CN105159268A - 智能农业控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能农业控制方法，该方法应用于一智能农业控制系统，所述智能农业控制系统与设置于农作物种植环境中的至少一传感器及至少一调节装置通信连接。所述方法包括步骤：获取所述至少一传感器感测到的农作物种植环境参数值；从一存储器中获取最适该农作物生长的环境参数值范围，并判断该获取到的种植环境参数值是否属于最适该农作物生长的环境参数值范围；及如果该获取到的种植环境参数值不属于最适该农作物生长的环境参数值范围，控制所述至少一调节装置将该农作物的种植环境参数调节至最适该农作物生长的环境参数值范围。
Description
【技术领域】
本发明涉及智能控制领域，尤其涉及一种智能农业控制系统及方法。
【背景技术】
传统的农作物种植环境主要依靠种植人员感官经验，并无精确、可靠的量化数据，完全依赖人工控制种植过程，无法对农作物种植环境进行全方位的监督和控制。随着现代农业智能化的发展趋势，温室大棚等大型种植基地通过在大棚或基地布置一些传感器，种植人员可以通过该些传感器感测到的数据得知农作物种植环境参数，然后根据种植经验进行相应调节以创最适农作物生长的种植环境。然而，该种温室种植环境控制技术智能化程度较低，对种植人员种植经验要求高，人力成本高，且人工调节种植环境参数很容易导致灌溉不合理，土壤酸碱度失衡等调节精确度不高的问题。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题如何提供一种智能化程度较高且人力成本较低的智能农业控制系统，能够对农作物种植环境进行实时监测并进行精确调节。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案
一方面，本发明提供一种智能农业控制系统，与设置于农作物种植环境中的至少一传感器及至少一调节装置通信连接，所述智能农业控制系统包括一处理器。该处理器用于：获取所述至少一传感器感测到的农作物种植环境参数值；从一存储器中获取最适该农作物生长的环境参数值范围，并判断该获取到的种植环境参数值是否属于最适该农作物生长的环境参数值范围；及当该获取到的种植环境参数值不属于最适该农作物生长的环境参数值范围时，控制所述至少一调节装置将该农作物的种植环境参数调节至最适该农作物生长的环境参数值范围。
另一方面，本发明提供一种智能农业控制方法，应用于一智能农业控制系统，所述智能农业控制系统与设置于农作物种植环境中的至少一传感器及至少一调节装置通信连接。所述方法包括步骤：获取所述至少一传感器感测到的农作物种植环境参数值；从一存储器中获取最适该农作物生长的环境参数值范围，并判断该获取到的种植环境参数值是否属于最适该农作物生长的环境参数值范围；及如果该获取到的种植环境参数值不属于最适该农作物生长的环境参数值范围，控制所述至少一调节装置将该农作物的种植环境参数调节至最适该农作物生长的环境参数值范围。
本发明的有益效果在于通过在农作物种植环境中设置用于感测环境参数的传感器，根据传感器采集到的环境参数数据以及预存在存储器中的最适农作物生长的环境参数范围判断该农作物目前所处的环境是否为最适合其生长的环境，如果目前所处的环境不是最适其生长的环境，控制种植环境中的调节装置对种植环境参数进行相应调节。实现了农业生产的高度智能化，大大减小了农业生产过程中的人力成本，且能实现对农作物种植环境的精确控制，提高农业生产效率。
【附图说明】
图1是本发明较佳实施例中智能农业控制系统的应用环境示意图。
图2是本发明较佳实施例中电源系统的结构示意图。
图3是本发明较佳实施例中智能农业控制系统的功能模块示意图。
图4是本发明较佳实施例中智能农业控制方法的实施流程图。
图5是本发明较佳实施例中设置界面的示意图。
附图标记：
| 温室大棚 | 1、2 |
| 传感器 | 1A、1B、1C、1D |
| 调节装置 | 1a、1b、1c、1d |
| 网络 | 4 |
| 电源系统 | 200 |
| 微电网系统 | 201 |
| 外部电网 | 202 |
| 智能农业控制系统 | 100 |
| 智能农业控制方法 | 10 |
| 设置模块 | 11 |
| 获取模块 | 12 |
| 判断模块 | 13 |
| 控制模块 | 14 |
| 存储器 | 20 |
