CN105334834A - 基于物联网、云计算和大数据的现代农业害虫自动监测预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物联网、云计算和大数据的现代农业害虫自动监测预警系统，包括云服务器、智能手机和多个诱虫灯；诱虫灯包括防雨盖、LED灯体、接虫装置、双层加密高压电网；防雨盖设置于LED灯体的上方，接虫装置设置于LED灯体的下方，双层加密高压电网设置于LED灯体外围；诱虫灯还包括害虫计数单元、风扇、接虫袋；害虫计数单元包括无线通信模块、GPS定位模块、控制器、恒压源、模数转换单元、N+1个金属丝、N个相同阻值的串联电阻、分压电阻；N≧4；N个相同阻值的串联电阻以及分压电阻串联后的两端连接恒压源的两个输出端。本发明通过智能手机就可以精准了解各个农田害虫的情况。
Description
技术领域
本发明涉及一种农业害虫预警系统。
背景技术
现代农业是物理技术和农业生产的有机结合，是利用具有生物效应的电、声、光、磁、热、核等物理因子操控动植物的生活环境及其生长发育，促使传统农业逐步摆脱对化学农药、化学肥料、抗生素等化学品的依赖以及自然环境的束缚，最终获取优质、高产、无毒农产品的环境调控型农业。
而农业物联网一般是将大量的传感器节点构成监控网络，通过各种传感器采集信息，以帮助农民及时发现问题，并且准确地确定发生问题的位置，这样农业将逐渐地从以人力为中心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息和软件为中心的生产模式，从而大量使用各种自动化、智能化、远程控制的生产设备。
我国是农业大国，农业的健康发展关乎国之根本。近年来，随着国民生活水平的提高，消费者对于农产品的品质与安全性的要求越来越高。在农业生产过程中，害虫防治是农作物品质的重要影响因素,因此，实现对害虫识别和数量信息的准确获取是害虫预测预报的首要工作。如果没有正确的抽样调查数据,对害虫的数量动态、害虫的危害程度就不可能进行准确的预测,更不能保证害虫防治经济阈值的正确执行。
传统的害虫识别与计数主要应用人工识别法、田间调查法、诱集法等，人工识别与计数农田害虫由于田间环境复杂、不稳定等因素严重存在着识别率低、计数准确性差、田间任务劳动强度大、非实时性等缺点，该方法已不能满足当前农田害虫发生严重状况的监测要求；田间调查法耗时、费力，且数据的调查、记录、上报的环节多，监测人员的工作量大，主观因素影响大，数据应用的时效性差，影响害虫的准确预测预报，不能满足生产实际需求。为了解决害虫识别、数量数据获取上费时、费力的问题，科学家不断探索害虫自动识别与计数的新技术。随着计算机技术、微电子技术等的发展，害虫自动识别与计数技术取得了很大的进步，目前害虫自动识别与计数技术主要有声音信号、图像技术、红外传感器等，这些技术的发展提高了害虫自动识别与计数的效率，促进精准农业的实施，减少害虫为害带来的损失，降低环境污染，提高害虫综合治理水平。然而，红外计数方法虽然速度快，可以记录被诱捕的昆虫数量，但在害虫种类识别上较弱，并且容易受到其它落入物的干扰。图像处理方法由于田间诱捕害虫姿态各异,与标准样本之间存在差别,基于标准姿态的形态特征进行分类器训练,容易导致分类器泛化能力弱,同时，实际田间害虫自动诱捕过程中,害虫个体之间会存在粘连等现象，不利于害虫的识别与数量统计。
综上所述,我们迫切需要寻找一种有效的自动获取害虫动态数量的方法,获取害虫体型大小、数量、被诱捕时刻等多源信息，以达到优势互补的效果，提高害虫监测和预测预报的准确性和时效性,减轻基层植保人员的劳动强度和提高效率。确保为用户提供可靠的防治依据，为精准农业的实施提供技术支持。
通过以上叙述本发明是想基于物联网技术自动监测农田害虫情况，并且将各个农田采集的害虫数据进行分析比较，最后真正实现农田害虫的自动化检测、自动化预警的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一个基于物联网、云计算和大数据的现代农业害虫自动监测预警系统，实现农田害虫动态数量的实时监测，然后根据各个农田害虫数量的比较提醒农田负责人对害虫数量严重的农田及时喷洒农药。
