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BEREICH DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gebiet des Internets der Dinge. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein System für die intelligente Landwirtschaft auf der Grundlage des Internets der Dinge.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Indien ist ein monsunabhängiges Land. Daher haben die Niederschläge einen großen Einfluss auf die landwirtschaftliche Produktion und sogar auf unsere Wirtschaft. Zusammen mit den Niederschlägen, die das Wachstum der Kulturpflanzen unterstützen, wurden früher traditionelle Bewässerungssysteme eingesetzt, die nicht so effizient waren.
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Später wurden effizientere moderne Bewässerungssysteme entwickelt, die das Wasser effizient und sparsam ohne Verschwendung für die Landwirtschaft nutzen, z. B. Tropfbewässerungssysteme, Sprinklersysteme usw. In der traditionellen Landwirtschaft werden chemische Düngemittel in großer Menge eingesetzt, um die Erträge zu steigern. Die manuelle Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts des Bodens ist jedoch umständlich und kann zu Qualitätseinbußen bei den Pflanzen und dem Boden führen.
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Anfang 2017 wird die Bestimmung der Feuchtigkeitsqualität mit einem Raspberry Pi mit WiFi-Funktionen durchgeführt. Auch wenn moderne Bewässerungssysteme in die Ära der traditionellen Landwirtschaft eingedrungen sind, bleibt der Prozess manuell, d. h. er erfordert menschliches Eingreifen. Fast 50 Prozent der indischen Bevölkerung sind direkt oder indirekt in der Landwirtschaft tätig. Es ist notwendig, automatisierte und moderne Technologien im Agrarsektor einzusetzen. Aufgrund der geringen Niederschlagsmenge und des Mangels an einer angemessenen Wasserbewirtschaftung müssen die Landwirte darum kämpfen, die Pflanzen mit dem erforderlichen Wasser zu versorgen.
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Bestehender Stand der Technik, wie z. B.
US20170127622A1 , offenbart ein Internet-of-Things (IoT)-fähiges Verfahren zur Verbesserung des ROI in der Landwirtschaft, das die Platzierung einer Vielzahl von Sensorknotenpunkten an vorbestimmten Orten in einem landwirtschaftlichen Betrieb umfasst, wobei jeder Knotenpunkt ein meteorologisches Datenerfassungssystem und ein Umweltdatensammelsystem enthält; und die Überwachung von Schlüsselelementen im Pflanzenwachstum von einer Vielzahl von Sensorknotenpunkten, einschließlich Beleuchtung, Feuchtigkeit, Temperatur, Bodenfeuchtigkeit und Elementen, die das Pflanzenwachstum beeinflussen.
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Der bisherige Stand der Technik misst eine Vielzahl von Parametern durch den Sensor und bietet eine Beleuchtungssteuerung einschließlich Dimmen, Abschalten und Ausschalten des Hell-Dunkel-Zyklus, um eine effektive PPFD während der hellen und dunklen Periode zu gewährleisten, die das Wachstum der Pflanzen aufgrund der Beleuchtung beeinträchtigt und sich während der Jahreszeiten erwärmt, aber nicht den Zweck der Bewässerung erfüllt.