| 处理器 | 30 |
| 显示器 | 40 |
| 输入设备 | 50 |
| 步骤 | S401～S407 |
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
请参阅图1，是本发明所述的智能农业控制系统100的应用环境示意图。在本实施例中，所述智能农业控制系统100通过网络4与设置于温室大棚1、2内的传感器1A～1D、2A～2D以及调节装置1a～1d、2a～2d实现通信连接。所述传感器1A～1D、2A～2D用于感测温室大棚1、2内的种植环境参数值，所述调节装置1a～1d、2a～2d用于调节温室大棚1、2内的种植环境参数值。所述智能农业控制系统100用于获取传感器1A～1D、2A～2D感测到的温室大棚1、2内的种植环境参数值，判断该温室大棚1、2内的种植环境是否为最适合种植在其内的农作物生长的环境，并在判断该温室大棚1、2内的种植环境不是最适合种植在其内的农作物生长的环境时控制所述调节装置1a～1d、2a～2d对温室大棚1、2内的环境参数值进行相应调节，使其成为最适合种植在其内的农作物生长的环境。
所述传感器1A～1D、2A～2D以及调节装置1a～1d、2a～2d可以设置在温室大棚1、2内的土壤里，用于感测及调节土壤环境；也可以设置在温室大棚1、2内的空气中，用于感测及调节空气环境。所述传感器1A～1D、2A～2D以及调节装置1a～1d、2a～2d的数量以及设置位置并不仅限于图示，种植人员可以根据土壤大小、需要检测的种植环境参数个数等合理设置该传感器1A～1D、2A～2D以及调节装置1a～1d、2a～2d的数量及位置。所述传感器1A～1D、2A～2D为温度传感器、湿度传感器、光照传感器、二氧化碳浓度传感器、酸碱度传感器、风速风向传感器中的一种或多种；对应地，所述种植环境参数为温度、湿度、光照强度、二氧化碳浓度、酸碱度、风速风向中的一种或多种；所述调节装置1a～1d、2a～2d为加热灯、灌溉设备、补光灯、二氧化碳浓度调节器、酸碱度调节器、风扇中的一种或多种。该传感器1A～1D、2A～2D以及调节装置1a～1d、2a～2d的类型可以根据影响农作物生长的主要环境因素进行相应设置。
所述网络4可以是有线网络，也可以是无线网络，例如Wi-Fi、蓝牙(BLUETOOTH)、ZigBee网络等。在本实施例中，该网络4为ZigBee网络。
所述传感器1A～1D、2A～2D、调节装置1a～1d、2a～2d以及智能农业控制系统100可以使用分别独立的电源系统，也可以共用同一个电源系统。请一并参阅图2，是本发明较佳实施例中电源系统示意图。在本实施例中，电源系统200包括一微电网系统201及一外部电网系统202，该微电网系统201为太阳能微电网，采用智能追光发电技术进行发电，即该微电网系统201的太阳能电池板(图未示)可以根据太阳所处的位置实时自动调节自身的角度方向，使太阳能电池板保持与太阳光线垂直，这样就能最大限度地接收太阳能，从而使得该微电网系统201可以始终保持最大的发电效率。该电源系统200与所述传感器1A～1D、2A～2D、调节装置1a～1d、2a～2d以及智能农业控制系统100分别实现电性连接，并与所述智能农业控制系统100实现通信连接，用于接收所述智能农业控制系统100的控制指令并根据该控制指令对供电源进行切换。
具体地，所述微电网系统201将自身的储电量情况实时传送至所述智能农业控制系统100，如果该微电网系统201的储电量超过一第一预设值，例如90％，所述智能农业控制系统100发送一控制指令控制该电源系统200切换至微电网系统201供电；如果该微电网系统201的储电量低于一第二预设值，例如20％，所述智能农业控制系统100发送一控制指令控制该电源系统100切换至外部电网202供电。这样一来，既能最大程度利用太阳能供电，又能在太阳能供电不足时保障正常供电。
在本发明其他实施例中，所述电源系统200可以与所述传感器1A～1D、2A～2D、调节装置1a～1d、2a～2d以及智能农业控制系统100分别实现电性连接，并且该电源系统200内置处理装置，该内置的处理装置根据微电网系统201的储电量情况对供电电源进行切换。
