CN105532381B - 一种利用手机app软件远程调控的农业种植环境智能调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用手机APP软件远程调控的农业种植环境智能调节装置,包括数据采集装置、调控装置及水循环装置,所述数据采集装置包括温湿度传感器、土壤检测仪、摄像仪及管道压力传感器,所述调控装置包括中央处理器、无线信号接收器、电子控制单元、智能手机智能手机内设有APP智能灌溉软件,水循环装置包括水泵控制器、喷淋控制器及电机控制器。本发明具有水控精确度高、自动化程度完善、人工需求少、实时化监控及水资源利用率高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及农业生产设备技术领域,具体而言本发明特别涉及一种利用手机APP软件远程调控的农业种植环境智能调节装置。
背景技术
目前,农业灌溉是解决由水资源日益紧缺而导致的各类供求矛盾的有效方案之一,它依据农作物需求信息完成实时监控、适时进行灌溉,在不影响农作物产量的同时节约了农业用水。
传统的灌溉方式通常采用水从地表面进入农田里,完成土壤的湿润,可以分为畦灌、沟灌、淹灌和漫灌,通常需要根据人工对灌溉的程度进行判断,形式较为粗糙,精确度不高,易造成水资源浪费。即使采用灌溉监控系统,在实际的应用中依然存在较多缺陷:如监测点通常局限在地表单一深度,没有进行多层位的监控,信息反馈准确率较低,同时通常采用人工方式劳作,完成农作物的灌溉,导致灌溉成本较高,费时费力。
手机作为一种通讯工具,成为了国内家庭生活的必备品。手机的使用也越来越简单,无论哪个年龄段的人群,都能轻松熟练的使用手机功能。早期通过手机控制灌溉的方法仅仅局限于用手机的GSM功能,通过手机使用者发送短信至控制中心,通过控制中心的操控人员对手机使用者所提供机井编号进行水井状态改变,其运用到的仅仅是手机的短信发送功能,没有实现完全的人为自我控制操作型智能灌溉,技术尚未完善,不能满足农户自行对农田灌溉进行控制的需求。最近,随着智能手机以及各种APP软件的发展,出现了很多新型智能灌溉系统,如CN204613723U、CN203813845U以及CN104584988A等相关专利产品,但上述智能灌溉系统结构并不完善。
此外,虽然人工智能发展十分迅速,但落后的数据采集装置依然制约着智能系统的进一步发展。
传统的湿度传感器包括电解质湿度传感器、陶瓷湿传感器和高分子聚合物湿度传感器,但这三类湿度传感器各具有其缺点。陶瓷型湿度传感器件,使用寿命长,可以在较恶劣的条件如高温下工作,且化学稳定性和热稳定性好,机械强度高。在对环境湿度的测量方面,可检测到1%RH的低湿状态。但是稳定性不好,尤其在中高湿(>50%)或非洁净环境下使用时漂移严重,需经常校准或加热清洗,成本高,可靠性差。高分子湿度传感器具有制作简单、价格低廉、体积小、尤适于在中等湿度范围内使用等优点,但也存在着耐高湿能力及长期稳定性差等缺点。同时,上述传感器响应时间均为几十秒,这在某些特殊场合是不能满足要求的,因此,对新型湿敏材料的研究已经广泛地引起了人们的重视。超支化聚电解质材料是大分子科学中一个年轻而快速发展的领域,其应用与其独特的分子结构和性质密切相关。相信在不久的将来,超支化聚合物的应用将实现市场化,规模化,呈现出无比光明的发展前景。随着现代科学技术的发展,人们对材料的性能要求日趋多样化,单一的材料往往难以满足各种不同的要求。将不同的材料通过一定的工艺方法制备成复合型材料,不仅可以使它保留原有组分的优势,并能显示出一些新的性能。这种“复合技术”的出现和发展,使复合材料已成为新材料革命的一个重要发展方向。近年来,在提高和改进湿敏材料的感湿特性方面,复合型湿敏材料也一直占据着重要的位置。
发明内容
