一种基于物联网的水肥药精准施用系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于物联网的水肥药精准施用系统及方法，该系统包括气象监测系统、土壤环境监测系统、灌溉施肥施药系统和云端控制平台，气象监测系统采集作物长势及病虫害、风速、风向、光照、蒸发量和降雨量信息；土壤环境监测系统采集土壤的温湿度、盐分、水分、养分、PH值和自然肥力数据；云端控制平台根据接收到的信息绘制降雨量曲线和自然肥力曲线，利用不同作物生长习性的历史数据，绘制作物需水规律和作物需肥规律曲线，将作物需水规律和降雨量曲线的差值作为作物所需灌溉量，将作物需肥规律曲线和自然肥力曲线的差值作为作物所需施肥量，对作物长势和病虫害信息进行分级，确定施药量，通过灌溉施肥施药系统完成对作物灌溉和施肥施药。

A Precision Application System and Method of Water and Fertilizer Pesticides Based on Internet of Things

The invention discloses a precise application system and method of water and fertilizer pesticides based on Internet of Things, which includes meteorological monitoring system, soil environmental monitoring system, irrigation fertilization and pesticide application system and cloud control platform. The meteorological monitoring system collects information of crop growth and pests, wind speed, wind direction, light, evaporation and rainfall; and the soil environmental monitoring system collects temperature and humidity of soil. Salt, water, nutrient, PH value and natural fertility data; Cloud control platform draws rainfall curve and natural fertility curve according to received information, draws water demand law and fertilizer demand law curve of crops using historical data of different crop growth habits, takes the difference between water demand law and rainfall curve as irrigation quantity of crops, and takes the law of crop fertilizer demand law as irrigation quantity. The difference between the curve and the natural fertility curve is used as the amount of fertilization needed by crops. The information of crop growth and pests is classified, and the amount of fertilization is determined. The irrigation and fertilization of crops are completed through the irrigation fertilization and fertilization system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于物联网的水肥药精准施用系统及方法