请一并参阅图3，是本发明所述的智能农业控制系统100的功能模块示意图。在本实施例中，所述智能农业控制系统100包括，但不限于，智能农业控制装置10、存储器20、处理器30、显示器40及输入设备50。所述存储器20可以是所述智能农业控制系统10本身的内存，也可以是与该智能农业控制系统100相互独立并能与该智能农业控制系统100进行数据交换的存储单元，用于存储所述智能农业控制系统100安装的程序代码以及各类数据，例如智能农业控制装置10以及多种农作物在不同生长阶段的最适种植环境参数值范围等。所述处理器30用于运行所述存储器20中存储的程序代码及运算各类数据。所述显示器40用于根据处理器30的控制显示各类数据，所述输入设备50为键盘、鼠标等，用于供种植人员输入各类信息。所述智能农业控制装置10被存储于所述存储器20，并可以被所述处理器30所执行，来实现所述智能农业控制系统100的部分功能。
在本实施例中，所述智能农业控制装置10可以被分割成一个或多个模块，所述一个或多个模块被存储在所述存储器20中，并被配置成由一个或多个处理器(本实施例为所述处理器30)执行，以完成本发明。例如，在图3中，所述智能农业控制装置10被分割成设置模块11、获取模块12、判断模块13及控制模块14。本发明所称的模块是指一种能够完成特定功能的一系列程序指令段，比程序更适合于描述软件在所述智能农业控制系统100中的执行过程。以下将结合图4的流程图来详细描述模块11-14的具体功能。
请一并参阅图4，是本发明智能农业控制方法较佳实施例的流程图，根据不同需求，图4所示的流程图中的步骤的执行顺序可以改变，某些步骤可以省略。
步骤S401，设置模块11在显示器40上提供一设置界面供种植人员设置相关数据。
在本实施例中，所述相关数据包括多个温室大棚编号及该多个温室大棚编号对应的相关信息，例如每一温室大棚内种植的多种农作物种类及其所处生长阶段、每一温室大棚内设置的多个传感器编号、每一传感器编号对应的传感器类型及每一传感器编号对应的调节装置编号。所述相关数据还包括多种农作物种类、该多种农作物种类在不同生长阶段分别对应的最适种植环境参数值范围等。
步骤S402，设置模块11获取种植人员在输入设备50上输入的相关数据，并存储于所述存储器30中。
如图5所示，是本发明较佳实施例中设置界面示意图。种植人员可以根据每一温室大棚中的实际情况在该设置界面进行设置，例如，温室大棚1内设置有温度传感器1A～1D，与该传感器1A～1D分别对应的温度调节装置1a～1d，例如加热灯、风扇、空调等。该温室大棚1内种植的农作物为玉米，目前所处的阶段为出苗期。温室大棚2内设置有传感器2A～2D，例如温度传感器、湿度传感器等，与该传感器2A～2D分别对应的调节装置2a～2d，例如加热灯、风扇、灌溉设备等，该温室大棚2内种植的农作物为花生，目前所处的阶段为成熟期。
此外，种植人员还可以根据科学种植经验等设置所述多种农作物种类及该多种农作物种类在不同生长阶段分别对应的最适种植环境参数值范围，如下表所示，表1为玉米在各个不同生长阶段的最适气温范围，表2为花生处于不同生长阶段的最适气温范围及土壤相对湿度范围。
| 生长阶段 | 最适气温范围 |
| 出苗期 | 18℃～26℃ |
| 结实器官形成期 | 24℃～25℃ |
| 开花授粉期 | 22℃～27℃ |
| 成熟期 | 20℃～25℃ |
表1
| 生长阶段 | 最适气温范围 | 最适土壤相对湿度范围 |
| 幼苗期 | 25℃～37℃ | 50％～60％ |
| 开花期 | 22℃～28℃ | 60％～70％ |
| 成熟期 | 23℃～30℃ | 40％～50％ |
表2
在本发明的其他实施例中，该步骤S401及步骤S402可以省略，所述相关数据可以是预先存储在存储器30中的，而无需种植人员再进行设置。
步骤S403，获取模块12获取传感器1A～1D、2A～2D的编号及其感测到的种植环境参数值。
例如，在本实施例中，所述传感器1C为温度传感器，传感器2A为湿度传感器，当该温度传感器1C感测到的温度为23℃，该湿度传感器2A感测到的相对湿度为30％时，所述获取模块获取到的信息为编号“1C”对应的温度值23℃及编号“2A”对应的相对湿度值30％。
步骤S404，获取模块12根据获取到的传感器编号从所述存储器20中获取与该传感器编号对应的农作物种类及其对应的生长阶段。
