连接，所述注水管路7上设置有放空阀8，用于排放注水管路内的空气，确保管路***压力稳定。

所述大量元素肥液桶11，用于配置大量元素肥液；所述大量元素肥液桶11的入口设置有第一注水电磁阀9，用于控制向大量元素肥液桶11内注水；所述大量元素肥液桶11的出口设置有第一施肥电磁阀13，用于控制大量元素肥液桶排出配置好的大量元素肥液；所述大量元素肥液桶11的顶部设置有第一搅拌电机10，所述第一搅拌电机10与大量元素肥液桶内的搅拌装置连接，用于控制搅拌装置搅拌、混合大量元素肥液；所述大量元素肥液桶11上设置有第一液位计12，用于测量大量元素肥液桶的液位。

所述微量元素肥液桶16，用于配置微量元素肥液；所述微量元素肥液桶16的入口设置有第二注水电磁阀14，用于控制向微量元素肥液桶16内注水；所述大量元素肥液桶11的出口设置有第二施肥电磁阀18，用于控制微量元素肥液桶排出配置好的微量元素肥液；所述微量元素肥液桶16的顶部设置有第二搅拌电机15，所述第二搅拌电机15与微量元素肥液桶16内的搅拌装置连接，用于控制搅拌装置搅拌、混合微量元素肥液；所述微量元素肥液桶16上设置有第二液位计17，用于测量微量元素肥液桶的液位。

所述药液罐21，用于配置药液；所述药液罐21的入口设置有第三注水电磁阀19，用于控制向药液罐21内注水；所述药液罐21的出口设置有第三施肥电磁阀23，用于控制药液罐21排出配置好的药液；所述药液罐21的顶部设置有第三搅拌电机20，所述第三搅拌电机20与药液罐21内的搅拌装置连接，用于控制搅拌装置搅拌、混合微量元素肥液；所述药液罐21上设置有第三液位计22，用于测量药液罐21的液位。

所述水肥药一体化主管路33上依次设置有混合腔25、第二过滤器30和第二流量计31，所述大量元素肥液桶11、微量元素肥液桶16、药液罐21的入口分别通过出水管路与混合腔25连接，所述混合腔25，用于将大量元素肥液、微量元素肥液、药液进行混合，并将混合后的肥液，通过水肥药一体化主管路33输送至水肥药一体化出口管路34中；所述出水管路上设置有加压电机24，用于将肥药注入混合腔；所述混合腔25上设置有第二EC传感器26和第二PH传感器27，所述第二EC传感器26，用于采集混合腔内混合液的养分信息；所述第二PH传感器27，用于采集混合腔内混合液的PH值；所述第二过滤器30，用于对混合液进行过滤；所述第二流量计31，用于测量水肥药一体化主管路33内混合液流量；位于混合腔25和第二过滤器30之间的水肥药一体化主管路33上设置有主管路出口电磁阀28，用于控制混合液输入至第二过滤器30内；位于混合腔25和第二过滤器30之间的水肥药一体化主管路33上还设置有第二压力表29，用于测量水肥药一体化主管路33内混合液压力；所述水肥药一体化出口管路34与水肥药一体化主管路33的另一端连接，所述水肥药一体化出口管路34上设置有若干个喷头，用于对种植区内作物进行灌溉、施肥和施药。

本实施例中，所述水肥药一体化出口管路34的数量为两路，分别设置在作物的根部和作物的上部，不仅能对根部施药，还能对作物上部躯干施肥，实现水肥药协同施用。

所述水肥药一体化***现场控制柜32内设置有第三控制器、开关电源、无线通讯模块、变频器和继电器，所述水肥药一体化***现场控制柜32上设置有触摸屏，所述第三控制器连接开关电源、无线通讯模块、变频器、继电器、触摸屏、第一压力表4、第一流量计5、第一搅拌电机10、第一液位计12、第二搅拌电机15、第二液位计17、第三搅拌电机20、第三液位计22、加压电机、第二EC传感器26、第二PH传感器27、第二压力表29和第二流量计31，用于接收第一压力表4、第一流量计5、第一液位计12、第二液位计17、第三液位计22、第二EC传感器26、第二PH传感器27、第二压力表29和第二流量计31采集的信息，并通过无线通讯模块将接收到的信息发送至云端控制平台，还接收云端控制平台发送的作物所需灌溉量和施肥量信息，通过变频器控制灌溉主水泵1工作，控制第一搅拌电机10、第二搅拌电机15和第三搅拌电机20工作，通过继电器控制第一注水电磁阀9、第一施肥电磁阀13、第二注水电磁阀14、第二施肥电磁阀18、第三注水电磁阀19、第三施药电磁阀23、主管路出口电磁阀28的开启和关闭，实现对种植区内树木进行施肥和施药过程控制；所述触摸屏用于显示信息和人机交互，所述开关电源用于给其他模块稳定供电。

