CN111316896A - 一种精细化栽培技术的灌溉控制*** - Google Patents

一种精细化栽培技术的灌溉控制*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种精细化栽培技术的灌溉控制***，属于自动化控制领域，包括天气预报信息获取单元、摄像头获取植物长势单元、互联网获取植物生长所需水分单元、人工设定参数模块、控制器单元、信息采集单元和灌溉单元。本发明设置天气预报信息获取单元、摄像头获取植物长势单元、互联网获取植物生长所需水分单元，获取天气和植物生长的信息，同时从互联网抓取植物基础数据信息，使得更全面的考虑到植物的蒸发和生长等因数，使得浇灌的水的量更加的精准，更适合植物的生长，全程采用自动化的控制，自动获取数据，实现精准的自动化控制。

Description

一种精细化栽培技术的灌溉控制***
技术领域
本发明涉及自动化控制领域，尤其涉及一种精细化栽培技术的灌溉控制***。
背景技术
传统施肥方法是通过人工或者机器直接给农作物根据一定量进行施肥，传统的施肥方法浪费水资源、浪费人力物力等缺点。
土壤是由岩石风化而成的矿物质、动植物，微生物残体腐解产生的有机质、土壤生物以及水分、空气，氧化的腐殖质等组成，能为种植作物提供生长基础。但是，由于土壤是一个惯性、非线性***，土壤环境多变，很难建立精确、稳定不变得数学模型，且农田中各环境因素相互耦合，利用神经网络抽取土壤的关键特征值，利用实验数据建立灌溉***的预测模型，完成运算、识别、决策及灌溉控制任务，具有较高的智能水平，但农田环境差异较大，预测模型的准确性难以验证，计算过程中有可能造成网络训练失败，不能准确的确定农田的灌溉情况，影响农作物的生长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种精细化栽培技术的灌溉控制***，解决传统的水灌溉控制***没能实现智能化灌溉的技术问题。
一种精细化栽培技术的灌溉控制***，包括天气预报信息获取单元、摄像头获取植物长势单元、互联网获取植物生长所需水分单元、人工设定参数模块、控制器单元、信息采集单元和灌溉单元，天气预报信息获取单元、摄像头获取植物长势单元、互联网获取植物生长所需水分单元、人工设定参数模块、信息采集单元和灌溉单元均与控制器单元连接；
所述天气预报信息获取单元用于根据地点信息实时获取天气预报信息数据并传给控制器单元；
所述摄像头获取植物长势单元用于拍照植物，并经过图像处理得到植物的生长情况数据，并把生长情况数据传给控制器单元；
所述互联网获取植物生长所需水分单元用于互联网抓取相应植物的基础信息数据和生长期所需水分数据，并生成水分数据模型，并把水分数据模型传给控制器单元；
所述人工设定参数模块用于设定浇灌的设定参数和所灌溉植物的种类，并把植物的种类和设定的参数传给控制器单元；
所述信息采集单元用于采集环境温度、关照和土壤湿度数据，并传给控制器单元；
所述灌溉单元用于接收控制器单元的控制指令对植物进行灌溉。
所述天气预报信息获取单元包括气象站实时天气获取模块、位置实时定位模块和气象数据处理模块，所述位置实时定位模块用于定位获取***的定位信息，并传给气象站实时天气获取模块，所述气象站定时天气获取模块根据定位信息像气象站发送获取气象信息数据，并获取的数据传给气象数据处理模块，所述气象数据处理模块用于把气象数据进行处理分为下雨、阴天和阳天三种类别，没个一个小时处理分析一次，即为发送未来一小时天气类型数据给控制器单元。
所述摄像头获取植物长势单元包括摄像头模块、植物轮廓提取模块、叶片大小估算模块和植物长势数据获取模块，所述摄像头模块用于对需要灌溉的植物进行拍照，并把拍照图像传给植物轮廓提取模块，所述植物轮廓提取模块用于对植物照片进行轮框提取，并把轮框图像传给叶片大小估算模块，叶片大小估算模块对轮框图像进行植物主干定位，然后根据定位的主干进行定位叶片，然后对定位的叶片进行面积运算，得到叶片的大小，做加法运算得到所有叶片的面积数量，植物长势数据获取模块根据页片的总面积和主干的高度估算出植物的生长数据，并把生长数据传给控制器单元。
