一种设施农业环境智能控制方法技术

技术编号:14553693 阅读:157 留言:0更新日期:2017-02-05 02:53
本发明专利技术提供一种设施农业环境智能控制方法,其通过采集农作物所处环境的温度、湿度、风速、土壤养分浓度、土壤PH值和农作物的反射光谱,实现了远程对农业的温度、湿度、光照等参数的测量,并通过过执行机构来实时监测农业现场的温度、湿度等情况,并能够远程监控农作物的病虫害等病虫害,能够对农业的发展状况作出及时、正确的判断,有效的防止了农业出现的病虫害、干枯等问题,同时,本发明专利技术能够防患未然,对监测的各个参数信息发送给监控人员,并能够根据监测的各个参数对执行机构进行自动控制,提高了农业设施的智能化,此外,还设置了手动控制模式,必要时根据需要实现手动人为控制,以便实现人机交互的模式。

Intelligent control method for facility agriculture environment

The invention provides a facility agriculture environment intelligent control method, the environmental temperature, humidity, wind speed, soil nutrient concentration, soil pH and crop are collected by crop reflectance spectroscopy, the measurement of temperature, humidity, remote agricultural light and other parameters, and the implementing agencies to monitor agricultural field temperature and humidity, and remote monitoring of crop pests and diseases, the development of agriculture can make timely and correctly, can effectively prevent pests damage, dry agriculture and other issues, at the same time, the invention can monitor various parameters to prevent trouble before it happens, the information sent to the the monitoring personnel, and can carry out the automatic control of the actuator according to each parameter monitoring, improve the intelligent agricultural facilities, in addition, also set up a hand Dynamic control mode, if necessary, to achieve manual control, in order to achieve human-computer interaction model.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及设施农业智能控制
,具体为一种设施农业环境智能控制方法,属于农业工程

