CN111109106A

CN111109106A - 基于物联网的现代农业信息智能化管理系统

Info

Publication number: CN111109106A
Application number: CN202010010319.8A
Authority: CN
Inventors: 周智
Original assignee: Unicloud Technology Co Ltd
Current assignee: Unicloud Technology Co Ltd
Priority date: 2020-01-06
Filing date: 2020-01-06
Publication date: 2020-05-08

Abstract

本发明提供了一种基于物联网的现代农业信息智能化管理系统，包括中央处理装置、无线传感器网络、视频监控装置、以及饲料投放装置，所述无线传感器网络、视频监控装置连接至中央处理装置的输入端，中央处理装置的输出端连接饲料投放装置。本发明在各个组成部件中使用智能化的数据监测、数据分析和数据控制算法，形成精细化智能管理系统，可广泛推广使用。

Description

基于物联网的现代农业信息智能化管理系统

技术领域

本发明属于物联网技术领域，尤其是涉及一种基于物联网的现代农业信息智能化管理系统。

背景技术

大田农业生产精细化问题是近年来提出的一项具有理论攻坚难度的课题，谈到精细化就必须拥有足量的实时数据，这里的数据不能是长此以往的分时数据、而必须是由各地传感器实时采集到的最新数据，这样才能保证大田农业精细化管理中央处理单元的准确性和高精度。因此物联网技术正在成为大田精细化管理的热门技术支撑。

通过对大量管理平台的调研我们发现生产农业精细化一直是制约我国农产品产量的关键问题，尤其是大田生产的精细化运作问题正在成为或者已经成为我国农田业生产管理的顽疾，因此从根源上构建一套面向农民生产和农商精细化管理的智能化农业管理系统就显得格外具备实践意义。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出基于物联网的现代农业信息智能化管理系统，通过物联网技术实现大田精细化管理。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

基于物联网的现代农业信息智能化管理系统，包括中央处理装置、无线传感器网络、视频监控装置、以及饲料投放装置，所述无线传感器网络、视频监控装置连接至中央处理装置的输入端，中央处理装置的输出端连接饲料投放装置。

进一步的，所述无线传感器网络建立在Xmesh协议的基础上节点运行，使用基于Xmesh协议的泛洪算法监测大田精细化传感器采样的性能。

进一步的，所述精细化传感器包括温度传感器、光照传感器、湿度传感器和空气含量传感器。

进一步的，所述视频监控装置中，使用.Net的MulticastSocket类实现视频播放系统的静态组播数据传输，使用组播地址配置MulticastSocket完成异步委托来处理接收到的底层信息。

进一步的，所述视频监控装置包括监听器错误处理单元、视频流套接字单元和服务器属性的消息同步单元。

进一步的，所述饲料投放装置包括饲料投放控制器，饲料投放控制器建立在适合农作物生长周期的理想脉冲模型的基础之上，根据本次采样的数据与设定值进行比较得出偏差e(n)，对偏差进行PWM脉冲的占空比来实现对加在电机两端电压的调节。

进一步的，整个控制流程是首先计算e(n)，计算KIe(n)，计算KP(e(n)-e(n-1))，然后计算KD(e(n)-2e(n-1)+e(n-2))，随后是计算控制率Δu(n)、计算Δu(n)+u(n-1)，在下一轮的更新迭代中进行e(n-1)→e(n-2)，e(n)→e(n-1)，u(n)→u(n-1)处理，直到下一轮的计算优化。

相对于现有技术，本发明所述的基于物联网的现代农业信息智能化管理系统具有以下优势：

本发明在各个组成部件中使用智能化的数据监测、数据分析和数据控制算法，形成精细化智能管理系统，可广泛推广使用。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的大田农业智能传感器的泛洪模型示意图；

图2为本发明实施例所述的大田无线传感器网络5节点的性能表现示意图；

图3为本发明实施例所述的大田农业精准化饲料PID控制原理图；

图4为本发明实施例所述的农作物饲料基于阶跃信号模型的PID轨迹追踪控制结果示意图。

附图标记说明：

1-第一智能温度传感器；2-第二智能温度传感器；3-智能光照传感器；4-智能湿度传感器；5-空气含量传感器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

