基于“互聯網+”模式的水肥一體機智能終端設計.pdf

基 于 互 聯 網 模式的水肥一體機智能終端設計 楊超輝 永城職業(yè)學院 河南 永城 nullnullnullnullnullnull 摘 要 以水肥一體機灌溉過程為研究對象 對農業(yè)生產自動灌溉和施肥控制方式進行分析 采用 互聯網 null 模式建立水肥一體機智能控制終端系統(tǒng) 系統(tǒng)通過傳感器進行土壤濕度和肥力采集 形成土壤墑情監(jiān)測控制模 塊 并采用數據分析的方式進行傳感數據分析處理 生成系統(tǒng)灌溉施肥控制指令 系統(tǒng)測試結果表明 水肥一體 智能終端能夠有效地進行數據采集與傳輸 在灌溉控制過程中水肥一體機自動生成的灌溉控制指令與計算結果 相符 系統(tǒng)具有較高的可靠性 關鍵詞 水肥一體機 智能終端 監(jiān)測控制 互聯網 null 中圖分類號 S224 4 文獻標識碼 A 文章編號 1003 188X 2023 06 0231 04 0 引言 灌溉是農業(yè)生產過程的重要環(huán)節(jié) 作物產量與灌 溉用水量之間具有直接關系 而農業(yè)灌溉要求在不影 響產量的條件下盡可能降低灌水量 null 灌溉控制系 統(tǒng)是農業(yè)生產智能灌溉的重要組成部分 其能夠根據 作物生長狀態(tài)需求設定不同的灌溉頻率 灌溉開始時 間及灌溉時長 并可根據環(huán)境參數進行灌溉適應性調 整 null 隨著信息化技術和網絡技術的發(fā)展 利用互聯 網技術進行農業(yè)生產數據利用 為智能灌溉提供參數 依據 成為一種新的智能農業(yè)灌溉方式 nullnull null 筆者基于互聯網技術 設計了一種循環(huán)神經網絡 控制的水肥一體機控制系統(tǒng) 可根據作物的生長狀態(tài) 和生長參數 結合互聯網農業(yè)專家信息數據 實現自 動控制作物灌溉量和施肥量 達到作物生長過程精準 灌溉的目的 1 水肥一體機終端系統(tǒng)設計 水肥一體機控制系統(tǒng)是一種基于無線網絡傳感 的智能化參數監(jiān)測控制系統(tǒng) 采用傳感器進行作物生 長狀態(tài)和環(huán)境參數采集 并通過無線網絡拓補結構進 行數據分析與交互 null 為保證水肥一體智能控制系 統(tǒng)具有較好的信息性能 采用任務調度功能進行環(huán)境 參數采集分析 影響因素分析 采用能源動態(tài)消耗的 收稿日期 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 基金項目 河南省高等教育教學改革研究與實踐項目 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull 作者簡介 楊超輝 nullnullnullnullnull 男 河南商丘人 講師 碩士 nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull 方式進行參數調整 從而使智能灌溉控制過程中的數 據傳輸頻率 傳感器采樣頻率及數據分辨率能夠根據 環(huán)境需求進行動態(tài)變化 null 當系統(tǒng)內某一項參數發(fā) 生變化時 任務調度模塊能夠觸發(fā)其他傳感器 自適 應地進行控制系統(tǒng)參數調整和優(yōu)化 并配置新的參數 文件 整個任務調度過程依靠系統(tǒng)內部網絡數據節(jié)點 和互聯網進行信息交互 null 圖 null 為水肥一體機終端系統(tǒng)網絡架構 在系統(tǒng) 中 獨立的傳感器節(jié)點能夠通過局域網關節(jié)點訪問互 聯網 實現傳感器信息數據與互聯網數據的融合對 比 同時 互聯網能夠將系統(tǒng)內部控制信息和數據進 行自動化分配 通過互聯網中心建立不同控制終端之 間的數據共享 并對設備進行訪問 圖 null 水肥一體機終端系統(tǒng)網絡架構 nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull 根據水肥一體機功能要求 基于互聯網模式設計 nullnullnull nullnullnullnull 年 null 月 農 機 化 研 究 第 null 期 DOI 10 13427 ki njyi 2023 06 037 了智能水肥一體機控制系統(tǒng) 能夠根據農業(yè)生產過程 的需求 進行農田參數信息的采集 分析處理 匯集管 理 并對水肥一體機工作過程進行智能化控制 null 圖 null 為水肥一體機智能控制系統(tǒng)功能框圖 圖 null 水肥一體機終端系統(tǒng)功能框圖 nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull 2 水肥一體機功能模塊設計 水肥一體機智能終端采用互聯網 null 的組合平臺進 行開發(fā)設計 保證終端系統(tǒng)應用過程中具有較高的系 統(tǒng)穩(wěn)定性和網絡安全性 且能夠較好地進行終端功能 擴展 null 根據水肥一體機系統(tǒng)需求分析和系統(tǒng)功能設計 要求 設計的水肥一體機智能終端功能模塊主要包含 農業(yè)墑情監(jiān)測控制模塊 系統(tǒng)數據傳輸與存儲模塊 水肥一體化智能控制模塊以及農田數據分析模塊 農業(yè)墑情監(jiān)測控制模塊主要將農田內的墑情相 