CN107367933A - 一种基于物联网的智能农业机械施肥方法及装置 - Google Patents

一种基于物联网的智能农业机械施肥方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及农业机械技术领域，具体为一种基于物联网的智能农业机械施肥方法及装置，根据地理位置信息匹配结果，农业信息服务器终端通过无线信号模块向主控模块发送水肥配比信息及电机转速推荐信息，水肥配比模块构建如下神经元结构模型，在神经元模型基础上，主控模块控制水肥配比模块、速度控制模块、液泵并结合环境补偿模块控制农业机械施肥装置进行施肥作业，物联网监控终端通过GPS数据终端开关和人机交互单元实现远程作业监控，根据推荐的作业信息控制水肥配比模块实现不同的配比和电机实现不同的转速及液泵的不同工况，利用神经网络，可学习和自适应不确定的系统，为变量施肥实践提供方法依据，挺高了作业的科学性和可靠性。

Description

一种基于物联网的智能农业机械施肥方法及装置
技术领域
本发明涉及农业机械技术领域，具体为一种基于物联网的智能农业机械施肥方法及装置。
背景技术
农业属于第一产业，是人们赖以生存的基本产业，随着人口的增加以及时代的发展，对于农产品的需求量逐步加大，农业种植量增多，从而对于农业机械的需求量也随之越来越多，种类繁多，农业施肥就是其中之一，传统的肥料均为人工播撒，随着现代化机械的逐步盛行，在有些地区出现了机械化施肥机器，但是现有的施肥机械大多先配置好相应的肥料，然后推至农作物附近进行灌溉，经过长时间的静置，肥料的浓度不一，施肥量缺乏科学参考，作业科学性和智能化程度低，影响施肥效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于物联网的智能农业机械施肥方法及装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于物联网的智能农业机械施肥方法，包括：
步骤一、主控模块通过读取设备定位模块的定位数据并将该定位数据通过无线信号模块发送至农业信息服务器终端，在农业信息服务器终端实现信息匹配；
步骤二、根据信息匹配结果，农业信息服务器终端通过无线信号模块向主控模块发送水肥配比信息及电机转速推荐信息；
步骤三、水肥配比模块调取农业信息服务器终端中存储的土壤及水质信息，构建如下神经元结构模型：
其中，yi是神经元i的输出，与其他多个神经元通过权连接起来，，xj是网络输入，j＝1，2，…，n；wj为输入权重，j＝1,2,…，n；θi是神经元i的阈值，F为激活函数；
并选择Sigmoid激活函数再进行后向传播学习，得到基于后向传播学习的神经元网络模型；
步骤四、在神经元模型基础上，主控模块控制水肥配比模块、速度控制模块、液泵并结合环境补偿模块控制农业机械施肥装置进行施肥作业；
步骤五、监控传感模块将感知数据通过无线信号模块传送至物理联网监控终端，物联网监控终端通过GPS数据终端开关和人机交互单元实现远程作业监控。
进一步，所述农业机械施肥方法还包括：
步骤一、神经网络模型结构输入层神经元为土壤养分的氮、磷、钾含量和目标产量，模型输出层神经元分别是施肥的氮、磷、钾用量；
步骤二、神经元结构模型进行后向传播学习后得出基于后向传播学习的神经网络模型，水肥配比模块结合农业信息服务器终端中存储的土壤及水质信息得出氮、磷、钾组分配比并将该组分配比转化为控制氮、磷、钾配入量的开度开关的电压信号，该电压信号与开度开关的开度值呈线性关系；
步骤三、根据监控传感模块获取的天气及温度参数，对应每一天气及温度参数，主控模块对开度开关的线型电压信号进行电压补偿，并根据最终补偿结果对电机速度调节模块和液泵做出匹配的控制决策。
