CN207867295U - 一种基于机器学习的智能灌溉控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于机器学习的智能灌溉控制装置，包括主控板，主控板各个端口分别连接有数据采集接口、存储模块、电源模块、执行部分和人机交互模块；执行部分包括稳压电路，稳压电路输出端与驱动电路连接，驱动电路输出端分别与继电器和电磁阀控制连接；人机交互模块分别与按键、触摸屏和LED灯组信号连接；所述的数据采集接口输入端同时连接有土壤墒情传感器、温湿度传感器、风速传感器、光照强度传感器和阀门开度传感器。本实用新型装置，提高水的利用率，减少人力成本，提高作物的产量，结构简单，易于操作维护。
Description
技术领域
本实用新型属于设施农业技术领域，涉及一种基于机器学习的智能灌溉控制装置。
背景技术
我国作为农业大国，用占世界6％的可更新水资源和7％的耕地，解决了占世界22％人口的温饱问题，这对世界粮食生产是一个巨大贡献。但也因此，农业用水占用水总量比例很大，例如2007年，农业用水占总用水量的60％之多。但每年仍有将近1亿多亩的农田没有足够的水用于灌溉，农业缺水每年达到300亿立方米。传统的灌溉方式效率低下，采用的是漫灌的方式，水的利用率仅为45％，造成对水的严重浪费。而水资源利用率高的国家已达70％-80％。因而，解决农业灌溉用水的问题，缓解水资源的紧缺是非常重要的。这就要求改变传统低水分利用率的农业模式，进行智能农业经营模式。
以作物各时期对水分的需求量为依据，以提高作物的水分利用率为目标，适时适量地进行灌溉，使作物一直生长在最佳土壤湿度状态，最终实现农业生产的高品质、高产量、高效益。智能灌溉系统在这种背景下应运而生。智能农业灌溉系统不仅可以提高源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低农产品的成本。基于传感器技术，人工智能和机器学习的智能农业灌溉系统是中国发展高效农业和精细农业的必由之路。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于机器学习的智能灌溉控制装置，解决了现有技术在灌溉过程中对水资源的利用率低和不适宜作物需求的问题。
本实用新型采用的技术方案是，一种基于机器学习的智能灌溉控制装置，包括主控板，主控板各个端口分别连接有数据采集接口、存储模块、电源模块、执行部分和人机交互模块；
执行部分包括稳压电路，稳压电路输出端与驱动电路连接，驱动电路输出端分别与继电器和电磁阀控制连接；
人机交互模块分别与按键、触摸屏和LED灯组信号连接；
所述的数据采集接口输入端同时连接有土壤墒情传感器、温湿度传感器、风速传感器、光照强度传感器和阀门开度传感器。
本实用新型的基于机器学习的智能灌溉控制装置，其特征还在于：
主控板还通过无线通讯模块与中心站远程连接。所述的土壤墒情传感器、温湿度传感器、风速传感器、光照强度传感器和阀门开度传感器均以RS485的通讯方式与数据采集接口连接。
所述的土壤墒情传感器型号为QY-800S，温湿度传感器型号为LB86X，风速传感器型号为PH-SD2风速风向传感器，光照强度传感器型号为NH207照度传感器，
所述的电磁阀的型号为ZCS水用电磁阀；触摸屏的型号为TPC7062TI。
所述的人机交互模块通过RS232的方式和主控板相连。
本实用新型的有益效果是，通过对硬件设计、软件设计和利用机器学习技术完成对智能灌溉模型参数的训练，将软件、硬件和算法的结合，设计出根据作物的生长需求或者灌溉经验和环境因素对作物进行智能灌溉的智能灌溉控制器，提高水的利用率，减少人力成本，提高作物的产量。
附图说明
图1是本实用新型的硬件结构示意图。
图中，1.主控板，2.数据采集接口，3.存储模块，4.电源模块，5.土壤墒情传感器，6.温湿度传感器，7.风速传感器，8.光照强度传感器，9.阀门开度传感器，10.稳压电路，11.驱动电路，12.继电器，13.电磁阀，14.人机交互模块，15.按键，16.触摸屏，17.LED灯组，18.中心站，19.无线通讯模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
参照图1，本实用新型的结构是，包括主控板1，
主控板1各个端口分别连接有数据采集接口2、存储模块3、电源模块4、执行部分和人机交互模块14；数据采集接口2输入端同时连接有土壤墒情传感器5、温湿度传感器6、风速传感器7、光照强度传感器8和阀门开度传感器9；执行部分包括稳压电路10，稳压电路10输出端与驱动电路11连接，驱动电路11输出端分别与继电器12和电磁阀13控制连接；人机交互模块14分别与按键15、触摸屏16和LED灯组17信号连接；主控板1还通过无线通讯模块19与中心站18远程连接。电磁阀13与喷灌阀门控制连接；继电器12与滴灌阀门控制连接。
主控板1的主控芯片型号为STM32F103ZET6。
存储模块3的芯片型号为AT45DB161D，通过RS232的通讯方式和主控板1相连，用于保存数据采集接口2采集到的各个数据(包括土壤含水率、土壤PH、大气温湿度、风速、光照强度和闸门开度信息)，以及用户通过触摸屏16设置的信息(包括种植面积、种植时间和种植的作物类型)和按键15进行操作的信息。
电源模块4利用太阳能电池板，通过电压转换芯片LM2576S和稳压线路将电压转换成12V，为主控板1供电。