本专利技术涉及一种灌溉施肥施药装备，尤其涉及一种基于物联网的水肥药精准施用系统及水肥药精准施用方法。
技术介绍
现有的水肥药施用技术多侧重于灌溉施肥施药设备本身的研究与设计，忽略了作业环境及作物本身的需求，如现有田间气象监测装备和土壤墒情监测装备仅作为独立的感知系统，其相关数据没有作为灌溉施肥施药装备的执行依据，造成了“知行分离”的情况。在管路结构上，水肥药均为低压管路系统，运行方式和控制方式单一，如施药管路简单的借用施肥管路或加酸管路，仅限于作物根部施药，应用范围窄，或是施药系统单独控制，难以实现水肥药协同施用。综上所述，现有技术中对于根据环境信息及作物需求进行水肥药协同管理的问题，尚缺乏有效的解决方案。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种可根据田间气象信息、土壤环境参数以及作物长势等信息进行水肥药精准施用的基于物联网的水肥药精准施用系统及水肥药精准施用方法。本专利技术所采用的技术方案是：本专利技术的第一目的是提供一种基于物联网的水肥药精准施用系统，该系统包括气象监测系统、土壤环境监测系统、灌溉施肥施药系统和云端控制平台，所述气象监测系统，用于采集作物长势及病虫害信息、风速、风向、光照、蒸发量和降雨量信息，并无线传输至云端控制平台；所述土壤环境监测系统用于采集土壤的温湿度、盐分、水分、养分、PH值和自然肥力数据，并无线传输至云端控制平台；所述云端控制平台根据接收到的信息绘制降雨量曲线和自然肥力曲线，利用不同作物生长习性的历史数据，绘制作物需水规律曲线和作物需肥规律曲线，将作物需水规律曲线和降雨量曲线的差值作为作物所需灌溉量，将作物需肥规律曲线和自然肥力曲线的差值作为作物所需施肥量，对作物长势和病虫害信息进行分级，确定施药量，并将作物所需灌溉量、施肥量和施药量无线传输至灌溉施肥施药系统，通过灌溉施肥施药系统完成对作物灌溉和施肥施药。作为本专利技术的进一步限定，所述气象监测系统包括图像采集装置和气象信息监测装置；所述图像采集装置包括设置在地面上的支撑杆Ⅰ、设置在支撑杆Ⅰ上部的高清摄像头和设置在支撑杆Ⅰ中部的图像采集控制柜，所述图像采集控制柜内设置有图像处理器和无线数据传输装置，所述图像处理器获取高清摄像头采集的作物长势及病虫害图像信息并对其进行处理，得到作物长势及病虫害情况，通过无线数据传输装置传输至云端控制平台；所述气象信息监测装置包括设置在地面上的支撑杆Ⅱ和从上至下依次设置在支撑杆Ⅱ上第一数据采集模块、太阳能电池板、第二数据采集模块和参数采集控制柜；所述第一数据采集模块包括用于采集风速的风速传感器、用于采集光照的光照传感器和用于采集风向的风向传感器；所述太阳能电池板将太阳能转化为电能，给其他模块供电；所述第二数据采集模块包括用于采集蒸发量的蒸发传感器、用于采集降雨量的降雨量传感器和用于采集空气温度、湿度信息的百叶箱；所述参数采集控制柜内设置有第一控制器和无线收发器，所述第一控制器，用于接收风速传感器、光照传感器、风向传感器、蒸发传感器、降雨量传感器和百叶箱采集的信息，并通过无线收发器传输至云端控制平台。作为本专利技术的进一步限定，所述土壤环境监测系统包括设置在种植区内的土壤信息采集控制箱、第二土壤温湿度传感器、土壤盐分传感器、土壤水分传感器、第一EC传感器、第一PH传感器和肥力监测仪；所述土壤采集控制箱内设置有第二控制器和智能网关；所述第二控制器连接第二土壤温湿度传感器、土壤盐分传感器、土壤水分传感器、第一EC传感器、第一PH传感器和肥力监测仪，接收第二土壤温湿度传感器、土壤盐分传感器、土壤水分传感器、第一EC传感器、第一PH传感器和肥力监测仪采集的土壤温湿度、盐分、水分、养分、PH值和自然肥力数据，通过智能网关传输至云端控制平台。作为本专利技术的进一步限定，所述灌溉施肥施药系统包括入口管路、第一过滤器、混合液配置装置、主管路和出口管路；所述入口管路的一端与第一过滤器的入口连接，第一过滤器的出口与主管路连接，所述混合液配置装置的入口通过流水管路与主管路，出口通过出水管路与设置在主管路上的混合腔连接，将水输入第一过滤器过滤，第一过滤器将过滤后的水输送至混合液配置装置中进行配置大量元素肥液、微量元素肥液和药液，大量元素肥液、微量元素肥液和药液在混合腔内混合后，经过主管路输送至出口管路，所述出口管路上设置有若干个喷头，用于对作物进行施肥和施药。