智能化无线传感网络的实现

本发明的大田农业精细化管理智能无线传感器网络的实现是建立在Xmesh协议的基础上节点运行的，泛洪层是传输层与数据链路层之间的一个层次，泛洪状态是无线传感器网络中传感器节点休眠和唤醒最为集中、服务器集群性能最不稳定的时刻，所以使用基于Xmesh协议的泛洪算法作为多个传感器节点的模拟方案可以在最不利状态下监测大田精细化传感器采样的是性能状况，这里我们选取5个典型节点作为传感器的代号，如图1所示，这五个节点分别表示第一智能温度传感器1、第二智能温度传感器2、智能光照传感器3、智能湿度传感器4和空气含量传感器5，其根据泛洪远离发送的数据如下表1所示，

表1

这里我们给出大田传感器无线传感网络基于Xmesh协议的泛洪算法，如下所示：

//网络中的节点i对泛洪层进行初始化操作,并创建原始套接字

conn＝new Socket(AddressFamily.InterNetwork,

SocketType.Raw,ProtocolType.IP)；

Initialize(i){

public void Init(HttpApplication context)

{context.BeginRequest+＝new EventHandler(Application_BeginRequest)；context.AcquireRequestState+＝new Event Handler(context_AcquireRequestState)；

i++；}

//激活其余节点到唤醒状态

}

public void Send(){

private static IPAddress hostadd＝IPAddress.Parse

(“176.182.10.6”)；

dateTimeHost＝new IPEndPoint(hostadd,8080)；

conn.Connect(dateTimeHost)；

}

public void deliver(){

conn.deliver(tmpBuf,tmpBuf.Length,0)；

}

//判断是否收到唤醒临近的泛洪节点

If(deliver.nextcode＝＝true){

Driver.send(deliver.nextcode)；//转向下一个节点

deliver.nextcode.savestate()；//保存泛洪状态现场

Consoleline.show(deliver.nextcode.performance)//记录无线传感器网络泛洪状态的性能

}

本次实验设计5个传感器节点在运行时的整体性能如图2所示：由图中的数据可以发现随着时间的推演，在25秒时由于各个传感器节点都处于唤醒状态所以取得了带宽为2.8M的局部峰值，但是随着其它节点的轮训式休眠传感器网的整体带宽有所下降，但依然维持在可以接受的性能水准范围之内，总体来说本次基于物联网的现代农业信息智能化管理系统的传感节点取得了较为理想的结果。

基于IP组播技术的视频监控实现

使用.Net的MulticastSocket类可以轻松实现高校视频播放系统的静态组播数据传输方法,使用组播地址配置MulticastSocket可以完成异步委托来处理接收到的底层信息，从而为组播的异步化进程的实现奠定了基础。该类是由监听器错误处理、视频流套接字和服务器属性的消息同步等功能模块构成的。这里我们实现了基于IP组播技术的视频编码传输功能，首先我们需要实现组播群发功能，该功能是主机组向各个视频终端发送教学视频信号的基础，为此我们首先定义施用于视频信号组的传输对象，代码如下：

