一种基于区块链结构的云算法平台控制灌溉施肥的系统的制作方法

本发明涉及一种基于区块链结构的云算法平台控制灌溉施肥的系统，属于农业灌溉技术领域。

背景技术：

水肥一体化是现代农业生产技术的重要一环，它指的是通过施肥装置将溶解好的水肥混合物注入到作物田间，使肥料随着水一起输送到田间的生产方式，是精准施肥和精准灌溉相结合的高新技术。现有灌溉施肥机主要通过人工配料配比来实现水肥一体化，这样就专人照看，并且仅凭人工无法得知作物生长环境实际情况，因此难以使灌溉施肥达到用料最佳，操作便捷，省时省力的效果。

农业物联网技术是近年来国家大力提倡的农业信息化技术，此技术是提高农业生产效益十分重要的工具。利用传感器技术与现有的无线通信技术作为桥梁，将农业生产中十分重要的作物生长数据上传至云端，再利用云端进行存储和算法分析从而可实现对各种农机设备智能控制。其中区块链技术是一种共享分布式账本技术，云端节点中的任何参与方都可以查看交易系统记录(账本)。是一种实现价值交换，解决信任问题、降低信任成本的技术方案，可实现去中心化、去信用中介的目的同时，还可大大减少数据丢失或数据攻击劫持所带来的风险，同时还具有录入的数据难以被篡改的特点。可在农业物联网领域内实现作物生长以及营养供给数据安全有效地收集处理，使作物的生产环节透明化。

近年来我国农业人口在逐年下降，高效便捷的信息化、自动化农业生产是我国农业的发展趋势。因此提供一种能够减少人工管理、实时监测田间作物生长状态，实现自动控制精准施肥灌溉的灌溉施肥的系统是十分必要的。

技术实现要素：

本发明为了解决现有灌溉施肥系统记录农作物生长以及营养供给数据易丢失、易篡改，且现有的灌溉施肥机主要通过人工配料配比来实现，需要大量人工管理的问题，提出了一种基于区块链结构的云算法平台控制灌溉施肥的系统。

本发明的技术方案：

一种基于区块链结构的云算法平台控制灌溉施肥的系统，其特征在于：包括田间数据检测装置、通信传输系统、配比施肥机控制终端和云平台控制系统，田间数据检测装置将收集到的田间数据通过通信传输装置上传到云平台控制系统，通过云平台控制系统对田间数据进行分析，并生成适合农作物生长的施肥灌溉方案指令，该指令通过通信传输系统传送到配比施肥机控制终端，由配比施肥机控制终端指令控制肥料和水分的输出，同时将肥料和水分输出量数据回传至云平台控制系统。

优选的：所述的云平台控制系统包括基于区块链的农业物联网算法平台和数据监测平台，田间数据检测装置将收集到的田间数据上传到区块链的农业物联网算法平台中的各个服务器节点，由各节点进行数据的储存，由区块链的农业物联网算法平台中的算法程序分析田间数据，并生成适合农作物生长的施肥灌溉方案指令；所述的数据监测平台作为移动端查看田间数据。

优选的：所述的区块链的农业物联网算法平台中的算法为基于遗传算法改进的广义回归神经网络算法，该算法利用遗传算法将原始数据组通过函数运算得到近似解，并且代代相传，得到最优的遗传因子，并将最优遗传因子输出到广义回归神经网络算法中进行预测，得出农作物生长各时期配比施肥量的最优解，其中原始数据为过去年份农作物生长各时期的总配比施肥量、作物生长各时期配比施肥量和总灌溉量。

优选的：所述的田间数据检测装置包括田间传感系统、传感器电力系统和单片机控制系统，田间传感系统包括土壤湿度传感器、温度传感器、水分传感器、电导率/ph值传感器、微气象传感器和置于施肥机出料口的流量传感器，所述的田间传感系统采集影响农作物生长的数据，并利用单片机控制系统存储和整合采集到的数据，整合后的数据由通信传输装置打包上传至云平台控制系统；所述的传感器电力系统为田间传感系统提供电力，传感器电力系统由蓄电池进行供电，并利用太阳能电池板在日间充电。

优选的：所述的通信传输系统包括rs485通讯模块和nb-iot通信模块，rs485通讯模块与通过单片机控制系统与田间传感系统通讯；nb-iot通信模块将田间数据检测装置采集的田间数据传送到通信传输系统。

优选的：所述的配比施肥机控制终端包括plc主控系统和施肥机，plc主控系统包括plc控制器、供电模块和可视化人工操作面板；所述的施肥机包括灌水阀和电磁阀，plc控制器分别通过两个泵阀控制箱与灌水阀和电磁阀连接，灌水阀和电磁阀与流量传感器连接，施肥机还包括作业系统和原料罐，作业系统和原料罐均由plc控制器控制。

