CN110455752A - 一种基于物联网的柑橘种苗繁殖的肥料检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于肥料检测技术领域，公开了一种基于物联网的柑橘种苗繁殖的肥料检测系统及方法，所述基于物联网的柑橘种苗繁殖的肥料检测系统包括：肥料成分检测模块、主控模块、物联通信模块、对比模块、肥料质量评估模块、施肥推荐模块、存储模块、显示模块。本发明通过肥料成分检测模块实现了快速检测肥料养分含量，并且实现了同时检测多种养分含量；能够提高测试速度，节省人力物力，降低肥料分析成本，有效克服了传统检测方法检测时间长且操作负责的缺点；同时，通过施肥推荐模块根据多年柑橘果实养分带走量、施肥系数与施肥量的数学关系反复验证与校正后，就可以简单得出柑橘养分推荐施肥量就是目标果实产量需肥量。

Description

一种基于物联网的柑橘种苗繁殖的肥料检测系统及方法

技术领域

本发明属于肥料检测技术领域，尤其涉及一种基于物联网的柑橘种苗繁殖的肥料检测系统及方法。

背景技术

柑橘果树生长发育、开花结果与温度、日照、水分(湿度)、土壤以及风、海拔、地形和坡向等环境条件紧密相关，柑橘定植前未充分施用磷、钾肥的果园，应逐年增加磷、钾肥的施用；幼树定植后1个月，新根开始活动，可施稀粪水，施肥量宜少不宜多，宜淡不宜浓，尤其是化肥，施用时更应注意，以免伤根。每次新梢抽发前和生长期均要施1～2次速效肥，力争1年抽3～4次梢，即2月底至3月初施春梢肥，5月中、下旬施夏梢肥，7月上、中旬施早秋梢肥，11月下旬施好冬肥。在易受冻害的地区，8～10月份应停止施肥，以防晚秋梢和冬梢的抽发，避免消耗养分产生冻害。定植后第二年，应逐渐加大施肥用量，结合改土施用有机肥料，增加磷、钾肥用量，酸性土加入适量的石灰，以培养密集根群和健壮的秋梢，为第三年结果打下基础，2～3年生树施肥，要抓住各次梢生长期间连续追肥，抽梢前半月左右施攻梢肥，发梢少的应追施1次攻梢肥；梢自剪或摘心后，追施1次壮梢肥，秋梢转绿后，追加2次粪水。施肥时应注意弱树、强树的差别。为确保弱树三次正常生长，增加新梢数量，可在定植后第一年促其抽发夏梢，在夏梢长到7～8片叶时进行摘心并补肥，补肥后的夏梢充实粗壮，施肥促发出来的早秋梢健壮，可起到小肥养壮梢的作用。定植后的第二年，弱枝的夏梢不宜短截，短截后因营养条件差，抽生的新梢生长势衰弱。然而，

综上所述，现有技术存在的问题是：现今柑橘种苗繁殖的肥料光谱检测误差大、速度慢；同时，传统施肥大多凭经验性、盲目性施肥，施肥效率和产业效益不高。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于物联网的柑橘种苗繁殖的肥料检测系统及方法。

本发明是这样实现的，一种基于物联网的柑橘种苗繁殖的肥料检测系统包括：

肥料成分检测模块、主控模块、物联通信模块、对比模块、肥料质量评估模块、施肥推荐模块、存储模块、显示模块；

肥料成分检测模块，与主控模块连接，用于通过肥料检测仪检测肥料成分数据；

主控模块，与肥料成分检测模块、物联通信模块、对比模块、肥料质量评估模块、施肥推荐模块、存储模块、显示模块连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；

物联通信模块，与主控模块连接，用于通过网卡连接物联网进行物联网通信操作；

对比模块，与主控模块连接，用于通过对比程序将检测的肥料数据与物联网络上的标准肥料数据进行对比；

肥料质量评估模块，与主控模块连接，用于通过评估程序根据对比结果评估肥料质量；

施肥推荐模块，与主控模块连接，用于通过推荐程序推荐柑橘种苗繁殖肥料施肥过程；

存储模块，与主控模块连接，用于通过存储器存储检测的肥料成分、对比结果、评估结果、推荐结果；

显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示基于物联网的柑橘种苗繁殖的肥料检测系统界面及检测的肥料成分、对比结果、评估结果、推荐结果。