作为本专利技术的进一步限定，所述混合液配置装置包括并联连接的大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐，所述大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐的入口分别通过流水管路与主管路连接，所述大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐的入口还分别设置有注水电磁阀，所述大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐的出口通过管路与混合腔连接，所述大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐的出口设置有施肥电磁阀，所述大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐上设置有搅拌电机，所述搅拌电机带动设置在大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐体内部的搅拌装置转动，所述大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐体上还设置有液位计。作为本专利技术的进一步限定，所述灌溉施肥施药系统还包括水肥药一体化系统现场控制柜，所述水肥药一体化系统现场控制柜上设置有触摸屏，其内部设置有第三控制器、无线通讯模块、变频器和继电器，所述第三控制器通过变频器控制灌溉主水泵工作，向混合液配置装置注水，并控制混合液配置装置配置混合液，第三控制器通过继电器控制相应的电磁阀开启和关闭，实现对作物精准灌溉、施肥和施药。作为本专利技术的进一步限定，所述入口管路上设置有灌溉主水泵、流量计和压力表；所述混合腔上设置有用于采集混合腔内混合液的养分信息的EC传感器和采集混合腔内混合液PH值的PH传感器；所述主管路上设置有依次设置有电磁阀、压力表、第二过滤器和流量计。作为本专利技术的进一步限定，所述云端控制平台包括中控室显示屏、中控室服务器和网络收发器，所述中控室服务器通过网络收发器接收气象监测系统和土壤环境监测系统上传的信息，根据气象监测系统上传的信息，绘制降雨量曲线，根据土壤环境监测系统上传的信息，绘制自然肥力曲线，利用不同作物生长习性的历史数据，绘制作物需水规律曲线和作物需肥规律曲线，将作物需水规律曲线和降雨量曲线的差值作为作物所需灌溉量，将作物需肥规律曲线和自然肥力曲线的差值作为作物所需施肥量，对作物长势和病虫害信息进行分级，确定施药量，通过网络收发器将得到的作物所需灌溉量、施肥量和施药量传输至灌溉施肥施药系统；还通过网络收发器将接收到的信息发送至便携式控制终端，接收便携式控制终端发送的控制指令，通过网络收发器发送至灌溉施肥施药系统；所述中控室显示屏，用于显示气象监测系统、土壤环境监测系统和灌溉施肥施药系统上传的信息。本专利技术的第二目的是提供一种水肥药精准施用方法，该方法包括以下步骤：采集作物长势及病虫害信息、风速、风向、光照、蒸发量、降雨量、空气温度及湿度数据；以及采集土壤温湿度、盐分、水分、养分、PH值和自然肥力数据；根据降雨量数据，绘制降雨量曲线；根据自然肥力数据，绘制自然肥力曲线；利用不同作物的生长习性的历史数据，绘制作物需水规律曲线和作物需肥规律曲线；将作物需水规律曲线与降雨量曲线相对比，得到作物需水规律曲线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于物联网的水肥药精准施用系统，其特征是，包括气象监测系统、土壤环境监测系统、灌溉施肥施药系统和云端控制平台，所述气象监测系统，用于采集作物长势及病虫害信息、风速、风向、光照、蒸发量和降雨量信息，并无线传输至云端控制平台；所述土壤环境监测系统用于采集土壤的温湿度、盐分、水分、养分、PH值和自然肥力数据，并无线传输至云端控制平台；所述云端控制平台根据接收到的信息绘制降雨量曲线和自然肥力曲线，利用不同作物生长习性的历史数据，绘制作物需水规律曲线和作物需肥规律曲线，将作物需水规律曲线和降雨量曲线的差值作为作物所需灌溉量，将作物需肥规律曲线和自然肥力曲线的差值作为作物所需施肥量，对作物长势和病虫害信息进行分级，确定施药量，并将作物所需灌溉量、施肥量和施药量无线传输至灌溉施肥施药系统，通过灌溉施肥施药系统完成对作物灌溉和施肥施药。

