一种基于边缘计算和智能推荐的桑蚕养殖自动化管理系统转让专利
申请号 : CN202011334726.0
文献号 : CN112462830B
文献日 : 2021-10-26
发明人 : 庄晨怡 , 沈宇帆 , 郝梓淇 , 黄业霆 , 郑子 , 王成群 , 骆淑云 , 吴江
申请人 : 浙江理工大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于边缘计算和智能推荐的桑蚕养殖自动化管理系统,其特征在于,包括终端设备层、边缘计算层,所述终端设备层与边缘计算层连接;所述终端设备层包括传感子层、执行子层;所述边缘计算层包括运算子层、控制子层;
所述传感子层,用于采集蚕房以及桑园土壤的温湿度数据,并将采集到的温湿度数据发送至边缘计算层;
所述运算子层,用于将传感子层发送的温湿度数据进行协议转换;
所述控制子层,用于接收通过协议转换后的温湿度数据,并判断接收的温湿度数据是否处于预设范围内,若否,则向执行子层发送控制指令;
所述执行子层,用于执行控制子层发送的控制命令;
还包括推理机,推理机基于专家知识库对温湿度进行智能推荐;首先从老蚕农处获取养蚕经验知识并根据经验进行数学建模,分析温度与蚕种存活率、湿度与生长周期之间的关系,形成数值化体系;其次,根据数学模型建立温湿度信息和蚕种繁育生长状态数据库,将养蚕经验数据形成推理机制,设计实现蚕房温湿度和蚕宝宝生长状况之间的对应规则,与数据库存储的温湿度信息进行映射;构建完备的温湿度推荐知识库和数据库,且智能推荐时的推荐周期为单日推荐或多日推荐。
2.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算和智能推荐的桑蚕养殖自动化管理系统,其特征在于,所述传感子层包括蚕房传感子层、桑园传感子层;执行子层包括蚕房执行子层、桑园执行子层;
所述蚕房传感子层,用于采集蚕房的温湿度数据;
所述桑园传感子层,用于采集桑园土壤的湿度数据;
所述蚕房执行子层,用于进行蚕房温湿度控制命令的执行;
所述桑园执行子层,用于进行桑园土壤湿度控制命令的执行。
3.根据权利要求2所述的一种基于边缘计算和智能推荐的桑蚕养殖自动化管理系统,其特征在于,所述控制子层由工业一体机设备组成,所述工业一体机设备上连接有触屏显示器,所述触屏显示器用于实现温湿度控制的可视化。
4.根据权利要求3所述的一种基于边缘计算和智能推荐的桑蚕养殖自动化管理系统,其特征在于,所述控制子层还用于当接收的温湿度数据不处于预设范围内时,则进行报警响应。
5.根据权利要求2所述的一种基于边缘计算和智能推荐的桑蚕养殖自动化管理系统,其特征在于,所述边缘计算层中的运算子层与控制子层通过RS485总线连接;所述边缘计算层与终端设备层中蚕房执行子层、蚕房传感子层均通过RS485总线连接。
6.根据权利要求2所述的一种基于边缘计算和智能推荐的桑蚕养殖自动化管理系统,其特征在于,所述边缘计算层与终端设备层中桑园传感子层、桑园执行子层均通过无线连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算和智能推荐的桑蚕养殖自动化管理系统,其特征在于,还包括云融合分析层,与所述边缘计算层连接,用于存储边缘计算层中的数据信息。
8.根据权利要求2所述的一种基于边缘计算和智能推荐的桑蚕养殖自动化管理系统,其特征在于,所述蚕房传感子层采用防水性金属温湿度传感器,每个蚕房设置4‑10个温湿度传感器。
9.根据权利要求3所述的一种基于边缘计算和智能推荐的桑蚕养殖自动化管理系统,其特征在于,所述工业一体机设备通过手动控制箱集成,手动控制箱设有观察窗口,所述观察窗口用于观察工业一体机设备上显示的数据。
说明书 :
一种基于边缘计算和智能推荐的桑蚕养殖自动化管理系统
技术领域
背景技术
卉等高效种养业快速发展带来的冲击与挤压等诸多因素,蚕桑产业逐步衰退,地区经济受
损严重,同时面临劳动力老龄化、装备技术落后、养蚕环境恶化、桑园面积减少等问题,造成
了桑叶、蚕种生产成本高,管理、运营效率低等现状。其原因主要有以下几个方面。
和情况进行统计后,统一调配桑园的种植、灌溉、喷药和采摘。然而,单纯依靠人工管理很容
易出现疏漏,且由于蚕房和桑园状态实时变化,统计分析很难做到及时反馈,使得桑园种植
与蚕房养殖的整体协调和管理效率不高,从而导致生产效益不高,极大地影响了企业的运
营效率。
段都有着不同的环境需求,繁育过程对温度和湿度要求极高。传统的生产模式下,为了严格
控制蚕房温度,工作人员每天需要花费大量时间进行温湿度的检测和控制,极大地增加了
人力成本。同时,人工监控很难做到及时排查错误、无法及时确认环境失调的蚕房,对正常
生产造成巨大经济损失。
检测(申请号为2016201294859)、异常报警(申请号为2016107510748)、智能传送控制(申请
号为2018116209532)、自动喂叶设备(申请号为2019202622996)等,主要局限表现在:在养
蚕的全生命周期内适配大规模养蚕环境的智能技术解决方案有待完善;蚕房温湿度设定多
根据人工经验设定,没有基于蚕宝宝生长数据和专家知识进行智能推荐。
发明内容
所述边缘计算层包括运算子层、控制子层;
