CN113970946A - 基于光纤传感与人工智能的高可靠低成本农业物联网系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于光纤传感与人工智能的高可靠低成本农业物联网系统，包括控制模块、智能传感模块、智能调控模块、气象检测模块和无线通讯模块，所述控制模块通过所述无线通讯模块与所述智能传感模块、所述智能调控模块、所述气象检测模块通讯连接；所述智能传感模块用于通过传感器对农业产品环境进行改变、检测和采集，所述传感器包括湿度传感器、光纤传感器、二氧化碳传感器、叶绿素含量测定传感器。本发明通过设置智能传感模块方便对农业产品环境进行改变、检测和采集，通过设置智能调控模块，能够对农业产品进行灌溉、喷药、补光处理，从而方便根据不同的情况对农业产品进行处理，从而完善农业产品的生长环境，有利于提高产量。
Description
技术领域
本发明属于农业物联网技术领域，具体涉及基于光纤传感与人工智能的高可靠低成本农业物联网系统。
背景技术
物联网通过传感器、射频识别技术、定位技术等实时采集任何需要监控、互动的物体或过程，采集其声光热电、力学、化学、生物等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对过程的智能化感知和管理，随着科学技术的不断发展，物联网技术的应用范围愈发广泛，其中农业便是物联网系统的一个重要的应用领域。
目前现有的基于光纤传感与人工智能的高可靠低成本农业物联网系统依然存在一些问题：不方便对农业产品环境进行改变、检测和采集，方便根据不同的情况对农业产品进行处理，降低了产量，为此我们提出基于光纤传感与人工智能的高可靠低成本农业物联网系统。
发明内容
本发明的目的在于提供基于光纤传感与人工智能的高可靠低成本农业物联网系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于光纤传感与人工智能的高可靠低成本农业物联网系统，包括控制模块、智能传感模块、智能调控模块、气象检测模块和无线通讯模块，所述控制模块通过所述无线通讯模块与所述智能传感模块、所述智能调控模块、所述气象检测模块通讯连接；
所述智能传感模块用于通过传感器对农业产品环境进行改变、检测和采集，所述传感器包括湿度传感器、光纤传感器、二氧化碳传感器、叶绿素含量测定传感器、土壤PH传感器和土壤养分传感器；
所述智能调控模块用于通过机械设备对农业产品进行灌溉、喷药、补光处理，所述机械设备包括灌溉设备、喷药设备和补光设备；
所述气象检测模块用于对气象进行检测；
所述无线通讯模块用于对系统提供网络连接，使模块之间相互关联。
优选的，所述湿度传感器用于对农业产品环境中的湿度进行检测，所述光纤传感器用于对农业产品环境中光照进行采集，并送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质发生变化，再利用被测量对光的传输特性施加的影响，完成测量，所述二氧化碳传感器用于对农业产品环境中二氧化碳含量进行检测，所述叶绿素含量测定传感器用于对农业产品中的叶绿素含量进行检测，所述土壤PH传感器用于对土壤内的酸碱度进行检测，所述土壤养分传感器用于对土壤内的氮、钾磷含量进行检测。
优选的，所述灌溉设备用于对农业产品进行晒水、施肥工作，所述喷药设备用于对农业产品进行喷药工作，所述补光设备用于对农业产品进行照明工作。
优选的，所述浇灌设备包括智能控制单元、肥料配比单元、原液混合单元、过滤单元、肥料投加单元以及土壤肥料含量监测单元，所述浇灌设备根据物联网终端下载的专家模型软件进行肥料配比、水液混合、过滤和肥料投加操作，实现自动搅拌、恒压输送、滤网堵塞监测和自动反冲洗。
优选的，所述喷药设备的喷药步骤如下：
S101.获取与所需喷药的农田相对应的农田信息；其中所述农田信息包括当前农田ID、GPS坐标信息、农田面积、作物名称、所需农药的名称、农药的配比量、应喷出的农药量；
S102.根据获取到的农田信息，通过喷雾装置进行农药的配制，得到符合当前农田的农药；
S103.将配制好的农药通过喷雾装置的喷杆进行喷洒，打开出液电磁阀，通过出液流量计实时计量从出液口流出的农药量；
S104.计算所述应喷出的农药量与所述出液流量计实时获取的出液量的差值，判断所述差值是否小于预设阈值，若是，则所述出液电磁阀关闭，停止喷药。
