CN113728849A - 一种基于ai的水肥药一体化的实验用大棚及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于AI的水肥药一体化的实验用大棚，包括骨架、移动机构、图像采集装置、液处理装置、主机柜；所述主机柜内设置有AI处理器；所述图像采集装置采集图像信息，由AI处理器分析农作物的生长状况。通过移动机构精准控制喷淋装置的水平位置，能够对农作物种植区域进行全面地均匀灌溉，提高了水肥药施用的精确性和均匀性；通过图像采集装置和AI处理器配合移动机构，对部分非健康农作物进行局部护理，提高了对农作物的局部调控能力；通过AI智能监控农作物生长状况，降低了实验人员的工作量，提高了自动化程度，并且实验人员可根据数据存储器收集实验数据。

Description

一种基于AI的水肥药一体化的实验用大棚及其运行方法

技术领域

本申请涉及实验大棚的领域，尤其是涉及一种基于AI的水肥药一体化的实验用大棚。

背景技术

水是农林业生产发展的必要条件，直接影响着农产品的产量、品质和生产效益，并且直接或间接的影响着生态环境。由于水资源贫乏已经是制约我国农业、乃至经济社会可持续发展的一个主要因素，因此，大力发展精准灌溉、挖掘节水潜力，进一步提高灌溉用水利用率，利用有限的水资源，生产高产量且安全的粮食和果蔬，是保证我国粮食和果蔬生产安全的新途径。

CN202020151616.X公开了一种农业用蔬菜大棚水肥药一体化喷洒装置，其技术方案为：包括搅拌桶和大棚立柱和水泵，所述搅拌桶左上端设置了进水管，所述进水管上设置了第一电磁控制阀，所述搅拌桶上面设置了放料口，所述放料口与第一阀门转动连接，所述搅拌桶腔内设置了搅拌杆，所述搅拌杆固定安装在搅拌轴上，所述搅拌轴与搅拌桶转动连接，所述搅拌桶上端与旋转电机固定连接，所述搅拌桶内腔右侧设置了丝杆，所述丝杆与滑块滑动连接，所述滑块上设置了到位传感器，所述丝杆上端与控制盒固定连接，所述搅拌桶右侧设置了第一输送管，所述第一输送管右侧与设置了水泵，所述水泵右侧与第二输送管固定连接，所述第二输送管于水管固定连接，所述水管固定安装在横梁上，所述大棚立柱内侧设置了为支座，所述支座与大棚立柱固定连接，所述支座上固定安装了滑杆，所述横梁与滑杆滑动连接，所述横梁上固定安装了喷头，所述搅拌桶左侧设置了控制面板。

该温室水肥药一体化系统具有以下优点：搅拌桶内腔右侧设置了可上下调节的滑块,滑块上设置了到位传感器，通过调整滑块的位置可灵活控制搅拌桶内腔的水量，从而可配置不同浓度的水肥药溶液；大棚内设置了单杆式横梁,大棚立柱上设置了滑杆,横梁可在滑杆上滑动，横梁上均匀分布了喷头,喷头上设置了第二电磁控制阀，可以根据施肥药区域对喷头进行灵活选用，同时可设定横梁的移动范围，从而提高了了该实用新型适用性，同时减少了水肥药的浪费。

但是，该温室水肥药一体化系统也具有以下缺点：水肥药配比、农作物生长状况观察等作业依赖人工，自动化程度较低，不适用于实验时人员较少的实际情况；水肥药共用一套管路，使用时未对管路进行清洗作业，以造成化肥或农药失效；水肥药喷洒不够精确，无法对个别生长不良的农作物进行局部护理。

因此，需要一种自动化程度高的、具有管路清洗功能并且能对农作物进行局部护理的大棚。

发明内容

为了解决作业依赖人工、管路未清洗造成失效、喷洒不够精确的问题，本申请提供一种基于AI的水肥药一体化的实验用大棚。

本申请提供一种基于AI的水肥药一体化的实验用大棚，包括骨架、对称设置在骨架上部的移动机构、设置在骨架上部的图像采集装置、液处理装置、设置在液处理装置上的主机柜：

所述骨架包括：立柱，竖直设置在地面上；横梁，设置在骨架上部，与立柱上部固定连接；纵梁，设置在骨架上部，与立柱上部固定连接，并与横梁垂直设置；主梁，设置在骨架顶部，与立柱通过撑杆连接；

所述移动机构包括：横向滑移装置，设置在骨架的侧部，与立柱固定连接；滑动轨道，对称设置在横梁上；纵向滑移装置，与横向滑移装置垂直设置，与滑动轨道滑动连接，并与横向滑移装置驱动连接；喷淋装置，设置在纵向滑移装置上，与纵向滑移装置驱动连接；

