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本開發(fā)方案涉及農(nóng)業(yè)灌溉領(lǐng)域，尤其是一種基于采集到的土壤信息、氣象信息，通過作物灌溉用水需求模型計(jì)算后，能夠反饋調(diào)節(jié)用水信息進(jìn)行灌溉的智能灌溉管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在我國(guó)農(nóng)業(yè)用水約占用水總量的63%，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)灌溉模式水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，使得我國(guó)農(nóng)業(yè)用水的有效利用率僅為45%左右。我國(guó)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域由于水資源利用率低以及耕地管理效率低等問題，制約了農(nóng)業(yè)的發(fā)展。在灌溉期澆水全憑農(nóng)民的經(jīng)驗(yàn)和感覺，造成水資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，也使農(nóng)作物不能得到最佳的生長(zhǎng)環(huán)境，影響了農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。依靠人工進(jìn)行農(nóng)業(yè)管理，不僅工作效率低、工作量大，而且不能長(zhǎng)時(shí)間有效的進(jìn)行作物需水情況監(jiān)測(cè)，不利于灌溉的科學(xué)管理和先進(jìn)灌溉技術(shù)的推廣。
隨著我國(guó)水資源供需矛盾日益尖銳，農(nóng)業(yè)用水配額減少的問題日益突出，采用低能耗的以滴灌、噴灌、微灌為代表的自動(dòng)化節(jié)水灌溉技術(shù)得到了迅速推廣及應(yīng)用，農(nóng)業(yè)自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)由傳統(tǒng)的充分灌溉向非充分灌溉轉(zhuǎn)變。通過對(duì)灌區(qū)資源進(jìn)行自動(dòng)化控制和優(yōu)化配置，可以大大提高農(nóng)業(yè)灌溉用水的利用率，緩解我國(guó)水資源緊缺的現(xiàn)狀。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明提供一種智能灌溉管理系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，可根據(jù)不同土壤與氣候情況，針對(duì)不同種類農(nóng)作物的各生育階段，通過灌溉用水需求模型計(jì)算出需要灌水量，反饋調(diào)節(jié)用水信息進(jìn)行灌溉的智能灌溉管理系統(tǒng)。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種智能灌溉管理系統(tǒng)，其中，包括智能感知平臺(tái)、無(wú)線傳輸平臺(tái)、云數(shù)據(jù)中心和應(yīng)用管理平臺(tái);所述智能感知平臺(tái)包括數(shù)據(jù)采集控制器、LoRa傳輸模塊、數(shù)據(jù)采集模塊與控制終端模塊;所述數(shù)據(jù)采集模塊包括土壤墑情傳感器、土壤溫度傳感器、水位傳感器、氣象環(huán)境傳感器;所述控制終端模塊包括水泵和電磁閥，所述電磁閥為多個(gè)，所述多個(gè)電磁閥均與數(shù)據(jù)采集控制器無(wú)線連接;所述無(wú)線傳輸平臺(tái)包括GPRS網(wǎng)絡(luò)和4G網(wǎng)絡(luò);所述云數(shù)據(jù)中心包括云服務(wù)器、灌溉用水需求模型、作物需水預(yù)報(bào)與灌溉預(yù)報(bào);所述灌溉用水需求模型根據(jù)智能感知平臺(tái)中數(shù)據(jù)采集模塊采集到的土壤墑情、土壤溫度、水位、氣象信息自動(dòng)計(jì)算，發(fā)布作物需水預(yù)報(bào)與灌溉預(yù)報(bào);所述應(yīng)用管理平臺(tái)包括灌溉管理軟件和用戶終端，所述用戶終端包含PC端與手機(jī)端。
優(yōu)選的，所述智能感知平臺(tái)包括數(shù)據(jù)采集控制器、LoRa傳輸模塊、數(shù)據(jù)采集模塊與控制終端模塊;所述數(shù)據(jù)采集模塊用于采集不同深度土壤水分含量數(shù)據(jù)、不同深度土壤溫度數(shù)據(jù)、地下水位數(shù)據(jù)、大氣溫度、大氣濕度、實(shí)施風(fēng)速、光照強(qiáng)度等數(shù)據(jù);所述LoRa傳輸模塊將數(shù)據(jù)采集模塊采集到的數(shù)據(jù)信息通過LoRa技術(shù)無(wú)線傳輸至數(shù)據(jù)采集控制器。
