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专利号: 2020101898135
申请人: 嘉应学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 农业;林业;畜牧业;狩猎;诱捕;捕鱼
更新日期:2025-05-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于云平台的水肥一体化管理系统,其特征在于:包括环境检测模块、土壤参数检测模块、参数优化处理模块、水肥配料检测模块、生长模型构建模块、参数基本数据库、云平台管理端、施肥配重执行模块和稀释调节模块;

参数优化处理模块分别与环境检测模块和土壤参数检测模块连接,生长模型构建模块分别与参数优化处理模块、参数基本数据库连接,云平台管理端分别与水肥配料检测模块、参数基本数据库、施肥配重执行模块和稀释调节模块连接;

所述环境检测模块用于检测农作物所在种植大棚内的温度、湿度、二氧化碳浓度以及光照强度,并将检测的环境中的温度、湿度、二氧化碳浓度以及光照强度发送至参数优化处理模块;

所述土壤参数检测模块用于检测农作物所在的种植大棚内的土壤PH值、温度、湿度以及土壤中的各元素含量,并将检测的土壤中PH值、温度、湿度以及各元素的含量发送至参数优化处理模块;

所述参数优化处理模块用于接收环境检测模块发送的环境中的温度、湿度、二氧化碳浓度和光照强度,以及接收土壤参数检测模块发送的土壤中的PH值、土壤中的温度、湿度以及土壤中的钙、镁、硫、硼、氯、硅元素的含量,根据接收的环境中的温度、湿度、二氧化碳浓度和光照强度的获取时间以及参数基本数据库中存储的各生长影响因素对应的级别范围,分析农作物在生长阶段内的温度级别时长集合、湿度级别时长集合、光照强度级别时长集合,并筛选出光照强度大于设定的第一光照强度阈值阶段内的二氧化碳浓度以及光照强度小于设定的第二光照强度阈值阶段内的二氧化碳浓度,并对提取的二氧化碳浓度进行处理,获得光照下的二氧化碳浓度级别时长集合以及非光照下的二氧化碳浓度级别时长集合,同时,参数优化处理模块根据接收的农作物中土壤的温度、湿度、PH值以及土壤中钙、镁、硫、硼、氯、硅元素的含量,统计农作物在所在阶段内的平均温度、平均湿度、平均PH值以及钙、镁、硫、硼、氯、硅元素的含量,参数优化处理模块将温度级别时长集合、湿度级别时长集合、光照强度级别时长集合、光照下和非光照下的二氧化碳浓度级别时长集合以及农作物在所在阶段内的平均PH值、平均温度、平均湿度以及钙、镁、硫、硼、氯、硅元素的含量信息发送至生长模型构建模块;

所述水肥配料检测模块安装在配肥桶内,水肥配料检测模块为EC检测仪,用于对配肥桶内的肥料水实时进行EC值检测,并将检测的EC值发送至云平台管理端;

所述参数基本数据库用于存储各温度级别、湿度级别、光照强度级别对应的数值范围、存储光照下的二氧化碳浓度级别和非光照下的二氧化碳浓度级别,存储各农作物种类在各阶段内的标准土壤PH值范围、土壤温度范围、土壤湿度范围以及钙、镁、硫、硼、氯、硅元素的含量范围,存储各农作物在各生长阶段对应的各温度级别、湿度级别、各光照强度级别、光照下的二氧化碳浓度级别和非光照下的二氧化碳浓度级别对应的标准时长,并存储各农作物种类在各阶段内各生长影响参数对应的权重比例系数、各农作物种类在各阶段对应的标准生长吻合度系数以及各肥料种类中每千克中含有的钙、镁、硫、硼、氯、硅元素的含量,其中,生长影响参数包括若干生长影响因素,分别为大棚内的温度、湿度、光照强度、光照下和非光照下的二氧化碳浓度、土壤PH值、土壤温度、土壤湿度以及土壤中钙、镁、硫、硼、氯、硅元素的含量,且存储各农作物在各阶段下的各生长影响因素对应的权重比例系数;