所述云端控制平台，用于实现对气象监测***、土壤环境监测***、灌溉施肥施药***的监控。

具体地，所述云端控制平台包括中控室显示屏52、中控室服务器53和网络收发器54，所述中控室显示屏52、中控室服务器53和网络收发器54分别设置在中控制室内，所述中控室服务器53通过网络收发器54接收气象监测***、土壤环境监测***上传的信息，根据气象监测***采集的降雨量信息，绘制降雨量曲线，根据不同作物生长习性的历史数据，绘制作物需水规律曲线，利用作物需水规律曲线和降雨量曲线实时确定作物所需灌溉量，根据土壤环境监测***采集的信息，绘制自然肥力曲线，根据不同作物生长习性的历史数据，绘制作物需肥规律曲线，利用作物需肥规律曲线和自然肥力曲线实时确定作物所需施肥量，对作物长势和病虫害信息进行分级，确定施药量，通过网络收发器54将所确定的作物所需灌溉量、作物所需施肥量和施药量传输至灌溉施肥施药***；还通过网络收发器54将接收到的信息发送至便携式控制终端，接收便携式控制终端发送的控制指令，通过网络收发器54发送至灌溉施肥施药***；所述中控室显示屏52，用于显示气象监测***、土壤环境监测***、灌溉施肥施药***上传的信息。

所述便携式控制终端包括便携式控制终端PC远程控制端55、便携式智能控制终端56和若干个手机57，用于接收中控室服务器53发送的信息，向中控室服务器53发送控制指令，实现对气象监测***、土壤环境监测***、灌溉施肥施药***的远程监测与控制。

本发明实施例一提出的基于物联网的水肥药精准施用***的具体工作过程为：

通过气象监测***中图像采集模块采集作物长势及病虫害图像信息以及气象信息监测装置采集风速、风向、光照、蒸发量、降雨量、空气温度、湿度信息和土壤温湿度信息，并无线传输至云端控制平台；

通过土壤环境监测***中各个传感器采集土壤温湿度、盐分、水分、养分和PH值信息，并无线传输至云端控制平台；

云端控制平台接收和显示气象监测***和土壤环境监测***上传的信息，根据气象监测***测得的降雨量数据，绘制降雨量曲线；根据土壤环境监测***测得的自然肥力数据，绘制自然肥力曲线，利用历史存储的不同作物的生长习性数据，绘制作物需水规律曲线和作物需肥规律曲线，将作物需水规律曲线和降雨量曲线的差值作为作物所需灌溉量，将作物需肥规律曲线和自然肥力曲线实的差值作为作物所需施肥量，对作物长势和病虫害信息进行分级，确定施药量；并将所确定的作物所需灌溉量、作物所需施肥量和施药量传输至灌溉施肥施药***；还将接收到的信息发送至便携式控制终端，接收便携式控制终端发送的控制指令，并无线发送至灌溉施肥施药***；

灌溉施肥施药***进行灌溉时，水肥药一体化***现场控制柜中第三控制器根据作物所需灌溉量，通过变频器控制灌溉主水泵工作，将水泵人第一过滤器过滤后，输入至水肥药一体化主管路中，第三控制器通过继电器控制主管路出口电磁阀开启，水肥药一体化主管路中水经过第二过滤器过滤后，流入到水肥药一体化出口管路中，通过喷头实现对作物灌溉。

灌溉施肥施药***进行施肥施药时，水肥药一体化***现场控制柜中第三控制器根据作物所需施肥量和施药量，通过继电器控制第一注水电磁阀、第二注水电磁阀和第三注水电磁阀打开，第三控制器控制第一搅拌电机、第二搅拌电机和第三搅拌电机工作，在大量元素肥液桶内配置大量元素肥液，在微量元素肥液桶内配置微量元素肥液，在药液罐内配置药液，配置完成后，第三控制器通过继电器控制第一施肥电磁阀、第二施肥电磁阀和第三施肥电磁阀打开，大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐内液体流入到混合腔内混合，混合后流入到水肥药一体化主管路中，经过第二过滤器过滤后，流入到水肥药一体化出口管路中，通过喷头实现对施肥施药。

