CN111427296A - 一种精细化栽培技术的施肥控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种精细化栽培技术的施肥控制系统，属于自动化控制领域，包括控制器单元及与控制器单元连接的数据采集单元和施肥机，还包括网络数据获取单元、手动控制设定单元和无线通信单元，网络数据获取单元、手动控制设定单元和无线通信单元均与控制器单元连接。改系统自动对农作物进行灌溉施肥，可节约用水、用电及人力成本；在灌溉施肥的过程中，操作者能够通过上位机监控部分指定施肥计划，上位机监控部分和CPU模块进行实时通讯，CPU模块根据施肥计划精确计算并确定控制施肥量和水量，执行全程自动化操作。
Description
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施肥控制系统。
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。
公开号为CN100576118的专利公开了一种变量施肥控制系统及方法，该系统包括单片机，用于接收外部存储信息、输入信息、反馈信息、通讯信息，经单片机内部运算处理后输出控制信息、显示信息，控制信息是对排肥机械排肥量的控制。单片机经转换器还与电液比例阀连接，电液比例阀的输入端与转换器连接、输出端与液压马达连接；液压马达的输出端与排肥机械的排肥轴连接，在排肥轴的一端装有光电码盘，将光电码盘的电信号反馈到单片机；在单片机上还连接有调节旋钮电路；电液比例阀和调节旋钮电路由单片机控制，用于调节所述排肥机械排肥轴的排肥量。该系统只实现了自动化的施肥，但是未能实现真正的智能化施肥，因此需要设计一种根据生长和环境数据进行智能化的施肥控制系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种精细化栽培技术的施肥控制系统，解决传统的施肥控制系统没能实现智能化施肥的技术问题。针对传统的施肥方法浪费人力物力，造成污染的情况，不能根据作物需要及时施肥灌溉等缺点，通过对灌溉肥水精准的EC值、PH值调控，灌溉水量，自动对农作物进行施肥灌溉，可节约水电、人工、肥料成本。
一种精细化栽培技术的施肥控制系统，包括控制器单元及与控制器单元连接的数据采集单元和施肥机，还包括网络数据获取单元、手动控制设定单元和无线通信单元，所述网络数据获取单元、手动控制设定单元和无线通信单元均与控制器单元连接，所述数据采集单元用于采集EC值、PH值、光照强度、环境温度及施肥机的肥料和酸的存储量，并传给控制器单元，手动控制设定单元用于供用户输入控制参数施肥的农作物的基础数据，所述网络数据获取单元根据用户设定的农作物种类从网络中自动查找相应农作物的生长与种植施肥相关的数据，并传给控制器单元，所述控制器单元根据数据采集单元的数据和网络数据获取单元获取的种植数据进行运算出施肥机施肥数据并转换成为控制指令控制施肥机施肥，所述无线通信单元用于无线远程通知用户添加肥料或者系统出现故障通报用户。
所述数据采集单元包括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。
设置Etarget为系统的目标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为系统的目标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。
所述控制器单元包括控制器模块、模型构建模块、模型训练模块和施肥量运算模块，所述模型构建模块用于获取用户输入的农作物种类和网络数据获取单元获取的农作物的生长与种植施肥相关的数据构建相应农作物种植施肥模型，控制器模块的信号发生器，信号发生器产生模拟环境信号传给模型训练模块，模型训练模块对种植施肥模型继续你行训练，并得到训练完成的模型，施肥量运算模块根据数据采集单元采集的数据和种植施肥模型进行运算出具体施肥量，并把运算的结果数据传给控制器模块，控制器模块生成控制指令控制施肥机。
所述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。
所述手动控制设定单元为触摸显示屏，用户通过触摸显示屏输入系统需要控制的施肥的农作物的具体类型，并输入手动控制需要的定时施肥量和定时施肥量，在出现用户手动设定的施肥量与控制器单元自动生成的施肥料量差值小于总量的1％时，以控制器单元自动生成的施肥料量为准量进行施肥，当差值大于1％，小于5％时，以手动设定施肥量为准施肥，当差值大于5％时，通过无线通信单元通知用户，并根据控制器单元自动生成的施肥料量进行施肥50％，并显示在系统上。
