CN109696871A - 一种基于物联网的混药箱控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物联网的混药箱控制系统，包括混药箱、微控制器、输入检测部分、输出控制部分、交互显示部分。本发明还公开了一种基于物联网的混药箱控制方法，包括步骤：混药箱控制系统设备初始化；设置混配流量阈值；微控制器通过电磁阀驱动模块分别控制进药口和进水口阀门和搅拌电机的开启和关闭；等待本次混药完成，将数据保存到数据存储模块并且通过远程传输模块将混药数据、地理位置信息等发送到云服务器。本发明可通过实时数据保存，建立作业区域、作业地点与混药配比数据对应关系的数据库，简化记录步骤，提高工作效率，为后续的农田作业提供数据基础。
Description
技术领域
本发明涉及农用设备及其应用领域，特别涉及一种基于物联网的混药箱控制系统及方法。
背景技术
随着科技的进步，人民的生活水平逐渐提高，人们对农产品的品质要求也越来越高。一方面，我们要采用绿色种植的方式，减少农药、化肥的使用量；另一方面，我们要尽可能提高农药的利用率。所以要求我们在进行喷施农药时，尽可能做到精准、高效。近年来，随着植保无人机行业的迅速发展，用无人机及来喷施农药极大节省人力，提升效率，同时还可以提高农药利用率，有助于提升我国农业机械化水平。
由于植保无人机具有载重较小，每次不能携带太多药水，所以在长时间，大面积喷施作业时，需要经常给无人机药箱加药。在传统的植保作业过程中，混药作业的自动化程度不高，植保作业人员在需要混药时人为设置农药和清水的配比，喷药完成即离开，作业地点、作业区域的农田信息没有被保存下来，但农田的不同位置会因土壤成分、不同水质等因素而需要不同的农药配比，故此种作业模式对操作人员的经验依赖程度较大，也不利于后期的药效分析或农产品施药信息的溯源。由于作业信息繁杂，即使通过人工记录，也存在耗时耗力，不易查找等缺点。
同时，常见的混配农药的方式为将清水和农药一起倒入喷雾机械的药箱中，然后搅拌。这种方法适用于小型机械单独作业。而且这种方法不能记录具体的混药信息，不便于以后的药效分析及溯源。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于物联网的混药箱控制系统，此系统可实现混药箱自动混药，并基于系统存储的药箱定位信息和混药信息，建立农田作业区域、作业地点与混药配比数据对应关系的数据库，简化记录步骤，提高工作效率。
本发明通过实时数据保存，建立了作业区域、作业地点与混药配比数据对应关系的数据库，简化记录步骤，提高工作效率，为后续的农田作业提供数据基础。
本发明的另一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于物联网的混药箱控制方法。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种基于物联网的混药箱控制系统，包括混药箱、微控制器、输入检测部分、输出控制部分、交互显示部分；所述混药箱、输入检测部分、输出控制部分、交互显示部分与微控制器相连；
所述输入检测部分包括液位检测模块、流量检测模块；液位检测模块用于检测混药箱中农药含量，流量检测模块用于检测进药口和进水口的流量；
所述输出控制部分包括报警指示电路、电磁阀驱动模块、搅拌电机驱动模块；
所述混药箱的农药盒、清水箱之间通过水管连接，进药口和进水口处均设置电磁阀，由电磁阀驱动模块控制启闭。
优选的，所述混药箱控制系统输入检测部分包括定位模块，定位模块用于记录药箱地理位置信息，结合无人机的施药作业数据，对作业区域的施药信息进行分类管理，方便作业人员筛选数据。
优选的，所述报警指示电路包含与检测电路对应的LED指示灯，用于指示农药盒或水箱的药量或水量的信息，同时检测混药箱水位是否低于阈值，通过不同的指示灯的指示情况能够更直观显示混药箱状态，更快定位报警的部位，提醒下一步的混药操作。