图2是本发明实施例二基于物联网的水肥药精准施用方法。该方法是基于本发明实施例一提出的基于物联网的水肥药精准施用***实现的。如图2所示，所述方法包括以下步骤：

S101，通过气象监测***中图像采集模块采集作物长势及病虫害图像信息以及气象信息监测装置采集风速、风向、光照、蒸发量、降雨量、空气温度、湿度信息和土壤温湿度信息，并无线传输至云端控制平台。

利用气象监测***中图像采集模块采集作物长势及病虫害图像信息，并无线传输至云端控制平台。

利用气象信息监测装置中风速传感器采集风速信息，光照传感器采集光照信息，风向传感器采集风向信息，蒸发传感器采集蒸发量信息，降雨量传感器采集降雨量信息，百叶箱采集空气温度及湿度信息，土壤温湿度传感器采集土壤温湿度信息，通过参数采集控制柜内第一控制器获取各个传感器采集的信息，通过无线数据传输装置将采集信息传输至云端控制平台。

S102，通过土壤环境监测***中各个传感器采集土壤温湿度、盐分、水分、养分、PH值和自然肥力数据，并无线传输至云端控制平台。

利用土壤环境监测***中第二土壤温湿度传感器采集土壤温湿度信息，土壤盐分传感器采集土壤盐分信息，土壤水分传感器采集土壤水分信息，第一EC传感器采集土壤养分信息，第一PH传感器采集土壤PH值，肥力监测仪测量自然肥力数据。

S103，云端控制平台接收和显示气象监测***和土壤环境监测***上传的信息，根据接收到的信息和历史数据，绘制作物需水规律曲线、降雨量曲线、作物需肥规律曲线和自然肥力曲线，确定的作物所需灌溉量、作物所需施肥量和施药量，并传输至灌溉施肥施药***。

S1031，云端控制平台接收和显示气象监测***和土壤环境监测***上传的信息；

S1032，根据气象监测***中降雨量传感器测得的降雨量数据，绘制降雨量曲线；根据土壤环境监测***中肥力监测仪器测得自然肥力数据，绘制自然肥力曲线；

S1033，利用存储的不同作物的生长习性的历史数据，绘制作物需水规律曲线和作物需肥规律曲线；

S1034，利用作物需水规律曲线和降雨量曲线确定作物所需灌溉量；利用作物需肥规律曲线和自然肥力曲线确定作物所需施肥量,对作物长势和病虫害信息进行分级，确定施药量；并将所确定的作物所需灌溉量、作物所需施肥量和施药量传输至灌溉施肥施药***。

云端控制平台将作物需水规律曲线与降雨量曲线的差值作为作物所需灌溉量；将作物需肥规律曲线与自然肥力曲线的差值作为作物所需施肥量。

S104，灌溉施肥施药***接收到作物所需灌溉量、作物所需施肥量和施药量，水肥药一体化***现场控制柜中的第三控制器根据作物所需灌溉量通过变频器控制灌溉主水泵和通过继电器控制相关电磁阀实现精准灌溉，通过控制加压电机和通过继电器相关电磁阀实现精准施肥施药，灌溉效果如图3所示，施肥效果如图4所示。

当进行灌溉时，水肥药一体化***现场控制柜中第三控制器根据作物所需灌溉量，通过变频器控制灌溉主水泵工作，将水泵人第一过滤器过滤后，输入至水肥药一体化主管路中，第三控制器通过继电器控制主管路出口电磁阀开启，水肥药一体化主管路中水经过第二过滤器过滤后，流入到水肥药一体化出口管路中，通过喷头实现对作物灌溉。

当进行施肥施药时，水肥药一体化***现场控制柜中第三控制器根据作物所需施肥量和施药量，通过继电器控制第一注水电磁阀、第二注水电磁阀和第三注水电磁阀打开，第三控制器控制第一搅拌电机、第二搅拌电机和第三搅拌电机工作，在大量元素肥液桶内配置大量元素肥液，在微量元素肥液桶内配置微量元素肥液，在药液罐内配置药液，配置完成后，第三控制器通过继电器控制第一施肥电磁阀、第二施肥电磁阀和第三施肥电磁阀打开，大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐内液体流入到混合腔内混合，混合后流入到水肥药一体化主管路中，经过第二过滤器过滤后，流入到水肥药一体化出口管路中，通过喷头实现对施肥施药。

还包括：

S105，云端控制平台接收便携式控制终端发送的控制指令，并无线发送至灌溉施肥施药***。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