本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：
本发明自动对农作物进行灌溉施肥，可节约用水、用电及人力成本；在灌溉施肥的过程中，操作者能够通过上位机监控部分指定施肥计划，上位机监控部分和CPU模块进行实时通讯，CPU模块根据施肥计划精确计算并确定控制施肥量和水量，执行全程自动化操作，同时EC传感器与PH传感器实时采集肥水的实时数据，并把这实时数据通过I/O模块实时发送给 CPU模块，CPU模块再把这些数据发送给上位机监控部分以便操作者对农作物的生长过程信息实时监控，整个灌溉施肥过程全自动化，并且避免肥料浪费，同时农业生产者可以通过组态软件实时了解农作物各种生长数据，并且可以打印各种数据，真正实现了计算机按需施肥全自动管理，系统具有处理速度快，可控制多种外围设备，数据库资源丰富，性能稳定，且结构简单，操作方便，价格低廉等特点。控制上，即可自动施肥，也可手动施肥；计算机操作简单高效，产品具有较高的实用价值，便于推广应用，并且系统自动采集网络数据进行自动校正，是的施肥控制更加的进准，农作物生长更好。
附图说明
图1是本发明的系统框图。
图2是本发明的数据采集单元模块框图。
图3是本发明的控制器单元模块框图。
图4是本发明的施肥机原理框图。
图5是本发明的控制系统的控制流程图。
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施肥控制系统，包括控制器单元及与控制器单元连接的数据采集单元和施肥机。还包括网络数据获取单元、手动控制设定单元和无线通信单元。所述网络数据获取单元、手动控制设定单元和无线通信单元均与控制器单元连接。所述数据采集单元用于采集 EC值、PH值、光照强度、环境温度及施肥机的肥料和酸的存储量，并传给控制器单元，手动控制设定单元用于供用户输入控制参数施肥的农作物的基础数据。所述网络数据获取单元根据用户设定的农作物种类从网络中自动查找相应农作物的生长与种植施肥相关的数据，并传给控制器单元。所述控制器单元根据数据采集单元的数据和网络数据获取单元获取的种植数据进行运算出施肥机施肥数据并转换成为控制指令控制施肥机施肥。所述无线通信单元用于无线远程通知用户添加肥料或者系统出现故障通报用户。无线通信单元使用WIFI模块或者4G模块，实时把系统的具体情况发送给远程的用户终端上，使得用户实时可以了解系统的情况。
具体的系统控制流程如图5所示，本发明的上位机监控和CPU模块部分之间通过电气隔离板进行连接，保证了整个电气控制系统不受外界干扰，进行稳定的工作。
本发明中，CPU模块部分主要负责采样以下几部分数据：主回路肥水采样部分肥水数据，水路部分采样数据，显示部分显示数据，键盘数据；上位机监控实时数据和配方设定数据，CPU模块根据这些采样数据进行实时计算，控制施肥机部分和灌溉部分的电磁阀和搅拌电机进行正常工作，并把这些实时运算数据和电磁阀，搅拌电机等工作状态数据发送给上位机监控部分和显示部分进行显示以方便操作者进行实时了解整个电气控制系统工作状态。
如图2所示，所述数据采集单元包括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。光照采集模块使用光照传感器，使用的数量为每间隔5米设置一个，然后把采集的光照进行取平均值，是的采集的数据更准确。温度采集模块采集外部环境的温度数据。
设置Etarget为系统的目标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为系统的目标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。
如图3所示，所述控制器单元包括控制器模块、模型构建模块、模型训练模块和施肥量运算模块，所述模型构建模块用于获取用户输入的农作物种类和网络数据获取单元获取的农作物的生长与种植施肥相关的数据构建相应农作物种植施肥模型，控制器模块的信号发生器，信号发生器产生模拟环境信号传给模型训练模块，模型训练模块对种植施肥模型继续你行训练，并得到训练完成的模型，施肥量运算模块根据数据采集单元采集的数据和种植施肥模型进行运算出具体施肥量，并把运算的结果数据传给控制器模块，控制器模块生成控制指令控制施肥机。作物种植施肥模型为生长时序控制系统，即是，时序轴为时间，农作物的生长周期，采集的数据为参量，模型框架为农作物生长多对应时间锁需要的肥料养分。控制器模块为CPU模块，通过I/O 模块部分采集肥水EC值PH值数据、水量数据，CPU模块对实时数据进行运算处理后，控制I/O模块部分输出信号，控制施肥机及系统水路，实现对农作物的自动给水给肥。