优选的，所述交互显示部分包括远程传输模块，远程传输模块连接互联网，将农田作业信息发送至云服务器，通过终端设备可实时查看、设置数据和参数。
更进一步的，所述交互显示部分包括数据存储模块，用于存储混药箱、输入检测部分获取的农田施药信息，避免因混药箱控制系统无法联网的情况下丢失数据。
更进一步的，所述交互显示部分包括人机交互屏，用于输入指令、显示输入检测部分所检测的数据。
本发明的另一目的通过以下技术方案实现：一种基于物联网的混药箱控制方法，基于上述任一混药箱控制系统，具体包括如下步骤：
S1、混药箱控制系统数据初始化；
S2、在交互显示部分输入本次要参与混配的清水和各种农药的流量阈值；
S3、混药箱中农药液位低于设定值时，液位检测模块传输数据信息至微控制器，微控制器通过电磁阀驱动模块分别控制进药口和进水口阀门开启，向清水箱中注入清水，向不同农药盒中倒入所要喷施的对应农药；
S4、电磁阀、流量计开关开启，开始向混药箱中注入清水和农药，搅拌电机开始搅拌；
S5、进药口和进水口流量达到流量阈值时，流量检测模块传输数据信息至微控制器，微控制器通过电磁阀驱动模块分别控制进药口和进水口阀门关闭；
S6、等待本次混药完成，将数据保存到数据存储模块并且通过远程传输模块将混药数据、地理位置信息等发送到云服务器。
优选的，所述步骤S1的混药箱控制系统设备初始化包括远程传输模块联网、混药箱连接服务器、数据存储模块初始化、定位模块初始化、各种微控制器外设初始化这些步骤。
优选的，当在某地或某个时间段，远程传输模块与云服务器断开连接，则在农药喷施作业完成之后，取出混药箱控制系统的数据存储模块，读取数据存储模块中的数据，再手动将数据导入到云服务器。
优选的，所述步骤S2中，直接在交互显示部分输入待喷药的农田位置信息，混药箱控制系统直接查询位置信息对应的农田历史混药数据，混药箱根据历史混药数据确定该次参与混配的清水和各种农药的流量阈值。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明通过实时数据保存，建立了作业区域、作业地点与混药配比数据对应关系的数据库，简化记录步骤，提高工作效率，为后续的农田作业及管理提供数据基础。
2、本发明基于物联网控制，通过控制清水、农药的流量阈值使混药箱能精准控制混药比例，提高混药效率。
3、本发明记录混药配比信息，记录农作物生长情况，提示最优的农药配比，用历史作业经验指导混药、施药作业，降低对人的经验的依赖程度，节省人力。
附图说明
图1为本发明基于物联网的混药箱控制系统原理框图。
图2为本发明的定位模块和远程传输模块接口电路原理图。
图3为本发明的数据存储模块接口电路原理图。
图4为本发明基于物联网的混药箱控制系统整体电路原理图。
图5为本发明基于物联网的混药箱控制方法流程图。
其中：U5-温度传感器，U10-液位传感器，U11-定位模块，D6、D7、D8三个LED灯共同组成报警指示电路，U7为流量传感器，U8及其附属电路组成电磁阀驱动模块，U13及其附属电路组成搅拌电机驱动模块，U15为人机交互屏，U6为远程传输模块，SD_CARD为数据存储模块。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图详细描述本发明提供的实施例，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种基于物联网的混药箱控制系统，包括混药箱、微控制器、输入检测部分、输出控制部分、交互显示部分；所述微控制器模块采用STM32F103ZET6最小系统板。最小系统板包括STM32F103ZET6芯片、时钟电路、复位电路、供电电路、JTAG调试接口电路。其中供电电路采用LM2596 DC-DC直流可调降压稳压电源模块板，本模块主控芯片为LM2596S-ADJ,该芯片具有良好的稳压性能，可以将12V或24V直流电源稳压到5V供外围电路使用。同时使用AMS117—3.3芯片将5V电压转换为3.3V供微控制器使用；