所述生长模型构建模块用于输入不同长势以及标准长势下的各农作物种类在各阶段内对应的湿度级别时长、湿度级别时长、光照强度级别时长、光照下和非光照下的二氧化碳浓度级别时长以及在各阶段内的土壤平均PH值、平均温度、平均湿度以及钙、镁、硫、硼、氯、硅元素的含量信息,根据各农作物种类在不同长势下的温度、湿度、光照强度、二氧化碳浓度以及土壤PH值、平均温度、平均湿度训练模拟出农作物各阶段的生长环境与农作物长势间的训练生长模型,以获得各农作物种类在各个生长阶段对应的生长吻合度系数,同时,生长模型构建模块将大棚内的农作物在现阶段的生长吻合度系数以及当前土壤中的土壤平均PH值、平均温度、平均湿度以及钙、镁、硫、硼、氯、硅元素的含量信息发送至云平台管理端;

所述云平台管理端用于接收农作物在现生长阶段的生长吻合度系数以及当前土壤中的平均湿度以及钙、镁、硫、硼、氯、硅元素的含量信息,根据接收的农作物在现阶段的生长吻合度系数以及平均湿度、钙、镁、硫、硼、氯、硅元素的含量,并提取参数基本数据库中农作物种类在各阶段对应的标准生长吻合度系数,云服务器根据农作物当前阶段对应的生长吻合度系数以及土壤中的钙、镁、硫、硼、氯、硅元素的含量信息,统计土壤中各元素需补充的含量 βRt表示为处于第t个生长阶段的第R个农作物种类对应的种植面积, 表示为第R个农作物在第t个生长阶段对应的标准生长吻合度系数,表示为第R个农作物在第t个生长阶段对应的实际生长吻合度系数,YRtf标表示为,YRtf表示为,MRt表示为第R个农作物种类在第t个生长阶段需补充第f个元素含量,f属于Ca,Mg,S,B,Cl,Si,云平台管理端根据农作物在该生长阶段对应的各元素需补充量统计所需的肥料重量,求取各元素需补充量筛选的同一肥料的重量并求取平均肥料重量,云平台管理端将肥料对应的重量发送至施肥配重执行模块,同时,接收水肥配料检测模块发送的EC值,并将EC值与设定的标准EC值范围进行对比,若检测的肥料水的EC值大于设定的标准EC值范围内,则云平台管理端发送控制稀释指令至稀释调节模块;

所述施肥配重执行模块用于连通各肥料品种对应的配料执行单元、搅拌单元,并定量获取各肥料种类对应的重量,将获取的各肥料种类对应的重量输送至配肥桶内,并对配肥桶内的肥料进行搅拌形成肥料水;

稀释调节模块用于接收云平台管理端发送的控制稀释指令,通过控制配肥桶中水的量,以实现对肥料水中EC值的控制,使得肥料水中的EC值在设定的标准EC值范围内。

2.根据权利要求1所述的一种基于云平台的水肥一体化管理系统,其特征在于:所述环境检测模块包括温湿度检测单元、二氧化碳检测单元和光照强度检测单元,温湿度检测单元为温湿度传感器,用于实时检测农作物所在种植大棚内的温度和湿度数值,并将检测的温度和湿度数值发送至参数优化处理模块,二氧化碳检测单元为二氧化碳传感器,用于实时检测农作物所在种植大棚内的二氧化碳浓度,并将检测的二氧化碳浓度发送至参数优化处理模块,光照强度检测单元为光照传感器,用于实时检测农作物所在种植大棚内的光照强度,并将检测的光照强度发送至参数优化处理模块。

3.根据权利要求1所述的一种基于云平台的水肥一体化管理系统,其特征在于:所述土壤参数检测模块包括PH检测仪、温湿度检测单元和土壤检测仪,PH检测仪用于检测土壤中的酸碱度PH值,并将检测的酸碱度PH值发送至参数优化处理模块,温湿度检测单元为温湿度传感器,用于检测土壤中的温度和湿度,并将检测的温度和湿度发送至参数优化处理模块,土壤检测仪用于检测农作物所在的土壤中钙、镁、硫、硼、氯、硅元素的含量,并将检测的土壤中钙、镁、硫、硼、氯、硅元素的含量发送至参数优化处理模块。

