一种云控制水肥药械一体化智能系统

1.本发明涉及一种灌溉施肥用药及机械设备管理装备，尤其涉及一种云控制水肥药械一体化智能系统。


背景技术：

2.目前我国农业生产问题仍存在生产效率低、机械化水平不高、成本高、管理粗放问题。在水肥管理过程中，漫灌、沟灌等粗放式灌溉施肥方式，会浪费大量水和肥料，再加上药物的滥用，引起土壤板结、生态环境恶化，不仅会对土壤和环境造成严重的污染，还会导致产业效益下降。同时粗略和人工化的机械设备管理也会极大浪费的人力资源，不利于机械设备精细化和信息化管理。现有的水肥药一体化系统多侧重于灌溉施肥用药设备本身的研究和设计，忽略了与云端系统功能的扩展和交互，并且现有的水肥药一体化系统功能单一，仅限水肥药一体化设备的管控，忽略了机械设备的信息化管理。
3.综上所述，在现有水肥药一体化技术中对于水肥药的精准灌溉和与机械设备统一信息化管理的问题，尚缺乏有效的解决方案。


技术实现要素：

4.为了解决上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种云控制水肥药械一体化智能系统，对种植区气象信息和土壤环境信息进行监测，实现了根据种植区气象信息和土壤环境信息对作物的灌溉施肥用药的精准预测，实现了对水肥药一体化灌溉首部的远程控制，实现了对种植区机械设备的信息化管理。
5.本发明所采用的技术方案是：一种云控制水肥药械一体化智能系统，包括环境监测系统、设备云控制系统、水肥药灌溉系统、机械设备管理系统、水肥药预测系统。
6.所述的环境监测系统，用于采集风速、风向、大气压强、大气湿度、大气温度、降雨量、土壤墒情、土壤酸碱度信息，并通过对应传感器连接的lora通讯模块传输至网关，再由网关无线传输云平台。
7.所述的设备云控制系统将用户下发的指令无线传输至水肥药一体化灌溉首部，通过水肥药一体化灌溉首部完成对作物的手动灌溉、手动施肥和手动用药。
8.所述的水肥药灌溉系统将在用户设定时间内，自动将用户设定的对应指令下发至水肥药一体化灌溉首部，通过水肥药一体化灌溉首部完成对作物的自动灌溉、自动施肥和自动用药。
9.所述的机械设备管理系统定期将机械设备的启动信息、关闭信息和故障信息通过无线信号传送给云端管控模块，并在机械设备在启动作业之后，定期通过gps模块获取该机械装备的定位坐标，并形成该机械装备的作业路径图，最后将以上机械装备信息通过该平台反馈给用户。
10.所述的水肥药预测系统将环境监测系统采集气象信息和土壤信息进行统一处理，通过调用神经网络算法预测灌溉量，通过参考建立的对应作物各阶段施肥量专家数据库预
测施肥量，通过参考建立的对应作物用药专家数据库预测用药量，最后将预测的水肥药信息定期反馈给用户。
11.进一步的，所述的环境监测系统包括气象信息采集模块、土壤信息采集模块和数据无线传输模块。
12.进一步的，所述的气象信息采集模块包括空气温度传感器、空气湿度传感器、雨量传感器、风向传感器、风速传感器、大气压强传感器，所述的土壤信息采集模块包括土壤墒情传感器、土壤酸碱度传感器。所述的数据无线传输模块包括每个传感器配备的lora无线通信模块和一个总lora无线网关，其中所述的lora无线通信模块通过485信号线与对应传感器相连接，获取传感器监测的数据，然后将数据通过lora信号传输到所述的总lora无线网关，最后由lora无线网关传输至服务器。
13.进一步的，所述的设备云控制系统包括云端控制模块和水肥药一体化灌溉首部。
14.进一步的，所述的云端控制模块包括电脑终端和移动设备终端两种，电脑终端由网页控制，将用户设定的控制信号通过云服务器为中介传输给水肥药一体化灌溉首部，移动设备终端由对应app控制，将用户设定的控制信号通过云服务器为中介传输给水肥药一体化灌溉首部。所述的水肥药一体化灌溉首部包括主水泵、蓄水池、第一过滤器、药液罐、微量元素肥液罐、大量元素肥液管、混合罐、第二过滤器、压力传感器、液位传感器、ec传感器、ph传感器、电动阀门和现场远程控制柜组成，以上所述的组成设备均与控制柜中的plc控制器进行连接，受控制柜plc控制器控制。plc控制器收到云端控制模块下发的指令，然后控制相应组成设备完成下发指令。