(1)本发明将田间气象信息、土壤环境参数以及作物长势及病虫害等信息进行实时监测，实现了对田间气象信息、土壤环境参数以及作物长势及病虫害等信息的统一管理，作为水肥药施用***的执行依据，实现根据环境信息及作物需求进行精准灌溉施肥施药；

(2)本发明模块化设计灌溉***、施肥***和施药***，低压灌溉施肥管路与高雾化施药管路分离设置，每个***既可以单独控制也能有机结合，实现水肥药一体化协同管理。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于物联网的水肥药精准施用***，其特征是，包括气象监测***、土壤环境监测***、灌溉施肥施药***和云端控制平台，所述气象监测***，用于采集作物长势及病虫害信息、风速、风向、光照、蒸发量和降雨量信息，并无线传输至云端控制平台；所述土壤环境监测***用于采集土壤的温湿度、盐分、水分、养分、PH值和自然肥力数据，并无线传输至云端控制平台；所述云端控制平台根据接收到的信息绘制降雨量曲线和自然肥力曲线，利用不同作物生长习性的历史数据，绘制作物需水规律曲线和作物需肥规律曲线，将作物需水规律曲线和降雨量曲线的差值作为作物所需灌溉量，将作物需肥规律曲线和自然肥力曲线的差值作为作物所需施肥量，对作物长势和病虫害信息进行分级，确定施药量，并将作物所需灌溉量、施肥量和施药量无线传输至灌溉施肥施药***，通过灌溉施肥施药***完成对作物灌溉和施肥施药。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的水肥药精准施用***，其特征是，所述气象监测***包括图像采集装置和气象信息监测装置；

所述图像采集装置包括设置在地面上的支撑杆Ⅰ、设置在支撑杆Ⅰ上部的高清摄像头和设置在支撑杆Ⅰ中部的图像采集控制柜，所述图像采集控制柜内设置有图像处理器和无线数据传输装置，所述图像处理器获取高清摄像头采集的作物长势及病虫害图像信息并对其进行处理，得到作物长势及病虫害情况，通过无线数据传输装置传输至云端控制平台；

所述气象信息监测装置包括设置在地面上的支撑杆Ⅱ和从上至下依次设置在支撑杆Ⅱ上第一数据采集模块、太阳能电池板、第二数据采集模块和参数采集控制柜；

所述第一数据采集模块包括用于采集风速的风速传感器、用于采集光照的光照传感器和用于采集风向的风向传感器；

所述太阳能电池板将太阳能转化为电能，给其他模块供电；

所述第二数据采集模块包括用于采集蒸发量的蒸发传感器、用于采集降雨量的降雨量传感器和用于采集空气温度、湿度信息的百叶箱；

所述参数采集控制柜内设置有第一控制器和无线收发器，所述第一控制器，用于接收风速传感器、光照传感器、风向传感器、蒸发传感器、降雨量传感器和百叶箱采集的信息，并通过无线收发器传输至云端控制平台。

3.根据权利要求1所述的基于物联网的水肥药精准施用***，其特征是，所述土壤环境监测***包括设置在种植区内的土壤信息采集控制箱、第二土壤温湿度传感器、土壤盐分传感器、土壤水分传感器、第一EC传感器、第一PH传感器和肥力监测仪；

所述土壤采集控制箱内设置有第二控制器和智能网关；所述第二控制器连接第二土壤温湿度传感器、土壤盐分传感器、土壤水分传感器、第一EC传感器、第一PH传感器和肥力监测仪，接收第二土壤温湿度传感器、土壤盐分传感器、土壤水分传感器、第一EC传感器、第一PH传感器和肥力监测仪采集的土壤温湿度、盐分、水分、养分、PH值和自然肥力数据，通过智能网关传输至云端控制平台。

4.根据权利要求1所述的基于物联网的水肥药精准施用***，其特征是，所述灌溉施肥施药***包括入口管路、第一过滤器、混合液配置装置、主管路和出口管路；所述入口管路的一端与第一过滤器的入口连接，第一过滤器的出口与主管路连接，所述混合液配置装置的入口通过流水管路与主管路，出口通过出水管路与设置在主管路上的混合腔连接，将水输入第一过滤器过滤，第一过滤器将过滤后的水输送至混合液配置装置中进行配置大量元素肥液、微量元素肥液和药液，大量元素肥液、微量元素肥液和药液在混合腔内混合后，经过主管路输送至出口管路，所述出口管路上设置有若干个喷头，用于对作物进行施肥和施药。