所述互联网获取植物生长所需水分单元包括互联网植物信息抓取模块和植物所需水分模型生成模块，所述互联网植物信息抓取模块根据用户输入的植物类型进行主动像互联网查询相应植物的基础数据信息以及相应植物生长每个阶段所需要的水分数据，并传给植物所需水分模型生成模块，植物所需水分模型生成模块根据水分数据生成水分数据模型，水分数据模型即为时间为横轴，纵轴为植物所需要吸收的水分。
所述控制器单元包括信息汇总与转换模块、植物浇水信息运算模块和控制器模块，所述信息汇总与转换模块用于接收天气预报信息获取单元、摄像头获取植物长势单元、互联网获取植物生长所需水分单元、人工设定参数模块和信息采集单元传入的数据，所述植物浇水信息运算模块把环境温度、光照强度、土壤湿度、未来一小时天气预报类别、植物长势数据、水分数据模型和人工设定参数运算出需要浇水的数据，需要浇水的数据传给控制器模块，控制器模块根据生成灌溉控制指令。
算出需要浇水的数据的过程为，根据环境温度、光照强度和植物长势数据算出植物生长水分蒸发的量，((环境温度/基准温度)*20％+(光照强度/基准光照强度)*80％)*单位面积基准蒸发量*植物叶片面积总量，基准温度、基准光照强度和单位面积基准蒸发量均是已知值，不同植物的数据不同，可以直接从互联网获取，则需要浇水数据的量为：(蒸发量+植物生长所需水分)(基准土壤湿度/土壤湿度)，基准土壤湿度为已知值。
所述信息采集单元包括EC值采集模块、PH值采集模块、光照采集模块、肥料量采集模块、土壤湿度采集模块和温度采集模块，所述EC值采集模块用于采集土壤的EC值，所述PH值采集模块用于采集土壤的PH值，所述光照采集模块用于采集光照强度，所述肥料量采集模块用于采集施肥机上的肥料和酸的量，所述温度采集模块用于采集环境温度数据，所述土壤湿度采集模块用于采集土壤的湿度。
上述方案还包括施肥机，施肥机包括施肥电磁阀、肥料混合搅拌均匀器、加酸电磁阀和肥料与酸存放器，肥料与酸存放器包括肥料存储器和酸存放器，肥料存储器包括若干个肥料存放仓，每个肥料存放仓内存放不同的肥料，施肥电磁阀控制各个肥料存放仓出肥料的量，肥料出到肥料混合搅拌均匀器内，肥料混合搅拌均匀器对肥料进行搅拌均匀处理，加酸电磁阀控制酸的出量。
设置Etarget为***的目标EC值，Etest1与Etest2为EC值采集模块上的EC传感器实时检测数据，施肥机有两种启动条件，时间和光照，当到达设定时间或者光照累积量满足设定条件时，施肥机启动，当Etarget＞Etest1时，施肥电磁阀按照预先设定的跳动频率启动，同时Etest1与Etest2两个EC传感器之间同时检测EC值，互相校正，当-0.1≤Etest2-Etest1≤0.1时，施肥机正常工作，否则施肥机报警，停止工作，当Etarget≤Etest1时，施肥电磁阀不工作。
设置Ptarget为***的目标PH值，Ptest1与Ptest2为PH值采集模块上的PH传感器实时检测数据，施肥机有两种启动条件，时间和光照，当到达设定时间或者光照累积量满足设定条件时，施肥机启动，当Ptarget＞Ptest1时，加酸电磁阀按照预先设定的跳动频率启动，同时Ptest1与Ptest2两个PH传感器之间同时检测肥水PH值，互相校正，当-0.1≤Ptest2-Ptest1≤0.1时，施肥机正常工作，否则施肥机报警，停止工作，当Ptarget≤Ptest1时，加酸电磁阀不工作。
本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：
本发明设置天气预报信息获取单元、摄像头获取植物长势单元、互联网获取植物生长所需水分单元，获取天气和植物生长的信息，同时从互联网抓取植物基础数据信息，使得更全面的考虑到植物的蒸发和生长等因数，使得浇灌的水的量更加的精准，更适合植物的生长，全程采用自动化的控制，自动获取数据，实现精准的自动化控制。
附图说明
图1是本发明的***框图。
图2是本发明的天气预报信息获取单元模块框图。
图3是本发明的摄像头获取植物长势单元模块框图。
图4是本发明的互联网获取植物生长所需水分单元模块框图。
图5是本发明的控制器单元模块框图。
图6是本发明的信息采集单元模块框图。
图7是本发明的施肥机模块框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