还包括废液池，设置在移动机构下方；

所述液处理装置包括：进水口，设置在液处理装置侧部，与外接水管连接；出液口，设置在液处理装置上部，与喷淋装置通过软管连接；进料口，设置在液处理装置上部；搅拌腔，设置在液处理装置内部；线路结构，分别连接进水口、出液口和搅拌腔；

所述主机柜包括：数据存储器、扫描器、计时器、显示屏、控制模块、AI处理器；

所述图像采集装置，用于采集农作物的实时图像信息，并与AI处理器配合，由AI处理器接收图像信息，分析农作物的生长状况。

进一步的，所述横向滑移装置包括：驱动杆支架，对称设置在骨架一侧边缘处，与立柱上部固定连接；电机安装座，设置在骨架一侧中部，与立柱上部固定连接；第一滑移电机，设置在电机安装座上；第一驱动螺杆，设置在驱动杆支架和第一滑移电机之间，一端与驱动杆支架转动连接，另一端与第一滑移电机驱动连接；主动轮，套接在第一驱动螺杆上，与第一驱动螺杆驱动连接；从动杆支架，对称设置在骨架另一侧，与立柱上部固定连接；第一从动螺杆，设置在从动杆支架之间，与从动杆支架转动连接；从动轮，套接在第一从动螺杆上，与第一从动螺杆驱动连接，并通过皮带与主动轮传动；第一螺母，分别套接在第一驱动螺杆和第一从动螺杆上，并分别与第一驱动螺杆和第一从动螺杆通过螺纹驱动连接。

所述纵向滑移装置包括：第二滑移电机，设置在纵向滑移装置的一侧，与所述控制模块电性连接；第二螺杆，与第二滑移电机驱动连接；第二螺母，套接在第二螺杆上，与第二螺杆通过螺纹驱动连接；滑轮，分别设置在所述纵向滑移装置的两侧，并分别与两侧的第一螺母转动连接；

所述纵向滑移装置通过滑轮分别与两侧的滑动轨道滑动连接，并通过第一螺母与横向滑移装置驱动连接。

通过采用上述技术方案，通过第一滑移电机正反转调整喷淋装置的水平横向位置，控制第二滑移电机正反转调整喷淋装置的水平纵向位置，能够精确定位在某一区域，对局部区域进行局部喷淋，提高了精确程度，防止大面积喷淋造成喷淋不均匀的情况。

进一步的，所述喷淋装置包括：安装台，上部与第二螺母固定连接；电动推杆，设置在安装台下方，与安装台下部固定连接；雾化喷头，设置在电动推杆底部，通过软管与液处理装置的出液口连接。

通过采用上述技术方案，可通过电动推杆伸缩，以配合农作物的实际生长高度近距离喷淋，防止了喷淋距离过长导致蒸发过多的情况，并在未使用时进行收缩，不影响其他作业，减少了占用空间。

进一步的，所述线路结构包括：电控开关阀，右侧端与进水口通过水管连接；第一三通接头，右侧端与电控开关阀左侧端通过水管连接，上端与所述搅拌腔底部通过水管连通；水泵，右侧端与三通接头左侧端通过水管连接；第一电控换向阀，右端与水泵上端通过水管连接；过滤器，下端与第一电控换向阀下端通过水管连接；第二三通接头，下端与过滤器上端通过水管连接，右侧端与第一电控换向阀上端通过水管连接；第二电控换向阀，下端与第二三通接头上端通过水管连接，右侧端与搅拌腔上部通过水管连接，左侧端与出液口通过水管连接；

所述电控开关阀与控制模块电性连接；所述第一电控换向阀与控制模块电性连接；所述第二电控换向阀与控制模块电性连接；所述水泵与控制模块电性连接；

所述搅拌腔包括：搅拌电机，与液处理装置上部固定连接，与控制模块电性连接；搅拌转轴，竖直设置在搅拌腔中部，与搅拌电机驱动连接；搅拌叶，套接在搅拌转轴上，与搅拌转轴驱动连接；液位传感器，设置在搅拌腔内壁上部，与控制模块电性连接。

进一步的，所述数据存储器，用于农作物所需农药或化肥种类的不同配比信息、大棚的运行数据以及农作物的生长状况信息；

所述扫描器，用于配合农药或化肥包装上的条形码识别农药或化肥种类；

所述计时器，用于记录运行过程的时间信息；

所述显示屏，用于显示农药或化肥的配比信息；

所述控制模块，用于接收和传输控制信号；

所述AI处理器，用于对农作物生长情况作出智能判断。

一种基于AI的水肥药一体化的实验用大棚的运行方法，包括水灌溉功能、农药喷洒功能和化肥施肥功能，由图像采集装置与AI处理器配合判断农作物生长状况，并根据实际生长状况进行灌溉、农药喷洒和施肥作业，由液处理装置流出相应液体；