具体地，获取模块12根据传感器编号从所述存储器20中获取该传感器所处的温室大棚编号，然后根据该温室大棚编号获取该温室大棚内种植的农作物种类及其目前所处的生长阶段。例如，获取模块12根据获取到的编号“1C”从所述存储器20中获取其对应的温室大棚编号为1，然后根据该温室大棚1从该存储器20中获取其种植的农作物种类为玉米，目前所处的生长阶段为出苗期。同样地，获取模块12根据获取到的编号“2A”从所述存储器20中获取其对应的温室大棚编号为2，然后根据该温室大棚2从该存储器20中获取到期种植的农作物种类为花生，目前所处的生长阶段为成熟期。
步骤S405，获取模块12根据获取到的农作物种类及其目前所处的生长阶段从所述存储器20中查询该农作物目前生长阶段的最适种植环境参数值范围。
例如，本实施例中，所述获取模块12根据确定的农作物玉米及其所处的出苗期从所述存储器20中查询到玉米处于出苗期阶段的最适气温范围为18℃～26℃，根据确定的农作物花生及其所处的成熟期从所述存储器20中查询到花生处于成熟期的最适气温范围为23℃～30℃，最适土壤相对湿度范围为40％～50％。
步骤S406，判断模块13判断所述获取到的传感器感测到的环境参数值是否属于该农作物目前生长阶段的最适种植环境参数值范围。如果不属于该农作物目前生长阶段的最适种植环境参数值范围，执行步骤S407，否则，如果属于该农作物目前生长阶段的最适种植环境参数值范围，流程返回步骤S404。
具体地，在本实施例中，所述判断模块13先判断所述获取到的环境参数值是否大于所述最适种植环境参数值范围的最大值，如果该获取到的环境参数值大于所述最大值，则说明不属于该最适种植环境参数值范围，执行步骤S407；如果该获取到的环境参数值不大于该最大值，则说明可能属于该最适种植环境参数值范围，所述判断模块13继续判断该获取到的环境参数值是否小于所述最适种植环境参数值范围的最小值，如果该获取到的环境参数值不小于该最小值，则说明属于该最适种植环境参数值范围，流程返回步骤S404；如果该获取到的环境参数值小于该最小值，则说明不属于该最适种植环境参数值范围，执行步骤S407。
例如，玉米所处种植环境的目前温度为23℃，不大于其所处的出苗期阶段的最适气温范围的最大值26℃，也不小于其最小值18℃，因此属于玉米处于出苗期的最适气温范围。又例如，花生所处种植环境的土壤相对湿度为30％，不大于其所处的成熟期阶段的最适土壤相对湿度范围的最大值，但小于其最小值，因此不属于花生处于成熟期的最适土壤相对湿度范围。
在本发明其他实施例中，所述判断模块13可以先判断所述获取到的环境参数值是否小于所述最适种植环境参数值范围的最小值，如果小于该最小值，则继续进行判断其是否大于所述最适种植环境参数值范围的最大值。
步骤S407，控制模块14控制对应的调节装置将该农作物的种植环境参数调节至最适该农作物生长的环境参数值范围。
具体地，在本实施例中，控制模块14根据所述获取模块11获取到的传感器编号从所述存储器20中查询与该传感器编号对应的调节装置编号，然后向具有该调节装置编号的调节装置发送一控制指令控制其将种植环境参数调节至某一数值，例如与所述获取到的种植环境参数值最接近的最适种植环境参数值范围的边界值(例如最大值或最小值)，最适种植环境参数值范围的两边界值的中间值，或最适种植环境参数值范围的两边界值之间的任一数值。
例如，当花生所处的种植环境的土壤相对湿度30％不属于其处于成熟期最适生长的相对湿度范围40％～50％时，所述控制模块14发送一包含相对湿度值为45％的控制指令至与检测该相对湿度30％的湿度传感器2A对应的调节装置2a，例如灌溉设备控制其对所处的土地进行灌溉，使其土壤相对湿度达到45％。
通过上述步骤S401-S407可知，本发明通过在温室大棚1、2内设置多个传感器1A～1D、2A～2D以及多个调节装置1a～1d、2a～2d，获取所述传感器1A～1D、2A～2D感测到的种植环境参数值，并在判断所述获取到的种植环境参数值不属于最适合农作物生长的参数值范围时控制对应的调节装置1a～1d、2a～2d对种植环境参数值进行调节，使其属于最适合农作物生长的参数值范围，实现了农业生产的高度智能化，大大节省了人力成本，实现了对农作物种植环境的精确控制，提高了农业生产效率。此外，本发明的智能农业控制系统100、传感器1A～1D、2A～2D及调节装置1a～1d、2a～2d能实现太阳能微电网系统201及外部电网202相互切换供电，实现太阳能最大程度的利用，有效地节约了能源。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种智能农业控制系统，与设置于农作物种植环境中的至少一传感器及至少一调节装置通信连接，所述智能农业控制系统包括一处理器，其特征在于，该处理器用于：