本发明的另一目的在于提供一种基于物联网的智能农业机械施肥装置，包括箱体，箱体的侧壁连接有推把，箱体的下端连接有U型架，U型架的下端安装有滚轮，U型架的底板上端连接有电源，所述U型架的内侧壁通过第一弹簧连接有位于箱体正下方的第一电机，所述第一电机的下端活动连接有偏心轮，偏心轮连接有转杆，所述转杆的另一端连接有安装在U型架内壁上的第二电机，所述箱体的内腔底板通过多个第二弹簧连接有圆盘；
所述第一电机的上端连接有转轴，转轴的另一端贯穿箱体和圆盘连接有T型管，T型管横向一段的两端连接有喷头，所述转轴靠近T型管的一端通过轴承套接有套筒，且T型管位于套筒的内部，所述转轴位于箱体内腔的一段套接有位于圆盘上方的压盘，所述转轴的侧壁连接有多个位于压盘上方的叶轮，且叶轮位于箱体的内腔；
所述箱体的内腔右侧内壁连接有液泵，所述液泵的上端连接有伸缩管，伸缩管的另一端连接有L型管，所述L型管的另一端穿过箱体的顶壁与套筒的侧壁连通，所述T型管位于套筒内腔的一段侧壁开设有第二通孔；
所述箱体顶部设置水肥配比模块，U型架安装有主控模块和与该主控模块连接的设备定位模块、监控传感模块，主控模块通过无线信号模块与农业信息服务器终端和物理联网监控终端通信；
所述物联网监控终端通过独立并联关系的GPS数据终端开关和人机交互单元的无线远程控制采用继电器节点作为远程控制的终端；
所述主控模块设置有用于控制第一电机和第二电机运动状态的电机速度调节模块，该电机速度调节模块包括控制器和与该控制器连接的水肥配比读取模块，并根据配置的测试参数、水肥配比数据、环境感测参数通过控制器下发电机转速控制信息的参数配置模块、根据电机转速控制信息并同步采集电机的实际转速数据的速度采集模块、储存采集到的电机实际转速数据并将采集到的所述实际转速数据与预设的检测结果进行对比并根据控制器发送的调速命令对电机速度进行调节的速度控制模块。
进一步，所述圆盘的上端以转轴为中心开设有多个环形凹槽，所述圆盘开设有多个位于相邻两个环形凹槽之间的第一通孔，所述压盘的下端连接有多个与环形凹槽对应的凸起。
进一步，所述环形凹槽的截面呈圆弧状结构，所述凸起的下端呈圆弧状结构。
进一步，所述套筒的内壁上端与T型管的侧壁缝隙处设有密封圈。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
第一电机启动，转轴转动，带动叶轮转动，对箱体内的物料进行搅拌，加速溶解混合，第二电机启动，转杆转动，带动偏心轮转动，偏心轮使得第一电机进行上下往复移动，叶轮在箱体的内腔上下搅动，使得搅拌混合速率加快，当第一电机下降时，同时，压盘与圆盘接触挤压，凸起在环形凹槽内移动，对颗粒物料进行碾压，加速溶解，第一通孔便于液体的流动，液泵启动，物料从伸缩管和L型管流向套筒内，通过T型管上的第二通孔流向T型管，最后从喷头喷出，对农作物进行灌溉，在转轴的上下移动的过程，喷头随之上下移动，从而增大灌溉范围；
农业信息服务器终端内预存不同地区农业作业信息，可根据当地地理坐标匹配相关农业信息，并可通过可视化人机操作选取不同农业作业的推荐值，如施肥量、施肥时间节点等，本发明实施例的主控模块采用嵌入式模块，可完成数据采集、数据处理、数据显示以及控制外设等功能，可根据推荐的作业信息控制水肥配比模块实现不同的配比和电机实现不同的转速及液泵的不同工况，利用神经网络，可以充分逼近任意复杂的非线性关系，可学习和自适应不确定的系统，建立神经网络模型，使其按照生态效益、经济效益最大化进行施肥决策，为变量施肥实践提供方法依据，并通过手机APP发送GPS数据控制继电器节点的开关和接收监控数据，操作智能化，能适应于不同的作业地区，作业范围广，因地制宜，挺高了作业的科学性和可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的农业机械施肥装置的结构示意图；
