基于机器学习的光智能水肥一体机及工艺制造技术

本发明专利技术涉及基于机器学习的光智能水肥一体机及工艺，其包括S1，建立基于光照、时序和土壤水分的灌溉决策；S2，建立基于比例和EC值的施肥决策；在步骤S1中，执行S1.1，建立基于光照的灌溉决策并分为作物参数模型控制和机器学习参数控制模式；首先，建立作物参数模型；然后，确定单次灌溉时长T，单位，min；其次，生产者根据种植情况，将参数输入水肥一体机，参数包括种植作物、茬口、生育时期、定植密度和/或滴头流量；再次，灌溉系数A由在先试验结果根据种植预制，水量倍数J功能，根据经验值调整；本发明专利技术设计合理、结构紧凑且使用方便。

【技术实现步骤摘要】
基于机器学习的光智能水肥一体机及工艺
本专利技术涉及基于机器学习的光智能水肥一体机及工艺。
技术介绍
北京市水资源匮乏，属于严重缺水的特大型城市，人均水资源量不足全国平均水平的10％，2019年北京市市用水总量41.7亿立方米，其中农业用水为3.69亿立方米，占全市用水总量的比例为9％，农业用水中设施农业用水占比31.9％，为种植业中第一用水大户。北京市提出了农业灌溉水利用系数提高到0.75、农田有效灌溉面积达到95％以上、水资源利用率提高15％以上等目标，其中，设施蔬菜年用水量不超过500方/亩，在农业节肥方面提出了农用化肥利用率提高到40％，实现以上目标，灌溉施肥精准调控是必不可少的技术环节。作物灌溉施肥受到温度、湿度、光照等较多因素影响，其中，光照是影响作物蒸腾蒸发的关键因素之一，专利技术人经过研究发现光照与作物耗水呈线性关系，可以利用光照指导灌溉，实现精准水肥调控。水肥一体机研发硬件设备组装大同小异，但是缺乏精准灌溉施肥主控机决策，不利于精准灌溉施肥技术的推广应用。目前农业从业人员老龄化严重，亟需简单易操作，技术门槛低的农业产品，目前市场上水肥一体机产品操作较为复杂，不能短时间内掌握使用流程，导致设备安装后弃用的现象，造成资源浪费，基于以上的背景条件，本专利技术集成研发了一种基于机器学习的“光智能”水肥一体机，操作简单，容易掌握，预制“光智能”精准灌溉等决策，实现机器学习功能，提高了设备的智能和精准性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题总的来说是提供一种基于机器学习的光智能水肥一体机及工艺。为解决上述问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种基于机器学习的光智能水肥工艺，包括以下工艺；S1，建立基于光照、时序和土壤水分的灌溉决策；S2，建立基于比例和EC值的施肥决策；在步骤S1中，执行S1.1，建立基于光照的灌溉决策并分为作物参数模型控制和机器学习参数控制模式；首先，建立作物参数模型，控制依据以下公式，自动计算出单次灌溉时长；I＝A*Wm*J公式(1)；I：单次灌水定额，单位，mL/m2；A：灌溉系数；Wm：光辐射累计值，单位，J/cm2；J：水量倍数；然后，确定单次灌溉时长T，单位，min；T＝60*I*10-3/(De*q)公式(2)；I：单次灌水定额，单位，mL/m2；De：定植密度，单位，株/m2；q：滴头流量，单位，L/h；其次，生产者根据种植情况，将参数输入水肥一体机，参数包括种植作物、茬口、生育时期、定植密度和/或滴头流量；再次，灌溉系数A由在先试验结果根据种植预制，水量倍数J功能，根据经验值调整；之后，执行机器学习参数控制，当日累计光辐射达到光辐射阈值，则判断当前天气为晴天，采样之前若干晴天光辐射的平均值计算为日均辐射，作为光辐射阈值；随着，每个月对日均辐射值进行校正；再后，生产者根据种植情况，输入日灌溉次数和单次灌溉时长，单位为min，系统自动计算出光辐射启动门槛；S1.2，建立基于时序和土壤水分的精准灌溉决策；首先，建立基于时序控制的灌溉决策，即按照生产者设置的灌溉起止时间和间隔，自动启动和/或停止灌溉；然后，建立基于土壤水分控制的灌溉决策，将土壤水分探头插入作物根系设定范围内