如图4所示，所述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。
所述手动控制设定单元为触摸显示屏，用户通过触摸显示屏输入系统需要控制的施肥的农作物的具体类型，并输入手动控制需要的定时施肥量和定时施肥量，在出现用户手动设定的施肥量与控制器单元自动生成的施肥料量差值小于总量的1％时，以控制器单元自动生成的施肥料量为准量进行施肥，当差值大于1％，小于5％时，以手动设定施肥量为准施肥，当差值大于5％时，通过无线通信单元通知用户，并根据控制器单元自动生成的施肥料量进行施肥50％，并显示在系统上。因为有时候，用户设定的施肥量是根据一般的环境的参量设定，但是由于环境的变化，比如温度突然变低或者升高等，需要增加肥量或者减少肥的量，系统在实时监测上会比用户设定的更加准确，因此使用系统的计算与用户的设定进行结合，是的施肥的量更加的准确，更适合农作物的生长。
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 (7)
1.一种精细化栽培技术的施肥控制系统，包括控制器单元及与控制器单元连接的数据采集单元和施肥机，其特征在于：还包括网络数据获取单元、手动控制设定单元和无线通信单元，所述网络数据获取单元、手动控制设定单元和无线通信单元均与控制器单元连接，所述数据采集单元用于采集EC值、PH值、光照强度、环境温度及施肥机的肥料和酸的存储量，并传给控制器单元，手动控制设定单元用于供用户输入控制参数施肥的农作物的基础数据，所述网络数据获取单元根据用户设定的农作物种类从网络中自动查找相应农作物的生长与种植施肥相关的数据，并传给控制器单元，所述控制器单元根据数据采集单元的数据和网络数据获取单元获取的种植数据进行运算出施肥机施肥数据并转换成为控制指令控制施肥机施肥，所述无线通信单元用于无线远程通知用户添加肥料或者系统出现故障通报用户。
2.根据权利要求1所述的一种精细化栽培技术的施肥控制系统，其特征在于：所述数据采集单元包括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。
3.根据权利要求2所述的一种精细化栽培技术的施肥控制系统，其特征在于：设置Etarget为系统的目标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。
4.根据权利要求2所述的一种精细化栽培技术的施肥控制系统，其特征在于：设置Ptarget为系统的目标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。
5.根据权利要求1所述的一种精细化栽培技术的施肥控制系统，其特征在于：所述控制器单元包括控制器模块、模型构建模块、模型训练模块和施肥量运算模块，所述模型构建模块用于获取用户输入的农作物种类和网络数据获取单元获取的农作物的生长与种植施肥相关的数据构建相应农作物种植施肥模型，控制器模块的信号发生器，信号发生器产生模拟环境信号传给模型训练模块，模型训练模块对种植施肥模型继续你行训练，并得到训练完成的模型，施肥量运算模块根据数据采集单元采集的数据和种植施肥模型进行运算出具体施肥量，并把运算的结果数据传给控制器模块，控制器模块生成控制指令控制施肥机。
6.根据权利要求5所述的一种精细化栽培技术的施肥控制系统，其特征在于：所述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。
7.根据权利要求6所述的一种精细化栽培技术的施肥控制系统，其特征在于：所述手动控制设定单元为触摸显示屏，用户通过触摸显示屏输入系统需要控制的施肥的农作物的具体类型，并输入手动控制需要的定时施肥量和定时施肥量，在出现用户手动设定的施肥量与控制器单元自动生成的施肥料量差值小于总量的1％时，以控制器单元自动生成的施肥料量为准量进行施肥，当差值大于1％，小于5％时，以手动设定施肥量为准施肥，当差值大于5％时，通过无线通信单元通知用户，并根据控制器单元自动生成的施肥料量进行施肥50％，并显示在系统上。
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