所述混药箱、输入检测部分、输出控制部分、交互显示部分连接微控制器的通用GPIO口；
所述输出控制部分包括报警指示电路、电磁阀驱动模块、搅拌电机驱动模块；
所述混药箱的农药盒、清水箱之间通过水管连接，进药口和进水口处均设置电磁阀，由电磁阀驱动模块控制启闭；
所述输入检测部分包括液位检测模块、流量检测模块；液位检测模块用于检测混药箱中农药含量，流量检测模块用于检测进药口和进水口的流量；所述流量检测模块采用进口FHKSC微小流量计。FHKSC微小流量计采用脉冲计数来计算流量，能够精确到0.05-2L/MIN，具有精度高的特点。流量检测模块的精度对于混药的精准性具有很大的影响。
所述输入检测部分还包括定位模块，定位模块用于记录药箱地理位置信息，结合无人机的施药作业数据，对作业区域的施药信息进行分类，方便作业人员筛选数据。
所述交互显示部分包括远程传输模块、数据存储模块和人机交互屏，远程传输模块连接互联网，将农田作业信息发送至云服务器，通过终端设备可实时查看、设置数据和参数。数据存储模块用于存储混药箱、输入检测部分获取的农田施药信息，避免因混药箱控制系统无法连接互联网的情况下丢失数据。定位模块与远程传输模块均采用安信可A9G模块，这是一款集定位和远程传输于一体的的模块，是专门应用于物联网产品中。其中远程传输部分连接到微控制器的串口一上，方便后期程序的在线升级，因为很多微控制器有多个串口，但只有串口一具有在线升级功能。数据存储模块采用SD卡作为存储介质。SD卡具有容量大，可插拔的特点。SD卡采用SDIO接口与微控制器模块通信。显示屏可采用串口屏，也可采用LCD屏，用于输入指令，显示屏显示输入检测部分所检测的数据，本实施例采用淘晶驰串口屏，具体型号为TJC4832K035_011。
如图4所示，混药控制系统的报警指示电路包含多个LED指示灯，用于指示农药盒或水箱的药量或水量的信息，同时检测混药箱水位是否低于阈值，通过不同的指示灯的指示情况能够更直观显示混药箱状态，更快定位报警的部位，提醒下一步的混药操作。
本实施例中，基于物联网的混药箱控制系统只包括一个电磁阀驱动模块，一个液位检测模块，一个流量检测模块。但在实际的产品中，可以根据具体需求添加多组模块。
实施例2
一种基于物联网的混药箱控制方法，基于上述混药箱控制系统，具体包括如下步骤：
S1、混药箱控制系统设备初始化，包括远程传输模块联网，混药箱连接服务器，数据存储模块初始化，定位模块初始化，各种微控制器外设初始化；
S2、在人机交互屏上输入本次要参与混配的清水和各种农药的流量阈值；
S3、混药箱中农药液位低于设定值时，液位检测模块传输数据信息至微控制器，微控制器通过电磁阀驱动模块分别控制进药口和进水口阀门开启，向清水箱中注入清水，向不同农药盒中倒入所要喷施的对应农药；
S4、电磁阀、流量计开关开启，开始向混药箱中注入清水和农药，搅拌电机开始搅拌；
S5、进药口和进水口流量达到流量阈值时，流量检测模块传输数据信息至微控制器，微控制器通过电磁阀驱动模块分别控制进药口和进水口阀门关闭；
S6、等待本次混药完成，将数据保存到数据存储模块并且通过远程传输模块将混药数据、地理位置信息等发送到服务器，当在某地或某个时间段，远程传输模块与服务器断开连接，则在农药喷施作业完成之后，取出混药箱中数据存储模块，读取数据存储模块中的数据，再手动将数据导入到服务器。
实施例3
