高精度视觉感应技术在水肥一体机中的应用

以农田水肥智能化管理为研究对象,构建了一种高精度视觉感应式水肥一体机。采用高精度视觉感应技术获取作物生长状态参数图像,基于超像素图像分割技术,对复杂的作物生长状态图像特征向量进行提取,采用模糊聚类算法对图像进行分割处理,根据目标图像的像素值统计结果进行生长状态预测,并结合环境参数信息,构建灌溉过程土壤电导率EC和pH预测模型。测试结果表明:水肥一体机控制系统能够有效预测作物对水肥需求,提高了灌溉过程混肥精度,可节约灌溉用水量、提升生产效率、降低人工成本。

智慧农业下的水肥一体机精准化作业研究

针对我国农业水资源和化肥资源的利用率较低的问题,在智慧农业下对水肥一体机的精准化作业进行了研究。水肥一体机的主要组成包括控制系统、监测系统、灌溉施肥系统、网络传输系统和数据中心。将粒子群算法与PID控制算法结合,对粒子群-模糊PID控制器进行设计,并对水肥溶液的EC值和pH值进行控制,提高了水肥一体机的控制精度,减少了控制时间。为了验证水肥一体机的性能,进行了数据采集准确性分析试验和精准化作业控制试验,结果表明:数据采集较为准确,且可以精准地配比水肥溶液,满足作物的灌溉要求。

基于模糊策略的水肥一体机控制可行性分析

为进一步提高我国农业水肥一体机的综合作业效率,实现用水量与施肥量的混合浓度最优配置,以模糊策略为设计基点,针对整机控制展开可行性分析研究。以整机作业架构组成为基础,考虑灌溉施肥同步过程的水肥动态平衡,搭建正确的模糊策略模型,进行系统的软件设计与硬件匹配。通过升级型水肥一体机实施灌施作业的效果验证,结果表明:基于模糊策略的水肥一体机控制系统整体试验过程顺畅,灌施的肥液均匀度可相对提升8.77%,系统对于各监测参数的响应度与稳定性均保持在90%以上,验证了设计的可行性;试验中节水率和肥料利用率分别较模糊策略应用前提升至91.70%和93.15%,整体灌施效率良好,说明了此模糊策略应用设计的优越性。研究结果对于实现水肥一体装备的智能控制水平向纵深提升具有很好的参考价值。

基于偏微分算法的水肥一体机系统设计

为进一步提升我国水肥一体机的综合作业效能,实现灌溉施肥的最优化配比,以偏微分算法作为改进切入点,针对其作业控制系统展开设计研究。通过搭建正确的多阶偏微分数学模型,得到水肥一体机的整机设计布局,并进行模块化的软件程序编制与功能化的硬件配置选型。采用设计的整机系统在一定的作业条件下完成灌溉施肥一体式作业,结果表明:基于偏微分算法设计的水肥一体机,整机在水分与肥量之间的配比关系得到很好的优化,配比准确率可保证在90.00%以上,施肥均匀度与水分利用率分别相对提高了9.56%和5.69%,灌施作业效果良好,设计正确可行,是今后灌溉施肥集成领域的重要革新思路之一,具有较强的推广应用价值。

基于“互联网+”模式的水肥一体机智能终端设计

以水肥一体机灌溉过程为研究对象,对农业生产自动灌溉和施肥控制方式进行分析,采用“互联网+”模式建立水肥一体机智能控制终端系统。系统通过传感器进行土壤湿度和肥力采集,形成土壤墒情监测控制模块,并采用数据分析的方式进行传感数据分析处理,生成系统灌溉施肥控制指令。系统测试结果表明:水肥一体智能终端能够有效地进行数据采集与传输,在灌溉控制过程中水肥一体机自动生成的灌溉控制指令与计算结果相符,系统具有较高的可靠性。