获取所述至少一传感器感测到的农作物种植环境参数值；
从一存储器中获取最适该农作物生长的环境参数值范围，并判断该获取到的种植环境参数值是否属于最适该农作物生长的环境参数值范围；及
当该获取到的种植环境参数值不属于最适该农作物生长的环境参数值范围时，控制所述至少一调节装置将该农作物的种植环境参数调节至最适该农作物生长的环境参数值范围。
2.如权利要求1所述的智能农业控制系统，其特征在于，所述存储器内置于所述智能农业控制系统。
3.如权利要求1所述的智能农业控制系统，其特征在于，其通过ZigBee网络实现与所述至少一传感器及至少一调节装置通信连接。
4.如权利要求1所述的智能农业控制系统，其特征在于，所述至少一传感器为温度传感器、湿度传感器、光照传感器、二氧化碳浓度传感器、酸碱度传感器、风速风向传感器中的一种或多种；所述至少一调节装置为加热灯、灌溉设备、补光灯、二氧化碳浓度调节器、酸碱度调节器、风扇中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的智能农业控制系统，其特征在于，所述存储器中预先存储有多种农作物在不同生长阶段的最适种植环境参数值范围、多个传感器编号及每一传感器编号对应的土地上种植的农作物种类及其所处生长阶段；所述处理器从该存储器中获取最适该农作物生长的环境参数值范围通过：
在获取传感器检测到的农作物种植环境参数值时获取该传感器的编号；
根据该传感器编号在所述存储器中获取与该传感器编号对应的土地上种植的农作物种类及其所处生长阶段，并根据该获取到的农作物种类及其所处的生长环境在该存储器中查询其对应的最适生长的环境参数值范围。
6.如权利要求1所述的智能农业控制系统，其特征在于，所述智能农业控制系统还包括一微电网，该智能农业控制系统与该微电网及外部电网分别电性连接，当该微电网存储电量超过一第一预设值时，所述处理器控制该智能农业控制系统切换至该微电网供电；当该微电网存储电量低于一第二预设值时，所述处理器控制该智能农业控制系统切换至外部电网供电。
7.如权利要求6所述的智能农业控制系统，其特征在于，所述微电网为太阳能微电网。
8.如权利要求7所述的智能农业控制系统，其特征在于，所述太阳能微电网采用智能追光发电技术。
9.一种智能农业控制方法，应用于一智能农业控制系统，所述智能农业控制系统与设置于农作物种植环境中的至少一传感器及至少一调节装置通信连接，其特征在于，所述方法包括步骤：
获取所述至少一传感器感测到的农作物种植环境参数值；
从一存储器中获取最适该农作物生长的环境参数值范围，并判断该获取到的种植环境参数值是否属于最适该农作物生长的环境参数值范围；及
如果该获取到的种植环境参数值不属于最适该农作物生长的环境参数值范围，控制所述至少一调节装置将该农作物的种植环境参数调节至最适该农作物生长的环境参数值范围。
10.如权利要求9所述的智能农业控制方法，其特征在于，所述种植环境参数为温度、湿度、光照强度、二氧化碳浓度、酸碱度、风速风向中的一种或多种。
11.如权利要求9所述的智能农业控制方法，其特征在于，所述存储器中预先存储有多种农作物在不同生长阶段的最适种植环境参数值范围、多个传感器编号及每一传感器编号对应的土地上种植的农作物种类及其所处生长阶段；所述方法从该存储器中获取最适该农作物生长的环境参数值范围通过：
在获取传感器检测到的农作物种植环境参数值时获取该传感器的编号；
根据该传感器编号在所述存储器中获取与该传感器编号对应的土地上种植的农作物种类及其所处生长阶段，并根据该获取到的农作物种类及其所处的生长环境在该存储器中查询其对应的最适生长的环境参数值范围。
12.如权利要求9所述的智能农业控制方法，其特征在于，所述智能农业控制系统还包括一微电网，该智能农业控制系统与该微电网及外部电网分别电性连接，所述方法还包括步骤：
如果该微电网存储电量超过一第一预设值，控制该智能农业控制系统切换至该微电网供电；及
如果该微电网存储电量低于一第二预设值，控制该智能农业控制系统切换至外部电网供电。
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