优选的，所述气象监测模块包括雨量检测器、雪量检测器、风向风速检测器、温湿度检测器和数据采集器，所述数据采集器分别与所述雨量检测器、雪量检测器、风向风速检测器和温湿度检测器连接。
优选的，所述无线通讯模块为5G通讯模块、4G通讯模块、蓝牙模块、WiFi模块、GSM模块、CDMA模块、CDMA2000模块、WCDMA模块、TD-SCDMA模块、Zigbee模块和LoRa模块中任意一种或任意几种的组合。
优选的，所述湿度传感器设置有若干组，若干组所述湿度传感器均匀分布于农业种植地内，所述湿度传感器的安装深度距离地表15-45cm；所述湿度传感器用于对采集的湿度参数进行数据处理，所述湿度参数数据处理采用对若干组湿度传感器采集的数据按照数值大小顺序排列为a1、a2、a3……a(n-1)、an，去掉其中3个最大值和3最小值后，对余下数据a4、a5、……a(n-4)、a(n-3)进行平均计算，
公式为：a＝[a4+a5+……a(n-4)+a(n-3)]/(n-6)；
平均计算的结果a即为土壤湿度。
优选的，所述土壤养分传感器采用与所述湿度传感器相同的方式设置在农业种植地内，所述土壤养分传感器用于对采集的养分含量参数进行数据处理；所述养分含量参数数据处理采用对若干土壤养分传感器采集的氮含量数值大小顺序排列为b1、b2、……b(n-1)、bn，对采集数据进行平均计算，
公式为：b＝[b1+b2+……+b(n-1)+bn]/n；
平均计算结果b即表示为土壤中的氮含量；
所述养分含量参数数据处理采用对若干土壤养分传感器采集的钾含量数值大小顺序排列为c1、c2、……c(n-1)、cn，对采集数据进行平均计算，
公式为：c＝[c1+c2+……+c(n-1)+cn]/n；
平均计算结果c即表示土壤中的钾含量；
所述养分含量参数数据处理采用对若干土壤养分传感器采集的磷含量数值大小顺序排列为d1、d2、……d(n-1)、dn，对采集数据进行平均计算，
公式为：d＝[d1+d2+……+d(n-1)+dn]/n；
平均计算结果d即表示为土壤中的磷含量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过设置智能传感模块方便对农业产品环境进行改变、检测和采集，通过设置智能调控模块，能够对农业产品进行灌溉、喷药、补光处理，从而方便根据不同的情况对农业产品进行处理，从而完善农业产品的生长环境，有利于提高产量。
(2)本发明通过设置气象检测模块，能够对气象进行及时反馈，从而提前对不同的气象进行应对，有利于提高农业产品生长时的安全性。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明智能传感模块的结构框图；
图3为本发明智能调控模块的结构框图；
图4为本发明喷药设备的喷药流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图4，本发明提供一种技术方案：基于光纤传感与人工智能的高可靠低成本农业物联网系统，包括控制模块、智能传感模块、智能调控模块、气象检测模块和无线通讯模块，所述控制模块通过所述无线通讯模块与所述智能传感模块、所述智能调控模块、所述气象检测模块通讯连接；
所述智能传感模块用于通过传感器对农业产品环境进行改变、检测和采集，所述传感器包括湿度传感器、光纤传感器、二氧化碳传感器、叶绿素含量测定传感器、土壤PH传感器和土壤养分传感器；
所述智能调控模块用于通过机械设备对农业产品进行灌溉、喷药、补光处理，所述机械设备包括灌溉设备、喷药设备和补光设备；
所述气象检测模块用于对气象进行检测；
所述无线通讯模块用于对系统提供网络连接，使模块之间相互关联。
本实施例中，优选的，所述湿度传感器用于对农业产品环境中的湿度进行检测，所述光纤传感器用于对农业产品环境中光照进行采集，并送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质发生变化，再利用被测量对光的传输特性施加的影响，完成测量，所述二氧化碳传感器用于对农业产品环境中二氧化碳含量进行检测，所述叶绿素含量测定传感器用于对农业产品中的叶绿素含量进行检测，所述土壤PH传感器用于对土壤内的酸碱度进行检测，所述土壤养分传感器用于对土壤内的氮、钾磷含量进行检测。
本实施例中，优选的，所述灌溉设备用于对农业产品进行晒水、施肥工作，所述喷药设备用于对农业产品进行喷药工作，所述补光设备用于对农业产品进行照明工作。