喷淋装置可自动喷淋液处理装置流出的液体，由控制模块控制第一滑移电机正反转调整喷淋装置的水平横向位置，控制第二滑移电机正反转调整喷淋装置的水平纵向位置，从而覆盖整个农作物种植区域；并通过控制电动推杆调整高度位置，以配合不同的喷淋需求。

通过采用上述技术方案，通过AI智能监控农作物生长状况，降低了实验人员的工作量，提高了自动化程度，并且实验人员可根据数据存储器对大棚的历史运行信息和农作物生长情况进行检查，收集实验数据。

进一步的，所述水灌溉功能包括：控制模块控制电控开关阀打开，第二电控开关阀关闭，第一电控换向阀上闭下开，第二电控换向阀左开右闭，水泵开始工作，水从进水口流入，经电控开关阀、第一三通接头、水泵、第一电控换向阀、过滤器、第二三通接头、第二电控换向阀，从出液口流出，并由与出液口通过软管连接的喷淋装置将水喷淋到农作物表面。

所述农药喷洒功能包括：

步骤一，自动配比，将农药瓶身上的条形码在扫描器上扫过，由数据存储器比对，根据该农药所需的配比浓度以及搅拌腔的装载量，在显示屏上显示出所需装入的农药质量，实验人员根据显示屏称量相应质量的农药后倒入进料口中，

步骤二，装水，控制模块控制电控开关阀打开，第二电控开关阀关闭，第一电控换向阀上闭下开，第二电控换向阀左闭右开，水泵开始工作，水从进水口流入，经电控开关阀、第一三通接头、水泵、第一电控换向阀、过滤器、第二三通接头、第二电控换向阀，流入搅拌腔内，直至液位达到液位传感器位置时，控制模块控制电控开关阀关闭，水泵停止工作，

步骤三，搅拌，控制模块控制搅拌电机启动，对搅拌腔内进行搅拌；

步骤四，喷洒，搅拌完成后，第一电控换向阀上开下闭，第二电控换向阀左开右闭，水泵继续工作，配比完成的农药从搅拌腔底部流出，经第一三通接头、水泵、第一电控换向阀、第二三通接头、第二电控换向阀，从出液口流出，并由与出液口通过软管连接的喷淋装置将农药喷淋到农作物表面；

步骤五，数据记录，记录农药喷淋时间和喷淋量，存入数据存储器中；

步骤六，清洗管路，重复步骤二，将搅拌腔装满水，然后控制第一电控换向阀上开下闭，第二电控换向阀左开右闭，将喷淋装置移动至废液池上方，水从搅拌腔底部流出，经第一三通接头、水泵、第一电控换向阀、第二三通接头、第二电控换向阀，从出液口流出，并由与出液口通过软管连接的喷淋装置流入废液池中；

所述化肥施肥功能实施步骤与农药喷洒功能一致。

通过采用上述技术方案，通过对水肥药的自动配比，减少了实验人员换的工作量，提高了自动化程度，降低了人员操作错误的可能性；

并且通过对管路的清洗，降低了由于水肥药共用一套管路导致的成分失效问题，提高了实验的准确性。

进一步的，还包括局部护理和数据收集；

局部护理，图像采集装置对农作物进行图像采集并将数据传输给AI处理器进行AI分析，判断农作物是否正常生长，若出现部分农作物发生虫害的情况，则将喷淋装置移动至其所在区域，运行若出现部分农作物生长不良的情况，则将喷淋装置移动至其所在区域，运行化肥施肥功能；

数据收集，在局部护理后，将做过局部护理的农作物区域进行记录，以横梁为横坐标，纵梁为纵坐标，骨架的一个顶点作为坐标原点，记录下局部护理后的农作物坐标和局部护理时间，后续对该位置的农作物生长情况进行重点监控。

通过采用上述技术方案，可对大棚内部分非健康农作物的生长状况进行局部调控，防止施用水肥药时影响到附近健康生长的农作物，造成伤害。

综上所述，本申请包括以下有益技术效果：

1.通过移动机构精准控制喷淋装置的水平位置，能够对农作物种植区域进行全面地均匀灌溉，提高了水肥药施用的精确性和均匀性；

2.通过图像采集装置和AI处理器配合移动机构，对部分非健康农作物进行局部护理，防止施用水肥药时影响到附近健康生长的农作物造成伤害，提高了实验时对农作物的局部调控能力；