为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：基于物联网、云计算和大数据的现代农业害虫自动监测预警系统，包括云服务器、智能手机和多个诱虫灯；
所述的诱虫灯包括防雨盖、LED灯体、接虫装置、双层加密高压电网；防雨盖设置于LED灯体的上方，接虫装置设置于LED灯体的下方，双层加密高压电网设置于LED灯体外围；所述的诱虫灯还包括害虫计数单元、风扇、接虫袋；所述的害虫计数单元包括无线通信模块、GPS定位模块、控制器、恒压源、模数转换单元、N+1个金属丝、N个相同阻值的串联电阻、风压电阻；N≧4；
N个相同阻值的串联电阻的总阻值等于分压电阻的阻值，恒压源的电压小于等于5V；
N个相同阻值的串联电阻以及分压电阻串联后的两端连接恒压源的两个输出端；模数转换单元的输入端连接分压电阻的两端；模数转换单元将数字信号输入到控制器；无线通信模块、GPS定位模块分别与控制器电连接；N+1个金属丝等间距平行排列，每个金属丝的一端分别连接两个相邻电阻之间的公共节点，相邻金属丝位于同一个串联电阻的两端；控制器控制风扇的启动和停止；所述的接虫装置呈漏斗状，N+1个金属丝水平设置于接虫装置的下端口处；接虫装置的下端部的侧壁上设置多个进风孔，风扇设置于所述的进风孔附近；接虫装置的下端部的侧壁上同时设置害虫排出口，所述的害虫排出口设置的位置与所述的进风孔的位置相对应；害虫排出口上设置有接虫袋；
设相邻金属丝之间的距离为d毫米，恒压源输出电压为U毫伏；分压电阻的阻值为R欧姆，串联电阻的阻值为r欧姆，虫子的实际长度为X毫米；设模数转换单元某一时刻的输出电压为Y毫伏；则可以判断该时刻落到金属丝上的虫子的长度X≥(U/(Y/R)-R)/r*d；
多个诱虫灯分别设置于多个农田；每个诱虫灯的控制器都通过无线通信模块与云服务器通信；控制器读取GPS定位模块的数据，然后通过无线通信模块将虫子的数量、虫子的尺寸数据以及农田的位置信息上传到云服务器；所述的云服务器与智能手机通信。
进一步，所述的控制器采用高通骁龙820实现。
进一步，所述的风扇采用5V电压控制的微型风扇。
进一步，所述的恒压源输出电压为5V，N＝10，电阻的阻值为10欧姆；云服务器采用阿里云服务器，智能手机采用iPhone6s；无线通信模块采用3G无线通信模块。
一种基于物联网、云计算和大数据的现代农业害虫自动监测预警方法，包括云服务器、智能手机和多个诱虫灯；
所述的诱虫灯包括防雨盖、LED灯体、接虫装置、双层加密高压电网；防雨盖设置于LED灯体的上方，接虫装置设置于LED灯体的下方，双层加密高压电网设置于LED灯体外围；所述的诱虫灯还包括害虫计数单元、风扇、接虫袋；所述的害虫计数单元包括无线通信模块、GPS定位模块、控制器、恒压源、模数转换单元、N+1个金属丝、N个相同阻值的串联电阻、风压电阻；N≧4；
N个相同阻值的串联电阻的总阻值等于分压电阻的阻值，恒压源的电压小于等于5V；
N个相同阻值的串联电阻以及分压电阻串联后的两端连接恒压源的两个输出端；模数转换单元的输入端连接分压电阻的两端；模数转换单元将数字信号输入到控制器；无线通信模块、GPS定位模块分别与控制器电连接；N+1个金属丝等间距平行排列，每个金属丝的一端分别连接两个相邻电阻之间的公共节点，相邻金属丝位于同一个串联电阻的两端；控制器控制风扇的启动和停止；所述的接虫装置呈漏斗状，N+1个金属丝水平设置于接虫装置的下端口处；接虫装置的下端部的侧壁上设置多个进风孔，风扇设置于所述的进风孔附近；接虫装置的下端部的侧壁上同时设置害虫排出口，所述的害虫排出口设置的位置与所述的进风孔的位置相对应；害虫排出口上设置有接虫袋；
