【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于现代农业，特别是涉及一种智能化稻蟹共生环境监控与精准灌溉系统及控制方法。
技术介绍
1、稻蟹共生模式是一种创新的农业生态系统，将水稻种植与河蟹养殖有机结合。在这种模式下，水稻和河蟹形成了相互促进的关系，共同提高生态系统的健康水平。这种模式因其资源高效利用、改善生态环境和增加经济收入等优势，迅速在我国，特别是北方地区得到了发展。然而，当前稻田养蟹管理中存在诸多问题，特别是在水环境监测方面。水位、盐度、水温、氨氮含量、浊度和叶绿素浓度等参数直接影响河蟹和水稻的生长和健康。这些指标不仅决定了河蟹的存活率和生长速度，也影响到水稻的产量和品质。然而，目前的监测设备通常需要人工采集数据，过程繁琐且无法同时监控多个参数，缺乏高效智能的管理手段。这种低效的管理方式不仅增加了劳动强度，还可能导致水环境参数失控，进而影响养殖和种植的效果。因此，为了应对这一关键问题，需研发一种创新设备，能够实现对稻田水环境参数的实时监测、数据采集与智能控制。这样的设备将极大提高养殖稻田的管理效率，降低运营成本，确保河蟹和水稻的健康成长。通过精准监测和调控水环境，可以及时发现并解决问题，从而优化养殖条件，提高产量和质量。这种新型设备的引入不仅将推动绿色生态的稻渔综合种养模式的发展，还能通过技术指导和示范引导，促进农业与渔业的高质量发展。
技术实现思路
1、针对上述存在的技术问题，本专利技术提供一种智能化稻蟹共生环境监控与精准灌溉系统及控制方法。该系统融合了数据采集、实时监控、数据传输和远程操作功能，形成了一
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
3、本专利技术一种智能化稻蟹共生环境监控与精准灌溉系统的控制方法，具体为：
4、当do＜溶氧量下限，开启供氧设备，当溶解氧含氧量恢复至溶氧量下限时关闭供氧设备；
5、当tur＜浊度上限，开启过滤系统，当浊度恢复至浊度上限时，关闭过滤系统；
6、当chl＜叶绿素下限，叶绿素警示灯为绿色，表示叶绿素含量过低，需补充营养物质；
7、当chl＞叶绿素上限，叶绿素警示灯为红色，表示叶绿素含量过高，出现水质富营养化，则进行处理，降低叶绿素含量；
8、养蟹稻田中水位控制设有三重水位高度，分别为：控水下限lmin、控水上限lmax1、蓄水上限lmax2，其中lmin＜lmax1＜lmax2；
9、当l＞lmax2，启动排水电磁阀，当水位排至lmax2时，关闭排水电磁阀；
10、当lmax1＜l≤lmax2，或lmin＜l≤lmax1，均无需任何操作；
11、当l＜lmin，启动灌水电磁阀，当水位灌至lmin时，关闭灌水电磁阀；
12、当ec＞ecmax并且l＜lmax1，启动灌水电磁阀，当水位灌至lmax1时，关闭灌水电磁阀；
13、当ec＞ecmax并且lmax1＜l≤lmax2，进行换水，启动排水电磁阀，当水位排至lmin时，关闭排水水电磁阀并且打开灌水电磁阀，当水位恢复到lmax1时，关闭灌水电磁阀。
14、其中，do为当前养蟹稻田水体溶氧量，tur为当前养蟹稻田水体浊度，chl为当前养蟹稻田水体叶绿素浓度；l为当前稻田水位；lmin为灌水下限；lmax1为灌水上限；lmax2为蓄水上限；ec为当前稻田水盐分浓度，即盐度；ecmax为盐度上限。
15、采用本专利技术所述控制方法的控制系统，包括感知层、树莓派开发板和应用层，树莓派开发板包括中央控制模块、树莓派运输单元、数据存储单元，用于控制系统的数据存储、运输及控制，感知层包括液位监测模块和水环境监测模块，用于获取养蟹稻田中的水位和水环境信息；应用层包括相互连接的自动调节模块和远程通讯模块，实现远程控制灌溉、排水、供氧设备和过滤系统；
