CN109389468A - 一种基于大数据智能分析的订制化肥料制备系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于大数据智能分析的订制化肥料制备系统及方法，解决的是制备的肥料与土壤匹配程度差、沟通成本高的技术问题，通过采用包括区域数字配方管理系统，与该系统连接的农田土壤信息监测系统、肥料“云智造”中心以及掌上配肥管理系统；所述肥料“云智造”中心连接有订单管理系统和生产与应用可追溯管理系统；所述区域数字配方管理系统内设置有肥料配方数据库的技术方案，较好的解决了该问题，可用于订制化肥料制备中。
Description
技术领域
本发明涉及肥料制备领域，具体涉及一种基于大数据智能分析的订制化肥料制备系统及方法。
背景技术
肥料，是农作物必不可少的的“营养品”，肥料对于农作物的高产稳产起到至关重要的作用，目前针对区域大面积的土地耕种，需要提供配套的配肥施肥方案，即通过测土配方施肥，实现根据不同田块土壤性状差异确定氮、磷、钾肥以及有机质及微生物用量，通过施用特定肥料配方的复合肥从而达到增产、增效、环保的目标。由于不同区域中所包含的土地土壤情况各不相同，对肥料的具体需求也不同，故而，需要针对区域中存在的不同需求提供多种差异化的肥料配方，以使得既保证了农作物种植的高产，又避免对肥料的浪费。
目前，传统的配肥方式是农户根据经验去配肥站购买各类肥料自己混配或者当地农业部门根据当地土壤情况统一指导购买肥料。然而就一个区域来说，能够提供的复合肥品种是有限的，不可能与所有田块的需要相匹配。此外，传统的配肥站需要根据当地测土配方人工上料，将多元肥料与氮、磷、钾肥经物理方法干混，混合成不同比例的混掺肥。这样做不仅效率低下，且无法实现精准配肥，不仅浪费肥料且易造成环境污染。
在目前的技术下根据每一块土地进行测土配方配、供肥仍无法实现。此外，现有技术中农户，合作社，配肥站之间信息不畅通，沟通成本较高。农户既无法实时进行下单配肥也无法实时查询到自己所需要的肥料信息，更无法对自己以往施肥信息进行追溯。各级相关农业部门，如土肥站如何实时掌握分散在乡镇或村庄的配肥机的配肥数据，以便实现监控并事后追溯，目前也无法实现。
因此，提供一种肥料制备精度高、各环节沟通成本低的基于大数据智能分析的订制化肥料制备系统及方法就很有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的制备的肥料与土壤匹配程度差、沟通成本高的技术问题。提供一种新的基于大数据智能分析的订制化肥料制备系统，该基于大数据智能分析的订制化肥料制备系统具有制备精确、沟通方便、流程容易把控的特点。
为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：
一种基于大数据智能分析的订制化肥料制备系统，所述订制化肥料制备系统包括区域数字配方管理系统，与区域数字配方管理系统连接的掌上配肥管理系统、肥料“云智造”中心以及农田土壤信息监测系统；所述肥料“云智造”中心连接有智能配肥订单管理系统和生产与应用可追溯管理系统；所述区域数字配方管理系统内设置有肥料配方数据库。
本发明的工作原理：本发明的掌上智能配肥管理系统主要作为用户终端用来下单、查看配肥进程、追溯以前配肥信息、付款、充值等功能。区域数字配方管理系统作为专家系统主要用于提供该区域内不同田块的土壤信息以便给出配肥方案。智能配料系统根据计算机指令进行单肥以及有机质的分类称重并投进料斗进入混合仓。自动混合造粒系统用来混匀各类单肥及有机质并造粒，得到混匀后的肥料。自动筛分烘干系统用来筛选粒径大小合适的肥料并进行加热烘干，得到粒径大小均匀的肥料。自动冷却除尘包膜系统用来在冷却过程中除去生产中产生的粉尘并收集起来，再利用包膜机进行包膜，得到包膜后的肥料。自动计量包装系统用来将上述混合后的肥料进行自动称重并包装，得到固定重量的掺混肥料。智能配肥订单管理系统主要用于订单的管理、专家系统的维护与更新。生产与应用可追溯管理系统主要用于将参考配方肥和实际配肥配方远程发送给后台服务器。