一种基于物联网的柑橘种苗繁殖的肥料检测方法包括以下步骤：

步骤一，通过肥料成分检测模块利用肥料检测仪检测肥料成分数据；

步骤二，主控模块通过物联通信模块利用网卡连接物联网进行物联网通信操作；

步骤三，通过对比模块利用对比程序将检测的肥料数据与物联网络上的标准肥料数据进行对比；

步骤四，通过肥料质量评估模块利用评估程序根据对比结果评估肥料质量；

步骤五，通过施肥推荐模块利用推荐程序推荐柑橘种苗繁殖肥料施肥过程；

步骤六，通过存储模块利用存储器存储检测的肥料成分、对比结果、评估结果、推荐结果；

步骤七，通过显示模块利用显示器显示基于物联网的柑橘种苗繁殖的肥料检测系统界面及检测的肥料成分、对比结果、评估结果、推荐结果。

进一步，所述肥料成分检测模块检测方法如下：

(1)称取化肥样品并进行研磨，然后利用压片机压片，获得测试样本；

(2)利用激光诱导击穿光谱系统对测试样本进行数据采集，获得测试样本的激光诱导击穿光谱数据；

(3)结合NIST数据库中氮元素、磷元素和钾元素的特征谱线信息，对肥料成分进行定性分析，挑选出测试样本中的氮元素、磷元素和钾元素的特征谱线信息；

(4)选定氮元素、磷元素和钾元素含量已知的数种肥料样品并进行研磨，然后利用压片机压片，获得定标样品，之后利用激光诱导击穿光谱系统对每种定标样品进行检测以获得每种定标样品的激光诱导击穿光谱数据，然后分别以氮元素、磷元素和钾元素含量为因变量，以所测得的相应元素的激光诱导击穿光谱强度为自变量，用拟合的方法建立氮元素含量与氮元素的谱线强度之间的函数关系即氮元素模型、磷元素含量与磷元素的谱线强度之间的函数关系即磷元素模型及钾元素含量与钾元素的谱线强度之间的函数关系即钾元素模型；

(5)提取所述步骤(3)中的测试样本中的氮元素、磷元素和钾元素的特征谱线的强度，并将其输入到所述步骤(4)中所建立的相应元素的定标模型中，即测试样本中的氮元素的特征谱线的强度输入到所述步骤(4)中所建立的氮元素模型中，测试样本中的磷元素的特征谱线的强度输入到所述步骤(4)中所建立的磷元素模型中，测试样本中的钾元素的特征谱线的强度输入到所述步骤(4)中所建立的钾元素模型中，即可快速获得测试样本中的氮元素、磷元素和钾元素的含量。

进一步，所述施肥推荐模块推荐方法如下：

1)通过推荐程序根据果实养分含量和目标产量，确定果树施肥的NPK营养元素用量，即以果定肥，提出目标产量需肥量；

2)结合柑橘园土壤和树体叶片分析数据，参考现有营养元素分级标准，判断养分丰缺状况，确定障碍因子，按“缺什么补什么”原则，补充缺乏养分，或调节养分比例、土壤性能，即以土补肥，获取土壤特征增减施肥量；

3)根据柑橘品种类型、树龄、砧穗组合、长势长相、果实品质增减肥料用量、施肥比例和施用时期，即以树调肥，提出树体营养丰缺调整施肥量。

本发明的优点及积极效果为：本发明通过肥料成分检测模块实现了快速检测肥料养分含量，并且实现了同时检测多种养分含量；利用了激光诱导击穿光谱技术，其可以大大减少肥料养分测试前处理的工作量，避免了化学试剂对样品的污染，并且能够提高测试速度，节省人力物力，降低肥料分析成本，有效克服了传统检测方法检测时间长且操作负责的缺点；同时，通过施肥推荐模块根据多年柑橘果实养分带走量、施肥系数与施肥量的数学关系反复验证与校正后，就可以简单得出柑橘养分推荐施肥量就是目标果实产量需肥量；本发明不仅适合于以家庭为主要经营单元的小橘农种植户生产体系，而且适合集约化、规模化种植的柑橘专业合作社、企业或公司等生产体系。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于物联网的柑橘种苗繁殖的肥料检测方法流程图。

图2是本发明实施例提供的基于物联网的柑橘种苗繁殖的肥料检测系统结构框图。

图2中：1、肥料成分检测模块；2、主控模块；3、物联通信模块；4、对比模块；5、肥料质量评估模块；6、施肥推荐模块；7、存储模块；8、显示模块。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1所示，本发明提供的基于物联网的柑橘种苗繁殖的肥料检测方法包括以下步骤：