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IN202221021875 offenbart ein autonomes Robotersystem, das entwickelt wurde, um den Feuchtigkeitsgehalt des Bodens zu überprüfen, den Pflanzen die erforderlichen Wassermengen zuzuführen und den Boden zu testen. Das besagte System besteht aus:einem autonomen Roboterfahrzeug von rechteckiger, quaderförmiger Gestalt mit vier Rädern, das eine kompatible Breite für eine einfache Navigation zwischen zwei beabstandeten Reihen auf dem Feld aufweist. Ein Paar Roboterarme, die mit einem Bodenfeuchtesensor und einem Bodentestsensor ausgestattet sind, sind daran angeschlossen. Stationäres System, d.h. die Steuereinheit der Wasserversorgung besteht aus: Anordnung der Rohrleitung, mindestens ein Magnetventil für die Rohrleitung jeder Reihe, mindestens ein Relais für den Ein/Aus-Mechanismus des Magnetventils. Mindestens einem Mikrocontroller/Mikroprozessor: Angeschlossen an die Gleichstrommotoren zur Steuerung der Bewegungen der Räder in verschiedenen Richtungen. Gekoppelt mit dem Schrittmotor-Linearantrieb zur bequemen vertikalen Aufwärts-/Abwärtsbewegung des mit einem Bodenfeuchtesensor verbundenen Roboterarms. Gekoppelt mit einem Transceiver für die drahtlose Kommunikation mit dem stationären System. Gekoppelt mit einem Bodenfeuchtesensor zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts im Boden. Gekoppelt mit einem Relaismodul, das als Schalter zur Steuerung des Magnetventils dient. Gekoppelt mit einem Magnetventil zur Steuerung des Wasserdurchflusses. Gekoppelt mit einem Wasserdurchflusssensor zur Messung der durchfließenden Wassermenge. Gekoppelt mit einem Bodentestsensor zur Messung der im Boden vorhandenen Nährstoffmenge. Ein Satz anbaubarer Module umfasst: Bodenfeuchtesensor zur Überprüfung des Feuchtigkeitsgehalts im Boden, Bodenprüfsensor zur Überprüfung der im Boden vorhandenen Nährstoffmenge. Der oben erwähnte Stand der Technik ist ein komplexes und kostspieliges System für den Zweck der Bewässerung und erfüllt nicht den Zweck eines kostengünstigen und benutzerfreundlichen kompakten Bewässerungssystems.
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Daher besteht die Notwendigkeit, ein kostengünstiges, tragbares und benutzerfreundliches Kompaktsystem für die automatische Bewässerung auf der Grundlage der Bodenfeuchtigkeit zu entwickeln.
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Der technische Fortschritt, der durch die vorliegende Erfindung offenbart wird, überwindet die Einschränkungen und Nachteile bestehender und konventioneller Systeme und Methoden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein IOT-basiertes intelligentes Bewässerungssystem.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bewässerungssystem zu entwickeln,
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zur Messung von Bodeneigenschaften zu entwickeln, und
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine automatische Bewässerung auf der Grundlage der Bodenfeuchtigkeit durchzuführen.
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In einer Ausführungsform umfasst ein intelligentes landwirtschaftliches System: eine Vielzahl von Sensoren zum Erfassen einer Vielzahl von Parametern, die sich auf die Landwirtschaft beziehen, um die Qualität des Bodens zu messen, wobei die Vielzahl von Parametern entweder die Bodenfeuchtigkeit oder die Feuchtigkeit oder den Niederschlag oder den pH-Wert entweder allein oder eine Kombination davon umfasst; ein Kameramodul, das in einem landwirtschaftlichen Feld positioniert ist, um eine Vielzahl von Bildern oder Videos zum Überwachen von Pflanzen in Echtzeit aufzunehmen; ein Steuermodul, das mit der Vielzahl von Sensoren und dem Kameramodul verbunden ist, um eine Vielzahl von Befehlssignalen auf der Grundlage der erfassten Vielzahl von Parametern zu erzeugen, wobei ein erstes Befehlssignal erzeugt wird, wenn die Bodenfeuchtigkeit unter einem Schwellenwert liegt, um das landwirtschaftliche Feld zu bewässern, wobei ein zweites Befehlssignal erzeugt wird, wenn die Bodenfeuchtigkeit einen gewünschten Wert erreicht, um die Bewässerung zu stoppen; und eine Benutzerschnittstelle, die mit dem Steuermodul über ein Kommunikationsmodul verbunden ist, um die erfasste Vielzahl von Bildern oder Videos zur Überwachung durch einen Benutzer anzuzeigen.
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In einer Ausführungsform umfassen die mehreren Sensoren einen kapazitiven Bodenfeuchtesensor zur Messung der Bodenfeuchtigkeit, einen Feuchtigkeitstemperatursensor zur Messung der Lufttemperatur und -feuchtigkeit, einen Niederschlagssensor zur Messung des Niederschlags, einen pH-Sensor zur Messung des pH-Werts des Bodens zur Bestimmung der Bodentoxizität.
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In einer Ausführungsform ist ein Motor mit dem Steuermodul verbunden, der mehrere Befehlssignale empfängt, um sich entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn zu drehen und Wasser zur Bewässerung der landwirtschaftlichen Felder zu entnehmen.
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In einer Ausführungsform ist der Wassertank mit dem Motor verbunden, um das landwirtschaftliche Feld über eine Vielzahl von Leitungen mit Wasser zu versorgen.