15.进一步的，所述机械设备管理系统包括机械设备管理模块、gps定位模块和云端管控模块。
16.进一步的，所述的机械设备管理模块定期将机械设备的启动信息、关闭信息和故障信息通过无线信号传送给云端管控模块。所述的gps定位模块会在机械设备运行后每间隔一段时间后，通过机械设备上安装的gps定位器，将其定位信息通过无线信号传送给云端管控模块。所述的云端管控模块将机械设备管理模块和gps定位模块发送的信息进行可视化，通过模块后台将所有信息制作成对应机械设备的日志及档案，通过平台反馈给用户查看。
17.进一步的，所述的水肥药预测系统定期通过云端处理器将所有传感器传输到的数据进行预处理，对预处理后的相应数据进行分析，通过调用神经网络算法预测灌溉量，通过参考建立的对应作物各阶段施肥量专家数据库预测施肥量，通过参考建立的对应作物用药专家数据库预测用药量，最后通过该系统将所有信息反馈给用户。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）本发明对气象环境信息和土壤环境信息进行了实时监测，实现了对气象环境信息和土壤环境信息的统一管理，作为水肥药施用系统的执行依据，并通过这些环境信息和大数据人工智能算法，实现了对该作物的灌溉、施肥和用药的预测，达到精准灌溉、施肥和用药。
19.（2）本发明将机械设备的智能管理和水肥药一体化技术相整合，实现了一个综合的智慧农业应用平台。对机械设备的智能管理可有效减少不必要的人工资源的浪费，对农业机械装备进行清晰化、数字化管理。
20.（3）本发明模块化设计灌溉系统、施肥系统和施药系统，低处灌溉施肥管路和高处施药管路进行分离式设计，每个系统即可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
21.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
22.图1是云控制水肥药械一体化智能系统结构示意图。
23.图2是云控制水肥药械一体化智能系统框架示意图。
24.图3是云控制水肥药械一体化智能系统云控制平台总体框架。
25.其中，附图标记为：0、主水泵；1、蓄水池；2、电动阀门；3、第一过滤器；4、压力传感器；5、液位传感器；6、药液罐；7、电动阀门；8、液位传感器；9、微量元素肥液罐；10、电动阀门；11、液位传感器；12、大量元素肥液罐；13、电动阀门；14、液位传感器；15、混液罐；16、第二过滤器；17、压力传感器；18、ec传感器；19、ph传感器；20、电动阀门；21、电动阀门；22、电动阀门；23、电动阀门；24、电动阀门；25、电动阀门；26、电动阀门；27、现场远程控制柜；28、风速传感器；29、大气压强传感器；30风向传感器；31、大气温度传感器；32、大气湿度传感器；33、太阳能电池板；34、雨量传感器；35、lora通信模块；36、土壤墒情传感器1；37、土壤酸碱度传感器；38、土壤墒情传感器2；39、lora通信模块；40、gps模块；41、分控制器；42、无线传输模块；43、lora智能网关；44、云端服务器；45、计算机；46、平板电脑；47、智能手机。
具体实施方式
26.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实用例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为本发明的限定。
27.图1是云控制水肥药械一体化智能系统结构示意图。如图1所示，该云控制水肥药械一体化智能系统包括环境监测系统、设备云控制系统、水肥药灌溉系统、机械设备管理系统、水肥药预测系统。
28.所述的环境监测系统，用于采集种植区的大气温度、大气湿度、降雨量、风速、风向、光照、大气压强、土壤墒情和土壤酸碱度信息，由对应模块通过无线传输至网关，再由网关传输至云端控制平台，最后由云端控制平台进行数据的显示。