3.通过AI智能监控农作物生长状况，降低了实验人员的工作量，提高了自动化程度，并且实验人员可根据数据存储器对大棚的历史运行信息和农作物生长情况进行检查，收集实验数据。

附图说明

图1是本申请实施例的一种基于AI的水肥药一体化的实验用大棚的整体视图。

图2是本申请实施例的一种基于AI的水肥药一体化的实验用大棚的移动机构的局部放大图。

图3是本申请实施例的一种基于AI的水肥药一体化的实验用大棚的液处理装置的结构图。

图4是本申请实施例的一种基于AI的水肥药一体化的实验用大棚的主机柜的结构图。

附图标记说明：

骨架1、立柱11、横梁12、纵梁13、主梁14、撑杆15、

移动机构2、横向滑移装置21、驱动杆支架211、第一驱动螺杆212、第一滑移电机213、电机安装座214、主动轮215、从动杆支架216、第一从动螺杆217、从动轮218、第一螺母219、滑动轨道22、纵向滑移装置23、滑轮231、第二滑移电机232、第二螺杆233、第二螺母234、喷淋装置24、安装台241、电动推杆242、雾化喷头243、软管244、

液处理装置3、进水口31、出液口32、进料口34、线路结构35、电控开关阀351、第一三通接头352、水泵353、第一电控换向阀354、过滤器355、第二三通接头356、第二电控换向阀357、搅拌腔36、搅拌电机361、搅拌转轴362、搅拌叶363、液位传感器364

废液池4、

图像采集装置5、

主机柜6、数据存储器61、扫描器62、计时器63、显示屏64、控制模块65、AI处理器66。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本申请的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。为方便说明，本申请提及方向以附图所示方向为准。

参照图1-图4所示，一种基于AI的水肥药一体化的实验用大棚，包括骨架1、对称设置在骨架1上部的移动机构2、设置在骨架1上部的图像采集装置5、液处理装置3、设置在液处理装置3上的主机柜6：

所述骨架1包括：立柱11，竖直设置在地面上；横梁12，设置在骨架1上部，与立柱11上部固定连接；纵梁13，设置在骨架1上部，与立柱11上部固定连接，并与横梁12垂直设置；主梁14，设置在骨架1顶部，与立柱11通过撑杆15连接；

所述移动机构2包括：横向滑移装置21，设置在骨架1的侧部，与立柱11固定连接；滑动轨道22，对称设置在横梁12上；纵向滑移装置23，与横向滑移装置21垂直设置，与滑动轨道22滑动连接，并与横向滑移装置21驱动连接；喷淋装置24，设置在纵向滑移装置23上，与纵向滑移装置23驱动连接；

还包括废液池4，设置在移动机构2下方；

所述液处理装置3包括：进水口31，设置在液处理装置3侧部，与外接水管连接；出液口32，设置在液处理装置3上部，与喷淋装置24通过软管244连接；进料口，设置在液处理装置3上部；搅拌腔36，设置在液处理装置3内部；线路结构35，分别连接进水口31、出液口32和搅拌腔36；

所述主机柜6包括：数据存储器61、扫描器62、计时器63、显示屏64、控制模块65、AI处理器66；

所述图像采集装置5，用于采集农作物的实时图像信息，并与AI处理器66配合，由AI处理器66接收图像信息，分析农作物的生长状况。

所述横向滑移装置21包括：驱动杆支架211，对称设置在骨架1一侧边缘处，与立柱11上部固定连接；电机安装座214，设置在骨架1一侧中部，与立柱11上部固定连接；第一滑移电机213，设置在电机安装座214上；第一驱动螺杆212，设置在驱动杆支架211和第一滑移电机213之间，一端与驱动杆支架211转动连接，另一端与第一滑移电机213驱动连接；主动轮215，套接在第一驱动螺杆212上，与第一驱动螺杆212驱动连接；从动杆支架216，对称设置在骨架1另一侧，与立柱11上部固定连接；第一从动螺杆217，设置在从动杆支架216之间，与从动杆支架216转动连接；从动轮218，套接在第一从动螺杆217上，与第一从动螺杆217驱动连接，并通过皮带与主动轮215传动；第一螺母219，分别套接在第一驱动螺杆212和第一从动螺杆217上，并分别与第一驱动螺杆212和第一从动螺杆217通过螺纹驱动连接。

所述纵向滑移装置23包括：第二滑移电机232，设置在纵向滑移装置23的一侧，与所述控制模块65电性连接；第二螺杆233，与第二滑移电机232驱动连接；第二螺母234，套接在第二螺杆233上，与第二螺杆233通过螺纹驱动连接；滑轮231，分别设置在所述纵向滑移装置23的两侧，并分别与两侧的第一螺母219转动连接；