優(yōu)選的，所述無(wú)線傳輸平臺(tái)將數(shù)據(jù)采集控制器收集到的數(shù)據(jù)，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)或4G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳輸至云數(shù)據(jù)中心中的云服務(wù)器。
優(yōu)選的，所述云服務(wù)器將通過無(wú)線傳輸平臺(tái)接收所述智能感知平臺(tái)采集到的信息，自動(dòng)輸入所述灌溉用水需求模型;所述灌溉用水需求模型根據(jù)接收到的信息和預(yù)設(shè)的作物參數(shù)生成灌溉預(yù)報(bào)，并傳輸至應(yīng)用管理平臺(tái)。
所述灌溉預(yù)報(bào)包括：預(yù)測(cè)土壤含水量θi隨時(shí)間的變化，當(dāng)土壤含水量下降到適宜含水量下限時(shí)，由土壤田間持水量與含水量下限值間的差結(jié)合作物計(jì)劃濕潤(rùn)層濕度，計(jì)算獲得作物單次灌溉需水量，即灌水定額;最后根據(jù)特定灌溉區(qū)域內(nèi)不同作物種植面積，計(jì)算獲得區(qū)域灌溉需水量。
所述作物單次灌溉需水量預(yù)測(cè)公式如下：
式中，II為各類作物單次灌溉需水量，單位：m3/畝;θf為田間持水量;θi為預(yù)測(cè)土壤含水量;γ為土壤容重，單位：g/cm3，根據(jù)實(shí)測(cè)獲取;Hi為特定生育階段內(nèi)計(jì)劃濕潤(rùn)層深度，單位：m，根據(jù)當(dāng)?shù)刈魑锕浪恪?/span>
所述預(yù)測(cè)土壤含水量θi的計(jì)算公式為：
式中，θi-1為上一時(shí)段土壤含水量;ETi-1為作物日耗水量(mm/d);Ri-1為計(jì)算時(shí)段內(nèi)有效降雨量(mm)，可用氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù);ΔW為計(jì)劃濕潤(rùn)層增加而增加的水量(mm)，根據(jù)已有研究成果結(jié)合當(dāng)?shù)刈魑锕浪?Fi-1為土壤深層滲漏量(mm)，取0;H為計(jì)劃濕潤(rùn)層深度(mm)，根據(jù)當(dāng)?shù)刈魑锕浪?γ為土壤容重，單位：g/cm3;Gi-1為作物利用地下水量。
優(yōu)選的，所述上一時(shí)段土壤含水量θi-1由計(jì)算機(jī)根據(jù)定點(diǎn)實(shí)測(cè)土壤墑情值與其對(duì)應(yīng)的影像像元屬性值擬合求出，計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)調(diào)用擬合函數(shù)得到擬和方程，選取相關(guān)系數(shù)R方最大的擬合函數(shù)進(jìn)行計(jì)算確定。
所述ETi-1為作物日耗水量是利用參考騰發(fā)量ET0和作物系數(shù)kc計(jì)算;所述ET0通過以下公式進(jìn)行計(jì)算：
優(yōu)選的，上述式中a、b、c均為待定系數(shù)，設(shè)置為可輸入變量;Tmax、Tmin分別為當(dāng)日最高、最低氣，從上述數(shù)據(jù)采集模塊采集的氣象環(huán)境傳感器中數(shù)據(jù);J為日序數(shù)，如1月12日，J=12;T為下一日平均溫度，從上述數(shù)據(jù)采集模塊采集的氣象環(huán)境傳感器中數(shù)據(jù)。
該方法創(chuàng)新性的將傳統(tǒng)的基于多個(gè)氣象參數(shù)的計(jì)算方法簡(jiǎn)化為只需輸入降水量、最高氣溫、最低氣溫三個(gè)參數(shù)，極大的減輕的灌溉預(yù)報(bào)中面臨的氣象參數(shù)獲取難、類型多、輸入工作量大等問題。
當(dāng)計(jì)算出的預(yù)測(cè)土壤含水量θi>土壤灌溉臨界點(diǎn)θk時(shí)，灌溉用水需求模型自動(dòng)判斷無(wú)需灌溉，則返回模型繼續(xù)監(jiān)測(cè)。當(dāng)計(jì)算出的預(yù)測(cè)土壤含水量θi<土壤灌溉臨界點(diǎn)θk時(shí)，灌溉用水需求模型自動(dòng)判斷需要灌溉，此時(shí)通過下述公式計(jì)算預(yù)測(cè)出區(qū)域灌溉需水量：
式中Wt為名稱為t的計(jì)算區(qū)域灌溉需水量;At為名稱為t的計(jì)算區(qū)域的面積，該面積通過遙感技術(shù)對(duì)區(qū)域作物種植結(jié)構(gòu)進(jìn)行目視解譯與監(jiān)督分類來(lái)計(jì)算，由計(jì)算機(jī)軟件自我學(xué)習(xí)、判斷確定;Ii為第i旬的灌溉水量。