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In einer Ausführungsform ist das Kommunikationsmodul entweder ein drahtgebundenes oder ein drahtloses Medium zur Herstellung der Kommunikation, um Bilder zwischen der Benutzerschnittstelle und dem Kontrollmodul zu übertragen und zu empfangen.
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In einer Ausführungsform ist ein Server über das Kommunikationsmodul mit dem Steuermodul verbunden, um die Vielzahl der Parameter für die Fernüberwachung des landwirtschaftlichen Feldes zu speichern.
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Um die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung weiter zu verdeutlichen, wird eine genauere Beschreibung der Erfindung durch Bezugnahme auf eine spezifische Ausführungsform davon, die in der beigefügten Figur dargestellt ist, gemacht werden. Es wird davon ausgegangen, dass diese Figur nur eine typische Ausführungsform der Erfindung zeigt und daher nicht als Einschränkung ihres Umfangs zu betrachten ist. Die Erfindung wird mit zusätzlicher Spezifität und Detail mit der beigefügten Figur beschrieben und erläutert werden.
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Figurenliste
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Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung mit Bezug auf die beigefügte Figur gelesen wird, in der gleiche Zeichen gleiche Teile in der Figur darstellen, wobei:
- 1 ein Blockdiagramm eines Systems für ein intelligentes landwirtschaftliches System zeigt.
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Der Fachmann wird verstehen, dass die Elemente in der Figur der Einfachheit halber dargestellt sind und nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet wurden. Die Flussdiagramme veranschaulichen beispielsweise das Verfahren anhand der wichtigsten Schritte, um das Verständnis der Aspekte der vorliegenden Offenbarung zu verbessern. Darüber hinaus kann es sein, dass eine oder mehrere Komponenten der Vorrichtung in der Figur durch herkömmliche Symbole dargestellt sind, und dass die Figur nur die spezifischen Details zeigt, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung relevant sind, um die Figur nicht mit Details zu überfrachten, die für Fachleute, die mit der vorliegenden Beschreibung vertraut sind, leicht erkennbar sind.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Um das Verständnis der Erfindung zu fördern, wird nun auf die in der Figur dargestellten Ausführungsform Bezug genommen und diese mit bestimmten Worten beschrieben. Es versteht sich jedoch von selbst, dass damit keine Einschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist, wobei solche Änderungen und weitere Modifikationen des dargestellten Systems und solche weiteren Anwendungen der darin dargestellten Grundsätze der Erfindung in Betracht gezogen werden, wie sie einem Fachmann auf dem Gebiet der Erfindung normalerweise einfallen würden.
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Es versteht sich für den Fachmann von selbst, dass die vorstehende allgemeine Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd für die Erfindung sind und diese nicht einschränken sollen.
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Wenn in dieser Beschreibung von „einem Aspekt“, „einem anderen Aspekt“ oder ähnlichem die Rede ist, bedeutet dies, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft, die im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Daher können sich die Ausdrücke „in einer Ausführungsform“, „in einer anderen Ausführungsform“ und ähnliche Ausdrücke in dieser Beschreibung alle auf dieselbe Ausführungsform beziehen, müssen es aber nicht.
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Die Ausdrücke „umfasst“, „enthaltend“ oder andere Variationen davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken, so dass ein Verfahren oder eine Methode, die eine Liste von Schritten umfasst, nicht nur diese Schritte einschließt, sondern auch andere Schritte enthalten kann, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder zu einem solchen Verfahren oder einer solchen Methode gehören. Ebenso schließen eine oder mehrere Vorrichtungen oder Teilsysteme oder Elemente oder Strukturen oder Komponenten, die mit „umfasst...a“ eingeleitet werden, ohne weitere Einschränkungen die Existenz anderer Vorrichtungen oder anderer Teilsysteme oder anderer Elemente oder anderer Strukturen oder anderer Komponenten oder zusätzlicher Vorrichtungen oder zusätzlicher Teilsysteme oder zusätzlicher Elemente oder zusätzlicher Strukturen oder zusätzlicher Komponenten nicht aus. Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, gemeinhin verstanden wird. Das System, die Methoden und die Beispiele, die hierin beschrieben werden, dienen nur der Veranschaulichung und sind nicht als Einschränkung gedacht.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur im Detail beschrieben.