图2为A部放大结构示意图；
图3为本发明实施例提供的农业机械施肥方法流程图；
图中：箱体1、U型架2、第一弹簧21、第一电机3、转轴31、压盘32、凸起321、叶轮33、轴承34、偏心轮4、转杆41、圆盘5、第二弹簧51、环形凹槽52、第一通孔53、液泵6、伸缩管61、L型管62、套筒7、T型管8、第二通孔81、密封圈82、喷头9。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：
一种基于物联网的智能农业机械施肥方法，包括：
S101、主控模块通过读取设备定位模块的定位数据并将该定位数据通过无线信号模块发送至农业信息服务器终端，在农业信息服务器终端实现信息匹配；
S102、根据信息匹配结果，农业信息服务器终端通过无线信号模块向主控模块发送水肥配比信息及电机转速推荐信息；
S103、水肥配比模块调取农业信息服务器终端中存储的土壤及水质信息，构建神经元结构模型，并选择Sigmoid激活函数再进行后向传播学习，得到基于后向传播学习的神经元网络模型；
在本发明实施例中，步骤S103所构建的神经元模型为：
其中，yi是神经元i的输出，与其他多个神经元通过权连接起来，，xj是网络输入，j＝1，2，…，n；wj为输入权重，j＝1,2,…，n；θi是神经元i的阈值，F为激活函数；
S104、在神经元模型基础上，主控模块控制水肥配比模块、速度控制模块、液泵并结合环境补偿模块控制农业机械施肥装置进行施肥作业；
S105、监控传感模块将感知数据通过无线信号模块传送至物理联网监控终端，物联网监控终端通过GPS数据终端开关和人机交互单元实现远程作业监控。
所述农业机械施肥方法还包括：
第一步、神经网络模型结构输入层神经元为土壤养分的氮、磷、钾含量和目标产量，模型输出层神经元分别是施肥的氮、磷、钾用量；
第二步、神经元结构模型进行后向传播学习后得出基于后向传播学习的神经网络模型，水肥配比模块结合农业信息服务器终端中存储的土壤及水质信息得出氮、磷、钾组分配比并将该组分配比转化为控制氮、磷、钾配入量的开度开关的电压信号，该电压信号与开度开关的开度值呈线性关系；
第三步、根据监控传感模块获取的天气及温度参数，对应每一天气及温度参数，主控模块对开度开关的线型电压信号进行电压补偿，并根据最终补偿结果对电机速度调节模块和液泵做出匹配的控制决策。
本发明实施例中的农业机械施肥装置，包括箱体1，箱体1的侧壁连接有推把，箱体1的下端连接有U型架2，U型架2的下端安装有滚轮，U型架2的底板上端连接有电源，U型架2的内侧壁通过第一弹簧21连接有位于箱体1正下方的第一电机3，第一电机3的下端活动连接有偏心轮4，偏心轮4连接有转杆41，转杆41的另一端连接有安装在U型架2内壁上的第二电机，箱体1的内腔底板通过多个第二弹簧51连接有圆盘5，第一电机3的上端连接有转轴31，转轴31的另一端贯穿箱体1和圆盘5连接有T型管8，T型管8横向一段的两端连接有喷头9，转轴31靠近T型管8的一端通过轴承34套接有套筒7，且T型管8位于套筒7的内部。
转轴31位于箱体1内腔的一段套接有位于圆盘5上方的压盘32，圆盘5的上端以转轴31为中心开设有多个环形凹槽52，圆盘5开设有多个位于相邻两个环形凹槽52之间的第一通孔53，压盘32的下端连接有多个与环形凹槽52对应的凸起321，环形凹槽52的截面呈圆弧状结构，凸起321的下端呈圆弧状结构，转轴31的侧壁连接有多个位于压盘32上方的叶轮33，且叶轮33位于箱体1的内腔，箱体1的内腔右侧内壁连接有液泵6，液泵6的上端连接有伸缩管61，伸缩管61的另一端连接有L型管62，L型管62的另一端穿过箱体1的顶壁与套筒7的侧壁连通，T型管8位于套筒7内腔的一段侧壁开设有第二通孔81，套筒7的内壁上端与T型管8的侧壁缝隙处设有密封圈82，防止水从套筒7与T型管8的缝隙处流出，起密封的作用。