传统的复合肥料不能满足绿色生态、精准配方、智能制造、售后追溯的需求。为引领肥料产业转型升级，本发明实现肥料配方一地一个方案、肥料生产远程控制与智能化管理及肥料定制全程可追溯、具有投资少、成本低、速度快、精准配方、无“三废”排放等特点，为以绿色化、精准化、个性化为导向的肥料生产转型升级提供智能化解决方案，做到“肥料生产过程全程智能化、肥料定制个性化量身打造和肥料质量监管可追溯”。
上述方案中，为优化，进一步地，所述肥料“云智造”中心包括智能配料系统、自动混合造粒系统、自动筛分烘干系统、自动冷却除尘包膜系统以及自动计量包装系统；所述智能配料系统包括料斗、电子秤以及通信单元；所述自动混合造粒系统包括混合仓、造粒仓、称重传感器以及搅拌装置；所述自动筛分烘干系统包括筛分仓、烘干仓；所述自动冷却除尘包膜系统包括冷却仓、除尘仓、包膜仓；所述自动计量包装系统用于自动称重包装；所述电子秤包括称重传感器以及称重传送带，，通信单元包括信号接收单元、信号生成单元、信号发送单元以及信号存储单元。信号接收单元用于接收所述肥料“云智造”中心发送的参考配肥配方和实际配肥配方；信号生成单元用于根据接收的的所述参考配肥配方随机生成配肥单号；信号发送单元用于将所述配肥单号发送给对应的肥料“云智造”中心；存储单元用于所述的参考配肥配方、实际配肥配方和配肥单号，并生成相应的记录表格。
进一步地，所述料斗包括6个进料斗，其中一个料斗用于添加活性炭，另一个料斗用于添加有机质。
进一步地，所述区域数字配方管理系统、掌上配肥管理系统、肥料“云智造”中心以及农田土壤信息监测系统之间通过通信装置进行数据通信；通信装置包括发射机与接收机，还包括依次连接在发射机前端的波形映射单元、编码单元，所述波形映射单元连接有调频连续信号生成单元，发射机后端连接有N根发射天线；所述接收机前端连接有M根接收天线，接收机后端依次连接有FMCW-BOK随相检测单元、信道估计单元以及译码单元。
进一步地，所述FMCW-BOK随相检测单元包括进行二进制映射的正斜率匹配滤波器和负斜率匹配滤波器。
本发明还提供一种基于大数据智能分析的订制化肥料制备系统的制备方法，方法包括：
步骤1，区域数字配方管理系统根据接收农田土壤信息监测系统的检测结果，进行区域配方或地块配方设计，包括接收、校正、筛选农业部门提供的各乡镇、主要农作物配方施肥方案生成与土块匹配的各应用作物的肥料配方，将肥料配方发送给掌上智能配肥管理系统；
步骤2，区域数字配方管理系统接收智能配肥订单管理系统根据掌上智能配肥管理系统发送的信息生成的订单，订单被选择应用作物与对应的订制肥料配方，以及配肥亩数、预交配肥金额；
步骤3，区域数字配方管理系统将订单发送给肥料“云智造”中心；
步骤4，区域数字配方管理系统接收肥料“云智造”中心提供的配肥单号、重量、组成成分，并将配肥单号、重量、组成成分传输给生产与应用可追溯管理系统；
步骤5，区域数字配方管理系统接收肥料“云智造”中心提供的配肥进程信息，并将配肥进程信息传输给智能配肥订单管理系统、掌上智能配肥管理系统；
步骤6，区域数字配方管理系统接收掌上智能配肥管理系统的取料信息，并将取料信息传输给智能配肥订单管理系统；
步骤7，完成订制化肥料的制备配给。
进一步地，步骤1-步骤7中的数据传输采用的通信方法包括：
步骤A1，编码单元接收发送数据进行编码，将编码结果发送给波形映射单元，波形映射单元依据调频连续信号生成单元生成的正斜率调频连续信号和负斜率调频连续信号对编码结果进行BOK调制，发射机将调制信号通过信道传输给接收机；
步骤A2，FMCW-BOK随相检测单元将接收机接收的信号进行正交随相检测得到检测信号；
步骤A3，信道估计单元将检测信号通过信道估计进行修正，译码单元对修正后的数据信号进行译码；
步骤A4，传输译码信号，完成数据通信。
进一步地，所述正交随相检测包括：
步骤B1，计算M根接收天线中第i根接收天线的检测信号：