设相邻金属丝之间的距离为d毫米，恒压源输出电压为U毫伏；分压电阻的阻值为R欧姆，串联电阻的阻值为r欧姆，虫子的实际长度为X毫米；设模数转换单元某一时刻的输出电压为Y毫伏；则可以判断该时刻落到金属丝上的虫子的长度X≥(U/(Y/R)-R)/r*d；
如果Y>U*R/(N*r+R)，则控制器控制统计虫子的变量加1，否则统计虫子的变量不加1；
多个诱虫灯分别设置于多个农田；每个诱虫灯的控制器都通过无线通信模块与云服务器通信；控制器读取GPS定位模块的数据，然后通过无线通信模块将虫子的数量、虫子的尺寸数据以及农田的位置信息上传到云服务器；所述的云服务器与智能手机通信。
与现有技术方案相比，本发明的有益效果是：第一，本发明可以精准计算单位时间内诱杀的害虫个数，然后将各个农田单位时间内诱杀的害虫数量进行比较，及时提醒农田负责人喷洒农药；第二，本发明可以大致统计害虫的体型以及单位时间内大虫子、小虫子的比例数量，为农田喷洒农药采用的剂量提供了充分的数据支持；第三，本发明基于物联网技术、采用云服务器，真正实现了农田害虫动态数量的实时监测，通过数据分析比较为害虫的及时防治提供可行的方法。
附图说明
图1是本发明中诱虫灯的结构示意图；
图2是害虫计数单元的原理示意图；
图3是接虫装置与害虫计数单元之间的位置关系示意图。
图4是本发明的系统原理方框示意图。
1是防雨盖；2是LED灯体；3是接虫装置；5是害虫计数单元中等间距排列的金属丝；6是接虫袋。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步的描述，但其不代表为本发明的唯一实施方式。
实施例：基于物联网、云计算和大数据的现代农业害虫自动监测预警系统，包括云服务器、智能手机和20个诱虫灯；诱虫灯包括防雨盖、LED灯体、接虫装置、双层加密高压电网；防雨盖设置于LED灯体的上方，接虫装置设置于LED灯体的下方，双层加密高压电网设置于LED灯体外围；所述的诱虫灯还包括害虫计数单元、风扇、接虫袋；害虫计数单元包括无线通信模块、GPS定位模块、控制器、恒压源、模数转换单元、11个金属丝、10个相同阻值的串联电阻、分压电阻；10个相同阻值的串联电阻以及分压电阻串联后的两端连接恒压源的两个输出端；模数转换单元的输入端连接分压电阻的两端；模数转换单元将数字信号输入到控制器；无线通信模块、GPS定位模块分别与控制器电连接；11个金属丝等间距平行排列，每个金属丝的一端分别连接两个相邻电阻之间的公共节点，相邻金属丝位于同一个串联电阻的两端；控制器控制风扇的启动和停止；接虫装置呈漏斗状，11个金属丝水平设置于接虫装置的下端口处；接虫装置的下端部的侧壁上设置多个进风孔，风扇设置于所述的进风孔附近；接虫装置的下端部的侧壁上同时设置害虫排出口，所述的害虫排出口设置的位置与所述的进风孔的位置相对应；害虫排出口上设置有接虫袋；
设相邻金属丝之间的距离为3毫米，恒压源输出电压为5V；串联电阻的阻值为10欧姆，分压电阻的电阻值为100欧姆，虫子的实际长度为X毫米；
假如模数转换单元某一时刻的输出电压为2.5V；那么可以判断该时刻落到金属丝上的虫子的长度X≥(5/(2.5/100)-100)/10*3＝30毫米；
每个诱虫灯的控制器都通过无线通信模块与云服务器通信；控制器读取GPS定位模块的数据，然后通过无线通信模块将虫子的数量、虫子的尺寸数据以及农田的位置信息上传到云服务器；云服务器与智能手机通信。
其中，所述的控制器采用高通骁龙820实现；风扇采用5V电压控制的微型风扇；所述的恒压源输出电压为5V，电阻的阻值为10欧姆；云服务器采用阿里云服务器，智能手机采用iPhone6s；无线通信模块采用3G无线通信模块。
所述的双层加密高压电网，其外层电网采用间隔较稀疏的电网间隙布置(例如0.8cm)，其内层电网采用间隔较密集的电网间隙布置(例如0.4cm)；并且双层加密电网采用耐弧镀膜材料，双阳螺旋绕制实现，网线直径0.6mm,内外两层电网的平行距离为1cm。诱虫灯高压电网采用双层加密电网，虫子受到诱虫光源的吸引触碰到高压电网而被电击致死；由于本发明杀虫灯高压电网采用内外双层，外层布置较稀疏，内层布置紧密，即使微小害虫能够规避外层电网的妨害，也很难在1cm的距离里连续避开内层电网的阻拦，因此避免了由于虫子体型微小而从电网间隙穿过不被捕捉到的现象。