所述纵向滑移装置23通过滑轮231分别与两侧的滑动轨道22滑动连接，并通过第一螺母219与横向滑移装置21驱动连接。

所述喷淋装置24包括：安装台241，上部与第二螺母234固定连接；电动推杆242，设置在安装台241下方，与安装台241下部固定连接；雾化喷头243，设置在电动推杆242底部，通过软管244与液处理装置3的出液口32连接。

所述线路结构35包括：电控开关阀351，右侧端与进水口31通过水管连接；第一三通接头352，右侧端与电控开关阀351左侧端通过水管连接，上端与所述搅拌腔36底部通过水管连通；水泵353，右侧端与三通接头左侧端通过水管连接；第一电控换向阀354，右端与水泵353上端通过水管连接；过滤器355，下端与第一电控换向阀354下端通过水管连接；第二三通接头356，下端与过滤器355上端通过水管连接，右侧端与第一电控换向阀354上端通过水管连接；第二电控换向阀357，下端与第二三通接头356上端通过水管连接，右侧端与搅拌腔36上部通过水管连接，左侧端与出液口32通过水管连接；

所述电控开关阀351与控制模块65电性连接；所述第一电控换向阀354与控制模块65电性连接；所述第二电控换向阀357与控制模块65电性连接；所述水泵353与控制模块65电性连接；

所述搅拌腔36包括：搅拌电机361，与液处理装置3上部固定连接，与控制模块65电性连接；搅拌转轴362，竖直设置在搅拌腔36中部，与搅拌电机361驱动连接；搅拌叶363，套接在搅拌转轴362上，与搅拌转轴362驱动连接；液位传感器364，设置在搅拌腔36内壁上部，与控制模块65电性连接。

所述数据存储器61，用于农作物所需农药或化肥种类的不同配比信息、大棚的运行数据以及农作物的生长状况信息；

所述扫描器62，用于配合农药或化肥包装上的条形码识别农药或化肥种类；

所述计时器63，用于记录运行过程的时间信息；

所述显示屏64，用于显示农药或化肥的配比信息；

所述控制模块65，用于接收和传输控制信号；

所述AI处理器66，用于对农作物生长情况作出智能判断。

一种基于AI的水肥药一体化的实验用大棚的运行方法，包括水灌溉功能、农药喷洒功能和化肥施肥功能，由图像采集装置5与AI处理器66配合判断农作物生长状况，并根据实际生长状况进行灌溉、农药喷洒和施肥作业，由液处理装置3流出相应液体；

喷淋装置可自动喷淋液处理装置3流出的液体，由控制模块65控制第一滑移电机213正反转调整喷淋装置24的水平横向位置，控制第二滑移电机232正反转调整喷淋装置24的水平纵向位置，从而覆盖整个农作物种植区域；并通过控制电动推杆242调整高度位置，以配合不同的喷淋需求。

所述水灌溉功能包括：控制模块65控制电控开关阀351打开，第二电控开关阀关闭，第一电控换向阀354上闭下开，第二电控换向阀357左开右闭，水泵353开始工作，水从进水口31流入，经电控开关阀351、第一三通接头352、水泵353、第一电控换向阀354、过滤器355、第二三通接头356、第二电控换向阀357，从出液口32流出，并由与出液口32通过软管244连接的喷淋装置24将水喷淋到农作物表面。

所述农药喷洒功能包括：

步骤一，自动配比，将农药瓶身上的条形码在扫描器62上扫过，由数据存储器61比对，根据该农药所需的配比浓度以及搅拌腔36的装载量，在显示屏64上显示出所需装入的农药质量，实验人员根据显示屏64称量相应质量的农药后倒入进料口中，

步骤二，装水，控制模块65控制电控开关阀351打开，第二电控开关阀关闭，第一电控换向阀354上闭下开，第二电控换向阀357左闭右开，水泵353开始工作，水从进水口31流入，经电控开关阀351、第一三通接头352、水泵353、第一电控换向阀354、过滤器355、第二三通接头356、第二电控换向阀357，流入搅拌腔36内，直至液位达到液位传感器364位置时，控制模块65控制电控开关阀351关闭，水泵353停止工作，

步骤三，搅拌，控制模块65控制搅拌电机361启动，对搅拌腔36内进行搅拌；

步骤四，喷洒，搅拌完成后，第一电控换向阀354上开下闭，第二电控换向阀357左开右闭，水泵353继续工作，配比完成的农药从搅拌腔36底部流出，经第一三通接头352、水泵353、第一电控换向阀354、第二三通接头356、第二电控换向阀357，从出液口32流出，并由与出液口32通过软管244连接的喷淋装置24将农药喷淋到农作物表面；