，根据设置的土壤水分上下限管理灌溉；S2，建立精准施肥决策；S2.1，首先，根据作物养分需求，进行肥料配置并溶解于设定不同比例的施肥桶内；然后，基于比例调节的施肥控制需要输入定义施肥桶A、B、C的不同注肥比例，从而控制三个施肥桶不同的肥料吸入量，采用注肥泵抽取肥料桶内的营养液；S2.2，基于EC值调节，首先，预制EC值和营养液浓度的相关模型，根据输入的EC值，自动调控注肥泵的转速，根据输入的PH值，自动调控施肥桶C的吸肥量，还设置了施肥桶A：施肥桶B的不同吸肥比例输入；根据种植需求输入施肥时间和冲洗时长，但是施肥时间必须小于等于灌溉时间。一种基于机器学习的光智能水肥一体机，包括施肥部件、监测部件和/或控制部件。作为上述技术方案的进一步改进：施肥部件包括水肥配比罐，水肥配比罐包括至少三个施肥桶体；其中，三个施肥桶体分为施肥桶A、施肥桶B及施肥桶C；水肥配比罐通过水肥管路连接有作为控制部件的施肥主控机；在施肥桶体与水肥管路之间连接有带有注肥泵和/或过滤器的施肥输出倒锥管道；监测部件包括测定光辐射的光照探头、温湿度探头和/或检测土壤水分的探头；施肥主控机为施肥主控机的主体，控制部件包括处理器、载有预先试验数据的数据库、电源和/或与处理器电连接且用于控制调控注肥泵的电机和/或电磁阀启停的执行电路；处理器负责采集光照、土壤水分的监测数据并下达灌溉施肥指令给执行电路控制对应电机启停，根据生产者设置的灌溉施肥参数，调控注肥泵的电机和/或电磁阀启停；检测土壤水分的探头包括表层土壤水分探头、中层土壤水分探头和/或下层土壤水分探头，以监测对应土壤层的含水率及差值变化；温湿度探头，用于温度采集。一种水肥一体机，包括水肥汇集腔，水肥汇集腔分别连接有给水管的输出端、田间管道的输入端及水肥管路的输出端；水肥配比罐连接有水肥管路的输入端；在田间管道上分布有定量灌溉组件及增压补给组件。作为上述技术方案的进一步改进：水肥配比罐包括施肥桶体；在施肥桶体上部设置有施肥搅拌装置及施肥送料管道；在施肥桶体下端设置有带有注肥泵的施肥输出倒锥管道；施肥输出倒锥管道上大下小设置；施肥输出倒锥管道下部还旁接有施肥清堵组件；施肥搅拌装置包括具有旋转及伸缩动作的搅拌清理移动轴；在搅拌清理移动轴悬臂端具有搅拌固定支座；在搅拌固定支座的四十五度倾斜面上垂直旋转有搅拌旋转垂直中心轴；在搅拌旋转垂直中心轴端部垂直旋转有搅拌旋转支座的四十五度斜面；在搅拌旋转支座斜面上设置有与搅拌固定支座对应且与搅拌旋转垂直中心轴同轴的搅拌旋转导向环轨；在搅拌旋转支座上设置有用于对施肥桶体内水肥进行搅拌的搅拌搅龙；搅拌搅龙具有朝下且位于施肥桶体内的搅拌工作工位，搅拌搅龙水平朝向且离开施肥桶体的搅拌清理工位；在搅拌搅龙的外侧壁上设置有搅拌工艺沟槽；在搅拌清理工位上设置有搅拌摆动倾斜刷；在搅拌摆动倾斜刷上设置有搅拌清理喷嘴，以下吹附着物；在搅拌摆动倾斜刷上方设置有搅拌固定架；在搅拌固定架下端连接有若干搅拌连接弹簧，在搅拌连接弹簧下端连接有搅拌下拍板，在搅拌固定架下端设置有搅拌敲击锤，以接触上升搅拌下拍板的上表面；搅拌摆动倾斜刷下摆后，以与搅拌搅龙上部背侧接触以清理附着物；搅拌摆动倾斜刷上摆后，以与接触上升的搅拌下拍板下表面接触振动清理，同时使得搅拌下拍板上升接触搅拌敲击锤而被敲击后振动。施肥清堵组件包括上端口与施肥输出倒锥管道连接的清堵导向管套；在清堵导向管套中被推动旋转的清堵旋转导向盘；在清堵旋转导向盘上设置有清堵顶杆，在清堵旋转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器学习的光智能水肥一体机施肥工艺，其特征在于：包括以下工艺；/nS1，建立基于光照、时序和土壤水分的灌溉决策；/nS2，建立基于比例和EC值的施肥决策；/n在步骤S1中，执行S1.1，建立基于光照的灌溉决策并分为作物参数模型控制和机器学习参数控制模式；首先，建立作物参数模型，控制依据以下公式，自动计算出单次灌溉时长；/nI＝A*Wm*J 公式(1)；/nI：单次灌水定额，单位，mL/m