下面参照图1-4对本发明的工作原理进行描述：一旦虫子落到金属丝上面会将相邻两个金属丝之间的串联电阻短路，由于电路采用的是恒压源和相同阻值的串联电阻、分压电阻串联，所以模数转换单元输入端的电压值是线性变化的，通过模数转换单元的输出电压的变化可以很容易计算出有几个串联电阻被短路，如果非同一时刻有3个串联电阻被短路，可以判断有3个虫子；如果同一个时刻有2个串联电阻被短路，可以判断是一个虫子同时将2个串联电阻短路，可以判断该虫子的体型较大，由于相邻金属丝之间的距离已知，例如3mm，当一个串联电阻被短路时可以判断该虫子的体型大于3mm，如果同一时刻有两个串联电阻被短路可以判断该虫子的体型大于6mm；每间隔一段时间(例如2s)，控制器控制风扇启动，将虫子吹到接虫袋里面；根据以往实验经验，同一时刻两个虫子同时落入到金属丝上的概率几乎为零，因此本发明可以对害虫进行精准计数、以及对害虫大致体型大小的统计判断。
通过GPS定位模块可以精准定位各个农田的位置，控制器将检测到的害虫数量信息以及该农田的具体位置信息上传到云服务器，云服务器通过各个农田害虫数据的比较分析，可得出哪个农田害虫严重需要喷洒农药，哪个农田害虫较少，然后将分析结果发送到智能手机。
Claims (4)
1.基于物联网、云计算和大数据的现代农业害虫自动监测预警系统，其特征在于，包括云服务器、智能手机和多个诱虫灯；
所述的诱虫灯包括防雨盖、LED灯体、接虫装置、双层加密高压电网；防雨盖设置于LED灯体的上方，接虫装置设置于LED灯体的下方，双层加密高压电网设置于LED灯体外围；
所述的诱虫灯还包括害虫计数单元、风扇、接虫袋；
所述的害虫计数单元包括无线通信模块、GPS定位模块、控制器、恒压源、模数转换单元、N+1个金属丝、N个相同阻值的串联电阻、分压电阻；N≧4；
N个相同阻值的串联电阻的总阻值等于分压电阻的阻值，恒压源的电压小于等于5V；
N个相同阻值的串联电阻以及分压电阻串联后的两端连接恒压源的两个输出端；
模数转换单元的输入端连接分压电阻的两端；
模数转换单元将数字信号输入到控制器；
无线通信模块、GPS定位模块分别与控制器电连接；
N+1个金属丝等间距平行排列，每个金属丝的一端分别连接两个相邻电阻之间的公共节点，相邻金属丝位于同一个串联电阻的两端；
控制器控制风扇的启动和停止；
所述的接虫装置呈漏斗状，N+1个金属丝水平设置于接虫装置的下端口处；
接虫装置的下端部的侧壁上设置多个进风孔，风扇设置于所述的进风孔附近；
接虫装置的下端部的侧壁上同时设置害虫排出口，所述的害虫排出口设置的位置与所述的进风孔的位置相对应；害虫排出口上设置有接虫袋；
多个诱虫灯分别设置于多个农田；
每个诱虫灯的控制器都通过无线通信模块与云服务器通信；
控制器读取GPS定位模块的数据，然后通过无线通信模块将虫子的数量、虫子的尺寸数据以及农田的位置信息上传到云服务器；
所述的云服务器所述的云服务器与智能手机通信。
2.根据权利要求1所述的基于物联网、云计算和大数据的现代农业害虫自动监测预警系统，其特征在于，所述的控制器采用高通骁龙820实现。
3.根据权利要求1所述的基于物联网、云计算和大数据的现代农业害虫自动监测预警系统，其特征在于，所述的风扇采用5V电压控制的微型风扇。
4.根据权利要求1所述的基于物联网、云计算和大数据的现代农业害虫自动监测预警系统，其特征在于，所述的恒压源输出电压为5V，N＝10，电阻的阻值为10欧姆；云服务器采用阿里云服务器，智能手机采用iPhone6s；无线通信模块采用3G无线通信模块。
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