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1 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems (100) für ein intelligentes landwirtschaftliches System (100), wobei das System (100) umfasst: eine Vielzahl von Sensoren (102), einen kapazitiven Bodenfeuchtesensor (102a), einen Feuchtigkeitstemperatursensor (102b), einen Niederschlagssensor (102c), einen pH-Sensor (102d), ein Kameramodul (104), ein Steuermodul (106), eine Benutzerschnittstelle (108), ein Kommunikationsmodul (110), einen Motor (112), einen Wassertank (114) und einen Server (116).
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Die Vielzahl von Sensoren (102) ist auf dem landwirtschaftlichen Feld angeordnet, um eine Vielzahl von Parametern zu erfassen, die sich auf die Landwirtschaft beziehen, um die Qualität des Bodens zu messen, wobei die Vielzahl von Parametern entweder die Bodenfeuchtigkeit oder die Luftfeuchtigkeit oder den Niederschlag oder den pH-Wert entweder allein oder eine Kombination davon umfasst. Die mehreren Sensoren (102) umfassen einen kapazitiven Bodenfeuchtesensor (102a) zum Messen der Bodenfeuchtigkeit, einen Feuchtigkeitstemperatursensor (102b) zum Messen der Lufttemperatur und -feuchtigkeit, einen Niederschlagssensor (102c) zum Messen des Niederschlags, einen pH-Sensor (102d) zum Messen des pH-Werts des Bodens, um die Bodentoxizität zu bestimmen.
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Das Kameramodul (104) wird in einem landwirtschaftlichen Feld positioniert, um eine Vielzahl von Bildern oder Videos zur Überwachung von Pflanzen in Echtzeit aufzunehmen.
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Das Steuermodul (106) ist mit der Vielzahl von Sensoren (102) und dem Kameramodul (104) verbunden, um eine Vielzahl von Befehlssignalen auf der Grundlage der erfassten Vielzahl von Parametern zu erzeugen, wobei ein erstes Befehlssignal erzeugt wird, wenn die Bodenfeuchtigkeit unter einem Schwellenwert liegt, um das landwirtschaftliche Feld zu bewässern, wobei ein zweites Befehlssignal erzeugt wird, wenn die Bodenfeuchtigkeit einen gewünschten Wert erreicht, um die Bewässerung zu beenden.
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Die Benutzerschnittstelle (108) ist über ein Kommunikationsmodul (110) mit dem Steuermodul (106) verbunden, um die erfassten mehreren Bilder oder Videos zur Überwachung durch einen Benutzer anzuzeigen. Das Kommunikationsmodul (110) ist entweder ein verdrahtetes oder ein drahtloses Medium zum Aufbau einer Kommunikation zum Senden und Empfangen von Bildern zwischen der Benutzerschnittstelle (108) und dem Steuermodul (106).
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Kommunikationsmodul (110) ein Bluetooth classic 4.1 und Bluetooth Low Energy (BLE) und ist mit dem Raspberry Pie Modul verbunden. Der Ausgang: Micro USB, SoC: Broadcom BCM 2835 Chip, Abmessungen: 65mm x 30mm x 5mm, Video und Audio: 1080P HD-Video und Stereo-Audio über Mini-HDMI-Anschluss, Stromversorgung: 5V, versorgt über Micro-USB-Anschluss Drahtlos: 2.4GHz 802.11 n Wireless LAN ARM11 mit 1 GHz, Single-Core-CPU 512MB RAM Speicher: MicroSD-Karte.
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Der Motor (112) ist mit dem Steuermodul (106) verbunden, um mehrere Befehlssignale zu empfangen und sich entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn zu drehen, um Wasser zur Bewässerung der landwirtschaftlichen Felder zu entnehmen.
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In einer Ausführungsform wird die Pumpe von einem 5-V-Leistungsrelais gesteuert.
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Der Wassertank (114) ist mit dem Motor (112) verbunden, um das landwirtschaftliche Feld über eine Vielzahl von Leitungen mit Wasser zu versorgen.
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Der Server (116) ist über das Kommunikationsmodul (110) mit dem Steuermodul (106) verbunden, um die Vielzahl der Parameter für die Fernüberwachung des landwirtschaftlichen Feldes zu speichern.