【技术特征摘要】
1.一种基于机器学习的光智能水肥一体机施肥工艺，其特征在于：包括以下工艺；
S1，建立基于光照、时序和土壤水分的灌溉决策；
S2，建立基于比例和EC值的施肥决策；
在步骤S1中，执行S1.1，建立基于光照的灌溉决策并分为作物参数模型控制和机器学习参数控制模式；首先，建立作物参数模型，控制依据以下公式，自动计算出单次灌溉时长；
I＝A*Wm*J公式(1)；
I：单次灌水定额，单位，mL/m2；A：灌溉系数；Wm：光辐射累计值，单位，J/cm2；J：水量倍数；
然后，确定单次灌溉时长T，单位，min；
T＝60*I*10-3/(De*q)公式(2)；
I：单次灌水定额，单位，mL/m2；De：定植密度，单位，株/m2；q：滴头流量，单位，L/h；
其次，生产者根据种植情况，将参数输入水肥一体机，参数包括种植作物、茬口、生育时期、定植密度和/或滴头流量；
再次，灌溉系数A由在先试验结果根据种植预制，水量倍数J功能，根据经验值调整；
之后，执行机器学习参数控制，当日累计光辐射达到光辐射阈值，则判断当前天气为晴天，采样之前若干晴天光辐射的平均值计算为日均辐射，作为光辐射阈值；随着，每个月对日均辐射值进行校正；再后，生产者根据种植情况，输入日灌溉次数和单次灌溉时长，单位为min，系统自动计算出光辐射启动门槛；
S1.2，建立基于时序和土壤水分的精准灌溉决策；
首先，建立基于时序控制的灌溉决策，即按照生产者设置的灌溉起止时间和间隔，自动启动和/或停止灌溉；然后，建立基于土壤水分控制的灌溉决策，将土壤水分探头插入作物根系设定范围内，根据设置的土壤水分上下限管理灌溉；
S2，建立精准施肥决策；
S2.1，首先，根据作物养分需求，进行肥料配置并溶解于设定不同比例的施肥桶内；然后，基于比例调节的施肥控制需要输入定义施肥桶A、B、C的不同注肥比例，从而控制三个施肥桶不同的肥料吸入量，采用注肥泵抽取肥料桶内的营养液；
S2.2，基于EC值调节，首先，预制EC值和营养液浓度的相关模型，根据输入的EC值，自动调控注肥泵的转速，根据输入的PH值，自动调控施肥桶C的吸肥量，还设置了施肥桶A：施肥桶B的不同吸肥比例输入；
根据种植需求输入施肥时间和冲洗时长，但是施肥时间必须小于等于灌溉时间。


2.一种基于机器学习的光智能水肥一体机，其特征在于：包括施肥部件、监测部件和/或控制部件。


3.根据权利要求2所述的基于机器学习的光智能水肥一体机，其特征在于：施肥部件包括水肥配比罐(1)，水肥配比罐(1)包括至少三个施肥桶体(13)；其中，三个施肥桶体(13)分为施肥桶A、施肥桶B及施肥桶C；
水肥配比罐(1)通过水肥管路(2)连接有作为控制部件的施肥主控机(3)；
在施肥桶体(13)与水肥管路(2)之间连接有带有注肥泵和/或过滤器的施肥输出倒锥管道(16)；
监测部件包括测定光辐射的光照探头(4)、温湿度探头(5)和/或检测土壤水分的探头、EC和PH探头；
施肥主控机(3)为施肥主控机的主体，
控制部件包括处理器、载有预先试验数据的数据库、电源和/或与处理器电连接且用于控制调控注肥泵的电机和/或电磁阀启停的执行电路；
处理器负责采集光照、土壤水分的监测数据并下达灌溉施肥指令给执行电路控制对应电机启停，根据生产者设置的灌溉施肥参数，调控注肥泵的电机和/或电磁阀启停；
检测土壤水分的探头包括表层土壤水分探头(8)、中层土壤水分探头(7)和/或下层土壤水分探头(9)，以监测对应土壤层的含水率及差值变化；
温湿度探头(5)，用于空气温度、空气相对湿度采集。
EC探头、PH探头，用于检测管路中营养液的EC和PH值。


4.一种水肥一体机，其特征在于：包括水肥汇集腔，水肥汇集腔分别连接有给水管(6)的输出端、田间管道(10)的输入端及水肥管路(2)的输出端；水肥配比罐(1)连接有水肥管路(2)的输入端；
在田间管道(10)上分布有定量灌溉组件(11)及增压补给组件(12)。


5.根据权利要求4所述的水肥一体机，其特征在于：水肥配比罐(1)包括施肥桶体(13)；在施肥桶体(13)上部设置有施肥搅拌装置(14)及施肥送料管道(15)；
在施肥桶体(13)下端设置有带有注肥泵的施肥输出倒锥管道(16)；
施肥输出倒锥管道(16)上大下小设置；施肥输出倒锥管道(16)下部还旁接...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳焕芳，孟范玉，安顺伟，胡潇怡，王志平，牛曼丽，贾松涛，石文学，朱岳，徐亮，李凡，李英褚，王芳，张淑玲，
申请(专利权)人：北京市农业技术推广站，河北水润佳禾现代农业科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11