[發明專利]基于多源信息融合的大田水肥一體化智能管控系統及方法

有效

• 申請號: 201710148123.3
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN106707767B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 苑進;李揚;郝明;劉雪美
• 申請（專利權）人: 山東農業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 濟南譽豐專利代理事務所(普通合伙企業) 37240
• 代理人: 李茜

1.一種基于多源信息融合的農田水肥一體化智能管控系統，其特征在于包括天氣預報查詢接收子系統、氣象實時數據采集控制子系統、云計算平臺、中央控制單元、灌溉施肥控制子系統和灌溉施肥狀態監測及在線故障檢測系統；

所述的天氣預報查詢接收子系統用于查詢天氣情況，是利用GPRS通訊模塊，通過國家氣象局提供的天氣預報數據接口，從中國氣象網訪問中央氣象數據庫、查詢實時天氣預報，接收數據傳送到天氣預報查詢接收子系統，再通過系統總線將數據傳送到中央控制單元，為中央控制單元做出灌溉施肥決策提供實時氣象預報數據；

所述的氣象實時數據采集控制子系統包括氣象實時數據采集控制器、土壤水分傳感器、風速傳感器、氣溫傳感器、光照傳感器和雨量傳感器；所述的實時數據采集控制器用于采集各個農田實時氣象數據并將數據通過系統總線傳送給中央控制單元，通過氣象監測支架安裝在大田地表之上；所述的土壤水分傳感器對表層和深層土壤進行墑情的定點監測和在線測量；所述的風速傳感器、氣溫傳感器、光照傳感器和雨量傳感器均安裝在支撐架上通過傳感器數據采集總線與實時數據采集控制器相連接，用于采集大田風速、氣溫、光照和雨量的數據，并通過傳感器數據采集總線將數據傳送到實時數據采集控制器；

所述的云計算平臺是計算和數據存儲處理兼顧的綜合云計算平臺，用于計算和存儲氣象實時數據采集控制子系統和天氣預報查詢接收子系統的數據以及大田作物周年生長需水需肥量、灌溉施肥時間的歷史數據，通過GPRS通訊模塊將數據傳送到中央控制單元的灌溉施肥智能決策專家系統軟件模塊，為灌溉施肥智能決策專家系統軟件模塊做出灌溉施肥決策提供作物周年生長需水需肥量數據；

所述的中央控制單元用于運行智能預測灌溉施肥控制系統軟件，執行數據通訊處理、灌溉施肥智能決策、建立灌溉施肥數學模型及灌溉施肥狀態的故障診斷、錯誤處理；智能預測灌溉施肥控制系統軟件包括數據通訊及處理軟件模塊、灌溉施肥智能決策專家系統軟件模塊、灌溉施肥模型及精量灌溉施肥算法軟件模塊和自動化系統錯誤處理軟件模塊；所述的數據通訊及處理軟件模塊通過系統總線接收云計算平臺的數據并進行簡單的數據運算及處理分析，為灌溉施肥智能決策專家系統軟件模塊做出決策提供數據依據；所述的灌溉施肥智能決策專家系統軟件模塊根據云計算平臺傳送來的數據做出灌溉施肥的決策，具體決策包括：根據實時天氣和大田中土壤水分、風速、氣溫、光照，結合天氣預報預測,依據云計算平臺中存儲各種大田作物周年生長需水需肥量、灌溉施肥時間，專家、種糧戶對作物周年生長施肥時間和灌溉施肥量做出決策，進而控制灌溉施肥時間和灌溉施肥量；所述的灌溉施肥模型及精量灌溉施肥算法軟件模塊根據灌溉施肥智能決策專家系統軟件模塊做出的決策建立灌溉施肥以及肥料母液動態調控數學模型，從而確定最優化算法實現精量灌溉施肥；所述的自動化系統錯誤處理軟件模塊根據灌溉施肥狀態監測及在線故障檢測系統反饋的信號檢測壓力傳感器、流量傳感器的真實示數，確定出現故障位置并進行檢修，以保證管道中壓力和流量的正常；

所述的灌溉施肥控制子系統根據灌溉施肥智能決策專家系統軟件模塊的決策來執行灌溉施肥操作，包括灌溉施肥執行單元和灌溉施肥控制器；

所述的灌溉施肥執行單元包括精量配肥裝置和首部樞紐裝置；所述的精量配肥裝置包括精量排肥機構和攪拌器，用于精量排肥和配置濃度可控的母液；所述的攪拌器用于攪碎、溶解和過濾顆粒肥；所述的首部樞紐裝置用于水源取水加壓，并為配置濃度可控母液提供清水，經過濾處理，用于整個灌溉施肥系統的加壓、供水、過濾、量測任務；所述的灌溉施肥控制器根據傳感器模塊測得的數據控制精量排肥機構、注肥泵、攪拌器和電磁閥動作實現精量排肥和濃度調控母液的配置；灌溉施肥控制器包括精量排肥機構控制器、攪拌器控制器、注肥泵控制器、傳感器模塊以及系統人機交互模塊；所述的傳感器模塊包括EC傳感器、PH傳感器、壓力傳感器和流量傳感器，并通過傳感器數據采集總線與灌溉施肥控制器連接相互通訊；所述的EC傳感器和PH傳感器安裝在母液罐底部側面，用于檢測母液罐內母液的EC值和PH值；所述的壓力傳感器安裝在主管道末端，用于檢測主管道的壓力；所述的流量傳感器分別安裝在母液罐進水管、母液罐出液管和主管道上，用于檢測進出母液罐和主管道的流量；所述的精量排肥機構控制器一端連接灌溉施肥控制器，另一端連接精量排肥機構，灌溉施肥控制器輸出信號控制精量排肥機構動作；所述的攪拌器控制器一端連接灌溉施肥控制器，另一端連接攪拌器電機，灌溉施肥控制器輸出信號控制攪拌電機動作；所述的注肥泵控制器一端連接灌溉施肥控制器，另一端連接注肥泵，灌溉施肥控制器輸出信號調節注肥泵的輸出流量；所述的系統人機交互模塊能實現人機交互，便于專家和種糧戶將作物長勢隨時輸入到中央控制單元以使灌溉施肥智能決策專家系統軟件模塊作出決策，系統人機交互模塊包括電腦主機、液晶屏、鍵盤和鼠標，所述的電腦主機用于安裝中央控制單元的各個軟件；所述的液晶屏、鍵盤和鼠標均通過數據線與電腦主機連接；

所述的灌溉施肥狀態監測及在線故障檢測系統用于實時檢測整個系統在灌溉施肥的過程中的狀態和故障并通過系統總線反饋到中央控制單元，中央控制單元的自動化系統錯誤處理軟件模塊再通過灌溉施肥控制子系統作出相應的操作以及報警。