16、中央控制模块通过其传输层的树莓派运输单元与感知层通信，通过实时获取数据感知层的监测模块采集液位和水环境监测数据，运用传输层的树莓派运输单元传输至数据存储单元进行保存，中央控制模块读取数据存储单元所存储的数据通过树莓派运输单元控制应用层的自动调节模块的开关控制，应用层的远程通讯模块通过与树莓派运输单元通讯，收集和存储数据存储单元中的水位及水环境数据，在用户终端显示，并且通过中央控制模块控制灌溉、排水、供氧设备和过滤系统的开启。
17、进一步地，所述监测模块包括设置在养蟹稻田中的液位监测模块和水环境监测模块，分别通过双通道树莓派rs485扩展板以及usb转四路rs485转换器与树莓派运输单元连接，实现实时数据采集和处理。
18、进一步地，所述水环境监测模块包括水质分析仪、浊度传感器、水质氨氮传感器、溶解氧传感器、叶绿素传感器，水质分析仪的探头置于水中，实时监控水体的盐分、电导率和温度，并通过双通道树莓派rs485扩展板的ttysc0接口与树莓派运输单元进行数据通信，浊度传感器、水质氨氮传感器、溶解氧传感器和叶绿素传感器均置于养蟹稻田中，实时采集水体浊度、氨氮含量、溶解氧水平以及叶绿素浓度，并分别通过usb转四路rs485转换器的ttyacm0、ttyacm1、ttyacm2、ttyacm3通讯接口与中央控制模块进行数据传输，存储采集到的数据。
19、进一步地，所述自动调节模块包括灌水管路、排水管路、供氧设备、过滤系统、控制继电器和警示灯，在灌水管路上设置灌水阀及过滤系统，水位控制阀位于灌水管路的末端，靠近稻田表面，用于在系统故障时紧急止水；在排水管路上设置排水阀，警示灯分别连接中央控制器模块、灌水阀及排水阀，其中，灌水阀和排水阀均为断电关闭式；在稻田内还设置有分别连接中央控制模块的水质分析仪、浊度传感器、水质氨氮传感器、溶解氧传感器、叶绿素传感器及供氧设备；灌水阀、排水阀、供氧设备和警示灯分别通过继电器连接中央控制模块，中央控制模块根据稻田的实时水位和水环境数据，及“东北寒冷地区稻蟹共生模式水位与水环境控制标准”，自动调节灌溉、排水、换水、供氧或过滤。
20、进一步地，所述液位监测模块包括超声波水位仪及超声波护罩，超声波水位仪安装在养蟹稻田正上方的垂直位置，并置于超声波护罩内。
21、进一步地，所述过滤系统由带有可拆卸过滤网的过滤器、微型抽水泵和太阳能电池板构成，太阳能电池板自带一块防水蓄电池，为微型抽水泵供电，水泵通过其继电器iv连接树莓派运输单元，过滤系统开始工作时，微型抽水泵将养蟹稻田中的浊水本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种智能化稻蟹共生环境监控与精准灌溉系统的控制方法，其特征在于：具体为：
2.采用如权利要求1所述控制方法的控制系统，其特征在于：包括感知层、树莓派开发板和应用层，树莓派开发板包括中央控制模块、树莓派运输单元、数据存储单元，用于控制系统的数据存储、运输及控制，感知层包括液位监测模块和水环境监测模块，用于获取养蟹稻田中的水位和水环境信息；应用层包括相互连接的自动调节模块和远程通讯模块，实现远程控制灌溉、排水、供氧设备和过滤系统；
3.采用如权利要求2所述控制方法的控制系统，其特征在于：所述监测模块包括设置在养蟹稻田中的液位监测模块和水环境监测模块，分别通过双通道树莓派RS485扩展板以及USB转四路RS485转换器与树莓派运输单元连接，实现实时数据采集和处理。
4.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于：所述水环境监测模块包括水质分析仪、浊度传感器、水质氨氮传感器、溶解氧传感器、叶绿素传感器，水质分析仪的探头置于水中，实时监控水体的盐分、电导率和温度，并通过双通道树莓派RS485扩展板的ttySC0接口与树莓派运输单元进行数据通信，浊度传感