步骤B2，将N根发射天线、M根接收天线以及FMCW-BOK随相检测单元定义为检测信道，定义接收信号矩阵T′＝H′S′+N′，H′为信道矩阵，S′为输入信元；
步骤B3,定义，是通过随机相位检测输出的噪声，ckt＝{0，1}是第t码元周期第k发射天线的二级制码元；xup，t是正斜率匹配滤波器的输出，Xdn，t是负斜率匹配滤波器的输出；TB为调频连续波信号的时间带宽积，计算信道矩阵为H′(i，k)以及输入信元为S′(k，t)：
S′(k，t)＝TB·(1-ρ2)(2ckt-1)。
本发明的有益效果：本发明通过建立掌上智能配肥管理系统和智能配肥订单管理系统打通用户、合作社、配肥站之间相互联系，避免由于信息不畅通导致配肥效率低下且易出错的缺点。通过建立智能配料系统、自动混合系统、自动计量包装系统使得配肥过程智能化、自动化、精准化。除了可以节省人力资源和资金之外还避免了由人工配肥而导致的各种误差。通过建立生产与应用可追溯管理系统可以定期核实各配肥站是否规范操作；另外可将实际数据与配肥单号一一对应保存，一旦日后有争议，采购者可以根据订单信息和实际配肥样品进行核对，以保证配肥按相应的配方实施，提高采购者的肥料实施效果，增加农户经济效益。通过在配肥机上增加两个投料口投入含有土壤微生物的活性炭和有机质使得有机、无机、微生物大三元配方可以实现平衡营养、减肥减药、培肥地力、控污提质、抗逆增效，有效控制有害物质进入土壤和食物链，确保农产品质量安全。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1，实施例1中的订制化肥料制备系统示意图。
图2，肥料“云智造”中心示意图。
图3，通信装置示意图。
附图中：1-投料口，2-碾碎混合仓，3-造粒仓，4-筛分仓，8-筛分仓，5-烘干仓，6-冷却仓，7-除尘仓，9-包膜仓，10-混合仓，11-出料口。
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
本实施例提供一种基于大数据智能分析的订制化肥料制备系统，如图1，所述订制化肥料制备系统包括区域数字配方管理系统，与区域数字配方管理系统连接的掌上配肥管理系统、肥料“云智造”中心以及农田土壤信息监测系统；所述肥料“云智造”中心连接有智能配肥订单管理系统和生产与应用可追溯管理系统；所述区域数字配方管理系统内设置有肥料配方数据库，肥料配方数据库是现有的根据土壤参数配比肥料的现有配方，不再赘述。
农田土壤信息监测系统也是采用的现有检测方法对土壤进行检测，本实施例不再赘述。
本实施例一改传统的复合肥料不能满足绿色生态、精准配方、智能制造、售后追溯的需求。为引领肥料产业转型升级，本发明实现肥料配方一地一个方案、肥料生产远程控制与智能化管理及肥料定制全程可追溯、具有投资少、成本低、速度快、精准配方、无“三废”排放等特点，为以绿色化、精准化、个性化为导向的肥料生产转型升级提供智能化解决方案，做到“肥料生产过程全程智能化、肥料定制个性化量身打造和肥料质量监管可追溯”。
具体地，所述肥料“云智造”中心包括智能配料系统、自动混合造粒系统、自动筛分烘干系统、自动冷却除尘包膜系统以及自动计量包装系统；所述智能配料系统包括料斗、电子秤以及通信单元；所述自动混合造粒系统包括混合仓、造粒仓、称重传感器以及搅拌装置；所述自动筛分烘干系统包括筛分仓、烘干仓；所述自动冷却除尘包膜系统包括冷却仓、除尘仓、包膜仓；所述自动计量包装系统用于自动称重包装；所述电子秤包括称重传感器以及称重传送带，通信单元包括信号接收单元、信号生成单元、信号发送单元以及信号存储单元。
本实施例中，肥料“云智造”中心结构如图3，包括投料口1，碾碎混合仓2，造粒仓3，筛分仓4和8，烘干仓5，冷却仓6，除尘仓7，包膜仓9，混合仓10，出料口11。
其中，信号接收单元用于接收所述肥料“云智造”中心发送的参考配肥配方和实际配肥配方；信号生成单元用于根据接收的的所述参考配肥配方随机生成配肥单号；信号发送单元用于将所述配肥单号发送给对应的肥料“云智造”中心；存储单元用于所述的参考配肥配方、实际配肥配方和配肥单号，并生成相应的记录表格。