優(yōu)選的，所述應(yīng)用管理平臺(tái)根據(jù)接收到的灌溉預(yù)報(bào)，由灌溉管理軟件生成相應(yīng)的灌溉策略，所述灌溉策略通過遠(yuǎn)程傳輸至數(shù)據(jù)采集控制器，再通過LoRa傳輸模塊傳輸至控制終端模塊，并且同時(shí)將灌溉策略發(fā)送至用戶終端，用戶可在PC端與手機(jī)端同時(shí)查看;控制終端模塊根據(jù)接收到的命令，打開或關(guān)閉水泵與電磁閥。
優(yōu)選的，控制終端模塊采用無(wú)線閥門控制器。所述無(wú)線閥門控制器包括控制器殼體，所述控制器殼體上設(shè)置有天線和支架，所述控制器殼體上設(shè)置有太陽(yáng)能電池板，所述控制器殼體內(nèi)設(shè)置有鋰電池、升壓模塊、儲(chǔ)能電路、閥門控制繼電器、DC-DC模塊、MCU和LoRa無(wú)線通信模塊，所述太陽(yáng)能電池板與鋰電池電連接，為所述鋰電池充電;所述鋰電池分別與所述升壓模塊和DC-DC模塊電連接，為所述升壓模塊和DC-DC模塊供電;所述升壓模塊、儲(chǔ)能電路、閥門控制繼電器依次電連接，所述閥門控制繼電器、LoRa無(wú)線通信模塊均與所述MCU電連接;所述天線與LoRa無(wú)線通信模塊連接。
所述灌溉管理軟件不僅可以根據(jù)智能感知平臺(tái)采集到的數(shù)據(jù)通過灌溉用水需求模型自動(dòng)生成灌溉策略，也可以通過用戶終端人工制定灌溉策略;所述人工制定灌溉策略包括水泵與電磁閥打開時(shí)間、開啟個(gè)數(shù)與灌水量。
本發(fā)明的有益效果為：
本發(fā)明提供一種智能灌溉管理系統(tǒng)，通過灌溉用水需求模型自動(dòng)生成最佳灌溉策略，能夠更加合理、科學(xué)的利用水資源，避免水資源浪費(fèi);本發(fā)明實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的智能灌溉，極大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)力和減低了勞動(dòng)成本。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)不同深度土壤水分、不同深度土壤溫度、地下水位、大氣溫度、大氣濕度、實(shí)施風(fēng)速、光照強(qiáng)度等數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與傳輸，不僅節(jié)省了人工實(shí)地測(cè)量的工作量，也保證了數(shù)據(jù)的連續(xù);通過將現(xiàn)場(chǎng)灌溉狀態(tài)上傳到互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，可以實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài);能夠人工制定灌溉策略，避免因數(shù)據(jù)采集或傳輸發(fā)生故障而不能進(jìn)行自動(dòng)灌溉的情況發(fā)生。
本發(fā)明提供了一種作物日耗水量ETi-1的計(jì)算方法，該方法公式所需輸入?yún)?shù)僅為當(dāng)日最高、最低氣溫與下一日平均溫度，這些數(shù)據(jù)都能可以從氣象站與天氣預(yù)報(bào)中簡(jiǎn)單獲取，簡(jiǎn)化原作物日耗水量通用公式—Penman-Montieth方程所需的參數(shù)種類與計(jì)算過程。該系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的土壤墑情、土壤溫度、氣象信息，遠(yuǎn)程傳輸至云服務(wù)器中，結(jié)合作物生長(zhǎng)需求，通過灌溉用水需求模型計(jì)算出需要灌水量，自動(dòng)制定澆灌策略，控制灌溉，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化澆灌。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明提供一種智能灌溉管理系統(tǒng)，包括智能感知平臺(tái)104、無(wú)線傳輸平臺(tái)103、云數(shù)據(jù)中心102和應(yīng)用管理平臺(tái)101;所述智能感知平臺(tái)包括數(shù)據(jù)采集控制器、LoRa傳輸模塊、數(shù)據(jù)采集模塊與控制終端模塊;所述數(shù)據(jù)采集模塊包括土壤墑情傳感器、土壤溫度傳感器、水位傳感器、氣象環(huán)境傳感器;所述控制終端模塊包括水泵和電磁閥，所述電磁閥為多個(gè)，所述多個(gè)電磁閥均與數(shù)據(jù)采集控制器無(wú)線連接;所述無(wú)線傳輸平臺(tái)包括GPRS網(wǎng)絡(luò)和4G網(wǎng)絡(luò);所述云數(shù)據(jù)中心包括云服務(wù)器、灌溉用水需求模型、作物需水預(yù)報(bào)與灌溉預(yù)報(bào);所述灌溉用水需求模型根據(jù)智能感知平臺(tái)中數(shù)據(jù)采集模塊采集到的土壤墑情、土壤溫度、水位、氣象信息自動(dòng)計(jì)算，發(fā)布作物需水預(yù)報(bào)與灌溉預(yù)報(bào);所述應(yīng)用管理平臺(tái)包括灌溉管理軟件和用戶終端，所述用戶終端包含PC端與手機(jī)端。