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In einer Ausführungsform schaltet sich der Motor automatisch ein, wenn der Boden einen niedrigen Feuchtigkeitsgrad feststellt, und die Bewässerung wird automatisch abgeschlossen. Wenn der Boden nass wird, schaltet sich der Motor automatisch ab.
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In einer Ausführungsform wird die Vielzahl von Parametern mit Hilfe des ThingSpeak-Servers von jedem beliebigen Standort aus überwacht. Zusätzlich wird aus Sicherheitsgründen eine Live-Übertragung der Landwirtschaft an den Benutzer durch eine installierte Kamera gesendet, die das Feld regelmäßig überwacht. Gemäß einer Ausführungsform ist das Steuerungsmodul (106) ein Raspberry-Pi-Modul. Der Raspberry Pi Zero W ist das neueste Modell der Raspberry Pi Zero Familie. Der Raspberry Pi Zero W ist ein kleiner Computer, der an einen Monitor oder Fernseher angeschlossen werden kann und natürlich mit dem Internet verbunden ist. Es ist ein kleiner Computer mit GPIO-Pins und anderen Komponenten, wie einer Kamera, der es dem Benutzer ermöglicht, schnell zu programmieren. Der neue Raspberry Pi Zero W enthält denselben WiFi-Chip. Für Bildverarbeitungsprojekte wie Videoverfolgung und Gesichtserkennung wird eine Kamera benötigt. Die Kamera (104) wird an der Seite des Boards mit einem Anschluss ähnlich dem des Raspberry Pi 3 Model B Boards befestigt.
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Innovationen im Bereich der Netzwerktechnologie in der Landwirtschaft sind nicht nur für die landwirtschaftliche Entwicklung notwendig, sondern auch ein wichtiger Indikator für den Fortschritt in der Landwirtschaft. Das Ziel des Systems ist die Entwicklung eines effizienten landwirtschaftlichen Gateways, das alle Parameter des landwirtschaftlichen Systems verwalten kann und gleichzeitig effizient genug für stromsparende Geräte wie den Raspberry Pi Zero W ist.
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Die Figur und die vorangehende Beschreibung geben Beispiele für Ausführungsformen. Der Fachmann wird verstehen, dass eines oder mehrere der beschriebenen Elemente durchaus zu einem einzigen Funktionselement kombiniert werden können. Alternativ dazu können bestimmte Elemente in mehrere Funktionselemente aufgeteilt werden. Elemente aus einer Ausführungsform können einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. So kann beispielsweise die Reihenfolge der hier beschriebenen Prozesse geändert werden und ist nicht auf die hier beschriebene Weise beschränkt. Darüber hinaus müssen die Aktionen eines Flussdiagramms nicht in der gezeigten Reihenfolge ausgeführt werden; auch müssen nicht unbedingt alle Aktionen durchgeführt werden. Auch können diejenigen Handlungen, die nicht von anderen Handlungen abhängig sind, parallel zu den anderen Handlungen ausgeführt werden. Der Umfang der Ausführungsformen ist durch diese spezifischen Beispiele keineswegs begrenzt. Zahlreiche Variationen sind möglich, unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung explizit aufgeführt sind oder nicht, wie z. B. Unterschiede in der Struktur, den Abmessungen und der Verwendung von Materialien. Der Umfang der Ausführungsformen ist mindestens so groß wie in den folgenden Ansprüchen angegeben.
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Vorteile, andere Vorzüge und Problemlösungen wurden oben im Hinblick auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben. Die Vorteile, Vorzüge, Problemlösungen und Komponenten, die dazu führen können, dass ein Vorteil, ein Nutzen oder eine Lösung auftritt oder ausgeprägter wird, sind jedoch nicht als kritisches, erforderliches oder wesentliches Merkmal oder Komponente eines oder aller Ansprüche zu verstehen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Ein System für ein intelligentes landwirtschaftliches System
- 102
- Eine Vielzahl von Sensoren
- 102a
- kapazitive Bodenfeuchtesensoren
- 102b
- Feuchte-Temperatur-Sensoren
- 102c
- Niederschlagssensor
- 102d
- pH-Sensor
- 104
- Kameramodul
- 106
- Steuerungsmodul
- 108
- Benutzerschnittstelle
- 110
- Kommunikationsmodul
- 112
- Motor
- 114
- Wassertank
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 20170127622 A1 [0005]
- IN 202221021875 [0007]