基于数学模型的水肥一体机的结构优化分析

针对传统的灌溉和施肥方式作业效率及水肥使用率较低的问题,基于数学模型对水肥一体进行结构设计并优化分析。水肥一体机的主要组成包括数据采集系统、灌溉施肥系统、自动控制系统和控制中心。为了实现精准施肥和灌溉,采用数学模型的方法对文丘里吸肥器进行结构优化设计,并利用模糊控制和灰色预测结合的控制算法进行灌溉预测。进行了吸肥性能对比试验和灌溉试验,结果表明:水肥一体机结构合理,可实现精准灌溉。

在线式水肥一体机设计及其EC值稳定性研究

在设施农业无土栽培系统中,营养液作为作物的主要营养源,其稳定性尤为重要,而EC值(The value of Electrical Conductivity)是衡量营养液中离子浓度的重要指标。本文设计了一款满足营养液配置和供给的在线式水肥一体机,并在生产环境下对其进行运行试验,持续跟踪水肥一体机在生产环境下的运行数据,分析水肥一体机EC值不稳定的原因,最终找到了影响EC值稳定性的3个因素:PID算法、管路系统设计以及供水水源的水压稳定性。

新时代背景下智能水肥一体机的应用与分析

随着我国社会经济的快速发展,先进的科学技术逐步应用到农业领域,一些便利的农用机械也日渐兴起,例如智能化的水肥一体机,其与新型灌溉技术相结合,不仅能有效利用现有水资源,而且能科学合理地施用肥料,提高农作物的产量和质量。将智能水肥一体机应用到现代农业中,对于提升整个农业的灌溉和施肥的工作效率有着重要作用。笔者对智能化的水肥一体机进行了详尽的介绍,分析了该机具的应用优势及不足,并提出了相关建议。结果表明,智能水肥一体机作为新兴的农业机械设备,不仅能够有效节省水肥资源,提高水肥资源的利用率,而且能够降低农业生产成本,提高农作物的产量和质量,提升农业经济收益,助推农业农村现代化。

水肥一体机肥液电导率远程模糊PID控制策略

为检测水肥一体机肥液电导率(EC),并将其控制在合理范围内,基于物联网技术,设计了远程水肥灌溉控制系统,将自整定模糊PID控制算法引入远程开发者服务终端中,通过模糊PID控制算法调控本地端变频注肥泵的频率进而精准控制EC,并对本地端PID和远程端模糊PID控制算法进行了对比试验验证。结果表明:目标EC越大,稳态EC越精确,但稳态时间和超调量均增大;与传统本地端PID控制相比,该系统响应速度快、EC波动幅度小、稳定,当目标EC为2.5 mS/cm时,稳态时间和超调量分别达到120 s和20.8%,混肥时间和实测EC均能满足水肥控制实际需求。该研究实现了EC的远程模糊PID控制,以及灌溉施肥系统的计算机、手机微信多终端灌溉数据监测和开关量控制。

沼液水肥一体机及其适宜灌溉浓度研究

为解决目前沼液机兼容性差、集成度低、沼液灌溉浓度不合理等问题,设计了一种集成型沼液水肥一体机,并以白菜为试验材料,在6个不同沼液浓度即0%(CK)、20%(T20)、40%(T40)、60%(T60)、80%(T80)、100%(T100)下比较土壤速效养分、白菜产量品质的差异,优选适宜沼液灌溉浓度。研究结果表明:集成式沼液水肥一体机具有整体性强、智能化水平高和适配性好的优点,基于沼液一体机进行沼液施用有利于增加土壤速效氮、磷、钾含量,且沼液浓度越大、增加幅度越明显,其中T100处理白菜收获后测得的土壤速效氮、磷、钾含量最高,分别为119.7、17.8和171.1 mg/kg;沼液灌溉处理中,以T80和T60产量处于较高水平,地上部分产量分别达到4710和69.9 t/hm~2,两者无显著(p>0.05)差异;沼液施用降低了白菜叶片硝酸盐含量,提升了Vc、可溶性糖含量,不同沼液处理以T60白菜综合品质最优;从产量、产值、品质等角度综合考虑,推荐60%为白菜适宜沼液灌溉浓度。