如图1所示，本发明一种精细化栽培技术的灌溉控制***，包括天气预报信息获取单元、摄像头获取植物长势单元、互联网获取植物生长所需水分单元、人工设定参数模块、控制器单元、信息采集单元和灌溉单元，天气预报信息获取单元、摄像头获取植物长势单元、互联网获取植物生长所需水分单元、人工设定参数模块、信息采集单元和灌溉单元均与控制器单元连接。
所述互联网获取植物生长所需水分单元用于互联网抓取相应植物的基础信息数据和生长期所需水分数据，并生成水分数据模型，并把水分数据模型传给控制器单元。
所述人工设定参数模块用于设定浇灌的设定参数和所灌溉植物的种类，并把植物的种类和设定的参数传给控制器单元。所述信息采集单元用于采集环境温度、关照和土壤湿度数据，并传给控制器单元。所述灌溉单元用于接收控制器单元的控制指令对植物进行灌溉。
人工设定参数模块为触摸显示屏，在戏中安装灌溉前，先设定输出需要灌溉的具体植物的类型，然后互联网获取植物生长所需水分单元才能根据具体的植物类型进行抓取数据，摄像头获取植物长势单元色孩子5-6个摄像头，讲个分别对一棵植物就行摄像处理。
如图2所示，所述天气预报信息获取单元用于根据地点信息实时获取天气预报信息数据并传给控制器单元。所述天气预报信息获取单元包括气象站实时天气获取模块、位置实时定位模块和气象数据处理模块，所述位置实时定位模块用于定位获取***的定位信息，并传给气象站实时天气获取模块，所述气象站定时天气获取模块根据定位信息像气象站发送获取气象信息数据，并获取的数据传给气象数据处理模块，所述气象数据处理模块用于把气象数据进行处理分为下雨、阴天和阳天三种类别，没个一个小时处理分析一次，即为发送未来一小时天气类型数据给控制器单元。位置实时定位模块使用GPS定位模块，气象站实时天气获取模块
如图3所示，所述摄像头获取植物长势单元用于拍照植物，并经过图像处理得到植物的生长情况数据，并把生长情况数据传给控制器单元。所述摄像头获取植物长势单元包括摄像头模块、植物轮廓提取模块、叶片大小估算模块和植物长势数据获取模块，所述摄像头模块用于对需要灌溉的植物进行拍照，并把拍照图像传给植物轮廓提取模块，所述植物轮廓提取模块用于对植物照片进行轮框提取，并把轮框图像传给叶片大小估算模块，叶片大小估算模块对轮框图像进行植物主干定位，然后根据定位的主干进行定位叶片，然后对定位的叶片进行面积运算，得到叶片的大小，做加法运算得到所有叶片的面积数量，植物长势数据获取模块根据页片的总面积和主干的高度估算出植物的生长数据，并把生长数据传给控制器单元。
如图4所示，所述互联网获取植物生长所需水分单元包括互联网植物信息抓取模块和植物所需水分模型生成模块，所述互联网植物信息抓取模块根据用户输入的植物类型进行主动像互联网查询相应植物的基础数据信息以及相应植物生长每个阶段所需要的水分数据，并传给植物所需水分模型生成模块，植物所需水分模型生成模块根据水分数据生成水分数据模型，水分数据模型即为时间为横轴，纵轴为植物所需要吸收的水分。
如图5所示，所述控制器单元包括信息汇总与转换模块、植物浇水信息运算模块和控制器模块，所述信息汇总与转换模块用于接收天气预报信息获取单元、摄像头获取植物长势单元、互联网获取植物生长所需水分单元、人工设定参数模块和信息采集单元传入的数据，所述植物浇水信息运算模块把环境温度、光照强度、土壤湿度、未来一小时天气预报类别、植物长势数据、水分数据模型和人工设定参数运算出需要浇水的数据，需要浇水的数据传给控制器模块，控制器模块根据生成灌溉控制指令。
算出需要浇水的数据的过程为，根据环境温度、光照强度和植物长势数据算出植物生长水分蒸发的量，((环境温度/基准温度)*20％+(光照强度/基准光照强度)*80％)*单位面积基准蒸发量*植物叶片面积总量，基准温度、基准光照强度和单位面积基准蒸发量均是已知值，不同植物的数据不同，可以直接从互联网获取，则需要浇水数据的量为：(蒸发量+植物生长所需水分)(基准土壤湿度/土壤湿度)，基准土壤湿度为已知值。
如图6所示，所述信息采集单元包括EC值采集模块、PH值采集模块、光照采集模块、肥料量采集模块、土壤湿度采集模块和温度采集模块，所述EC值采集模块用于采集土壤的EC值，所述PH值采集模块用于采集土壤的PH值，所述光照采集模块用于采集光照强度，所述肥料量采集模块用于采集施肥机上的肥料和酸的量，所述温度采集模块用于采集环境温度数据，所述土壤湿度采集模块用于采集土壤的湿度。