技术介绍
随着我国综合国力的发展,农民增收难和日益短缺的能源危机逐渐成为农村发展的最大阻碍。大力发展农业科技、实现农业现代化,是改变农村落后面貌、提高农民收入的根本途径。而智能化农业,是指在相对可以控制的条件下,实现工业化生产,从而实现集约的可持续发展。智能农业是先进的、开放的领域,技术规格配套,生产的集约化管理模式、效率高。这是一个集科研,生产,加工,销售,实现周年,全天候,反季节生产企业规模;它集成了当代生物工程技术、农业工程学、农用新材料学等部分学科,以现代智能农业设备为基础且具备高科技,高产值,高产出率和高生产率,是一个跨世纪农业新技术革命的国家项目。智能农业通过在温室环境参数实时采集温度,土壤温度、湿度和光信号的影响,湿度,露点温度,自动开启或关闭指定的装置。能够按照用户的需求,随时随地进行处理,对自动监控检测综合农业生态信息、自动控制环境参数和为智能化的管理提供有力的科学证明。温度传感器模块采集到温度信号后,经由无线收发模块对数据进行接受和发送或者通过有线总线结构对数据进行传输,能够实现对温室的温度和湿度的完整的远程监控。而我国现代技术起步较晚,而且传统手工农业的思想还没明显改变,农民相对耕地少,采用现代技术成本相对较高,所以智能农业在我国还没有大面积普及,只有少量的试点。自20世纪特别是20世纪中叶往后,由于近现代工业文明向农业文明的渗透以及现代控制技术的发展,智能农业得到了迅猛发展,特别是在美国等西方发达国家智能农业更是发展迅速,形成了一个巨大的支柱型产业。到了20世纪末期,以美国为首研究和制作的温室智能控制和管理系统能够据温室作物的需求变化,完成对光照、湿度,水,天然气和其他因素的自动控制,并能完全控制鲜花、水果、蔬菜、农产品和其他产品,,但是,很多农业智能控制系统都是针对于某一特定的环境构建配置的,离开了特定的环境,要将系统移植到其他地域,可能要对系统做很大的改变,这样相对来说成本就会增加而且可能会延误农作物的生长。基于以上技术问题,本专利技术提供了一种设施农业环境智能控制方法,其实现了远程对农业的温度、湿度、光照等参数的测量,并通过过执行机构来实时监测农业现场的温度、湿度等情况,并能够远程监控农作物的病虫害等病虫害,能够对农业的发展状况作出及时、正确的判断,有效的防止了农业出现的病虫害、干枯等问题,同时,本专利技术能够防患未然,对监测的各个参数信息发送给监控人员,并能够根据监测的各个参数对执行机构进行自动控制,提高了农业设施的智能化,此外,还设置了手动控制模式,必要时根据需要实现手动人为控制,以便实现人机交互的模式。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种结构和使用简单、合理,精度高,性能稳定的一种设施农业环境智能控制方法。为实现上述目的,本专利技术采用如下技术方案:一种设施农业环境智能控制方法,其特征在于,其包括以下步骤:(1)数据采集与预处理:分别采集农作物所处环境的温度、湿度、风速、土壤养分浓度、土壤PH值和农作物的反射光谱,然后对所采集的数据进行预处理;(2)数据发送与存储:将上述步骤所采集的数据和预处理后得到的数据以无线通信的方式发送给控制中心,控制中心将采集的数据和预处理的数据一一对应的存储于控制中心的数据库中;(3)控制中心采用模糊控制算法,确定输入变量、输出变量和隶属度函数,利用模糊控制算法对存储于数据库中的数据进行分析计算;(4)控制中心根据步骤(3)中计算的结果,实现对农业设施的智能控制。进一步,作为优选,该设施农业环境智能控制方法是基于下述的设施农业环境智能控制系统来实现的,其中,该设施农业环境智能控制系统包括:数据采集组件、数据预处理器、通信模块、控制中心和执行机构,其中,所述数据采集组件包括温度传感器节点、湿度传感器节点、风速传感器节点、土壤养分浓度传感器节点、土壤PH值传感器节点和农作物的反射光谱接收器节点,所述数据预处理器为上位机,所述数据采集组件与所述上位机采用RS232接口通信,所述数据采集组件上还设置有光电耦合隔离电路负逻辑电路,以便隔离数字信号,防止干扰所采集的数据,上位机和数据采集组件依次通过低通滤波器和隔离变压器接入供电电源,所述上位机采用所述通信模块与所述控制中心进行通信,其中,所述通信模块包括传感器汇聚节点、无线收发射频单元、传输信号处理单元,其中,数据采集组件的各个感器节点与所述传感器汇聚节点之间采用所述无线收发射频单元通信连接,所述传感器汇聚节点通过所述信号处理单元与所述控制中心连接,所述控制中心与所述控制中心的存储模块通信连接,所述信号处理单元负责对数据采集组件的各个传感器节点采集的信号或者反射光谱进行转换、放大、编辑或者整合,所述执行机构与所述控制中心连接,所述执行机构包括灌溉开启阀、温度报警器、施肥报警器、土壤质量报警器和病虫害报警器;所述控制中心内还设置有标准数据库,其中,该标准数据库是采用如下方法获得:分析研究出农作物在正常的最佳生长的各个时期,农作物所需的水分、温度、风速、土壤PH值以及土壤养分浓度,并分析农作物在正常生长的各个时期农作物的红外波段反射光的光谱特性,并将该分析得到的水分、温度、风速、土壤PH值以及土壤养分浓度和光谱特性存储于标准数据库;利用该设施农业环境智能控制系统对病虫害进行报警的步骤如下:首先,利用安装在农业环境区域内的机载光谱成像仪来采集此刻农作物的红外波段反射光谱;然后,基于所采集的农作物的红外波段反射光谱,过滤排除掉来自特殊区域部位的红外波段反射光谱,其中,特殊区域至少包括农作物叶尖部、干枯叶片的区域;之后,将过滤之后的红外波段反射光谱与所述标准数据库中的光谱特性进行比较,利用统计学方法构建光谱指数监控模型,分析得出此刻农作物的生长情况;此时,如果农作物生长情况高于设定的阈值,则表明农作物生长良好;如果分析得出的农作物的生长情况低于设定的阈值,则读取数据库中存储的所采集的此刻的农作物所在区域的温度和湿度,并将获得的温度、湿度与存储于标准数据库中的病虫害种群发育温度、湿度进行比较,采用病虫害发育预警模型进行预测,得出病虫害风险预测结果;根据预测的结果,病虫害报警器将农作物的病虫害风险预测结果以报警的形式发送给监控人员;其中,过滤排除掉来自特殊区域部位的红外波段反射光谱所采用的方法是基于光谱的反射率、波峰和发射陡坡进行判断的,其中,将不满足以下条件的反射光谱特性的区域的反射光谱均过滤掉:所采集的反射的红外波段的反射率为10-17%,且在0.80μm-0.96μm间有一个反射的陡坡,且在1.05-1.08μm处有一峰值,光谱指数监控模型采用如下公式计算得出:D=2πhc2v3·(echvkT-1)-1;v=1λ;]]>α=cos-1[Σi=1nbtiri(Σi=1nbti2)12(Σi=1nbri2)12];]]>其中,c为光速,λ为红外波段反射光谱的反射波长,h为普朗克常数,h=6本文档来自技高网
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一种设施农业环境智能控制方法