如图2,，所述料斗包括6个进料斗，其中一个料斗用于添加活性炭，另一个料斗用于添加有机质。
具体地，所述区域数字配方管理系统、掌上配肥管理系统、肥料“云智造”中心以及农田土壤信息监测系统之间通过通信装置进行数据通信；如图3，通信装置包括发射机与接收机，还包括依次连接在发射机前端的波形映射单元、编码单元，所述波形映射单元连接有调频连续信号生成单元，发射机后端连接有N根发射天线；所述接收机前端连接有M根接收天线，接收机后端依次连接有FMCW-BOK随相检测单元、信道估计单元以及译码单元。
具体地，所述FMCW-BOK随相检测单元包括进行二进制映射的正斜率匹配滤波器和负斜率匹配滤波器。
本实施例还提供一种基于大数据智能分析的订制化肥料制备系统的制备方法，方法包括：
步骤1，区域数字配方管理系统根据接收农田土壤信息监测系统的检测结果，进行区域配方或地块配方设计，包括接收、校正、筛选农业部门提供的各乡镇、主要农作物配方施肥方案生成与土块匹配的各应用作物的化肥配方，将化肥配肥发送给掌上智能配肥管理系统；
步骤2，区域数字配方管理系统接收智能配肥订单管理系统根据掌上智能配肥管理系统发送的信息生成的订单，订单被选择应用作物与对应的订制肥料配方，以及配肥亩数、预交配肥金额；
步骤3，区域数字配方管理系统将订单发送给肥料“云智造”中心；
步骤4，区域数字配方管理系统接收肥料“云智造”中心提供的配肥单号、重量、组成成分，并将配肥单号、重量、组成成分传输给生产与应用可追溯管理系统；
步骤5，区域数字配方管理系统接收肥料“云智造”中心提供的配肥进程信息，并将配肥进程信息传输给智能配肥订单管理系统、掌上智能配肥管理系统；
步骤6，区域数字配方管理系统接收掌上智能配肥管理系统的取料信息，并将取料信息传输给智能配肥订单管理系统；
步骤7，完成订制化肥料的制备配给。
各个单元之间的数据传输采用的通信方法包括：
步骤A1，编码单元接收发送数据进行编码，将编码结果发送给波形映射单元，波形映射单元依据调频连续信号生成单元生成的正斜率调频连续信号和负斜率调频连续信号对编码结果进行BOK调制，发射机将调制信号通过信道传输给接收机；
步骤A2，FMCW-BOK随相检测单元将接收机接收的信号进行正交随相检测得到检测信号；
步骤A3，信道估计单元将检测信号通过信道估计进行修正，译码单元对修正后的数据信号进行译码；
步骤A4，传输译码信号，完成数据通信。
具体地，所述正交随相检测包括：
步骤B1，计算M根接收天线中第i根接收天线的检测信号：
步骤B2，将N根发射天线、M根接收天线以及FMCW-BOK随相检测单元定义为检测信道，定义接收信号矩阵Y′＝H′S′+N′，H′为信道矩阵，S′为输入信元；
步骤B3,定义，是通过随机相位检测输出的噪声，ckt＝{0，1}是第t码元周期第k发射天线的二级制码元；Xup，t是正斜率匹配滤波器的输出，Xdn，t是负斜率匹配滤波器的输出；TB为调频连续波信号的时间带宽积，计算信道矩阵为H′(i，k)以及输入信元为S′(k，t)：
S′(k，t)＝TB·(1-ρ2)(2ckt-1)。
以农户为例：
1.农户A到在掌上配肥管理系统上下单或者就近乡镇合作社B处，刷卡或是提供手机号码(身份证号码)，区域数字配方管理系统会自动提取农户A土壤和种植轮作信息，并自动筛选几个水稻肥料配方供农户选择。农户选择22-8-10水稻活土养地型配方，购买20袋(40kg/袋)，刷卡支付金额，约定送肥时间。
2.智能配肥订单管理系统自动统计22-8-10水稻活土养地型配方数量，乡镇合作社向县级配肥站下单此配方肥料10吨，约定送肥时间，系统显示待生产。
3.县级配肥站统计各乡镇合作社所下22-8-10水稻活土养地型配方数量合计80吨，组织生产。吨投入原料量为N1:355kg，N2147kg，P1:182kg，K1:166kg，生物有机肥：150kg，微量元素：10kg。系智能配肥订单管理统显示已生产待配送。