本发明具有以下有益效果：本发明涉及一种基于区块链结构的云算法平台控制灌溉施肥的系统，本发明的田间数据检测装置将检测到的影响农作物生长的重要数据通过通信传输装置上传到云平台控制系统中的各个服务器节点，由各节点进行数据储存，利用终端与终端间的信任机制维护彼此的稳定，以此来降低因某一个节点的数据丢失或被劫持对整个数据平台的危害，并且为日后的数据溯源提供有力的依据，因为上传到各节点的数据无法进行全部更改，这样数据一旦上传至云端，便无法进行人为的变动，实现了对作物生产数据记录的透明化，增加数据可靠性，并对作物生产溯源起到了重要的数据支持作用，对保障食品安全有着重要意义。同时经由区块链的农业物联网算法平台中的算法分析田间数据，并制定最适合农作物生长周期的施肥灌溉方案指令，将该指令传送到配比施肥机控制终端，由终端执行算法平台输出的数据指令控制肥料和水分的自动输出，减少人工管理的同时，使灌溉施肥达到用料最佳，操作便捷，省时省力的效果。并且本系统解决了仅凭人工无法得知作物生长精确状况的问题，有利于工作人员根据大量的数据对现场发生的情况进行科学的分析，为农作物生长发明的研究节省了大量的信息采集时间，以及增加了科学研究的可参考度。

附图说明

图1是本发明的系统总示意图；

图2是本发明实行灌溉施肥工作示意图；

图3是区块链的农业物联网算法平台中的算法流程图；

图4是stm32单片机工作流程图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他的实施例，都属于本发明的保护范围。

结合说明书附图1至图4说明本发明的具体实施方式，具体说明如下：

一种基于区块链结构的云算法平台控制灌溉施肥的系统的总示意图如图1所示，该系统包括田间数据检测装置、通信传输系统、配比施肥机控制终端和云平台控制系统，田间数据检测装置将收集到的田间数据通过通信传输装置上传到云平台控制系统，通过云平台控制系统对田间数据进行分析，并生成适合农作物生长的施肥灌溉方案指令，该指令通过通信传输系统传送到配比施肥机控制终端，由配比施肥机控制终端指令控制肥料和水分的输出，同时将肥料和水分输出量数据回传至云平台控制系统。如此设置，本系统将分布式云平台数据终端作为节点，各个节点的链接依据安全共识机制，形成区块链。基于区块链技术下的本系统，不仅可以将传感器采集到的数据及时上传至多个云端，而且可以实现区域共享，提高工作效率，此外，本发明还将田间灌溉与施肥量的数据安全有效地收集处理，给消费者提供真实可靠的信息。由于节点间建立了安全共识机制，这就可以确保整个通信系统和云平台数据的稳定性，利用终端与终端间的信任机制维护彼此的稳定，以此来降低因某一个节点的数据丢失或被劫持对整个系统的危害。

所述的云平台控制系统包括基于区块链的农业物联网算法平台和数据监测平台，田间数据检测装置将收集到的田间数据上传到区块链的农业物联网算法平台中的各个服务器节点，由各节点进行数据的储存，由区块链的农业物联网算法平台中的算法程序分析田间数据，并生成适合农作物生长的施肥灌溉方案指令；所述的数据监测平台作为移动端查看田间数据。如此设置，采用区块链的云端结构可以将传感器采集到的数据经上传至多个云端，有效地防止采集数据或数据流动时产生数据丢失或者遭受攻击的情况。同时使经数据分析生成的施肥灌溉方案指令上传到移动端以及plc主控系统，利用区块链结构的云端算法控制分析，实现作物的精准自动施肥的同时还能实现对作物施肥量、灌溉量数据的记录上传，并且所有的数据录入区块链之后都很难被篡改或造假。并且数据监测平台，用以记录各种作物生长的有效数据，包括土壤数据，微气象数据，以及物料输入的数据等，将这些数据发送到各个云端数据节点，以此来构建一个坚固的农作物生长溯源系统，保证了农作物整个生长周期都有真实可靠稳定的数据支持，从而增加消费者对经由本系统照料的作物的信任度，以及增加了科学研究的可参考度。