【技术保护点】
一种设施农业环境智能控制方法,其特征在于,其包括以下步骤:(1)数据采集与预处理:分别采集农作物所处环境的温度、湿度、风速、土壤养分浓度、土壤PH值和农作物的反射光谱,然后对所采集的数据进行预处理;(2)数据发送与存储:将上述步骤所采集的数据和预处理后得到的数据以无线通信的方式发送给控制中心,控制中心将采集的数据和预处理的数据一一对应的存储于控制中心的数据库中;(3)控制中心采用模糊控制算法,确定输入变量、输出变量和隶属度函数,利用模糊控制算法对存储于数据库中的数据进行分析计算;(4)控制中心根据步骤(3)中计算的结果,实现对农业设施的智能控制。

【技术特征摘要】
1.一种设施农业环境智能控制方法,其特征在于,其包括以下步骤:
(1)数据采集与预处理:分别采集农作物所处环境的温度、湿度、风速、土壤养分浓度、土壤PH值和农作物的反射光谱,然后对所采集的数据进行预处理;
(2)数据发送与存储:将上述步骤所采集的数据和预处理后得到的数据以无线通信的方式发送给控制中心,控制中心将采集的数据和预处理的数据一一对应的存储于控制中心的数据库中;
(3)控制中心采用模糊控制算法,确定输入变量、输出变量和隶属度函数,利用模糊控制算法对存储于数据库中的数据进行分析计算;
(4)控制中心根据步骤(3)中计算的结果,实现对农业设施的智能控制。
2.根据权利要求1所述的一种设施农业环境智能控制方法,其特征在于,该设施农业环境智能控制方法是基于下述的设施农业环境智能控制系统来实现的,其中,该设施农业环境智能控制系统包括:数据采集组件、数据预处理器、通信模块、控制中心和执行机构,其中,所述数据采集组件包括温度传感器节点、湿度传感器节点、风速传感器节点、土壤养分浓度传感器节点、土壤PH值传感器节点和农作物的反射光谱接收器节点,所述数据预处理器为上位机,所述数据采集组件与所述上位机采用RS232接口通信,所述数据采集组件上还设置有光电耦合隔离电路负逻辑电路,以便隔离数字信号,防止干扰所采集的数据,上位机和数据采集组件依次通过低通滤波器和隔离变压器接入供电电源,所述上位机采用所述通信模块与所述控制中心进行通信,其中,所述通信模块包括传感器汇聚节点、无线收发射频单元、传输信号处理单元,其中,数据采集组件的各个感器节点与所述传感器汇聚节点之间采用所述无线收发射频单元通信连接,所述传感器汇聚节点通过所述信号处理单元与所述控制中心连接,所述控制中心与所述控制中心的存储模块通信连接,所述信号处理单元负责对数据采集组件的各个传感器节点采集的信号或者反射光谱进行转换、放大、编辑或者整合,所述执行机构与所述控制中心连接,所述执行机构包括灌溉开启阀、温度报警器、施肥报警器、土壤质量报警器和病虫害报警器;所述控制中心内还设置有标准数据库,其中,该标准数据库是采用如下方法获得:分析研究出农作物在正常的最佳生长的各个时期,农作物所需的水分、温度、风速、土壤PH值以及土壤养分浓度,并分析农作物在正常生长的各个时期农作物的红外波段反射光的光谱特性,并将该分析得到的水分、温度、风速、土壤PH值以及土壤养分浓度和光谱特性存储于标准数据库;
利用该设施农业环境智能控制系统对病虫害进行报警的步骤如下:
首先,利用安装在农业环境区域内的机载光谱成像仪来采集此刻农作物的红外波段反射光谱;然后,基于所采集的农作物的红外波段反射光谱,过滤排除掉来自特殊区域部位的红外波段反射光谱,其中,特殊区域至少包括农作物叶尖部、干枯叶片的区域;之后,将过滤之后的红外波段反射光谱与所述标准数据库中的光谱特性进行比较,利用统计学方法构建光谱...

【专利技术属性】
技术研发人员:马万征李忠芳谢越邹海明李飞跃汪建飞范兴军谢晶晶
申请(专利权)人:安徽科技学院
类型:发明
国别省市:安徽;34

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