然后对底层传输数据的套件接收器作出逻辑判断，其中涉及视频流转接和套接字定义以及套接字使用，其实现代码如下：

下面给出设置视频直播系统，“直播”键按下的属性配置及服务器之间的消息同步处理，代码如下：

使用MulticastSocket类对预制服务器进行策略文件监听，通过这样的方式可以轻松地取得服务器安全策略接口的监听器，具体实现代码如下：

管理决策平台精准化饲料PID执行实现

本发明大田农业精准化饲料投放控制器建立在适合于农作物生长周期的理想脉冲模型的基础之上，根据本次采样的数据与设定值进行比较得出偏差e(n)，对偏差进行PWM脉冲的占空比来实现对加在电机两端电压的调节，控制率u(n)表示为下式所示，整个控制流程是首先计算e(n)，计算KIe(n)，计算KP(e(n)-e(n-1))，然后计算KD(e(n)-2e(n-1)+e(n-2))，随后是计算Δu(n)、计算Δu(n)+u(n-1)，在下一轮的更新迭代中进行e(n-1)→e(n-2)，e(n)→e(n-1)，u(n)→u(n-1)处理，直到下一轮的计算优化。在具体的参数整定中：将比例控制参数由小变到大，直至得到反应快、超调小的响应曲线的出现；在比例环节出现超调较小的曲线之后开始整定积分环节，减小积分时间，加大积分作用，并相应调整比例系数，一直进行这样的循环直到有较快的曲线相应；最后整定微分环节，逐渐增大该系数并保持其他参数、同时相应地改变比例系数和积分时间直到三参数都取得理想的结果停止。

我们使用matlab的simulink模块能够和VS环境通过Win32控制台项目通过添加链接库和添加库目录的方法来构建对农作物产品脉冲信号饲料投放的轨迹跟踪，如前文所述农作物饲料投放量、饲料投放速率与预期产出可以用一个二阶状态空间模型予以表达，在如图3所示的设计图中subsystem模块中设置PID参数调节器，使用示波器观测控制器作用后的饲料投放曲线与理想饲料投放曲线的轨迹追踪关系。

在大田精准化控制之中我们做出了多组轨迹信号跟踪实验，发现在减小了超调量、减少了调整时间并且取得良好的动态追踪效果，推导得到的最优控制参数是Kp1＝5.586；Ti1＝3.5798；Td1＝0.1074，在最优参数之下能够得到动态性能优异的跟踪曲线，如图4所示，黄色曲线表示对阶跃信号的跟踪，0.8L作为饲料投放的峰值、0.5L作为饲料投放的均值，可以看出取得了较好的饲料投放跟踪效果，农作物很快就可以适应这种投放策略的用量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.基于物联网的现代农业信息智能化管理系统，其特征在于：包括中央处理装置、无线传感器网络、视频监控装置、以及饲料投放装置，所述无线传感器网络、视频监控装置连接至中央处理装置的输入端，中央处理装置的输出端连接饲料投放装置。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的现代农业信息智能化管理系统，其特征在于：所述无线传感器网络建立在Xmesh协议的基础上节点运行，使用基于Xmesh协议的泛洪算法监测大田精细化传感器采样的性能。

3.根据权利要求2所述的基于物联网的现代农业信息智能化管理系统，其特征在于：所述精细化传感器包括温度传感器、光照传感器、湿度传感器和空气含量传感器。

4.根据权利要求1所述的基于物联网的现代农业信息智能化管理系统，其特征在于：所述视频监控装置中，使用.Net的MulticastSocket类实现视频播放系统的静态组播数据传输，使用组播地址配置MulticastSocket完成异步委托来处理接收到的底层信息。

5.根据权利要求1所述的基于物联网的现代农业信息智能化管理系统，其特征在于：所述视频监控装置包括监听器错误处理单元、视频流套接字单元和服务器属性的消息同步单元。

6.根据权利要求5所述的基于物联网的现代农业信息智能化管理系统，其特征在于：所述饲料投放装置包括饲料投放控制器，饲料投放控制器建立在适合农作物生长周期的理想脉冲模型的基础之上，根据采样的数据与设定值进行比较得出偏差e(n)，对偏差进行PWM脉冲的占空比来实现对加在电机两端电压的调节。

7.根据权利要求6所述的基于物联网的现代农业信息智能化管理系统，其特征在于：整个控制流程是首先计算e(n)，计算KIe(n)，计算KP(e(n)-e(n-1))，然后计算KD(e(n)-2e(n-1)+e(n-2))，随后是计算控制率Δu(n)、计算Δu(n)+u(n-1)，在下一轮的更新迭代中进行e(n-1)→e(n-2)，e(n)→e(n-1)，u(n)→u(n-1)处理，直到下一轮的计算优化。