本实施例中，优选的，所述浇灌设备包括智能控制单元、肥料配比单元、原液混合单元、过滤单元、肥料投加单元以及土壤肥料含量监测单元，所述浇灌设备根据物联网终端下载的专家模型软件进行肥料配比、水液混合、过滤和肥料投加操作，实现自动搅拌、恒压输送、滤网堵塞监测和自动反冲洗。
本实施例中，优选的，所述喷药设备的喷药步骤如下：
S101.获取与所需喷药的农田相对应的农田信息；其中所述农田信息包括当前农田ID、GPS坐标信息、农田面积、作物名称、所需农药的名称、农药的配比量、应喷出的农药量；
S102.根据获取到的农田信息，通过喷雾装置进行农药的配制，得到符合当前农田的农药；
S103.将配制好的农药通过喷雾装置的喷杆进行喷洒，打开出液电磁阀，通过出液流量计实时计量从出液口流出的农药量；
S104.计算所述应喷出的农药量与所述出液流量计实时获取的出液量的差值，判断所述差值是否小于预设阈值，若是，则所述出液电磁阀关闭，停止喷药。
本实施例中，优选的，所述气象监测模块包括雨量检测器、雪量检测器、风向风速检测器、温湿度检测器和数据采集器，所述数据采集器分别与所述雨量检测器、雪量检测器、风向风速检测器和温湿度检测器连接。
本实施例中，优选的，所述无线通讯模块为5G通讯模块、4G通讯模块、蓝牙模块、WiFi模块、GSM模块、CDMA模块、CDMA2000模块、WCDMA模块、TD-SCDMA模块、Zigbee模块和LoRa模块中任意一种或任意几种的组合。
本实施例中，优选的，所述湿度传感器设置有若干组，若干组所述湿度传感器均匀分布于农业种植地内，所述湿度传感器的安装深度距离地表15-45cm；所述湿度传感器用于对采集的湿度参数进行数据处理，所述湿度参数数据处理采用对若干组湿度传感器采集的数据按照数值大小顺序排列为a1、a2、a3……a(n-1)、an，去掉其中3个最大值和3最小值后，对余下数据a4、a5、……a(n-4)、a(n-3)进行平均计算，
公式为：a＝[a4+a5+……a(n-4)+a(n-3)]/(n-6)；
平均计算的结果a即为土壤湿度。
本实施例中，优选的，所述土壤养分传感器采用与所述湿度传感器相同的方式设置在农业种植地内，所述土壤养分传感器用于对采集的养分含量参数进行数据处理；所述养分含量参数数据处理采用对若干土壤养分传感器采集的氮含量数值大小顺序排列为b1、b2、……b(n-1)、bn，对采集数据进行平均计算，
公式为：b＝[b1+b2+……+b(n-1)+bn]/n；
平均计算结果b即表示为土壤中的氮含量；
所述养分含量参数数据处理采用对若干土壤养分传感器采集的钾含量数值大小顺序排列为c1、c2、……c(n-1)、cn，对采集数据进行平均计算，
公式为：c＝[c1+c2+……+c(n-1)+cn]/n；
平均计算结果c即表示土壤中的钾含量；
所述养分含量参数数据处理采用对若干土壤养分传感器采集的磷含量数值大小顺序排列为d1、d2、……d(n-1)、dn，对采集数据进行平均计算，
公式为：d＝[d1+d2+……+d(n-1)+dn]/n；
平均计算结果d即表示为土壤中的磷含量。
本发明的原理及优点：本发明通过设置智能传感模块方便对农业产品环境进行改变、检测和采集，通过设置智能调控模块，能够对农业产品进行灌溉、喷药、补光处理，从而方便根据不同的情况对农业产品进行处理，从而完善农业产品的生长环境，有利于提高产量；通过设置气象检测模块，能够对气象进行及时反馈，从而提前对不同的气象进行应对，有利于提高农业产品生长时的安全性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.基于光纤传感与人工智能的高可靠低成本农业物联网系统，其特征在于：包括控制模块、智能传感模块、智能调控模块、气象检测模块和无线通讯模块，所述控制模块通过所述无线通讯模块与所述智能传感模块、所述智能调控模块、所述气象检测模块通讯连接；
所述智能传感模块用于通过传感器对农业产品环境进行改变、检测和采集，所述传感器包括湿度传感器、光纤传感器、二氧化碳传感器、叶绿素含量测定传感器、土壤PH传感器和土壤养分传感器；
所述智能调控模块用于通过机械设备对农业产品进行灌溉、喷药、补光处理，所述机械设备包括灌溉设备、喷药设备和补光设备；
所述气象检测模块用于对气象进行检测；
所述无线通讯模块用于对系统提供网络连接，使模块之间相互关联。