本发明的目的在于解决上述不足,提供一种利用手机APP软件远程调控的农业种植环境智能调节装置,具有水控精确度高、自动化程度完善、人工需求少、实时化监控及水资源利用率高的特点。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现:
一种利用手机APP软件远程调控的农业种植环境智能调节装置,包括数据采集装置、调控装置及水循环装置,所述数据采集装置用于对农田环境数据进行采集,所述调控装置用于数据分析及对所述水循环装置的调节控制,所述水循环装置用于对农田环境水分的灌溉,所述数据采集装置包括温湿度传感器、土壤检测仪、摄像仪及管道压力传感器,所述温湿度传感器、土壤检测仪、摄像仪及管道压力传感器内分别安装设有无线传感器和模数转换器,所述温湿度传感器用于收集空气环境数据,所述土壤检测仪用于收集土壤环境数据,所述摄像仪用于收集农作物生长数据,所述管道压力传感器用于收集管道内水压数据,所述调控装置包括中央处理器、无线信号接收器、电子控制单元、智能手机,数据通过所述模数转换器完成信号转换,通过所述无线传感器与所述无线信号接收器的无线信号匹配完成信号传输,所述中央处理器依据信号输入完成信号转换,并通过移动通信网络将信号传输给智能手机,智能手机内设有APP智能灌溉软件,通过APP智能灌溉软件下达指令,并通过移动通信网络将指令传输给中央处理器,通过中央处理器控制所述电子控制单元,所述电子控制单元包括控制面板,通过所述控制面板完成参数设定,所述电子控制单元控制所述水循环装置,所述水循环装置包括水泵控制器、喷淋控制器及电机控制器。
所述温湿度传感器为无线温湿度传感器,所述温湿度传感器内设有探头,所述探头采用超支化聚酰胺与纳米复合氧化物复合而成的湿敏材料制成的温湿电容元件。
所述湿敏材料组成按重量份计为:超支化聚酰胺1,纳米复合氧化物0.07‐0.5。
将超支化聚酰胺与纳米复合氧化物按照一定比例物理混合,制成复合湿敏材料。
所述纳米复合氧化物由下列通式表示:TiaFebCacZndOX,其中a=0.1‐0.5,b=0.3‐0.7,c=0.2‐0.5,d=0.1‐0.3,X≥1。
所述纳米复合氧化物的制备方法,包括下述步骤:
a)按纳米复合氧化物通式所示化学计量比,将四氯化钛、氯化亚铁、硝酸钙、硝酸锌溶解在乙醇里,用作前驱体溶液;
b)在0.15Mpa的压力下,通过0.3m3/h的O2对前驱体溶液进行雾化分散;
c)将雾化液滴以5ml/min的速度喷入火焰反应器,同时逆向通入0.76m3/h的H2和1m3/h的O2并点燃,燃烧获得纳米复合氧化物。
所述温湿度传感器、土壤检测仪及管道压力传感器各自的数量为至少一个,两个及以上所述温湿度传感器间隔排布距离为10‐300m,所述土壤检测仪间隔排布距离为10‐300m,所述管道压力传感器位于水管内部。
所述温湿度传感器按不等高或等高悬挂在农田上空0.3‐3.0m高处,用于采集空气温湿度,并将温湿度信息通过模数转换器完成信号转换,通过所述无线传感器与所述无线信号接收器的无线信号匹配完成信号传输。
所述土壤检测仪内配有探针,所述土壤检测仪安置在农田土壤中,用于采集土壤营养元素及水分含量,并将土壤营养元素及水分含量通过模数转换器完成信号转换,通过所述无线传感器与所述无线信号接收器的无线信号匹配完成信号传输。
所述管道压力传感器用于检测远端水压信号,并将远端水压信号通过模数转换器完成信号转换,通过所述无线传感器与所述无线信号接收器的无线信号匹配完成信号传输。
所述中央处理器输出端与所述电子控制单元输入端相连,所述电子控制单元与所述水循环装置完成电联控制,所述水泵控制器用于调节水压,所述喷淋控制器用于调节滴液流量。
还包括一存储单元,所述存储单元用于保存所述中央处理器转换信号信息。
还包括一警示装置,所述警示装置输入端与所述中央处理器输出端相连,所述警示装置输出端分别与无线数据通讯模块、控制面板及警示灯连接,所述无线数据通讯模块发出短信警报传输至移动终端,所述控制面板用于显示报警代码,所述警示灯用于明灯警示。