4.根据权利要求1-3中任意一所述的一种基于云平台的水肥一体化管理系统,其特征在于:各农作物在各阶段下的各生长影响因素对应的权重比例系数分别为gwRt,gsRt,ggRt,gcRt,gPHRt,gw′Rt,gs′Rt,gyRt,gC′aRt,gM′gRt,gS′Rt,gB′Rt,gC′lRt,gS′iRt,且gyRt=gC′aRt+gM′gRt+gS′Rt+gB′Rt+gC′lRt+gS′iRt,gwRt表示为第R个农作物在第t个生长阶段受大棚内温度影响的权重比例系数,gsRt表示为第R个农作物在第t个生长阶段受大棚内湿度影响的权重比例系数,ggRt表示为第R个农作物在第t个生长阶段受大棚内光照强度影响的权重比例系数,表示为第R个农作物在第t个生长阶段在非光照下受二氧化碳浓度影响的权重比例系数,gcRt表示为第R个农作物在第t个生长阶段在光照下受二氧化碳浓度影响的权重比例系数,gPHRt表示为第R个农作物在第t个生长阶段受PH值影响的权重比例系数,gw′Rt表示为第R个农作物在第t个生长阶段受土壤中温度影响的权重比例系数,gs′Rt表示为第R个农作物在第t个生长阶段受土壤中湿度影响的权重比例系数,gyRt表示为第R个农作物在第t个生长阶段受土壤中各元素综合影响的权重比例系数,gC′aRt,gM′gRt,gS′Rt,gB′Rt,gC′lRt,gS′iRt分别表示为第R个农作物在第t个生长阶段分别受土壤中钙、镁、硫、硼、氯、硅元素含量影响的权重比例系数。

5.根据权利要求4所述的一种基于云平台的水肥一体化管理系统,其特征在于:所述训练生长模型的计算公式为

表示为第

R个农作物种类在第t个生长阶段对应的生长吻合度系数, 表示为第R个农作物种类在第t-1个生长阶段对应的生长吻合度系数,当t等于1时, gwRt,gsRt,ggRt, gcRt分别表示为第R个农作物种类在第t个生长阶段受大棚内温度、湿度、光照强度以及非光照下的二氧化碳浓度和光照下的二氧化碳浓度对农作物生长的权重比例系数,wRtEi,sRtEi,gRtEi, Ei,cRtEi分别表示为第R个农作物种类分别在第t个生长阶段内第Ei个温度级别对应的时长、第Ei个湿度级别对应的时长、第Ei个光照强度级别对应的照射时长、非光照情况下第Ei个二氧化碳浓度级别对应的时长以及光照情况下第Ei个二氧化碳浓度级别对应的时长,W″Rt,S″Rt,G″Rt,C″Rt, 分别表示为第R个农作物种类在第t个生长阶段内对应的各温度级别累计时长差、各湿度级别累计时长差、各光照强度累计时长差、光照下各二氧化碳浓度累计时长差以及非光照下各二氧化碳浓度累计时长差,wRtEi标,sRtEi标,gRtEi标, Ei标,cRt,Ei标分别表示为第R个农作物种类