基于STM32的水肥一体机智能控制系统优化研究

以水肥一体机智能控制系统为研究对象,对作物生长过程中所需的水分及肥料进行分析,利用工控机作为上位机、STM32控制板作为下位机,搭建水肥一体机智能控制系统。系统可根据作物生长状态、灌溉面积及环境参数,结合作物生长需求进行灌溉量和肥量的分析计算,并根据肥料溶解特性进行灌溉施肥时间的分配转换,在STM32控制板的输出指令下进行相应的排肥灌溉作业。试验结果表明:系统能够较好地进行灌溉施肥过程的动态响应调节,并有效降低系统的延迟时间。

基于嵌入网络的水肥一体机系统平台软件测试

以水肥一体机系统平台为研究对象,利用嵌入式系统及TCP通信方式建立平台控制通信软件。利用Visual Studio对系统平台中的TCP通信软件、监控系统运行软件以及水肥溶液浓度控制模块软件进行测试,结果表明:嵌入式控制系统TCP通信及监控中心TCP通信均能够正常工作,且通信运行状态良好;监控系统软件能够实时进行灌溉过程系统相关参数的监控,水肥浓度控制模块能够进行水肥浓度的精准控制,并进行实时更新。因系统运行及土壤信息变化时滞性,实际检测到的土壤EC值较系统监控相对滞后。

基于计算机控制的水肥一体机通信系统模块设计

针对水肥一体机智能化程度不高、数据传输不够稳定的问题,设计了基于计算机控制的水肥一体机,并对通信系统模块进行了改进。水肥一体机的主要组成部分为核心控制器、数据采集模块、灌溉施肥模块、通信系统模块和报警模块。其中,通信系统模块采用构件无线传感网络(WSN),融合ZigBee和GPRS无线网的方式传递数据信息,通过对通信系统架构和通信节点进行设计,以保证数据快速、准确的传输。试验结果表明:通信系统可以满足数据准确、快速传输的要求,灌溉作业状态稳定,能够根据土壤状态及时进行灌溉作业。

基于Python的双过滤水肥一体机智能控制研究

为了满足不同生长时期植株水肥需求,基于基于Python的双过滤图像处理方法及环境监测技术,设计了可以自适应调节的水肥控制系统,主要包括氮肥含量控制和浇灌量控制。氮肥含量控制:首先,CCD摄头采集植株图像,应用Python的双过滤图像处理方法得到植株高度;其次,建立不同生长时期最高植株对应的氮肥浓度的曲线;再次,采用色度分析的方法计算植株实际氮肥吸收浓度;最后,比对当前氮肥吸收浓度和最优浓度,从而调整混合液氮肥含量。浇灌量控制:在实现植株最优生长情况下,建立浇灌时间和温度、湿度、光照对之间的关系。对植株高度采集系统进行测试,结果表明:误差分布于3.9%~5.6%之间;采用本系统培养番茄植株,对比高氮肥对照组,在减少氮肥用量的情况提高了番茄生长高度。

水肥一体机核心部件间嵌入式通信接口设计

为提高水肥一体机的作业效率与原料利用率,针对其核心部件间通信系统的接口方式进行了嵌入式设计。以理解水肥一体机作业机理为基础,将SQL数据库与嵌入式通信相结合,采用双路信号检测与多路施肥作业通道,搭建水肥一体机数据通信模型。根据通信系统嵌入式并行处理流程进行硬件配置,根据实现通信接口功能不同进行通信软件程序设计,依照通信系统传输协议执行流程进行水肥一体机嵌入式通信接口运行试验。试验结果表明:嵌入式通信理念应用到水肥一体机,通信成功率保持在91%以上,可节约灌溉量55.4kg/hm^(2),节水率与节氮率较传统控制分别提升了13.14%和23.62%,具有较好地推广价值,可为类似农机设备优化设计提供参考。