本农业机械施肥装置，接通电源，第一电机3启动，转轴31转动，带动叶轮33转动，对箱体1内的物料进行搅拌，加速溶解混合，第二电机启动，转杆41转动，带动偏心轮4转动，偏心轮4使得第一电机3进行上下往复移动，叶轮33在箱体1的内腔上下搅动，使得搅拌混合速率加快，当第一电机3下降时，同时，压盘32与圆盘5接触挤压，凸起321在环形凹槽52内移动，对颗粒物料进行碾压，加速溶解，第一通孔53便于液体的流动，液泵6启动，物料从伸缩管61和L型管62流向套筒7内，通过T型管8上的第二通孔81流向T型管8，最后从喷头9喷出，对农作物进行灌溉，在转轴31的上下移动的过程，喷头9随之上下移动，从而增大灌溉范围；
农业信息服务器终端内预存不同地区农业作业信息，可根据当地地理坐标匹配相关农业信息，并可通过可视化人机操作选取不同农业作业的推荐值，如施肥量、施肥时间节点等，本发明实施例的主控模块采用嵌入式模块，可完成数据采集、数据处理、数据显示以及控制外设等功能，可根据推荐的作业信息控制水肥配比模块实现不同的配比和电机实现不同的转速及液泵的不同工况，利用神经网络，可以充分逼近任意复杂的非线性关系，可学习和自适应不确定的系统，建立神经网络模型，使其按照生态效益、经济效益最大化进行施肥决策，为变量施肥实践提供方法依据，并通过手机APP发送GPS数据控制继电器节点的开关和接收监控数据，操作智能化，能适应于不同的作业地区，作业范围广，因地制宜，挺高了作业的科学性和可靠性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于物联网的智能农业机械施肥方法，其特征在于，该方法包括：
步骤一、主控模块通过读取设备定位模块的定位数据并将该定位数据通过无线信号模块发送至农业信息服务器终端，在农业信息服务器终端实现信息匹配；
步骤二、根据信息匹配结果，农业信息服务器终端通过无线信号模块向主控模块发送水肥配比信息及电机转速推荐信息；
步骤三、水肥配比模块调取农业信息服务器终端中存储的土壤及水质信息，构建如下神经元结构模型：
<mrow> <msub> <mi>y</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mi>f</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mi>i</mi> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <msub> <mi>w</mi> <mi>j</mi> </msub> <msub> <mi>x</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;theta;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mi>j</mi> <mo>&amp;NotEqual;</mo> <mi>i</mi> </mrow>
其中，yi是神经元i的输出，与其他多个神经元通过权连接起来，，xj是网络输入，j＝1，2，…，n；wj为输入权重，j＝1,2,…，n；θi是神经元i的阈值，F为激活函数；
并选择Sigmoid激活函数再进行后向传播学习，得到基于后向传播学习的神经元网络模型；
步骤四、在神经元模型基础上，主控模块控制水肥配比模块、速度控制模块、液泵并结合环境补偿模块控制农业机械施肥装置进行施肥作业；
步骤五、监控传感模块将感知数据通过无线信号模块传送至物理联网监控终端，物联网监控终端通过GPS数据终端开关和人机交互单元实现远程作业监控。
2.根据权利要求1所述一种基于物联网的智能农业机械施肥方法，其特征在于，该方法进一步包括：