5.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于：所述自动调节模块包括灌水管路、排水管路、供氧设备、过滤系统、控制继电器和警示灯，在灌水管路上设置灌水阀及过滤系统，水位控制阀位于灌水管路的末端，靠近稻田表面，用于在系统故障时紧急止水；在排水管路上设置排水阀，警示灯分别连接中央控制器模块、灌水阀及排水阀，其中，灌水阀和排水阀均为断电关闭式；在稻田内还设置有分别连接中央控制模块的水质分析仪、浊度传感器、水质氨氮传感器、溶解氧传感器、叶绿素传感器及供氧设备；灌水阀、排水阀、供氧设备和警示灯分别通过继电器连接中央控制模块，中央控制模块根据稻田的实时水位和水环境数据，及“东北寒冷地区稻蟹共生模式水位与水环境控制标准”，自动调节灌溉、排水、换水、供氧或过滤。
6.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于：所述液位监测模块包括超声波水位仪及超声波护罩，超声波水位仪安装在养蟹稻田正上方的垂直位置，并置于超声波护罩内。
7.根据权利要6所述的控制系统，其特征在于：所述过滤系统由带有可拆卸过滤网的过滤器、微型抽水泵和太阳能电池板构成，太阳能电池板自带一块防水蓄电池，为微型抽水泵供电，水泵通过其继电器IV连接树莓派运输单元，过滤系统开始工作时，微型抽水泵将养蟹稻田中的浊水抽至过滤器中进行过滤，再排回养蟹稻田。
8.根据权利要求7所述的控制系统，其特征在于：所述可拆卸过滤网的过滤器出口带有三个通路，分别为进水口Ⅰ、进水口Ⅱ和出水口，进水口Ⅰ与灌水电磁阀相连，用于过滤初次进入养蟹稻田的水源，保证初始水源的干净，并将过滤后的水通过出水口流入稻田；进水口Ⅱ与连接抽水泵的进水管道相连，过滤系统启动后，将稻田中的污水进行过滤，净化后通过出水口循环回稻田。
...【技术特征摘要】
1.一种智能化稻蟹共生环境监控与精准灌溉系统的控制方法，其特征在于：具体为：
2.采用如权利要求1所述控制方法的控制系统，其特征在于：包括感知层、树莓派开发板和应用层，树莓派开发板包括中央控制模块、树莓派运输单元、数据存储单元，用于控制系统的数据存储、运输及控制，感知层包括液位监测模块和水环境监测模块，用于获取养蟹稻田中的水位和水环境信息；应用层包括相互连接的自动调节模块和远程通讯模块，实现远程控制灌溉、排水、供氧设备和过滤系统；
3.采用如权利要求2所述控制方法的控制系统，其特征在于：所述监测模块包括设置在养蟹稻田中的液位监测模块和水环境监测模块，分别通过双通道树莓派rs485扩展板以及usb转四路rs485转换器与树莓派运输单元连接，实现实时数据采集和处理。
4.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于：所述水环境监测模块包括水质分析仪、浊度传感器、水质氨氮传感器、溶解氧传感器、叶绿素传感器，水质分析仪的探头置于水中，实时监控水体的盐分、电导率和温度，并通过双通道树莓派rs485扩展板的ttysc0接口与树莓派运输单元进行数据通信，浊度传感器、水质氨氮传感器、溶解氧传感器和叶绿素传感器均置于养蟹稻田中，实时采集水体浊度、氨氮含量、溶解氧水平以及叶绿素浓度，并分别通过usb转四路rs485转换器的ttyacm0、ttyacm1、ttyacm2、ttyacm3通讯接口与中央控制模块进行数据传输，存储采集到的数据。
5.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于：所述自动调节模块包括灌水管路、排水管路、供氧设备、过...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡溢豪，陈涛涛，李英豪，郑俊林，吴晓丽，陈伟，任聃，凡久彬，李博昊，张丰，韩宏伟，刘海霞，黄博，
申请(专利权)人：沈阳农业大学，
类型：发明
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