本发明与现有技术相比具有如下突出优点和效果:本发明利用三种传感装置完成不同信息的收集,数据采集范围完成空气、土壤及水压监测,利用中央处理器综合对比数据完成最佳比例计算,从而提高了农作物水分及养分需求量的精确度,避免了因误差导致灌溉的浪费,提高了水资源的利用率,同时增加了农作物营养物的监控,提高了农作物的产量,利用智能手机可以完成实时监控及实时指令发送,为远程操控提供方便,增加了智能化程度,提高了自动化生产率,所述探头采用超支化聚酰胺与纳米复合氧化物复合而成的湿敏材料制成的温湿电容元件,湿滞较小,且具有较短的响应时间。综合所述,本发明具有水控精确度高、自动化程度完善、人工需求少、实时化监控及水资源利用率高的特点。
本发明的特点可参阅以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。
(智能灌溉系统)
一种利用手机APP软件与整体的灌溉设备进行无线连接操控的农业种植环境智能调节装置,包括数据采集装置、调控装置及水循环装置,所述数据采集装置用于对农田环境数据进行采集,所述调控装置用于数据分析及对所述水循环装置的调节控制,所述水循环装置用于对农田环境水分的灌溉,所述数据采集装置包括温湿度传感器、土壤检测仪、摄像仪及管道压力传感器,所述温湿度传感器、土壤检测仪、摄像仪及管道压力传感器内分别安装设有无线传感器和模数转换器,所述温湿度传感器用于收集空气环境数据,所述土壤检测仪用于收集土壤环境数据,所述摄像仪用于收集农作物生长数据,所述管道压力传感器用于收集管道内水压数据,所述调控装置包括中央处理器、无线信号接收器、电子控制单元、智能手机,数据通过所述模数转换器完成信号转换,通过所述无线传感器与所述无线信号接收器的无线信号匹配完成信号传输,所述中央处理器依据信号输入完成信号转换,并通过移动通信网络将信号传输给智能手机,智能手机内设有APP智能灌溉软件,通过APP智能灌溉软件下达指令,并通过移动通信网络将指令传输给中央处理器,通过中央处理器控制所述电子控制单元,所述电子控制单元包括控制面板,通过所述控制面板完成参数设定,所述电子控制单元控制所述水循环装置,所述水循环装置包括水泵控制器、喷淋控制器及电机控制器。
(湿敏材料)
将超支化聚酰胺与纳米复合氧化物按照表1比例物理混合,制成复合湿敏材料。
表1
试样 | 超支化聚酰胺 | 纳米复合氧化物 |
1 | 1 | 0.09 |
2 | 1 | 0.5 |
3 | 1 | 0.2 |
实施例
采用表1试样3所示的配方,通过调整纳米氧化物的组成,对湿敏材料的各项性能进行比较。
(1)湿滞
湿敏元件经从高湿到低湿再到高湿过程得到的循环响应曲线,曲线上达到同一阻抗值时的最大相对湿度差为湿滞,以%RH表示。
(2)响应时间
湿敏元件从高湿到低湿(脱湿时间),或是从低湿到高湿(吸湿时间)转移过程中,其响应变化达到稳态条件下两种湿度差引起元件阻抗或电压变化绝对值的90%时所需要的时间。
表2
由表2的结果可知,采用一定组成的纳米复合氧化物,与分别单独添加的无机纳米氧化物填料相比,湿滞较小,且具有较短的响应时间。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种利用手机APP软件远程调控的农业种植环境智能调节装置,包括数据采集装置、调控装置及水循环装置,所述数据采集装置用于对农田环境数据进行采集,所述调控装置用于数据分析及对所述水循环装置的调节控制,所述水循环装置用于对农田环境水分的灌溉,所述数据采集装置包括温湿度传感器、土壤检测仪、摄像仪及管道压力传感器,所述温湿度传感器、土壤检测仪、摄像仪及管道压力传感器内分别安装设有无线传感器和模数转换器,所述温湿度传感器用于收集空气环境数据,所述土壤检测仪用于收集土壤环境数据,所述摄像仪用于收集农作物生长数据,所述管道压力传感器用于收集管道内水压数据,所述调控装置包括中央处理器、