29.具体地，所述的环境信息监测装置包括设置在地面的支撑杆、设置在支撑杆上部的风速传感器28、大气压强传感器29、风向传感器30、大气温度传感器31、大气湿度传感器32、太阳能电板33、设置在地面的雨量传感器34，以及设置在地下的土壤墒情传感器36、土壤酸碱度传感器37、土壤墒情传感器38。对应传感器监测对应信息，并将监测信息通过485信号线传输至lora通信模块35和39，再由lora通信模块35和39通过lora信号无线传输至lora智能网关43，最后由lora智能网关43传输至云端服务器44。其中，太阳能电板3负责将太阳能转化为电能从而为支撑杆上部的设备供电。
30.所述的设备云控制系统，用于将用户下发的指令无线传输至水肥药一体化灌溉首
部，通过水肥药一体化灌溉首部完成对作物的手动灌溉、手动施肥和手动用药；具体地，所述的水肥药一体化灌溉首部装置包括蓄水池1、电动阀门2、第一过滤器3、压力传感器4、液位传感器5、药液罐6、电动阀门7、液位传感器8、微量元素肥液罐9、电动阀门10、液位传感器11、大量元素肥液罐12、电动阀门13、液位传感器14、混液罐15、第二过滤器16、压力传感器17、ec传感器18、ph传感器19、电动阀门20、电动阀门21、电动阀门22、电动阀门23、电动阀门24、电动阀门25、电动阀门26、现场远程控制柜27。水肥药一体化灌溉首部设备由现场远程控制柜27中的plc控制器进行连接，受控制柜plc控制器控制。plc控制器收到云端控制平台下发的指令，然后控制相应组成设备完成指令下发。
31.所述的水肥药灌溉系统包括灌溉任务下达模块、施肥任务下达模块和用药任务下达模块。以上所述的三个模块均具有云端任务下达功能。
32.具体地，用户可设定在未来某一时间段和某一地块的灌溉量、施肥量和用药量。水肥药灌溉系统会判定是否到达预定时间，如果到达预定时间则将后台已经由管理人员编辑完成的对应任务的控制指令下发给水肥药一体化灌溉首部，进而完成相应的控制任务，实现对作物的自动灌溉、自动施肥和自动用药。
33.所述的机械设备管理系统，通过机械设备上安装的控制模块和gps定位模块，将该机械设备信息无线传输至云端控制平台，该平台会定期将机械设备作业信息制作成对应机械设备的作业日志及档案，通过平台反馈给用户查看。
34.具体地，所述的机械设备管理系统包括机械设备上的gps定位模块40、分控制器41、无线传输模块42。所述的gps定位模块40会在机械设备运行后每间隔一段时间后，通过机械设备上安装的gps定位器，将其定位信息通过无线信号传送给云端管控平台。所述的分控制器41将该机械装备的启动信息、关闭信息和故障信息通过无线传输模块42传送给云端管控平台。所述的云端管控平台将机械设备管理模块和gps定位模块发送的信息进行可视化，通过平台后台将所有信息制作成对应机械设备的作业日志及档案，再由平台反馈给用户查看。
35.所述的水肥药预测系统定期通过云端处理器将所有传感器传输到的数据进行预处理，对预处理后的相应数据进行分析，通过调用神经网络算法预测灌溉量，通过参考建立的对应作物各阶段施肥量专家数据库预测施肥量，通过参考建立的对应作物用药专家数据库预测用药量，最后通过该系统将所有信息展示给用户。用户可用该信息做参考，下达相应的灌溉、施肥和用药任务。
36.具体地，一种云控制水肥药械一体化智能系统的远程终端包括计算机45、平板电脑46和智能手机47。所述的智能手机47和平板电脑46通过系统对应的app管理界面进行环境监测数据的查看、水肥药一体化灌溉首部的控制、水肥药一体化任务的下达、机械设备信息的查看、水肥药预测信息的查看。所述的计算机45则通过pc端网页进行环境监测数据的查看、水肥药一体化灌溉首部的控制、水肥药一体化任务的下达、机械设备信息的查看、水肥药预测信息的查看。
37.以上所述,以上实施例仅用以说明本技术的技术方案,而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。