步骤一、神经网络模型结构输入层神经元为土壤养分的氮、磷、钾含量和目标产量，模型输出层神经元分别是施肥的氮、磷、钾用量；
步骤二、神经元结构模型进行后向传播学习后得出基于后向传播学习的神经网络模型，水肥配比模块结合农业信息服务器终端中存储的土壤及水质信息得出氮、磷、钾组分配比并将该组分配比转化为控制氮、磷、钾配入量的开度开关的电压信号，该电压信号与开度开关的开度值呈线性关系；
步骤三、根据监控传感模块获取的天气及温度参数，对应每一天气及温度参数，主控模块对开度开关的线型电压信号进行电压补偿，并根据最终补偿结果对电机速度调节模块和液泵做出匹配的控制决策。
3.一种基于物联网的智能农业机械施肥装置，包括箱体(1)，箱体(1)的侧壁连接有推把，箱体(1)的下端连接有U型架(2)，U型架(2)的下端安装有滚轮，U型架(2)的底板上端连接有电源，其特征在于，所述U型架(2)的内侧壁通过第一弹簧(21)连接有位于箱体(1)正下方的第一电机(3)，所述第一电机(3)的下端活动连接有偏心轮(4)，偏心轮(4)连接有转杆(41)，所述转杆(41)的另一端连接有安装在U型架(2)内壁上的第二电机，所述箱体(1)的内腔底板通过多个第二弹簧(51)连接有圆盘(5)；
所述第一电机(3)的上端连接有转轴(31)，转轴(31)的另一端贯穿箱体(1)和圆盘(5)连接有T型管(8)，T型管(8)横向一段的两端连接有喷头(9)，所述转轴(31)靠近T型管(8)的一端通过轴承(34)套接有套筒(7)，且T型管(8)位于套筒(7)的内部，所述转轴(31)位于箱体(1)内腔的一段套接有位于圆盘(5)上方的压盘(32)，所述转轴(31)的侧壁连接有多个位于压盘(32)上方的叶轮(33)，且叶轮(33)位于箱体(1)的内腔；
所述箱体(1)的内腔右侧内壁连接有液泵(6)，所述液泵(6)的上端连接有伸缩管(61)，伸缩管(61)的另一端连接有L型管(62)，所述L型管(62)的另一端穿过箱体(1)的顶壁与套筒(7)的侧壁连通，所述T型管(8)位于套筒(7)内腔的一段侧壁开设有第二通孔(81)；
所述箱体(1)顶部设置水肥配比模块，U型架(2)安装有主控模块和与该主控模块连接的设备定位模块、监控传感模块，主控模块通过无线信号模块与农业信息服务器终端和物理联网监控终端通信；
所述物联网监控终端通过独立并联关系的GPS数据终端开关和人机交互单元的无线远程控制采用继电器节点作为远程控制的终端；
所述主控模块设置有用于控制第一电机和第二电机运动状态的电机速度调节模块，该电机速度调节模块包括控制器和与该控制器连接的水肥配比读取模块，并根据配置的测试参数、水肥配比数据、环境感测参数通过控制器下发电机转速控制信息的参数配置模块、根据电机转速控制信息并同步采集电机的实际转速数据的速度采集模块、储存采集到的电机实际转速数据并将采集到的所述实际转速数据与预设的检测结果进行对比并根据控制器发送的调速命令对电机速度进行调节的速度控制模块。
4.根据权利要求3所述的一种基于物联网的智能农业机械施肥装置，其特征在于，所述圆盘(5)的上端以转轴(31)为中心开设有多个环形凹槽(52)，所述圆盘(5)开设有多个位于相邻两个环形凹槽(52)之间的第一通孔(53)，所述压盘(32)的下端连接有多个与环形凹槽(52)对应的凸起(321)。
5.根据权利要求4所述的一种基于物联网的智能农业机械施肥装置，其特征在于，所述环形凹槽(52)的截面呈圆弧状结构，所述凸起(321)的下端呈圆弧状结构。
6.根据权利要求3所述的一种基于物联网的智能农业机械施肥装置，其特征在于，所述套筒(7)的内壁上端与T型管(8)的侧壁缝隙处设有密封圈(82)。
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