步骤五，数据记录，记录农药喷淋时间和喷淋量，存入数据存储器61中；

步骤六，清洗管路，重复步骤二，将搅拌腔36装满水，然后控制第一电控换向阀354上开下闭，第二电控换向阀357左开右闭，将喷淋装置24移动至废液池4上方，水从搅拌腔36底部流出，经第一三通接头352、水泵353、第一电控换向阀354、第二三通接头356、第二电控换向阀357，从出液口32流出，并由与出液口32通过软管244连接的喷淋装置24流入废液池4中；

所述化肥施肥功能实施步骤与农药喷洒功能一致。

还包括局部护理和数据收集；

局部护理，图像采集装置5对农作物进行图像采集并将数据传输给AI处理器66进行AI分析，判断农作物是否正常生长，若出现部分农作物发生虫害的情况，则将喷淋装置24移动至其所在区域，运行若出现部分农作物生长不良的情况，则将喷淋装置24移动至其所在区域，运行化肥施肥功能；

数据收集，在局部护理后，将做过局部护理的农作物区域进行记录，以横梁12为横坐标，纵梁13为纵坐标，骨架1的一个顶点作为坐标原点，记录下局部护理后的农作物坐标和局部护理时间，后续对该位置的农作物生长情况进行重点监控。

本申请实施例，一种基于AI的水肥药一体化的实验用大棚的工作原理为：通过AI处理器，配合图像采集装置对农作物生长状况进行实时监控，并根据农作物的实际生长状况和生长周期，对农作物进行水肥药的施用，配合液处理装置，进行自动配比，流出对应的水肥药，经喷淋装置喷洒在农作物上。

本申请实施例中，通过第一滑移电机正反转调整喷淋装置的水平横向位置，控制第二滑移电机正反转调整喷淋装置的水平纵向位置，能够精确定位在某一区域，对局部区域进行局部喷淋，提高了精确程度，防止大面积喷淋造成喷淋不均匀的情况。

通过电动推杆伸缩，以配合农作物的实际生长高度近距离喷淋，防止了喷淋距离过长导致蒸发过多的情况，并在未使用时进行收缩，不影响其他作业，减少了占用空间。

通过AI智能监控农作物生长状况，降低了实验人员的工作量，提高了自动化程度，并且实验人员可根据数据存储器对大棚的历史运行信息和农作物生长情况进行检查，收集实验数据。

通过对水肥药的自动配比，减少了实验人员换的工作量，提高了自动化程度，降低了人员操作错误的可能性；

并且通过对管路的清洗，降低了由于水肥药共用一套管路导致的成分失效问题，提高了实验的准确性。

通过图像采集装置和AI处理器进行AI分析，配合移动机构，可对大棚内部分非健康农作物的生长状况进行局部调控，防止施用水肥药时影响到附近健康生长的农作物，造成伤害。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限与此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于AI的水肥药一体化的实验用大棚，包括骨架（1）、对称设置在骨架（1）上部的移动机构（2）、设置在骨架（1）上部的图像采集装置（5）、液处理装置（3）、设置在液处理装置（3）上的主机柜（6），其特征在于：

所述骨架（1）包括：立柱（11），竖直设置在地面上；横梁（12），设置在骨架（1）上部，与立柱（11）上部固定连接；纵梁（13），设置在骨架（1）上部，与立柱（11）上部固定连接，并与横梁（12）垂直设置；主梁（14），设置在骨架（1）顶部，与立柱（11）通过撑杆（15）连接；

所述移动机构（2）包括：横向滑移装置（21），设置在骨架（1）的侧部，与立柱（11）固定连接；滑动轨道（22），对称设置在横梁（12）上；纵向滑移装置（23），与横向滑移装置（21）垂直设置，与滑动轨道（22）滑动连接，并与横向滑移装置（21）驱动连接；喷淋装置（24），设置在纵向滑移装置（23）上，与纵向滑移装置（23）驱动连接；

还包括废液池（4），设置在移动机构（2）下方；

所述液处理装置（3）包括：进水口（31），设置在液处理装置（3）侧部，与外接水管连接；出液口（32），设置在液处理装置（3）上部，与喷淋装置（24）通过软管（244）连接；进料口，设置在液处理装置（3）上部；搅拌腔（36），设置在液处理装置（3）内部；线路结构（35），分别连接进水口（31）、出液口（32）和搅拌腔（36）；