现的农业物联网系统能够对整个桑蚕养殖园区进行监控管理、进行科学技术管理与温湿度
调控,同时设立专家知识库查询表进行智能推荐,保证蚕房环境的稳定性、提高桑叶种植和
蚕种繁育的协调性,提高蚕茧培育的成功率和产品品质,从而提高桑蚕养殖行业的技术水
平,达到精确化、标准化、规模化桑蚕养殖,最大程度为蚕桑养殖业减轻人力成本、降低生产
风险、创造最大经济效益,实现桑蚕养殖业的智能化、现代化转型升级。本发明经推广后具
有良好的经济效益和社会效益。
附图说明
具体实施方式
施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离
本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是,在不冲突的情况下,以下实施例及实施
例中的特征可以相互组合。
风机等温湿度控制设备;桑园传感子层模块均采用独立传感器;桑园执行子层模块包括灌
溉阀门、灌溉电机等灌溉设备。
值范围内,若是,则不做处理;若否,则通过工业一体机设备发出控制指令,比如控制终端设
备层中的空调进行降温或控制加湿器进行加湿处理。
行校对分析,同时在终端界面实时显示当前每个蚕房中的传感器信息即温湿度数据。
计算层子层与终端设备层中蚕房传感子层的连接由工业RS485总线完成,边缘计算层与桑
园传感子层、桑园执行子层的连接采用无线方式。
蚕房入口通道处安装一台显示大屏以显示监控视频,蚕房内监控摄像头同样通过交换机实
现网络互通。监控模块包括监控摄像头和信号连接设备,将摄像头信号接入工控机,发给远
程服务器。
备的通信,依靠终端设备层中的执行子层完成温湿度控制。蚕房可根据实际需要均匀设置
多个温湿度检测点。其中,蚕房通过热风机、空调、加湿器、湿帘风机完成加热、降温、加湿,
实现温湿度控制,当检测到的当前温湿度高于或低于设定值时,启动报警装置。
子区域的温湿度设定不能够过大,且在相邻子区域的接壤处,温湿度的控制精度相对较低。
桑园可根据实际需要划分为多个不同区域,每个区域安装一套灌溉系统控制器,通过独立
传感器检测土壤的湿度,当土壤湿度低于用户设定值时,灌溉系统控制器通过控制交流接
触器开启灌溉电机。其中,土壤湿度阈值为安装时设定的通用值,也可通过终端控制软件进
行设定。桑园控制模块包含两种方式设定单次灌溉时间。方式一为固定时间,即根据设定值
按固定时间频率进行灌溉;方式二为自动化灌溉,通过检测土壤湿度、对比设定值实现。蚕
房的温湿度控制及桑园的土壤湿度控制方式均采用开关量控制。控制查询终端为远程电
脑,可根据实际需要安装在不同地点,工作人员可通过终端远程设定控制量并安排每日工
作。
和蚕种繁育生长状态数据库,将养蚕经验数据形成推理机制,设计实现蚕房温湿度和蚕宝
宝生长状况之间的鬼影规则,与数据库存储的温湿度信息进行映射。使用动态数据库存储
系统推理的中间结果,构建完备的温湿度推荐知识库和数据库,并且智能推荐时的推荐周
期可以是单日推荐或多日推荐。最后通过工业一体机设备的触屏显示界面展示推荐结果。
三个区域,每个子区域独立控制,中蚕房共计安装10个均匀分布的温湿度检测点,中蚕房内
的降温加湿通过湿帘风机完成、加湿通过加湿器完成;每幢大蚕房不分区域,每幢大蚕房均
安装6个均匀分布的温湿度检测点,大蚕房通过9台湿帘机完成加湿、9台大功率风机完成降
温。蚕房内提供报警功能,当用户设定的目标温度过低、而室外温度过高,系统经过长时间
达不到目标温度时,系统自动报警。其中,报警方式采用声光报警。
业级标准的屏蔽线。手动控制时需要接入220V市电,需要供电功率340W。
于手动控制箱内,所述手动控制箱采用防水工业设计、不锈钢材料制作,同时设置观察窗
口,用于观察工控机显示屏幕上的数据。手动控制操作时提供远程推荐功能,根据蚕种繁育
所处不同阶段所适宜的不同温湿度,在服务器终端存储专家知识库查询表,在各蚕房的工
控机上能够进行查阅。蚕房通过手动控制箱中的工控机与蚕房内交换机相连,所述蚕房内
交换机与机房的核心交换机连接,从而实现网络的互联互通。
设置的优先级高于远程设定,当网络不通的时候,以本地设定参数为准。
候,灌溉系统控制器系统通过控制交流接触器开启灌溉电机,实现桑园灌溉自动化。
量。终端服务器中存有所有温湿度传感器所采集的温湿度数据以及专家知识库查询表。
业物联网系统能够对整个桑蚕养殖园区进行监控管理、进行科学技术管理与温湿度调控,
同时设立专家知识库查询表进行智能推荐,保证蚕房环境的稳定性、提高桑叶种植和蚕种
繁育的协调性,提高蚕茧培育的成功率和产品品质,从而提高桑蚕养殖行业的技术水平,达
到精确化、标准化、规模化桑蚕养殖,最大程度为蚕桑养殖业减轻人力成本、降低生产风险、
创造最大经济效益,实现桑蚕养殖业的智能化、现代化转型升级。本发明经推广后具有良好
的经济效益和社会效益。
重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行
了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还
可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。