[发明专利]基于矩阵补全及神经网络PID的智能节水型喷洒系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于矩阵补全及神经网络PID的智能节水型喷洒系统及方法，喷洒系统包括节水器和总控终端，同一片土地区域均匀安装有多个节水器，多个节水器均通信连接总控终端，总控终端实现对多个节水器的控制；节水器包括湿度采集模块、单片机、无线通信模块、舵机和控水叶片；控水叶片安装在喷水管内，并与舵机的输出轴连接；单片机分别连接湿度采集模块、舵机，并通过无线通信模块与总控终端通信连接。本发明实施例提供的喷洒系统及方法，可以有效解决水资源浪费的问题，达到节水目的。

技术领域

本发明属于节水控制技术领域，具体涉及一种基于矩阵补全及神经网络PID的智能节水型喷洒系统及方法。

背景技术

因为大气阳光，风热的作用导致土壤一直在蒸发水分，有可能导致土壤湿度值迅速减小，使花朵，农作物生长得不到充分的水分，有时候却因为浇水太多使植物根茎泡发或者水资源浪费。而且如果是大面积的花房，可能存在多种植物共同生长，农作物混合培养(玉米-大豆)…的情况，那么每一种植物对应有不同的所需湿度值及生长条件，所以必须控制浇水量的差异性维持一个水资源-植物生长的平衡。传统浇水器只能采取统一浇水，“漫溉-灌溉”的浇水方式，既可能导致植物出现缺水情况，大多数情况会导致水资源的大量浪费，对于不同植物也不能达到因地制宜等诸多问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于矩阵补全及神经网络PID的智能节水型喷洒系统及方法，以解决现有技术中，传统浇水器采取“漫溉-灌溉”的浇水方式，导致水资源的大量浪费的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于矩阵补全及神经网络PID的智能节水型喷洒系统，包括节水器和总控终端，同一片土地区域均匀安装有多个节水器，多个所述节水器均通信连接所述总控终端，总控终端实现对多个节水器的控制；

所述节水器包括湿度采集模块、单片机、无线通信模块、舵机和控水叶片；所述控水叶片安装在喷水管内，并与所述舵机的输出轴连接；

所述单片机分别连接湿度采集模块、舵机，并通过无线通信模块与总控终端通信连接。

本发明实施例提供的另一个技术方案是：

一种基于矩阵补全及神经网络PID的智能节水型喷洒方法，包括如下步骤：

获取当前土地区域的湿度数据；

依据所述湿度数据构建原始矩阵，并将构建的原始矩阵可视化；

对可视化后的原始矩阵进行数据补全，得到优化后的最终补全矩阵；

将优化后的最终补全矩阵结果值输入BP神经网络进行模糊化处理，得到模糊化的最终补全矩阵数值；

利用得到模糊化的最终补全矩阵数值，输入融合了CMAC小脑神经网络的PID控制算法，用于节水器相关参数控制。

进一步的，获取当前土地区域的湿度数据后，先对所述湿度数据进行正确性检验，保证数据正确率在98％以上。

进一步的，正确性检验的方法是：

检测湿度数据是否有缺项漏项、是否存在NaN、+∞、-∞的数据；假如存在缺项漏项，以及NaN、+∞、-∞的数据，总控终端派发指令传输到对应的节水器，重新发送数据；

对应的节水器重新发送数据后，再次进行检验，随着检验次数的增加，数据正确率在98％以上时，认为所读取数据都是正确的。

进一步的，原始矩阵构建方法为：

将当前土地区域的长宽作为矩阵的行和列，对其一个顶点建立坐标系，将节水器的位置反映到坐标矩阵内，每一个坐标点由横坐标x、纵坐标y和特定数据z构成，z反映土壤湿度信息。

进一步的，对可视化后的原始矩阵进行数据补全的方法为：