所述的区块链的农业物联网算法平台中的算法为基于遗传算法改进的广义回归神经网络算法，该算法利用遗传算法将原始数据组通过函数运算得到近似解，并且代代相传，得到最优的遗传因子，并将最优遗传因子输出到广义回归神经网络算法中进行预测，得出农作物生长各时期配比施肥量的最优解，其中原始数据为过去年份农作物生长各时期的总配比施肥量、作物生长各时期配比施肥量和总灌溉量。如图3所示，的区块链的农业物联网算法平台中的算法可自动分析预测以及反馈灌溉施肥方案，该算法采用基于遗传算法改进的广义回归神经网络算法(generalregressionneuralnetworkalgorithm,grnn),它是径向基函数网络的另外一种形式。这种网络的非线性逼近能力很优秀，很适合解决曲线拟合的问题，即采用这种算法，可以良好地解决由氮磷钾配量数据生成的曲线的拟合预测问题。在未经改进的grnn算法逻辑中，平滑因子的取值不一定为该模型的最优解，会影响预测精度。为此，本发明引入遗传算法，这种算法可以将原始数据组通过函数运算得到近似解，并且会代代相传，得到最优的遗传因子。因此可利用遗传算法的这种特性，解出氮磷钾配比最优解的相关平滑因子，并将相关平滑因子输出到grnn神经网络中进行数据训练，从而得出未来作物生长各时期配比施肥量的最佳值，通过这种改良算法对先前积累的配比施肥量年数据不断地重复学习和优化，这个最优解所得到的施肥量数据作用于作物将使预测亩产量越来越逼近实际亩产量，最后达到不断优化实际亩产量的效果。

所述的田间数据检测装置包括田间传感系统、传感器电力系统和单片机控制系统，田间传感系统包括土壤湿度传感器、温度传感器、水分传感器、电导率/ph值传感器、微气象传感器和置于施肥机出料口的流量传感器，所述的田间传感系统采集影响农作物生长的数据，并利用单片机控制系统存储和整合采集到的数据，整合后的数据由通信传输装置打包上传至云平台控制系统；所述的传感器电力系统为田间传感系统提供电力，传感器电力系统由蓄电池进行供电，并利用太阳能电池板在日间充电。如此设置，田间数据监测装置由蓄电池进行供电，并利用太阳能电池板在日间不断的充电，通过将土地划分成网格，每个网格内采用嵌入式传感网络，布置所述若干功能不同的传感器，每公顷大概布置十个左右不同种类的土壤传感器，其中所述土壤湿度传感器将根据作物不同生长时期的根系长度在土壤内由浅到深进行安放，田间传感系统收集到的数据上传到云平台算法分析系统，进行算法精准分析，预测出最适合作物各个生长周期的施肥灌溉方案。传感器装置和stm32单片机通过传感器电力系统供电启动，stm32单片机控制系统根据如图4所示的流程工作，使土壤湿度传感器、温度传感器、水分传感器、电导率、ph值传感器、微气象传感器、置于施肥机出料口的流量传感器正常工作，这些传感器能够实时监测作物生长环境以及作物生长状况，工作人员能够在云平台数据监测中心的移动端查看数据，以便辅助整个系统正常运行。

所述的通信传输系统包括rs485通讯模块和nb-iot通信模块，rs485通讯模块与通过单片机控制系统与田间传感系统通讯；nb-iot通信模块将田间数据检测装置采集的田间数据传送到通信传输系统。如此设置，如图1所示，远距离传输端采用nb-iot通信模块，将田间传感系统采集的农业数据传送到云平台，nb-iot通信模块，是一种强链接、高覆盖、低功耗、低成本的通信模块。可以满足在农村、乡镇城市的广覆盖需求，利用nb-iot模块将设备接入电信iot平台，实现将田间数据监测装置的数据上传、数据查看；下传采用rs485通讯与传感器网络通信，使单片机控制系统获取田间传感网络数据。

所述的配比施肥机控制终端包括plc主控系统和施肥机，plc主控系统包括plc控制器、供电模块和可视化人工操作面板；所述的施肥机包括灌水阀和电磁阀，plc控制器分别通过电动泵阀控制箱与灌水阀和电磁阀连接，灌水阀和电磁阀与流量传感器连接，施肥机还包括作业系统和原料罐，作业系统和原料罐均由plc控制器控制。如此设置，如图2所示，利用plc主控系统执行指令，通过交换机使plc控制器进行田间作业，该配比施肥机控制终端包括与通信传输系统相连的plc主控系统和控制作业系统，plc主控系统包括plc计算机控制系统，可视化操作界面，plc控制器和电动泵阀控制箱，plc计算机控制系统包括远程控制计算机、本地管理计算机，分别用于传输指令信息给plc控制器和显示数据在可视化操作界面，plc控制器设有灌水阀以及电磁阀，控制器与两阀门均设有电动泵阀控制箱，通过plc内部的i/o板连接；控制作业系统与plc控制器连接，包括灌溉作业系统、液位计、原料罐，能根据传输到plc控制器的指令进行自动控制灌溉和施肥，实现自动进行作业，大大减少了人工操作的繁琐程度。并且设置在施肥机出料口的流量传感器在机器灌溉、施肥时根据通过实时的流量监测来获取物料的输出数据，并将这些数据传到单片机控制系统中，再传到云端的各节点上，进行数据的记录，给作物的生产链提供透明可靠的营养输送数据。

本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。