本实施例除步骤S2中，直接在人机交互接口中输入待喷药的农田位置信息，混药箱控制系统直接查询位置信息对应的农田历史混药数据，混药箱根据历史混药数据确定该次参与混配的清水和各种农药的流量阈值。其他步骤与实施例2相同。操作人员还可通过手机APP输入本次需要喷施农药的农田信息，查看农田的喷施农药、混药历史信息，也可直接通过手机APP输入各流量阈值。
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 (10)
1.一种基于物联网的混药箱控制系统，其特征在于，包括混药箱、微控制器、输入检测部分、输出控制部分、交互显示部分；所述混药箱、输入检测部分、输出控制部分、交互显示部分与微控制器相连；
所述输入检测部分包括液位检测模块、流量检测模块；液位检测模块用于检测混药箱中农药含量，流量检测模块用于检测进药口和进水口的流量；
所述输出控制部分包括报警指示电路、电磁阀驱动模块、搅拌电机驱动模块；
所述混药箱的农药盒、清水箱之间通过水管连接，进药口和进水口处均设置电磁阀，由电磁阀驱动模块控制启闭。
2.根据权利要求1所述的混药箱控制系统，其特征在于，所述混药箱控制系统的输入检测部分包括定位模块，定位模块用于记录药箱地理位置信息，结合无人机的施药作业数据，对作业区域的施药信息进行分类管理。
3.根据权利要求1所述的混药箱控制系统，其特征在于，所述报警指示电路包含与检测电路对应的LED指示灯，用于指示农药盒或水箱的药量或水量的信息。
4.根据权利要求1所述的混药箱控制系统，其特征在于，所述交互显示部分包括远程传输模块，远程传输模块连接互联网，将农田作业信息发送至云服务器，通过终端设备可实时查看、设置数据和参数。
5.根据权利要求4所述的混药箱控制系统，其特征在于，所述交互显示部分包括数据存储模块，用于存储混药箱、输入检测部分获取的农田施药信息。
6.根据权利要求4所述的混药箱控制系统，其特征在于，所述交互显示部分包括人机交互屏，用于输入指令、显示输入检测部分所检测的数据。
7.一种基于物联网的混药箱控制方法，其特征在于，所述混药箱控制方法基于上述权利要求1-6任一混药箱控制系统，具体包括如下步骤：
S1、混药箱控制系统设备初始化；
S2、在交互显示部分输入本次要参与混配的清水和各种农药的流量阈值；
S3、混药箱中农药液位低于设定值时，液位检测模块传输数据信息至微控制器，微控制器通过电磁阀驱动模块分别控制进药口和进水口阀门开启，向清水箱中注入清水，向不同农药盒中倒入所要喷施的对应农药；
S4、电磁阀、流量计开关开启，开始向混药箱中注入清水和农药，搅拌电机开始搅拌；
S5、进药口和进水口流量达到流量阈值时，流量检测模块传输数据信息至微控制器，微控制器通过电磁阀驱动模块分别控制进药口和进水口阀门关闭；
S6、等待本次混药完成，将数据保存到数据存储模块并且通过远程传输模块将混药数据、地理位置信息等发送到云服务器。
8.根据权利要求7所述的混药箱控制方法，其特征在于，所述步骤S1的混药箱控制系统设备初始化包括远程传输模块联网、混药箱连接服务器、数据存储模块初始化、定位模块初始化、微控制器外设初始化。
9.根据权利要求7所述的混药箱控制方法，其特征在于，当在某地或某个时间段，远程传输模块与云服务器断开连接，则在农药喷施作业完成之后，取出混药箱控制系统的数据存储模块，读取数据存储模块中的数据，再手动将数据导入到云服务器。
10.根据权利要求7所述的混药箱控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，直接在交互显示部分输入待喷药的农田位置信息，混药箱控制系统直接查询位置信息对应的农田历史混药数据，混药箱根据历史混药数据确定该次参与混配的清水和各种农药的流量阈值。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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