4.配肥站组织的物流车辆开始分别配送。智能配肥订单管理系统显示配送中。
5.合作社B，收到配肥站送的货后，准备送给农户A。智能配肥订单管理系统显示为已收货。
6.农户A根据掌上配肥管理系统指导的技术方案施用肥料，并在农业生产中发现问题可以在掌上配肥管理系统上反馈，不断修正配方和优化技术方案。
备注：农户土壤，亩数，轮作作物信息都是在入社时统计并提交到系统。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本发明精神和范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (8)
1.一种基于大数据智能分析的订制化肥料制备系统，其特征在于：所述订制化肥料制备系统包括区域数字配方管理系统，与区域数字配方管理系统连接的掌上配肥管理系统、肥料“云智造”中心以及农田土壤信息监测系统；所述肥料“云智造”中心连接有智能配肥订单管理系统和生产与应用可追溯管理系统；
所述区域数字配方管理系统内设置有肥料配方数据库。
2.根据权利要求1所述的基于大数据智能分析的订制化肥料制备系统，其特征在于：所述肥料“云智造”中心包括智能配料系统、自动混合造粒系统、自动筛分烘干系统、自动冷却除尘包膜系统以及自动计量包装系统；
所述智能配料系统包括料斗、电子秤以及通信单元；
所述自动混合造粒系统包括混合仓、造粒仓、称重传感器以及搅拌装置；
所述自动筛分烘干系统包括筛分仓、烘干仓；
所述自动冷却除尘包膜系统包括冷却仓、除尘仓、包膜仓；
所述自动计量包装系统用于自动称重包装；
所述电子秤包括称重传感器以及称重传送带，通信单元包括信号接收单元、信号生成单元、信号发送单元以及信号存储单元。
3.根据权利要求1所述的基于大数据智能分析的订制化肥料制备系统，其特征在于：所述料斗包括6个进料斗，其中一个料斗用于添加活性炭，另一个料斗用于添加有机质。
4.根据权利要求1所述的基于大数据智能分析的订制化肥料制备系统，其特征在于：所述区域数字配方管理系统、掌上配肥管理系统、肥料“云智造”中心以及农田土壤信息监测系统之间通过通信装置进行数据通信；
通信装置包括发射机与接收机，还包括依次连接在发射机前端的波形映射单元、编码单元，所述波形映射单元连接有调频连续信号生成单元，发射机后端连接有N根发射天线；
所述接收机前端连接有M根接收天线，接收机后端依次连接有FMCW-BOK随相检测单元、信道估计单元以及译码单元。
5.根据权利要求4所述的基于大数据智能分析的订制化肥料制备系统，其特征在于：
所述FMCW-BOK随相检测单元包括进行二进制映射的正斜率匹配滤波器和负斜率匹配滤波器。
6.一种基于大数据智能分析的订制化肥料制备方法，其特征在于：所述制备方法基于权利要求1-5任一所述的订制化肥料制备系统，所述方法包括：
步骤1，区域数字配方管理系统根据接收农田土壤信息监测系统的检测结果，进行区域配方或地块配方设计，包括接收、校正、筛选农业部门提供的各乡镇、主要农作物配方施肥方案生成与土块匹配的各应用作物的肥料配方，将肥料配方发送给掌上智能配肥管理系统；
步骤2，区域数字配方管理系统接收智能配肥订单管理系统根据掌上智能配肥管理系统发送的信息生成的订单，订单被选择应用作物与对应的订制肥料配方，以及配肥亩数、预交配肥金额；
步骤3，区域数字配方管理系统将订单发送给肥料“云智造”中心；
步骤4，区域数字配方管理系统接收肥料“云智造”中心提供的配肥单号、重量、组成成分，并将配肥单号、重量、组成成分传输给生产与应用可追溯管理系统；
步骤5，区域数字配方管理系统接收肥料“云智造”中心提供的配肥进程信息，并将配肥进程信息传输给智能配肥订单管理系统、掌上智能配肥管理系统；
步骤6，区域数字配方管理系统接收掌上智能配肥管理系统的取料信息，并将取料信息传输给智能配肥订单管理系统；
步骤7，完成订制化肥料的制备配给。