步骤S101，通过肥料成分检测模块利用肥料检测仪检测肥料成分数据；

步骤S102，主控模块通过物联通信模块利用网卡连接物联网进行物联网通信操作；

步骤S103，通过对比模块利用对比程序将检测的肥料数据与物联网络上的标准肥料数据进行对比；

步骤S104，通过肥料质量评估模块利用评估程序根据对比结果评估肥料质量；

步骤S105，通过施肥推荐模块利用推荐程序推荐柑橘种苗繁殖肥料施肥过程；

步骤S106，通过存储模块利用存储器存储检测的肥料成分、对比结果、评估结果、推荐结果；

步骤S107，通过显示模块利用显示器显示基于物联网的柑橘种苗繁殖的肥料检测系统界面及检测的肥料成分、对比结果、评估结果、推荐结果。

如图2所示，本发明实施例提供的基于物联网的柑橘种苗繁殖的肥料检测系统包括：肥料成分检测模块1、主控模块2、物联通信模块3、对比模块4、肥料质量评估模块5、施肥推荐模块6、存储模块7、显示模块8。

肥料成分检测模块1，与主控模块2连接，用于通过肥料检测仪检测肥料成分数据；

主控模块2，与肥料成分检测模块1、物联通信模块3、对比模块4、肥料质量评估模块5、施肥推荐模块6、存储模块7、显示模块8连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；

物联通信模块3，与主控模块2连接，用于通过网卡连接物联网进行物联网通信操作；

对比模块4，与主控模块2连接，用于通过对比程序将检测的肥料数据与物联网络上的标准肥料数据进行对比；

肥料质量评估模块5，与主控模块2连接，用于通过评估程序根据对比结果评估肥料质量；

施肥推荐模块6，与主控模块2连接，用于通过推荐程序推荐柑橘种苗繁殖肥料施肥过程；

存储模块7，与主控模块2连接，用于通过存储器存储检测的肥料成分、对比结果、评估结果、推荐结果；

显示模块8，与主控模块2连接，用于通过显示器显示基于物联网的柑橘种苗繁殖的肥料检测系统界面及检测的肥料成分、对比结果、评估结果、推荐结果。

本发明提供的肥料成分检测模块1检测方法如下：

(1)称取化肥样品并进行研磨，然后利用压片机压片，获得测试样本；

(2)利用激光诱导击穿光谱系统对测试样本进行数据采集，获得测试样本的激光诱导击穿光谱数据；

(3)结合NIST数据库中氮元素、磷元素和钾元素的特征谱线信息，对肥料成分进行定性分析，挑选出测试样本中的氮元素、磷元素和钾元素的特征谱线信息；

(4)选定氮元素、磷元素和钾元素含量已知的数种肥料样品并进行研磨，然后利用压片机压片，获得定标样品，之后利用激光诱导击穿光谱系统对每种定标样品进行检测以获得每种定标样品的激光诱导击穿光谱数据，然后分别以氮元素、磷元素和钾元素含量为因变量，以所测得的相应元素的激光诱导击穿光谱强度为自变量，用拟合的方法建立氮元素含量与氮元素的谱线强度之间的函数关系即氮元素模型、磷元素含量与磷元素的谱线强度之间的函数关系即磷元素模型及钾元素含量与钾元素的谱线强度之间的函数关系即钾元素模型；

(5)提取所述步骤(3)中的测试样本中的氮元素、磷元素和钾元素的特征谱线的强度，并将其输入到所述步骤(4)中所建立的相应元素的定标模型中，即测试样本中的氮元素的特征谱线的强度输入到所述步骤(4)中所建立的氮元素模型中，测试样本中的磷元素的特征谱线的强度输入到所述步骤(4)中所建立的磷元素模型中，测试样本中的钾元素的特征谱线的强度输入到所述步骤(4)中所建立的钾元素模型中，即可快速获得测试样本中的氮元素、磷元素和钾元素的含量。

本发明提供的施肥推荐模块6推荐方法如下：

1)通过推荐程序根据果实养分含量和目标产量，确定果树施肥的NPK营养元素用量，即以果定肥，提出目标产量需肥量；

2)结合柑橘园土壤和树体叶片分析数据，参考现有营养元素分级标准，判断养分丰缺状况，确定障碍因子，按“缺什么补什么”原则，补充缺乏养分，或调节养分比例、土壤性能，即以土补肥，获取土壤特征增减施肥量；

3)根据柑橘品种类型、树龄、砧穗组合、长势长相、果实品质增减肥料用量、施肥比例和施用时期，即以树调肥，提出树体营养丰缺调整施肥量。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种基于物联网的柑橘种苗繁殖的肥料检测系统，其特征在于，所述基于物联网的柑橘种苗繁殖的肥料检测系统包括：