所述主机柜（6）包括：数据存储器（61）、扫描器（62）、计时器（63）、显示屏（64）、控制模块（65）、AI处理器（66）；

所述图像采集装置（5），用于采集农作物的实时图像信息，并与AI处理器（66）配合，由AI处理器（66）接收图像信息，分析农作物的生长状况。

2.根据权利要求1所述的一种基于AI的水肥药一体化的实验用大棚，其特征在于：

所述横向滑移装置（21）包括：驱动杆支架（211），对称设置在骨架（1）一侧边缘处，与立柱（11）上部固定连接；电机安装座（214），设置在骨架（1）一侧中部，与立柱（11）上部固定连接；第一滑移电机（213），设置在电机安装座（214）上；第一驱动螺杆（212），设置在驱动杆支架（211）和第一滑移电机（213）之间，一端与驱动杆支架（211）转动连接，另一端与第一滑移电机（213）驱动连接；主动轮（215），套接在第一驱动螺杆（212）上，与第一驱动螺杆（212）驱动连接；从动杆支架（216），对称设置在骨架（1）另一侧，与立柱（11）上部固定连接；第一从动螺杆（217），设置在从动杆支架（216）之间，与从动杆支架（216）转动连接；从动轮（218），套接在第一从动螺杆（217）上，与第一从动螺杆（217）驱动连接，并通过皮带与主动轮（215）传动；第一螺母（219），分别套接在第一驱动螺杆（212）和第一从动螺杆（217）上，并分别与第一驱动螺杆（212）和第一从动螺杆（217）通过螺纹驱动连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于AI的水肥药一体化的实验用大棚，其特征在于：

所述纵向滑移装置（23）包括：第二滑移电机（232），设置在纵向滑移装置（23）的一侧，与所述控制模块（65）电性连接；第二螺杆（233），与第二滑移电机（232）驱动连接；第二螺母（234），套接在第二螺杆（233）上，与第二螺杆（233）通过螺纹驱动连接；滑轮（231），分别设置在所述纵向滑移装置（23）的两侧，并分别与两侧的第一螺母（219）转动连接；

所述纵向滑移装置（23）通过滑轮（231）分别与两侧的滑动轨道（22）滑动连接，并通过第一螺母（219）与横向滑移装置（21）驱动连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于AI的水肥药一体化的实验用大棚，其特征在于：

所述喷淋装置（24）包括：安装台（241），上部与第二螺母（234）固定连接；电动推杆（242），设置在安装台（241）下方，与安装台（241）下部固定连接；雾化喷头（243），设置在电动推杆（242）底部，通过软管（244）与液处理装置（3）的出液口（32）连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于AI的水肥药一体化的实验用大棚，其特征在于：

所述线路结构（35）包括：电控开关阀（351），右侧端与进水口（31）通过水管连接；第一三通接头（352），右侧端与电控开关阀（351）左侧端通过水管连接，上端与所述搅拌腔（36）底部通过水管连通；水泵（353），右侧端与三通接头左侧端通过水管连接；第一电控换向阀（354），右端与水泵（353）上端通过水管连接；过滤器（355），下端与第一电控换向阀（354）下端通过水管连接；第二三通接头（356），下端与过滤器（355）上端通过水管连接，右侧端与第一电控换向阀（354）上端通过水管连接；第二电控换向阀（357），下端与第二三通接头（356）上端通过水管连接，右侧端与搅拌腔（36）上部通过水管连接，左侧端与出液口（32）通过水管连接；

所述电控开关阀（351）与控制模块（65）电性连接；所述第一电控换向阀（354）与控制模块（65）电性连接；所述第二电控换向阀（357）与控制模块（65）电性连接；所述水泵（353）与控制模块（65）电性连接；

所述搅拌腔（36）包括：搅拌电机（361），与液处理装置（3）上部固定连接，与控制模块（65）电性连接；搅拌转轴（362），竖直设置在搅拌腔（36）中部，与搅拌电机（361）驱动连接；搅拌叶（363），套接在搅拌转轴（362）上，与搅拌转轴（362）驱动连接；液位传感器（364），设置在搅拌腔（36）内壁上部，与控制模块（65）电性连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于AI的水肥药一体化的实验用大棚，其特征在于：

所述数据存储器（61），用于农作物所需农药或化肥种类的不同配比信息、大棚的运行数据以及农作物的生长状况信息；

所述扫描器（62），用于配合农药或化肥包装上的条形码识别农药或化肥种类；

所述计时器（63），用于记录运行过程的时间信息；

所述显示屏（64），用于显示农药或化肥的配比信息；

所述控制模块（65），用于接收和传输控制信号；

所述AI处理器（66），用于对农作物生长情况作出智能判断。

7.一种基于AI的水肥药一体化的实验用大棚的运行方法，其特征在于：

包括水灌溉功能、农药喷洒功能和化肥施肥功能，由图像采集装置（5）与AI处理器（66）配合判断农作物生长状况，并根据实际生长状况进行灌溉、农药喷洒和施肥作业，由液处理装置（3）流出相应液体；