在第t个生长阶段内第Ei个温度级别所对应的标准时长、第Ei个湿度级别对应的标准时长、第Ei个光照强度级别对应的标准照射时长、非光照情况下第Ei个二氧化碳浓度级别对应的标准时长以及光照情况下第Ei个二氧化碳浓度级别对应的标准时长,ζRt表示为土壤环境综合影响因子,e表示为自然数,PHRt,W′Rt,S′Rt,YRtf分别表示为第R个农作物种类在第t个生长阶段对应的土壤中的PH值、温度、湿度以及土壤中元素含量,PHRt标,WR′t标,S′Rt标,YRtf标分别表示为第R个农作物种类在第t个生长阶段对应的土壤中的标准PH值、标准温度、标准湿度以及土壤中各元素的标准含量,且f属于Ca,Mg,S,B,Cl,Si,gPHRt,gw′Rt,gS′Rt,gfRt分别表示为第R个农作物在第t个生长阶段分别受PH值影响、土壤中温度、土壤中湿度以及土壤中各元素综合影响的权重比例系数,gC′aRt,gM′gRt,gS′Rt,gB′Rt,gC′lRt,gS′iRt分别表示为第R个农作物在第t个生长阶段分别受土壤中钙、镁、硫、硼、氯、硅元素含量影响的权重比例系数。

6.根据权利要求1所述的一种基于云平台的水肥一体化管理系统,其特征在于:所述施肥配重执行模块包括肥料传输机构(1)、定量给料机构(2)和执行调节机构(3);

所述肥料传输机构(1)包括传输外筒(11)、传输执行件(12)、第一动力件(13)和动力传输件(14),传输外筒(11)包括传输外筒本体(111),传输外筒本体(111)一端面位于配肥桶上方,另一端面开有定位孔(113),传输外筒本体(111)上开有漏料槽口(112),传输执行件(12)包括与定位孔(113)相配合的转动轴(121),转动轴(121)上固定有螺纹环板(122),转动轴(121)一端固定有第一传动柱(123),传动柱(123)上开有第一配合槽(124);第一动力件(13)包括第一电机(131),第一电机(131)通过输出轴与第二传动柱(132)连接,第二传动柱(132)上开有第二配合槽(133),动力传输间(14)分别与第一配合槽(124)和第二配合槽(133)配合;

所述定量给料机构(2)分别与肥料传输机构(1)上的漏料槽口(112)和储料筒(4)配合,将储料筒(14)内的肥料传动至肥料传输机构(1)上;

所述执行调节机构(3)包括内固定环板(31)和外固定环板(32),内固定环板(31)用于对储料筒(4)外侧壁进行配合,内固定环板(31)外侧固定有震动电机,便于对储料筒(4)内的肥料下料畅通,内固定环板(31)周侧分布有支撑杆(33),支撑杆(33)上套有缓冲弹簧(34),外固定环板(31)上开有与支撑杆(33)相配合的安装孔,外固定环板(32)下端面固定有若干支撑柱(35),且两相邻支撑柱(35)上固定有用于放置第二电机(231)连接板(36)。

7.根据权利要求6所述的一种基于云平台的水肥一体化管理系统,其特征在于:所述螺纹环板(122)与传输外筒本体(111)内壁间隙配合。

8.根据权利要求6所述的一种基于云平台的水肥一体化管理系统,其特征在于:所述定量给料机构(2)包括定量给料壳(21)、定量进给件(22)和第二动力件(23),定量给料壳(21)包括定量给料壳本体(211),定量给料壳本体(211)一侧面开有安装孔(213),定量给料壳本体(211)上端开有与储料筒(4)相连接的进料槽口(212),下端面开有与漏料槽口(112)相配合的下料槽口(214),定量进给件(22)包括从动轮(222),从动轮(222)通过第一转动连接轴(223)与定量转盘连接,定量转盘包括若干沿圆周分布的挡板(221),相邻两挡板(221)、定量给料壳本体(211)左右侧面以及周侧面形成临时储料腔体,第二动力件(23)包括与从动轮(222)相啮合的主动轮(232),主动轮(232)通过第二转动连接轴(233)与第二电机(231)连接,第二电机(231)转动带动主动轮(232)转动,进而带动从动轮(222)转动,从动轮(222)转动带动定量转盘转动。

9.根据权利要求8所述的一种基于云平台的水肥一体化管理系统,其特征在于:相邻两挡板(221)间的夹角相同,所述挡板(221)外侧面与定量给料壳(21)内部滑动配合。

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