一种基于智能终端的茶叶调控品质系统的制作方法

本实用新型涉及茶叶品质监控技术领域，具体的说，是一种基于智能终端的茶叶调控品质系统。

背景技术：

由于茶树生长需要充足的水分，虽然我国茶区多处在湿润与半湿润地区，但由于地域辽阔，自然地理因子复杂，雨水分布既有地区的差别，也有季节的不同，即使在同一个月中，分布也捉摸不定，时多时少。尤其是在冬春雨水很少的情况下，茶园常有旱情，西南茶区也常有冬、春连旱现象或间断性高温干旱，将直接影响茶树的生长和茶叶产量以及品质。但是，由于目前无法直接获知茶园的种植环境，如果盲目灌溉，使得茶园水分过多，同样会影响茶树的生长和茶叶产量以及品质。

但是若在茶叶生产地区，遇上雨水天极少时，会导致种植的茶叶大面积枯萎，造成极大的经济损失。随着我国经济和社会的快速发展，电力负荷迅速增长，峰谷差不断加大，水泵水轮机全特性存在着水轮机反“S”区和水泵驼峰区两个运行不稳定的区域，导致低水头水轮机起动并网困难、低水头调相转发电不稳定、机组空载振荡、水泵启动过程中的水压振荡等控制问题突出。传统的控制策略和控制规律无法满足抽水蓄能机组控制品质的需求，无法从根本上解决抽水蓄能机组控制对象强烈非线性、时变性与线性控制规律之间的适配问题。因此，研究更先进的控制规律和策略成为抽水蓄能科学技术发展与远程监控茶叶生产能为人们减轻很大的工作量。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于智能终端的茶叶调控品质系统，可对茶树环境进行远程监控和控制，避免长时间拖延造成的茶叶损失。

本实用新型通过下述技术方案实现：一种基于智能终端的茶叶调控品质系统，包括微处理器、PID控制器、驱动系统、采集单元、无线通信模块、智能终端，所述PID控制器、采集单元分别与微处理器连接，所述驱动系统与PID控制器连接，所述微处理器通过无线通信模块与智能终端连接。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述采集单元包括温度传感器、土壤湿度传感器、光照强度传感器、近红外光谱仪，所述温度传感器、土壤湿度传感器、光照强度传感器、近红外光谱仪分别与微处理器连接。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述驱动系统包括水泵驱动器、水泵机组、蓄水箱、设置在蓄水箱内的传感器模块，所述PID控制器、水泵驱动器、水泵机组、蓄水箱依次连接，所述传感器模块与PID控制器连接。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述传感器模块包括压力传感器、水位传感器、流量传感器，所述压力传感器、水位传感器、流量传感器分别与PID控制器连接。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述微处理器采用单片机STM32F103。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述无线通信模块采用GPRS传输系统，所述GPRS传输系统与微处理器连接。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述温度传感器采用AD590，所述土壤湿度传感器采用DHT11，所述土壤湿度传感器采用HA2001，所述光照强度传感器采用BYTRT-6。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述微处理器还连接有指示灯组，所述指示灯组包括红灯、黄灯、绿灯。

工作原理：

所述微处理器和PID控制器配合使用，微处理器控制采集单元对茶树的种植土壤、周围温度、日照等进行采集。PID控制器设置应进行向茶树输水的参数值，在需要输水的时候PID控制器对驱动系统进行控制，向茶树进行输水。且微处理器通过无线通信模块远程向智能终端发送茶树的生长环境情况，以及驱动系统输水的情况。智能终端作为远程控制端，不仅可以收到微处理器发送来的数据，也可以从终端对系统进行控制，实时获取茶树现场的情况，并进行存储记录，长期以往，为工作人员提供有比较的数据，有利于工作人员在茶树环境变化时做出有效的应对措施，提高的茶叶的品质。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本实用新型通过在茶园设置直接对茶树种植土壤的温度、湿度以及日照度进行监测的监测模块，并在远程监控室设置控制模块，并将监测情况与控制模块之间通过无线通信连接，从而使得工作人员可以及时获知茶树生长环境的温度、湿度以日照强度，从而提醒工作人员注意并采取相应的措施，使得茶树可以生长在适合且相对稳定的环境，有利于实现稳定的茶叶产量和品质；

(2)本实用新型的供水驱动系统控制过程是以分数阶PID控制器为核心的，分数阶PID的阶次可以连续取值，进一步拓宽了整数阶PID控制器参数的选择范围，这使得分数阶PID控制器结构灵活，可根据供水系统不同性能特性和要求，选择合适的微分阶次和积分阶次，获得最佳的控制效果；

(3)本实用新型提高了远程异地监管茶树生长过程的能力，可向客户提供生长全过程的记录，且通过历史记录创造适宜茶叶的生长环境，促进增产增收。

附图说明

图1为本实用新型系统框图；

图2为本实用新型GPRS传输系统原理图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1：

本实用新型通过下述技术方案实现，如图1-图2所示，一种基于智能终端的茶叶调控品质系统，包括微处理器、PID控制器、驱动系统、采集单元、无线通信模块、智能终端，所述PID控制器、采集单元分别与微处理器连接，所述驱动系统与PID控制器连接，所述微处理器通过无线通信模块与智能终端连接。