喷淋装置可自动喷淋液处理装置（3）流出的液体，由控制模块（65）控制第一滑移电机（213）正反转调整喷淋装置（24）的水平横向位置，控制第二滑移电机（232）正反转调整喷淋装置（24）的水平纵向位置，从而覆盖整个农作物种植区域；并通过控制电动推杆（242）调整高度位置，以配合不同的喷淋需求。

8.根据权利要求7所述的一种基于AI的水肥药一体化的实验用大棚的运行方法，其特征在于：

所述水灌溉功能包括：控制模块（65）控制电控开关阀（351）打开，第二电控开关阀关闭，第一电控换向阀（354）上闭下开，第二电控换向阀（357）左开右闭，水泵（353）开始工作，水从进水口（31）流入，经电控开关阀（351）、第一三通接头（352）、水泵（353）、第一电控换向阀（354）、过滤器（355）、第二三通接头（356）、第二电控换向阀（357），从出液口（32）流出，并由与出液口（32）通过软管（244）连接的喷淋装置（24）将水喷淋到农作物表面。

9.根据权利要求7所述的一种基于AI的水肥药一体化的实验用大棚的运行方法，其特征在于：

所述农药喷洒功能包括：

步骤一，自动配比，将农药瓶身上的条形码在扫描器（62）上扫过，由数据存储器（61）比对，根据该农药所需的配比浓度以及搅拌腔（36）的装载量，在显示屏（64）上显示出所需装入的农药质量，实验人员根据显示屏（64）称量相应质量的农药后倒入进料口中，

步骤二，装水，控制模块（65）控制电控开关阀（351）打开，第二电控开关阀关闭，第一电控换向阀（354）上闭下开，第二电控换向阀（357）左闭右开，水泵（353）开始工作，水从进水口（31）流入，经电控开关阀（351）、第一三通接头（352）、水泵（353）、第一电控换向阀（354）、过滤器（355）、第二三通接头（356）、第二电控换向阀（357），流入搅拌腔（36）内，直至液位达到液位传感器（364）位置时，控制模块（65）控制电控开关阀（351）关闭，水泵（353）停止工作，

步骤三，搅拌，控制模块（65）控制搅拌电机（361）启动，对搅拌腔（36）内进行搅拌；

步骤四，喷洒，搅拌完成后，第一电控换向阀（354）上开下闭，第二电控换向阀（357）左开右闭，水泵（353）继续工作，配比完成的农药从搅拌腔（36）底部流出，经第一三通接头（352）、水泵（353）、第一电控换向阀（354）、第二三通接头（356）、第二电控换向阀（357），从出液口（32）流出，并由与出液口（32）通过软管（244）连接的喷淋装置（24）将农药喷淋到农作物表面；

步骤五，数据记录，记录农药喷淋时间和喷淋量，存入数据存储器（61）中；

步骤六，清洗管路，重复步骤二，将搅拌腔（36）装满水，然后控制第一电控换向阀（354）上开下闭，第二电控换向阀（357）左开右闭，将喷淋装置（24）移动至废液池（4）上方，水从搅拌腔（36）底部流出，经第一三通接头（352）、水泵（353）、第一电控换向阀（354）、第二三通接头（356）、第二电控换向阀（357），从出液口（32）流出，并由与出液口（32）通过软管（244）连接的喷淋装置（24）流入废液池（4）中；

所述化肥施肥功能实施步骤与农药喷洒功能一致。

10.根据权利要求9所述的一种基于AI的水肥药一体化的实验用大棚的运行方法，其特征在于：

还包括局部护理和数据收集；

局部护理，图像采集装置（5）对农作物进行图像采集并将数据传输给AI处理器（66）进行AI分析，判断农作物是否正常生长，若出现部分农作物发生虫害的情况，则将喷淋装置（24）移动至其所在区域，运行若出现部分农作物生长不良的情况，则将喷淋装置（24）移动至其所在区域，运行化肥施肥功能；

数据收集，在局部护理后，将做过局部护理的农作物区域进行记录，以横梁（12）为横坐标，纵梁（13）为纵坐标，骨架（1）的一个顶点作为坐标原点，记录下局部护理后的农作物坐标和局部护理时间，后续对该位置的农作物生长情况进行重点监控。

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