如图7所示，该***还包括施肥机，施肥机包括施肥电磁阀、肥料混合搅拌均匀器、加酸电磁阀和肥料与酸存放器，肥料与酸存放器包括肥料存储器和酸存放器，肥料存储器包括若干个肥料存放仓，每个肥料存放仓内存放不同的肥料，施肥电磁阀控制各个肥料存放仓出肥料的量，肥料出到肥料混合搅拌均匀器内，肥料混合搅拌均匀器对肥料进行搅拌均匀处理，加酸电磁阀控制酸的出量。肥料在具体施肥时，先把多种的肥料进行混合，是的施肥的量更加的精准，比如磷肥和钾肥均是分开的，根据需要的磷和钾的占比，由施肥电磁阀控制具体的量进入到肥料混合搅拌均匀器内，肥料混合搅拌均匀器为电动搅拌器，对肥料搅拌处理。
设置Etarget为***的目标EC值，Etest1与Etest2为EC值采集模块上的EC传感器实时检测数据，施肥机有两种启动条件，时间和光照，当到达设定时间或者光照累积量满足设定条件时，施肥机启动，当Etarget＞Etest1时，施肥电磁阀按照预先设定的跳动频率启动，同时Etest1与Etest2两个EC传感器之间同时检测EC值，互相校正，当-0.1≤Etest2-Etest1≤0.1时，施肥机正常工作，否则施肥机报警，停止工作，当Etarget≤Etest1时，施肥电磁阀不工作。
设置Ptarget为***的目标PH值，Ptest1与Ptest2为PH值采集模块上的PH传感器实时检测数据，施肥机有两种启动条件，时间和光照，当到达设定时间或者光照累积量满足设定条件时，施肥机启动，当Ptarget＞Ptest1时，加酸电磁阀按照预先设定的跳动频率启动，同时Ptest1与Ptest2两个PH传感器之间同时检测肥水PH值，互相校正，当-0.1≤Ptest2-Ptest1≤0.1时，施肥机正常工作，否则施肥机报警，停止工作，当Ptarget≤Ptest1时，加酸电磁阀不工作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种精细化栽培技术的灌溉控制***，其特征在于：包括天气预报信息获取单元、摄像头获取植物长势单元、互联网获取植物生长所需水分单元、人工设定参数模块、控制器单元、信息采集单元和灌溉单元，天气预报信息获取单元、摄像头获取植物长势单元、互联网获取植物生长所需水分单元、人工设定参数模块、信息采集单元和灌溉单元均与控制器单元连接；
所述天气预报信息获取单元用于根据地点信息实时获取天气预报信息数据并传给控制器单元；
所述摄像头获取植物长势单元用于拍照植物，并经过图像处理得到植物的生长情况数据，并把生长情况数据传给控制器单元；
所述互联网获取植物生长所需水分单元用于互联网抓取相应植物的基础信息数据和生长期所需水分数据，并生成水分数据模型，并把水分数据模型传给控制器单元；
所述人工设定参数模块用于设定浇灌的设定参数和所灌溉植物的种类，并把植物的种类和设定的参数传给控制器单元；
所述信息采集单元用于采集环境温度、关照和土壤湿度数据，并传给控制器单元；
所述灌溉单元用于接收控制器单元的控制指令对植物进行灌溉。
2.根据权利要求1所述的一种精细化栽培技术的灌溉控制***，其特征在于：所述天气预报信息获取单元包括气象站实时天气获取模块、位置实时定位模块和气象数据处理模块，所述位置实时定位模块用于定位获取***的定位信息，并传给气象站实时天气获取模块，所述气象站定时天气获取模块根据定位信息像气象站发送获取气象信息数据，并获取的数据传给气象数据处理模块，所述气象数据处理模块用于把气象数据进行处理分为下雨、阴天和阳天三种类别，没个一个小时处理分析一次，即为发送未来一小时天气类型数据给控制器单元。
3.根据权利要求2所述的一种精细化栽培技术的灌溉控制***，其特征在于：所述摄像头获取植物长势单元包括摄像头模块、植物轮廓提取模块、叶片大小估算模块和植物长势数据获取模块，所述摄像头模块用于对需要灌溉的植物进行拍照，并把拍照图像传给植物轮廓提取模块，所述植物轮廓提取模块用于对植物照片进行轮框提取，并把轮框图像传给叶片大小估算模块，叶片大小估算模块对轮框图像进行植物主干定位，然后根据定位的主干进行定位叶片，然后对定位的叶片进行面积运算，得到叶片的大小，做加法运算得到所有叶片的面积数量，植物长势数据获取模块根据页片的总面积和主干的高度估算出植物的生长数据，并把生长数据传给控制器单元。