7.根据权利要求6所述的基于大数据智能分析的订制化肥料制备方法，其特征在于：步骤1-步骤7中的数据传输采用的通信方法包括：
步骤A1，编码单元接收发送数据进行编码，将编码结果发送给波形映射单元，波形映射单元依据调频连续信号生成单元生成的正斜率调频连续信号和负斜率调频连续信号对编码结果进行BOK调制，发射机将调制信号通过信道传输给接收机；
步骤A2，FMCW-BOK随相检测单元将接收机接收的信号进行正交随相检测得到检测信号；
步骤A3，信道估计单元将检测信号通过信道估计进行修正，译码单元对修正后的数据信号进行译码；
步骤A4，传输译码信号，完成数据通信。
8.根据权利要求7所述的基于大数据智能分析的订制化肥料制备方法，其特征在于：所述正交随相检测包括：
步骤B1，计算M根接收天线中第i根接收天线的检测信号：
步骤B2，将N根发射天线、M根接收天线以及FMCW-BOK随相检测单元定义为检测信道，定义接收信号矩阵Y′＝H′S′+N′，H′为信道矩阵，S′为输入信元；
步骤B3,定义，是通过随机相位检测输出的噪声，ckt＝{0，1}是第t码元周期第k发射天线的二级制码元；xup，t是正斜率匹配滤波器的输出，xdn，t是负斜率匹配滤波器的输出；TB为调频连续波信号的时间带宽积，计算信道矩阵为H′(i，k)以及输入信元为S′(k，t)：
S′(k，t)＝TB·(1-ρ2)(2ckt-1)。
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|---|---|---|---|
| CN201811137548.5A CN109389468A (zh) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | 一种基于大数据智能分析的订制化肥料制备系统及方法 |
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| CN201811137548.5A CN109389468A (zh) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | 一种基于大数据智能分析的订制化肥料制备系统及方法 |
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| CN109389468A true CN109389468A (zh) | 2019-02-26 |
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| CN201811137548.5A Withdrawn CN109389468A (zh) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | 一种基于大数据智能分析的订制化肥料制备系统及方法 |
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|---|---|
| CN (1) | CN109389468A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112817285A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-18 | 江苏诺丽人工智能有限公司 | 一种应用于分布式智能配肥远程控制系统的设计方法 |
| CN114797603A (zh) * | 2022-03-22 | 2022-07-29 | 安徽农业大学 | 一种基于plc的固液肥料自动配制系统 |
-
2018
- 2018-09-28 CN CN201811137548.5A patent/CN109389468A/zh not_active Withdrawn
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