【技术特征摘要】
1.一种基于物联网的水肥药精准施用系统，其特征是，包括气象监测系统、土壤环境监测系统、灌溉施肥施药系统和云端控制平台，所述气象监测系统，用于采集作物长势及病虫害信息、风速、风向、光照、蒸发量和降雨量信息，并无线传输至云端控制平台；所述土壤环境监测系统用于采集土壤的温湿度、盐分、水分、养分、PH值和自然肥力数据，并无线传输至云端控制平台；所述云端控制平台根据接收到的信息绘制降雨量曲线和自然肥力曲线，利用不同作物生长习性的历史数据，绘制作物需水规律曲线和作物需肥规律曲线，将作物需水规律曲线和降雨量曲线的差值作为作物所需灌溉量，将作物需肥规律曲线和自然肥力曲线的差值作为作物所需施肥量，对作物长势和病虫害信息进行分级，确定施药量，并将作物所需灌溉量、施肥量和施药量无线传输至灌溉施肥施药系统，通过灌溉施肥施药系统完成对作物灌溉和施肥施药。2.根据权利要求1所述的基于物联网的水肥药精准施用系统，其特征是，所述气象监测系统包括图像采集装置和气象信息监测装置；所述图像采集装置包括设置在地面上的支撑杆Ⅰ、设置在支撑杆Ⅰ上部的高清摄像头和设置在支撑杆Ⅰ中部的图像采集控制柜，所述图像采集控制柜内设置有图像处理器和无线数据传输装置，所述图像处理器获取高清摄像头采集的作物长势及病虫害图像信息并对其进行处理，得到作物长势及病虫害情况，通过无线数据传输装置传输至云端控制平台；所述气象信息监测装置包括设置在地面上的支撑杆Ⅱ和从上至下依次设置在支撑杆Ⅱ上第一数据采集模块、太阳能电池板、第二数据采集模块和参数采集控制柜；所述第一数据采集模块包括用于采集风速的风速传感器、用于采集光照的光照传感器和用于采集风向的风向传感器；所述太阳能电池板将太阳能转化为电能，给其他模块供电；所述第二数据采集模块包括用于采集蒸发量的蒸发传感器、用于采集降雨量的降雨量传感器和用于采集空气温度、湿度信息的百叶箱；所述参数采集控制柜内设置有第一控制器和无线收发器，所述第一控制器，用于接收风速传感器、光照传感器、风向传感器、蒸发传感器、降雨量传感器和百叶箱采集的信息，并通过无线收发器传输至云端控制平台。3.根据权利要求1所述的基于物联网的水肥药精准施用系统，其特征是，所述土壤环境监测系统包括设置在种植区内的土壤信息采集控制箱、第二土壤温湿度传感器、土壤盐分传感器、土壤水分传感器、第一EC传感器、第一PH传感器和肥力监测仪；所述土壤采集控制箱内设置有第二控制器和智能网关；所述第二控制器连接第二土壤温湿度传感器、土壤盐分传感器、土壤水分传感器、第一EC传感器、第一PH传感器和肥力监测仪，接收第二土壤温湿度传感器、土壤盐分传感器、土壤水分传感器、第一EC传感器、第一PH传感器和肥力监测仪采集的土壤温湿度、盐分、水分、养分、PH值和自然肥力数据，通过智能网关传输至云端控制平台。4.根据权利要求1所述的基于物联网的水肥药精准施用系统，其特征是，所述灌溉施肥施药系统包括入口管路、第一过滤器、混合液配置装置、主管路和出口管路；所述入口管路的一端与第一过滤器的入口连接，第一过滤器的出口与主管路连接，所述混合液配置装置的入口通过流水管路与主管路，出口通过出水管路与设置在主管路上的混合腔连接，将水输入第一过滤器过滤，第一过滤器将过滤后的水输送至混合液配置装置中进行配置大量元素肥液、微量元素肥液和药液，大量元素肥液、微量元素肥液和药液在混合腔内混合后，经过主管路输送至出口管路，所述出口管路上设置有若干个喷头，用于对作物进行施肥和施药。5.根据权利要求4所述的基于物联网的水肥药精准施用系统，其特征是，所述混合液配置装置包括并联连接的大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐，所述大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐的入口分别通过流水管路与主管路连接，所述大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐的入口还分别设置有注水电磁阀，所述大量元素肥液桶、微量元素肥液桶和药液罐的出口通过管路与混合腔连接，所述大量元素肥液桶、微量元素肥液...

【专利技术属性】
技术研发人员：何青海，焦伟，陈刚，王凤云，郑继业，孙永佳，沈景新，
申请(专利权)人：山东省农业机械科学研究院，
类型：发明
国别省市：山东,37