需要说明的是，通过上述改进，所述微处理器和PID控制器配合使用，微处理器控制采集单元对茶树的种植土壤、周围温度、日照等进行采集。PID控制器设置应进行向茶树输水的参数值，在需要输水的时候PID控制器对驱动系统进行控制，向茶树进行输水。且微处理器通过无线通信模块远程向智能终端发送茶树的生长环境情况，以及驱动系统输水的情况。智能终端作为远程控制端，不仅可以收到微处理器发送来的数据，也可以从终端对系统进行控制，实时获取茶树现场的情况，并进行存储记录，长期以往，为工作人员提供有比较的数据，有利于工作人员在茶树环境变化时做出有效的应对措施，提高的茶叶的品质。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例2：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，所述采集单元包括温度传感器、土壤湿度传感器、光照强度传感器、近红外光谱仪，所述温度传感器、土壤湿度传感器、光照强度传感器、近红外光谱仪分别与微处理器连接；所述微处理器采用单片机STM32F103；所述温度传感器采用AD590，所述土壤湿度传感器采用DHT11，所述土壤湿度传感器采用HA2001，所述光照强度传感器采用BYTRT-6。

需要说明的是，通过上述改进，所述STM32F103单片机作为主体控制核心，其中AD转换模块采用STM32F103单片机内部的ADC12模块，ADC12模块具有12位转换精度。

所述温度采集模块采用的AD590温度传感器是一种已经IC化的温度传感器，它会将温度转换为电流。温度每增加1℃，AD590就会增加1uA的输出电流，其测量范围为-55℃至150℃，供电电压范围为+4V至+30V。AD590的输出电流值说明如下：其输出电流是以温度零度为基准，即-273℃，温度每增加1℃，AD590就会增加1uA输出电流，当室温为25℃时，其输出电流为：

Iout＝(273+25)＝298uA。

所述红外光谱仪采用傅里叶型红外光谱仪。分别采集两种不同质量等级同种茶鲜叶样品，依据质量等级不同，将茶鲜叶样品随机分为校正集和验证集两个集合，用傅里叶型红外光谱仪扫描获得全部茶鲜叶样品的近红外光谱。应用光谱仪的化学计量学对全部茶鲜叶样品的近红外光谱进行求导和平滑预处理，然后将茶鲜叶样品光谱转化为成对的数据点。

应用Matlab软件对全部茶鲜叶样品的光谱数据进行主成分分析，求得全部茶鲜叶样品光谱数据的得分score1值和score2值、主成分数及其贡献率。

以校正集样品光谱的前3个主成分为输入值，以不同质量等级鲜叶类型为输出值，经过反复优化，建立Standardnets、Jumpconnectionnets和Jordan-Elmannets三种信息传递方式鲜叶不同质量等级人工神经网络预测模型，比较该三种模型相关系数R和交互验证均方根方差RMSECV值，其中相关系数R公式为：

交互验证均方根方差RMSECV公式为：

式中，R为相关系数，n表示样本数，yi和y'i分别为样品集中第i个样品的质量等级实测值和质量等级预测值，为样品集中第i个样品的实测值的平均值，式中i≤n；其中以相关系数R最大和交互验证均方根方差RMSECV最小的模型为最佳模型，经比较后得到最佳校正集模型。

为避免出现过度拟合现象，应用验证集样品对得到的三种校正集模型预测效果进行检验，所得结果用相关系数R和验证集均方差RMSEP表示，其中相关系数R越大和验证集均方差RMSEP越小则表示检验效果越好，此时若得到的近红外光谱的质量等级预测值与质量等级实测值基本一致，则表示对验证集样品的预测效果很好，最佳校正集模型可以准确的预测鲜叶样品的不同质量等级，其中验证集均方差RMSEP公式为：

式中，n表示样本数，yi和y'i分别为样品集中第i个样品的质量等级实测值和质量等级预测值，式中i≤n。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，所述驱动系统包括水泵驱动器、水泵机组、蓄水箱、设置在蓄水箱内的传感器模块，所述PID控制器、水泵驱动器、水泵机组、蓄水箱依次连接，所述传感器模块与PID控制器连接；所述传感器模块包括压力传感器、水位传感器、流量传感器，所述压力传感器、水位传感器、流量传感器分别与PID控制器连接。

需要说明的是，通过上述改进，本实用新型使用的PID控制器为分数阶PID控制器，所述PID控制器接收传感器模块送来的信号进行变换和处理后作为分数阶PID控制器的反馈量，PID控制器的输出量以电压的信号送到水泵驱动器，水泵驱动根据PID控制器输出的参数来决定水泵机组向储水箱中的供水量。

所述压力传感器、水位传感器和流量传感器分别用来检测水压、蓄水箱水位和水流量，并将检测到的参数发送给PID控制器，PID控制器又与微处理器相连，微处理器通过无线通信模块将蓄水箱的工作情况发送给智能终端。

PID控制器将信号传送给水泵驱动器，水泵驱动器根据接到信号决定水泵机组对蓄水箱的供水量，因此水泵驱动器与水泵机组相连，水泵机组又与蓄水箱相连，蓄水箱通过压力传感器、水位传感器和流量传感器与PID控制器连接，将蓄水箱的水压、水位、水流量三个参数反馈回PID控制器。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1-图2所示，所述无线通信模块采用GPRS传输系统，所述GPRS传输系统与微处理器连接。

需要说明的是，通过上述改进，所述无线通信模块采用GPRS传输系统，所述GPRS传输系统连接有GSM模块，GSM模块采用SIM900A通信网络单元。所述STM32F103单片机与SIM900A连接，智能终端可通过SIM900A传输STM32F103单片机检测到的茶树生长环境信息，供使用者观看。所述STM32F103单片机与SIM900A连接关系是现有技术，故本实施例不对此作出详述。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例5：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，所述微处理器还连接有指示灯组，所述指示灯组包括红灯、黄灯、绿灯。

需要说明的是，通过上述改进，所述与微处理器连接的指示灯组用于显示驱动系统的工作情况。驱动系统正常工作时，指示灯显示绿灯；驱动系统未工作时，指示灯显示红灯；驱动系统异常工作时，指示灯显示黄色，随后微处理器将故障信息用过无线通讯模块发送给智能终端。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。