土壤墒情传感器5、温湿度传感器6、风速传感器7、光照强度传感器8和阀门开度传感器9均以RS485的通讯方式与数据采集接口2连接。
土壤墒情传感器5型号为QY-800S，以RS485的通讯方式将采集到作物所处环境的土壤墒情(包括土壤含水率，土壤PH)信息上传数据采集接口2。
温湿度传感器6型号为LB86X，以RS485的通讯方式将采集到作物所处环境的大气温湿度信息上传给数据采集接口2。
风速传感器7型号为PH-SD2风速风向传感器，以RS485的通讯方式将采集到作物所处环境的风速信息上传给数据采集接口2。
光照强度传感器8型号为NH207照度传感器，以RS485的通讯方式将采集到作物所处环境的光照强度信息上传给数据采集接口2。
闸门开度传感器9以RS485的通讯方式将采集到闸门开度信息上传给数据采集接口2。
电磁阀13的型号为ZCS水用电磁阀。触摸屏16的型号为TPC7062TI。
人机交互模块14通过RS232的方式和主控板1相连。将用户通过触摸屏16设置的种植面积，种植时间，种植作物类型信息，以及按键15操作信息传给主控板1，主控板将传来的信息通过RS232的通讯方式传送到存储模块3进行保存。
无线通讯模块19将主控板1得到的种植者主动灌溉或者主动停止灌溉的信息及数据采集接口2采集来的各个信息发送到中心站18，在中心站18的主机中对所有数据进行总结学习，并将学习结果利用无线通讯模块19通过无线传输模式发送给主控板1。
主控板1通过对数据采集接口2采集到的信息和人机交互模块14传来的设置控制数据进行分析处理，判断是否需要执行灌溉和通风操作：如果需要喷灌，主控板1会发出信号，通过稳压电路10和驱动电路11将电压调整到电磁阀13正常工作的电压，从而电磁阀13按照主控板发出的命令进行执行；如果需要滴灌，主控板1会发出信号，通过稳压电路10和驱动电路11将电压调整到继电器12正常工作的电压，从而继电器12按照主控板1发出的命令进行执行。
本实用新型的工作过程是：
首先，检查装置的供电是否正常，再自动进行初始化设置，用户通过人机交互模块，对作物的种类、种植面积、种植时间进行设置；设置完毕后，一个LED灯会闪烁，表示此设备正常工作，另一个LED灯会闪烁，表示网络通讯链接正常，可以进行远程无线传输；
然后，装置会进入智能灌溉模式，每隔一定的时间主动获取墒情传感器5、温湿度传感器6、风速传感器7、光照强度传感器8、阀门开闭传感器9采集的数据，计算出此时作物蒸腾量及需水量，根据水量平衡模型计算得到灌水量，做出是否进行灌溉的决策；如果需要喷灌，主控板1会发出指令控制电磁阀13的开闭，相当于打开喷灌阀门进行灌溉；如果需要滴灌，主控板会发出信号控制继电器12的开闭，即控制滴灌阀门的开闭进行自动灌溉；
如果有经验的种植者知道合适的灌溉时间和灌溉量，在装置进行自动灌溉的时候，种植者主动停止灌溉或主动灌溉，表示对此作物的灌溉策略可能需要改进，此时各个传感器会采集作物所处的环境温湿度、土壤墒情、用户设定的灌溉时间、灌溉量等参数，通过无线传输模块将采集来的数据发送到中心站，在中心站通对这些参数进行总结学习，对现有灌溉策略进行修正。
Claims (6)
1.一种基于机器学习的智能灌溉控制装置，其特征在于：包括主控板(1)，主控板(1)各个端口分别连接有数据采集接口(2)、存储模块(3)、电源模块(4)、执行部分和人机交互模块(14)；
执行部分包括稳压电路(10)，稳压电路(10)输出端与驱动电路(11)连接，驱动电路(11)输出端分别与继电器(12)和电磁阀(13)控制连接；
人机交互模块(14)分别与按键(15)、触摸屏(16)和LED灯组(17)信号连接；
数据采集接口(2)输入端同时连接有土壤墒情传感器(5)、温湿度传感器(6)、风速传感器(7)、光照强度传感器(8)和阀门开度传感器(9)。
2.根据权利要求1所述的基于机器学习的智能灌溉控制装置，其特征在于：所述的主控板(1)还通过无线通讯模块(19)与中心站(18)远程连接。
3.根据权利要求2所述的基于机器学习的智能灌溉控制装置，其特征在于：所述的土壤墒情传感器(5)、温湿度传感器(6)、风速传感器(7)、光照强度传感器(8)和阀门开度传感器(9)均以RS485的通讯方式与数据采集接口(2)连接。
4.根据权利要求2所述的基于机器学习的智能灌溉控制装置，其特征在于：所述的土壤墒情传感器(5)型号为QY-800S，温湿度传感器(6)型号为LB86X，风速传感器(7)型号为PH-SD2风速风向传感器，光照强度传感器(8)型号为NH207照度传感器。
5.根据权利要求1所述的基于机器学习的智能灌溉控制装置，其特征在于：所述的电磁阀(13)的型号为ZCS水用电磁阀；触摸屏(16)的型号为TPC7062TI。
6.根据权利要求1所述的基于机器学习的智能灌溉控制装置，其特征在于：所述的人机交互模块(14)通过RS232的方式和主控板(1)相连。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112450056A (zh) * | 2019-09-09 | 2021-03-09 | 云南天质弘耕科技有限公司 | 一种基于机器学习算法的水肥药一体化智能灌溉系统 |
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