[发明专利]设施农业智能水肥一体化控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种设施农业智能水肥一体机控制系统，其特征是，包括种植层模块、控制层模块、本地管理层模块、远程决策层模块四层架构；所述控制层模块、本地管理层模块、远程决策层模块、种植层模块电连接；

本地管理层模块包括本地监控站、本地WEB服务器、本地数据库服务器，本地WEB服务器、本地数据库服务器分别与本地监控站电连接，本地WEB服务器同时与远程客户端交互，生产管理人员操作本地监控站，远程客户端由园区管理人员操作；

所述控制层模块主要包括与完成水肥作业的智能装备相连接的监测机构、执行机构，智能装备包括喷水、施肥以及喷药的机械结构，所述监测机构、执行机构分别与智能装备连接，智能装备通过生产操作人员控制，智能装备与本地管理层模块中的本地监控站交互，控制层模块实现控制层模块内部的信息获取以及对种植层作物生长状态的直接监管；其中：

所述监测机构包括控制层中用于测量土壤指标、水肥因子、作物指标、环境因子的各种传感器，还包括对种植层的不同生长阶段的指标进行检测的传感器，还包括本地管理层对灌溉浓度、灌溉量、灌溉时间、灌溉间隔进行检测的传感器；所述执行机构包括与水肥管道连接的智能装备的供液机构、相连接的管道及管道上的阀门，还包括与水肥管道相连接的对水肥管道进行反冲洗的反冲洗管道上设置的反冲洗阀；

所述远程决策层模块主要包括远程数据库服务器、远程WEB服务平台、客户端，远程WEB服务平台通过INTERNET与本地管理层模块的本地WEB服务器信号连接，远程数据库服务器与远程WEB服务平台电连接，客户端与远程WEB服务平台交互，农业专家级技术服务人员操作客户端；

种植层模块包括各种不同作物的作物种植区域、各种传感器，种植层模块利用各种传感器检测机构实现对种植层的不同作物、以及在不同作物相应的发育期、幼苗期、生长期、采集期不同生长阶段的影响因素进行检测和控制。

2.如权利要求1所述的设施农业智能水肥一体机控制系统，其特征是，所述本地监控站采用ARM处理器作为嵌入式的控制器的MCU，所述控制器与电源电连接，同时控制器分别通过光耦隔离及SPI与A/D转换器连接，通过光耦隔离、UART与RS485收发器连接，通过光耦隔离、CAN与CAN收发器连接，通过输出驱动及GPIO Port与固态继电器连接，同时电源通过DC-DC电源隔离与各个光耦隔离电连接，同时电源还提供以太网控制器与网络接口连接，通过SDIO Port与SD卡连接，同时通过UART、RS232与LCD触摸屏连接。

3.如权利要求1所述的设施农业智能水肥一体机控制系统，其特征是，所述控制层模块通过所述的智能装备完成过程信息采集和过程控制任务，控制层模块需要监控的信息包括土壤指标、水肥因子、作物指标、环境因子，其中土壤指标包括土壤含水率、养分含量、EC、PH,水肥因子包括灌溉量、灌溉浓度、施肥频率、施肥次序，作物指标包括光合速率、蒸腾速率、叶面积、蜘蛛高度，环境因子包括环境温度、环境湿度、CO2浓度、光照强度；通过土壤指标与水肥因子之间的数据分析，水肥因子与作物指标之间的数据分析，作物指标与环境因子之间的数据分析，将数据发送到本地管理层，分析土壤水分养分分布运动规律，确定水肥因子与作物指标关系模型、蒸腾速率与环境因子关系模型，确定精准混肥控制模型，通过土壤水分养分分布运动规律、水肥因子与作物指标关系模型、蒸腾速率与环境因子关系模型、精准混肥控制模型确定水肥一体最优调控模型，然后确定比较精准的灌溉浓度、灌溉量、灌溉时间、灌溉间隔；

监测机构是整个智能水肥控制系统平台数据原始来源，主要由以下三类传感器组成：室外气象站、室内传感器、智能装备传感器，其中：

室内传感器包括对室内的环境温度、环境湿度、土壤温度、土壤湿度、土壤EC值、土壤PH值参数进行测量的各种传感器；

智能装备传感器包括用于检测水肥系统的水肥参数的EC值传感器、PH值传感器、流量计、温度计，用于对水肥管道反冲洗的反冲洗过滤器及反冲洗管道进行控制和检测的压差传感器、流量计；

通过室外气象站能够检测室外温度、室外湿度、室外辐射度、室外辐射量、室外风向、室外风速、室外雨量。