无线信号接收器、电子控制单元、智能手机,数据通过所述模数转换器完成信号转换,通过所述无线传感器与所述无线信号接收器的无线信号匹配完成信号传输,所述中央处理器依据信号输入完成信号转换,并通过移动通信网络将信号传输给智能手机,智能手机内设有APP智能灌溉软件,通过APP智能灌溉软件下达指令,并通过移动通信网络将指令传输给中央处理器,通过中央处理器控制所述电子控制单元,所述电子控制单元包括控制面板,通过所述控制面板完成参数设定,所述电子控制单元控制所述水循环装置,所述水循环装置包括水泵控制器、喷淋控制器及电机控制器,所述温湿度传感器内设有探头,其特征在于,所述探头采用超支化聚酰胺与纳米复合氧化物复合而成的湿敏材料制成的温湿电容元件,所述超支化聚酰胺与纳米复合氧化物的重量比为1:0.07-0.5,所述纳米复合氧化物由下列通式表示:TiaFebCacZndOX,其中a=0.1-0.5,b=0.3-0.7,c=0.2-0.5,d=0.1-0.3,X≥1。
2.根据权利要求1所述的一种利用手机APP软件远程调控的农业种植环境智能调节装置,其特征在于:所述纳米复合氧化物的制备方法,包括下述步骤:
a)按纳米复合氧化物通式所示化学计量比,将四氯化钛、氯化亚铁、硝酸钙、硝酸锌溶解在乙醇里,用作前驱体溶液;
b)在0.15Mpa的压力下,通过0.3m3/h的O2对前驱体溶液进行雾化分散;
c)将雾化液滴以5ml/min的速度喷入火焰反应器,同时逆向通入0.76m3/h的H2和1m3/h的O2并点燃,燃烧获得纳米复合氧化物。
3.根据权利要求1所述的一种利用手机APP软件远程调控的农业种植环境智能调节装置,其特征在于:所述温湿度传感器、土壤检测仪、摄像仪及管道压力传感器各自的数量为至少一个,两个及以上所述温湿度传感器间隔排布距离为10-300m,所述土壤检测仪间隔排布距离为10-300m,所述管道压力传感器位于水管内部。
4.根据权利要求1所述的一种利用手机APP软件远程调控的农业种植环境智能调节装置,其特征在于:所述温湿度传感器按不等高或等高悬挂在农田上空0.3-5.0m高处,用于采集空气温湿度,并将温湿度信息通过模数转换器完成信号转换,通过所述无线传感器与所述无线信号接收器的无线信号匹配完成信号传输。
5.根据权利要求1所述的一种利用手机APP软件远程调控的农业种植环境智能调节装置,其特征在于:所述土壤检测仪内配有探针,所述土壤检测仪安置在农田土壤中,用于采集土壤营养元素及水分含量,并将土壤营养元素及水分含量通过模数转换器完成信号转换,通过所述无线传感器与所述无线信号接收器的无线信号匹配完成信号传输。
6.根据权利要求1所述的一种利用手机APP软件远程调控的农业种植环境智能调节装置,其特征在于:所述管道压力传感器用于检测远端水压信号,并将远端水压信号通过模数转换器完成信号转换,通过所述无线传感器与所述无线信号接收器的无线信号匹配完成信号传输。
7.根据权利要求1所述的一种利用手机APP软件远程调控的农业种植环境智能调节装置,其特征在于:所述中央处理器输出端与所述电子控制单元输入端相连,所述电子控制单元与所述水循环装置完成电联控制,所述水泵控制器用于调节水压,所述喷淋控制器用于调节滴液流量。
8.根据权利要求1所述的一种利用手机APP软件远程调控的农业种植环境智能调节装置,其特征在于:还包括一存储单元,所述存储单元用于保存所述中央处理器转换信号信息。
9.根据权利要求1所述的一种利用手机APP软件远程调控的农业种植环境智能调节装置,其特征在于:还包括一警示装置,所述警示装置输入端与所述中央处理器输出端相连,所述警示装置输出端分别与无线数据通讯模块、控制面板及警示灯连接,所述无线数据通讯模块发出短信警报传输至移动终端,所述控制面板用于显示报警代码,所述警示灯用于明灯警示。
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