4.根据权利要求3所述的一种精细化栽培技术的灌溉控制***，其特征在于：所述互联网获取植物生长所需水分单元包括互联网植物信息抓取模块和植物所需水分模型生成模块，所述互联网植物信息抓取模块根据用户输入的植物类型进行主动像互联网查询相应植物的基础数据信息以及相应植物生长每个阶段所需要的水分数据，并传给植物所需水分模型生成模块，植物所需水分模型生成模块根据水分数据生成水分数据模型，水分数据模型即为时间为横轴，纵轴为植物所需要吸收的水分。
5.根据权利要求4所述的一种精细化栽培技术的灌溉控制***，其特征在于：所述控制器单元包括信息汇总与转换模块、植物浇水信息运算模块和控制器模块，所述信息汇总与转换模块用于接收天气预报信息获取单元、摄像头获取植物长势单元、互联网获取植物生长所需水分单元、人工设定参数模块和信息采集单元传入的数据，所述植物浇水信息运算模块把环境温度、光照强度、土壤湿度、未来一小时天气预报类别、植物长势数据、水分数据模型和人工设定参数运算出需要浇水的数据，需要浇水的数据传给控制器模块，控制器模块根据生成灌溉控制指令。
6.根据权利要求5所述的一种精细化栽培技术的灌溉控制***，其特征在于：算出需要浇水的数据的过程为，根据环境温度、光照强度和植物长势数据算出植物生长水分蒸发的量，((环境温度/基准温度)*20％+(光照强度/基准光照强度)*80％)*单位面积基准蒸发量*植物叶片面积总量，基准温度、基准光照强度和单位面积基准蒸发量均是已知值，不同植物的数据不同，可以直接从互联网获取，则需要浇水数据的量为：(蒸发量+植物生长所需水分)(基准土壤湿度/土壤湿度)，基准土壤湿度为已知值。
7.根据权利要求6所述的一种精细化栽培技术的灌溉控制***，其特征在于：所述信息采集单元包括EC值采集模块、PH值采集模块、光照采集模块、肥料量采集模块、土壤湿度采集模块和温度采集模块，所述EC值采集模块用于采集土壤的EC值，所述PH值采集模块用于采集土壤的PH值，所述光照采集模块用于采集光照强度，所述肥料量采集模块用于采集施肥机上的肥料和酸的量，所述温度采集模块用于采集环境温度数据，所述土壤湿度采集模块用于采集土壤的湿度。
8.根据权利要求7所述的一种精细化栽培技术的灌溉控制***，其特征在于：还包括施肥机，施肥机包括施肥电磁阀、肥料混合搅拌均匀器、加酸电磁阀和肥料与酸存放器，肥料与酸存放器包括肥料存储器和酸存放器，肥料存储器包括若干个肥料存放仓，每个肥料存放仓内存放不同的肥料，施肥电磁阀控制各个肥料存放仓出肥料的量，肥料出到肥料混合搅拌均匀器内，肥料混合搅拌均匀器对肥料进行搅拌均匀处理，加酸电磁阀控制酸的出量。
9.根据权利要求8所述的一种精细化栽培技术的灌溉控制***，其特征在于：设置Etarget为***的目标EC值，Etest1与Etest2为EC值采集模块上的EC传感器实时检测数据，施肥机有两种启动条件，时间和光照，当到达设定时间或者光照累积量满足设定条件时，施肥机启动，当Etarget＞Etest1时，施肥电磁阀按照预先设定的跳动频率启动，同时Etest1与Etest2两个EC传感器之间同时检测EC值，互相校正，当-0.1≤Etest2-Etest1≤0.1时，施肥机正常工作，否则施肥机报警，停止工作，当Etarget≤Etest1时，施肥电磁阀不工作。
10.根据权利要求9所述的一种精细化栽培技术的灌溉控制***，其特征在于：设置Ptarget为***的目标PH值，Ptest1与Ptest2为PH值采集模块上的PH传感器实时检测数据，施肥机有两种启动条件，时间和光照，当到达设定时间或者光照累积量满足设定条件时，施肥机启动，当Ptarget＞Ptest1时，加酸电磁阀按照预先设定的跳动频率启动，同时Ptest1与Ptest2两个PH传感器之间同时检测肥水PH值，互相校正，当-0.1≤Ptest2-Ptest1≤0.1时，施肥机正常工作，否则施肥机报警，停止工作，当Ptarget≤Ptest1时，加酸电磁阀不工作。
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