5.根据权利要求4所述的基于物联网的水肥药精准施用***，其特征是，所述混合液配置装置包括并联连接的大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐，所述大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐的入口分别通过流水管路与主管路连接，所述大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐的入口还分别设置有注水电磁阀，所述大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐的出口通过管路与混合腔连接，所述大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐的出口设置有施肥电磁阀，所述大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐上设置有搅拌电机，所述搅拌电机带动设置在大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐内部的搅拌装置转动，所述大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐上还设置有液位计。

6.根据权利要求4所述的基于物联网的水肥药精准施用***，其特征是，所述灌溉施肥施药***还包括水肥药一体化***现场控制柜，所述水肥药一体化***现场控制柜上设置有触摸屏，其内部设置有第三控制器、无线通讯模块、变频器和继电器，所述第三控制器通过变频器控制灌溉主水泵工作，向混合液配置装置注水，并控制混合液配置装置配置混合液，第三控制器通过继电器控制相应的电磁阀开启和关闭，实现对作物精准灌溉、施肥和施药。

7.根据权利要求6所述的基于物联网的水肥药精准施用***，其特征是，所述入口管路上设置有灌溉主水泵、流量计和压力表；

所述混合腔上设置有用于采集混合腔内混合液的养分信息的EC传感器和采集混合腔内混合液PH值的PH传感器；

所述主管路上设置有依次设置有电磁阀、压力表、第二过滤器和流量计。

8.根据权利要求1所述的基于物联网的水肥药精准施用***，其特征是，所述云端控制平台包括中控室显示屏、中控室服务器和网络收发器，所述中控室服务器通过网络收发器接收气象监测***和土壤环境监测***上传的信息，根据气象监测***上传的信息，绘制降雨量曲线，根据土壤环境监测***上传的信息，绘制自然肥力曲线，利用不同作物生长习性的历史数据，绘制作物需水规律曲线和作物需肥规律曲线，将作物需水规律曲线和降雨量曲线的差值作为作物所需灌溉量，将作物需肥规律曲线和自然肥力曲线的差值作为作物所需施肥量，对作物长势和病虫害信息进行分级，确定施药量，通过网络收发器将得到的作物所需灌溉量、施肥量和施药量传输至灌溉施肥施药***；还通过网络收发器将接收到的信息发送至便携式控制终端，接收便携式控制终端发送的控制指令，通过网络收发器发送至灌溉施肥施药***；所述中控室显示屏，用于显示气象监测***、土壤环境监测***和灌溉施肥施药***上传的信息。

9.采用权利要求1-8中任一项所述的基于物联网的水肥药精准施用***的水肥药精准施用方法，其特征是，包括以下步骤：

采集作物长势及病虫害信息、风速、风向、光照、蒸发量、降雨量、空气温度及湿度数据；以及采集土壤温湿度、盐分、水分、养分、PH值和自然肥力数据；

根据降雨量数据，绘制降雨量曲线；根据自然肥力数据，绘制自然肥力曲线；利用不同作物的生长习性的历史数据，绘制作物需水规律曲线和作物需肥规律曲线；

将作物需水规律曲线与降雨量曲线相对比，得到作物需水规律曲线与降雨量曲线的差值作为作物所需灌溉量；

将作物需肥规律曲线和自然肥力曲线相对比，得到作物需肥规律曲线和自然肥力曲线的差值作为作物所需施肥量；

对作物长势和病虫害信息进行分级，确定施药量；

根据作物所需灌溉量，对作物进行灌溉；根据作物所需施肥量和施药量，对作物进行施肥施药。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征是，对作物进行灌溉和施肥施药的步骤包括：

灌溉施肥施药***中第三控制器根据作物所需灌溉量，通过变频器控制灌溉主水泵工作，将水泵人第一过滤器过滤后，输入至水肥药一体化主管路中，第三控制器通过继电器控制主管路出口电磁阀开启，水肥药一体化主管路中水经过第二过滤器过滤后，流入到水肥药一体化出口管路中，通过水肥药一体化出口管路上喷头实现对作物灌溉；

灌溉施肥施药***中第三控制器根据作物所需施肥量和施药量，通过继电器控制混合液配置装置入口处的注水电磁阀打开，第三控制器控制混合液配置装置上的搅拌电机工作，混合液配置装置内的大量元素肥液、微量元素肥液和药液配置完成后，第三控制器通过继电器控制混合液配置装置出口处的施肥电磁阀打开，大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐内液体流入到混合腔内混合，混合后流入到水肥药一体化主管路中，经过第二过滤器过滤后，流入到水肥药一体化出口管路中，通过水肥药一体化出口管路上喷头实现对施肥施药。