基于Web数据挖掘的水肥一体机功能参数实现

以水肥一体机控制系统中各功能参数为研究对象,对水肥一体机的结构组成及工作原理进行分析,并采用Web数据挖掘技术,对水肥一体机及作物生长大数据进行深度分析,形成水肥一体机工作过程知识数据库。将常规水肥一体机的传感系统数据与Web数据库中的知识参数进行比对,形成水肥一体机控制指令,操纵水肥一体机进行混肥、施肥及灌溉。根据水肥一体机反馈传感数据进一步形成相关操纵控制指令,经验证,基于Web数据挖掘技术建立的知识数据库可与水肥一体机控制系统进行有效结合,并提高了水肥一体机的智能化水平。

基于专家系统的水肥一体机智能控制系统

为实现蔬菜大棚环境的实时远程监控和精准管理,设计基于专家系统的水肥一体化智能控制系统。信息采集终端实时采集蔬菜大棚的土壤湿度、空气温湿度、光照条件等环境信息,然后将信息上传至云服务器,专家系统结合现场数据,建立数学模型,制定蔬菜需水量、施肥时间以及氮、磷、钾混合比例等控制策略。经试验,基于专家系统推荐施肥,2017年植株氮、磷、钾积累量分别增加了12.77%、10.26%、3.32%,对比靠人工经验控制和基于专家系统的智能控制得出的结论,专家系统推荐施肥优化了氮肥、磷肥、钾肥的配比,蔬菜水果对氮、磷、钾养分吸收更充分。

基于Fluent的智能水肥一体机结构设计研究

以水肥一体机为研究对象,对水肥一体机灌溉过程及系统结构进行分析,确定了水肥一体机系统方案。利用Fluent软件对水肥一体机中肥液混合管道以及管道中肥液的流速和湍流强度等特性进行分析,确定所选用管道形式为一种4次折弯的主管道,可达到水肥在管道中自动混合均匀的目的。仿真分析及试验结果表明:随着灌溉点距水源位置的增加,肥液湍流强度基本不变,肥液流速逐渐降低,导致远端灌溉位置的集水量相对较低。

基于云平台的智能水肥一体机控制系统研发

针对目前滴灌水肥一体化技术推广应用中普遍存在的管理模式粗放、自动化程度低、水肥浪费严重的现状,以智能水肥一体机控制系统开发为研究对象,借助于无线通讯技术、传感器技术及自动控制技术等现代技术开发了一套可以通过远程和本地两种相对独立的模式实现对施肥配方、施肥程序及轮灌编组等灌水施肥过程调控的控制系统。实测结果表明,控制系统有效性达98.3%以上,较传统水肥管理模式节省人工80%以上,有效提高田间水肥管理的自动化程度和精细化水平,符合现代农业的发展需求。

水肥一体机吸肥性能影响因素试验分析

针对文丘里和施肥泵组合结构的水肥一体机,分析了其结构组成和工作原理,得出了影响吸肥性能的主要因素,包括主管压力、主管流量、进口压力、施肥泵流量、通道数量、吸肥口数量、液位高度、过滤器等。在此基础上构建了试验装置,并进一步通过试验研究了这些因素对吸肥性能的影响。结果表明:主管压力对吸肥性能影响取决于施肥泵扬程,当施肥泵扬程大于主管最大压力约10m时没有影响,否则会产生显著影响;施肥泵流量在一定范围内与吸肥流量呈线性关系,需大于5个通道文丘里吸肥器工作流量总和时才能工作良好;施肥管道进口压力对吸肥流量影响较大,进口压力越高,吸肥流量越小,进口压力为0.1~0.2MPa时较合适;肥液桶内液位对吸肥流量有一定的影响,吸肥流量随着桶内液位升高而增加,20cm和100cm时相差约5%;主管流量、通道数量、吸肥口数量和有无过滤器对吸肥流量影响较小,参数选择合适时可以忽略。本研究可为水肥一体机设计和应用提供参考。