2.根据权利要求1所述的基于光纤传感与人工智能的高可靠低成本农业物联网系统，其特征在于：所述湿度传感器用于对农业产品环境中的湿度进行检测，所述光纤传感器用于对农业产品环境中光照进行采集，并送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质发生变化，再利用被测量对光的传输特性施加的影响，完成测量，所述二氧化碳传感器用于对农业产品环境中二氧化碳含量进行检测，所述叶绿素含量测定传感器用于对农业产品中的叶绿素含量进行检测，所述土壤PH传感器用于对土壤内的酸碱度进行检测，所述土壤养分传感器用于对土壤内的氮、钾磷含量进行检测。
3.根据权利要求1所述的基于光纤传感与人工智能的高可靠低成本农业物联网系统，其特征在于：所述灌溉设备用于对农业产品进行晒水、施肥工作，所述喷药设备用于对农业产品进行喷药工作，所述补光设备用于对农业产品进行照明工作。
4.根据权利要求1所述的基于光纤传感与人工智能的高可靠低成本农业物联网系统，其特征在于：所述浇灌设备包括智能控制单元、肥料配比单元、原液混合单元、过滤单元、肥料投加单元以及土壤肥料含量监测单元，所述浇灌设备根据物联网终端下载的专家模型软件进行肥料配比、水液混合、过滤和肥料投加操作，实现自动搅拌、恒压输送、滤网堵塞监测和自动反冲洗。
5.根据权利要求1所述的基于光纤传感与人工智能的高可靠低成本农业物联网系统，其特征在于：所述喷药设备的喷药步骤如下：
S101.获取与所需喷药的农田相对应的农田信息；其中所述农田信息包括当前农田ID、GPS坐标信息、农田面积、作物名称、所需农药的名称、农药的配比量、应喷出的农药量；
S102.根据获取到的农田信息，通过喷雾装置进行农药的配制，得到符合当前农田的农药；
S103.将配制好的农药通过喷雾装置的喷杆进行喷洒，打开出液电磁阀，通过出液流量计实时计量从出液口流出的农药量；
S104.计算所述应喷出的农药量与所述出液流量计实时获取的出液量的差值，判断所述差值是否小于预设阈值，若是，则所述出液电磁阀关闭，停止喷药。
6.根据权利要求1所述的基于光纤传感与人工智能的高可靠低成本农业物联网系统，其特征在于：所述气象监测模块包括雨量检测器、雪量检测器、风向风速检测器、温湿度检测器和数据采集器，所述数据采集器分别与所述雨量检测器、雪量检测器、风向风速检测器和温湿度检测器连接。
7.根据权利要求1所述的基于光纤传感与人工智能的高可靠低成本农业物联网系统，其特征在于：所述无线通讯模块为5G通讯模块、4G通讯模块、蓝牙模块、WiFi模块、GSM模块、CDMA模块、CDMA2000模块、WCDMA模块、TD-SCDMA模块、Zigbee模块和LoRa模块中任意一种或任意几种的组合。
8.根据权利要求1所述的基于光纤传感与人工智能的高可靠低成本农业物联网系统，其特征在于：所述湿度传感器设置有若干组，若干组所述湿度传感器均匀分布于农业种植地内，所述湿度传感器的安装深度距离地表15-45cm；所述湿度传感器用于对采集的湿度参数进行数据处理，所述湿度参数数据处理采用对若干组湿度传感器采集的数据按照数值大小顺序排列为a1、a2、a3……a(n-1)、an，去掉其中3个最大值和3最小值后，对余下数据a4、a5、……a(n-4)、a(n-3)进行平均计算，
公式为：a＝[a4+a5+……a(n-4)+a(n-3)]/(n-6)；
平均计算的结果a即为土壤湿度。
9.根据权利要求8所述的基于光纤传感与人工智能的高可靠低成本农业物联网系统，其特征在于：所述土壤养分传感器采用与所述湿度传感器相同的方式设置在农业种植地内，所述土壤养分传感器用于对采集的养分含量参数进行数据处理；所述养分含量参数数据处理采用对若干土壤养分传感器采集的氮含量数值大小顺序排列为b1、b2、……b(n-1)、bn，对采集数据进行平均计算，
公式为：b＝[b1+b2+……+b(n-1)+bn]/n；
平均计算结果b即表示为土壤中的氮含量；
所述养分含量参数数据处理采用对若干土壤养分传感器采集的钾含量数值大小顺序排列为c1、c2、……c(n-1)、cn，对采集数据进行平均计算，
公式为：c＝[c1+c2+……+c(n-1)+cn]/n；
平均计算结果c即表示土壤中的钾含量；
所述养分含量参数数据处理采用对若干土壤养分传感器采集的磷含量数值大小顺序排列为d1、d2、……d(n-1)、dn，对采集数据进行平均计算，
公式为：d＝[d1+d2+……+d(n-1)+dn]/n；
平均计算结果d即表示为土壤中的磷含量。
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