關傳感器監(jiān)測數據進行分析 同時將監(jiān)測數據通過局 域網關發(fā)送至互聯網系統(tǒng) 水肥一體智能終端實時進 行數據查看 同時在授權下進行數據相關存儲及發(fā)送 操作 農田墑情監(jiān)測控制模塊也是一種墑情數據采集 過程 null 水肥一體機墑情監(jiān)測控制模塊在進行狀態(tài) 監(jiān)測時能夠獲取相關監(jiān)測對象的位置信息 同時對各 傳感系統(tǒng)的通信網絡結構進行優(yōu)化 系統(tǒng)數據傳輸與存儲模塊工作對象為水肥一體 智能系統(tǒng)終端對象屬性數據和系統(tǒng)傳感器采集監(jiān)測 數據 對象屬性數據主要指系統(tǒng)內的傳感器對象和 執(zhí)行機構 傳感器對象包含系統(tǒng)內的溫度傳感器 濕 度傳感器以及其他參數傳感器等監(jiān)測裝置 執(zhí)行結構 是水肥一體智能系統(tǒng)內自動控制裝置所攜帶的相關 傳感器 在工作過程中能夠按照水肥的控制要求進行 調節(jié) 灌溉或者噴灑 系統(tǒng)數據傳輸與存儲模塊主要 用于對傳感器數據進行管理 且不參與數據傳輸過程 中的網絡建立步驟 當數據傳輸模塊接收到傳感器 數據時 在初始狀態(tài)對傳感數據進行分析 判斷當前 環(huán)境內是否存在異常 并對變換后的環(huán)境參數信息進 行計算 表 null 為水肥一體機智能系統(tǒng)監(jiān)測數據類型 表 null 系統(tǒng)監(jiān)測數據類型 nullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull 變量類型 變量 變量類型 分類 環(huán)境變量 溫度 濕度 風速 風向 光照 氣壓 作物變量 土壤變量 作物類型 生長環(huán)境 生長狀態(tài) 溫度 濕度 微量元素 農田數據監(jiān)測分析模塊主要對傳感采集數據進 行分析查詢 并可對歷史采集數據進行查看 通過對 當前數據進行分析 可生成當前控制對象的狀態(tài) 并 對監(jiān)測區(qū)域內的相關作物生長狀態(tài)進行分析 與歷史 生長狀態(tài)相關參數數據進行對比 從而形成當前控制 指令 nullnull 在灌溉系統(tǒng)監(jiān)測分析過程中 對當前區(qū)域內 的農田信息及作物生長狀態(tài)進行假設 計算出水肥一 體控制要求 同時分析作物的產量和增產率 當傳感 數據發(fā)生變化時 對控制參數進行微調 并將該理論 計算參數作為水肥一體機工作初始指令 nullnull 圖 null 為 水肥一體機控制過程分析圖 圖 null 水肥一體機控制過程分析圖 nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull 3 控制系統(tǒng)設計 所設計的水肥一體機控制系統(tǒng)基于互聯網 null 建 立 能夠準確計算得出灌溉時長 灌溉水量及施肥量 確?？刂茀^(qū)域內的作物能夠保持在最佳水分條件和 肥力條件下進行生長 nullnull 圖 null 為水肥一體機控制器 結構框圖 nullnullnull nullnullnullnull 年 null 月 農 機 化 研 究 第 null 期 圖 null 水肥一體機控制器結構框圖 nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull 控制系統(tǒng)根據設定的灌溉需求對灌溉參數進行 預測 計算出所需的灌溉周期 對灌溉后的作物土壤 墑情進行估計 并根據計算結果和預測結果之間的偏 差值進行周期的增減 直到估計值與初始值相符 對 控制結果的監(jiān)測反饋 主要通過作物生長狀態(tài)進行判 斷 同時在控制初始條件的給定過程中要充分考慮作 物對水肥的使用量要求 作物的生長過程狀態(tài)以及生 長環(huán)境的氣候特征 4 系統(tǒng)測試分析 利用互聯網 null 建立水肥一體機智能終端 同時對 其進行系統(tǒng)試驗 主要分為系統(tǒng)模塊內傳感器測試 數據傳輸的有效性測試以及灌溉過程測試 傳感器 與數據傳輸測試結果如表 null 所示 表 null 傳感器與數據傳輸測試結果 nullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull 測試對象 測試內容 測試結果 傳感器 傳感器是否接入控制系統(tǒng) 傳感器接入 傳感器數據信息屬性 獲取單一傳感器數據信息屬性 數據傳輸 傳感器發(fā)送數據 收到傳感器數據 執(zhí)行機構發(fā)送數據 收到執(zhí)行機構數據 向執(zhí)行機構發(fā)送指令數據 執(zhí)行機構接收到控制指令數據 在灌溉試驗過程中 通過將傳感器監(jiān)測到的土壤 濕度和肥力與作物生長需求進行對比 計算得出理論 灌水量 施肥量及灌溉時長 并實際監(jiān)測水肥一體機 的執(zhí)行結果 驗證水肥一體機灌溉過程可靠性 試驗 過程中 分別在相同面積的 null 塊不同區(qū)域內進行試 驗 每一區(qū)域內設置 null 個采集點進行環(huán)境數據采集 灌溉過程可靠性試驗數據如表 null 所示 表 null 灌溉過程可靠性試驗數據 nullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull 區(qū)域 土壤 持水量 nullnull 土壤 肥力 nullnull 理論計算值 灌水量 nullnull null 施肥量 nullnull 灌溉時長 nullnullnullnull 實際執(zhí)行結果 灌水量 nullnull null 施肥量 nullnull 灌溉時長 nullnullnullnull null nullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnull null nullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnull null nullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnull 年 null 月 農 機 化 研 究 第 null 期 5 結論 水肥一體機智能灌溉系統(tǒng)能夠實現農田內土壤 墑情的動態(tài)監(jiān)測 對墑情進行實時預報 同時生成灌 溉決策指令 對灌溉過程進行有效監(jiān)測 從而有效進 行農田水分和土壤肥力的管理 優(yōu)化灌溉過程資源配 置 提高作物種植經濟效益 達到環(huán)保 節(jié)約的目的 參考文獻 null 秦磊磊 王富軍 胡樹冉 等 null基于互聯網的水肥一體化精 量控制系統(tǒng) null null物聯網技術 nullnullnullnull nullnull null nullnull nullnullnullnull null 徐振軍 張建新 null用水戶參與灌溉管理的灌區(qū)智慧水務建 設探討 null null水利發(fā)展研究 nullnullnullnull nullnull null nullnull nullnullnull nullnullnull null 朱庚華 王碩飛 張佳佳 等 null基于藍牙和互聯網技術的草 坪智能灌溉系統(tǒng)的設計 null null科技風 nullnullnullnull null null nullnullnull null 周杰 劉寶 徐夢穎 等 null智慧農業(yè)工程中的物聯網 算法分 析及設計技術 null null科技與創(chuàng)新 nullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnull nullnullnull null 管廷存 null基于農田灌溉監(jiān)測管理技術應用 null null水科學與工 程技術 nullnullnullnull null nullnull nullnullnullnull null 鐘峰 唐緒偉 null基于移動互聯網的智能灌溉系統(tǒng)設計與開 發(fā)研究 null null數字通信世界 nullnullnullnull null nullnullnullnull null 包萬才 null物聯網技術在現代農業(yè)節(jié)水灌溉中的應用研究 null null農業(yè)與技術 nullnullnullnull nullnull null nullnullnull nullnullnullnull null 劉泉生 盧志翔 null基于移動互聯網的智能灌溉系統(tǒng)設計與 開發(fā) null null信息與電腦 理論版 nullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnull null 高麗彬 金焱 null基于移動互聯網的智能灌溉系統(tǒng)設計與開 發(fā) null null信息與電腦 理論版 nullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnull 李惠鈞 李雙冰 null基于移動互聯網的智能灌溉系統(tǒng)設計與 開發(fā) null null山西農經 nullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnull 王蓓 張娜 周和平 等 null基于互聯網的農業(yè)灌溉監(jiān)測管理 設計與實現 null null灌溉排水學報 nullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnull 李惠鈞 李雙冰 null基于移動互聯網的智能灌溉系統(tǒng)設計與 開發(fā) null null山西農經 nullnullnullnull nullnull nullnullnull Design of Intelligent Terminal of Water Fertilizer Integrated Machine Based on Internet Mode nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull Abstract nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull Key words nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull 年 null 月 農 機 化 研 究 第 null 期