肥料成分检测模块、主控模块、物联通信模块、对比模块、肥料质量评估模块、施肥推荐模块、存储模块、显示模块；

肥料成分检测模块，与主控模块连接，用于通过肥料检测仪检测肥料成分数据；

主控模块，与肥料成分检测模块、物联通信模块、对比模块、肥料质量评估模块、施肥推荐模块、存储模块、显示模块连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；

物联通信模块，与主控模块连接，用于通过网卡连接物联网进行物联网通信操作；

对比模块，与主控模块连接，用于通过对比程序将检测的肥料数据与物联网络上的标准肥料数据进行对比；

肥料质量评估模块，与主控模块连接，用于通过评估程序根据对比结果评估肥料质量；

施肥推荐模块，与主控模块连接，用于通过推荐程序推荐柑橘种苗繁殖肥料施肥过程；

存储模块，与主控模块连接，用于通过存储器存储检测的肥料成分、对比结果、评估结果、推荐结果；

显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示基于物联网的柑橘种苗繁殖的肥料检测系统界面及检测的肥料成分、对比结果、评估结果、推荐结果。

2.一种如权利要求1所述的基于物联网的柑橘种苗繁殖的肥料检测方法，其特征在于，所述基于物联网的柑橘种苗繁殖的肥料检测方法包括以下步骤：

步骤一，通过肥料成分检测模块利用肥料检测仪检测肥料成分数据；

步骤二，主控模块通过物联通信模块利用网卡连接物联网进行物联网通信操作；

步骤三，通过对比模块利用对比程序将检测的肥料数据与物联网络上的标准肥料数据进行对比；

步骤四，通过肥料质量评估模块利用评估程序根据对比结果评估肥料质量；

步骤五，通过施肥推荐模块利用推荐程序推荐柑橘种苗繁殖肥料施肥过程；

步骤六，通过存储模块利用存储器存储检测的肥料成分、对比结果、评估结果、推荐结果；

步骤七，通过显示模块利用显示器显示基于物联网的柑橘种苗繁殖的肥料检测系统界面及检测的肥料成分、对比结果、评估结果、推荐结果。

3.如权利要求1所述基于物联网的柑橘种苗繁殖的肥料检测系统，其特征在于，所述肥料成分检测模块检测方法如下：

(1)称取化肥样品并进行研磨，然后利用压片机压片，获得测试样本；

(2)利用激光诱导击穿光谱系统对测试样本进行数据采集，获得测试样本的激光诱导击穿光谱数据；

(3)结合NIST数据库中氮元素、磷元素和钾元素的特征谱线信息，对肥料成分进行定性分析，挑选出测试样本中的氮元素、磷元素和钾元素的特征谱线信息；

(4)选定氮元素、磷元素和钾元素含量已知的数种肥料样品并进行研磨，然后利用压片机压片，获得定标样品，之后利用激光诱导击穿光谱系统对每种定标样品进行检测以获得每种定标样品的激光诱导击穿光谱数据，然后分别以氮元素、磷元素和钾元素含量为因变量，以所测得的相应元素的激光诱导击穿光谱强度为自变量，用拟合的方法建立氮元素含量与氮元素的谱线强度之间的函数关系即氮元素模型、磷元素含量与磷元素的谱线强度之间的函数关系即磷元素模型及钾元素含量与钾元素的谱线强度之间的函数关系即钾元素模型；

(5)提取所述步骤(3)中的测试样本中的氮元素、磷元素和钾元素的特征谱线的强度，并将其输入到所述步骤(4)中所建立的相应元素的定标模型中，即测试样本中的氮元素的特征谱线的强度输入到所述步骤(4)中所建立的氮元素模型中，测试样本中的磷元素的特征谱线的强度输入到所述步骤(4)中所建立的磷元素模型中，测试样本中的钾元素的特征谱线的强度输入到所述步骤(4)中所建立的钾元素模型中，即可快速获得测试样本中的氮元素、磷元素和钾元素的含量。

4.如权利要求1所述基于物联网的柑橘种苗繁殖的肥料检测系统，其特征在于，所述施肥推荐模块推荐方法如下：

1)通过推荐程序根据果实养分含量和目标产量，确定果树施肥的NPK营养元素用量，即以果定肥，提出目标产量需肥量；

2)结合柑橘园土壤和树体叶片分析数据，参考现有营养元素分级标准，判断养分丰缺状况，确定障碍因子，按“缺什么补什么”原则，补充缺乏养分，或调节养分比例、土壤性能，即以土补肥，获取土壤特征增减施肥量；

3)根据柑橘品种类型、树龄、砧穗组合、长势长相、果实品质增减肥料用量、施肥比例和施用时期，即以树调肥，提出树体营养丰缺调整施肥量。