智能感知平臺(tái)包括數(shù)據(jù)采集控制器、LoRa傳輸模塊、數(shù)據(jù)采集模塊與控制終端模塊;所述數(shù)據(jù)采集模塊用于采集不同深度土壤水分含量數(shù)據(jù)、不同深度土壤溫度數(shù)據(jù)、地下水位數(shù)據(jù)、大氣溫度、大氣濕度、實(shí)施風(fēng)速、光照強(qiáng)度等數(shù)據(jù);所述LoRa傳輸模塊將數(shù)據(jù)采集模塊采集到的數(shù)據(jù)信息通過LoRa技術(shù)無(wú)線傳輸至數(shù)據(jù)采集控制器。
在一個(gè)實(shí)施例中，無(wú)線傳輸平臺(tái)將數(shù)據(jù)采集控制器收集到的數(shù)據(jù)，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)或4G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳輸至云數(shù)據(jù)中心中的云服務(wù)器。
在一個(gè)實(shí)施例中，云服務(wù)器將通過無(wú)線傳輸平臺(tái)接收所述智能感知平臺(tái)采集到的信息，自動(dòng)輸入所述灌溉用水需求模型;所述灌溉用水需求模型根據(jù)接收到的信息和預(yù)設(shè)的作物參數(shù)生成灌溉預(yù)報(bào)，并傳輸至應(yīng)用管理平臺(tái)。
所述灌溉預(yù)報(bào)包括：預(yù)測(cè)土壤含水量θi隨時(shí)間的變化，當(dāng)土壤含水量下降到適宜含水量下限時(shí)，由土壤田間持水量與含水量下限值間的差結(jié)合作物計(jì)劃濕潤(rùn)層濕度，計(jì)算獲得作物單次灌溉需水量，即灌水定額;最后根據(jù)特定灌溉區(qū)域內(nèi)不同作物種植面積，計(jì)算獲得區(qū)域灌溉需水量。
所述作物單次灌溉需水量預(yù)測(cè)公式如下：
式中，II為各類作物單次灌溉需水量，單位：m3/畝;θf為田間持水量;θi為預(yù)測(cè)土壤含水量;γ為土壤容重，單位：g/cm3，根據(jù)實(shí)測(cè)獲取;Hi為特定生育階段內(nèi)計(jì)劃濕潤(rùn)層深度，單位：m，根據(jù)當(dāng)?shù)刈魑锕浪恪?/span>
所述預(yù)測(cè)土壤含水量θi的計(jì)算公式為：
式中，θi-1為上一時(shí)段土壤含水量;ETi-1為作物日耗水量(mm/d);Ri-1為計(jì)算時(shí)段內(nèi)有效降雨量(mm)，可用氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù);ΔW為計(jì)劃濕潤(rùn)層增加而增加的水量(mm)，根據(jù)已有研究成果結(jié)合當(dāng)?shù)刈魑锕浪?Fi-1為土壤深層滲漏量(mm)，取0;H為計(jì)劃濕潤(rùn)層深度(mm)，根據(jù)當(dāng)?shù)刈魑锕浪?γ為土壤容重，單位：g/cm3;Gi-1為作物利用地下水量。
優(yōu)選的，所述上一時(shí)段土壤含水量θi-1由計(jì)算機(jī)根據(jù)定點(diǎn)實(shí)測(cè)土壤墑情值與其對(duì)應(yīng)的影像像元屬性值擬合求出，計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)調(diào)用擬合函數(shù)得到擬和方程，選取相關(guān)系數(shù)R方最大的擬合函數(shù)進(jìn)行計(jì)算確定。
該方法借助遙感手段結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算區(qū)域范圍內(nèi)不同計(jì)算單元土壤墑情變化情況。系統(tǒng)使用Landsat8的相關(guān)波段柵格數(shù)據(jù)來(lái)獲取系統(tǒng)所需的灌區(qū)的初始土壤含水率的信息，然后將衛(wèi)星影像進(jìn)行輻射校正、大氣校正和圖像增強(qiáng)、數(shù)據(jù)融合等操作，來(lái)消除衛(wèi)星成像過程中受到的影響、提高影像分辨率，如衛(wèi)星速度變化、大氣與地物反射與發(fā)射電磁波的相互作用、隨機(jī)噪聲、可見光波段與全色波段融合等。經(jīng)過對(duì)所得的衛(wèi)星圖像的處理后，由影像的相關(guān)波段計(jì)算區(qū)域的歸一化植被指數(shù)(NDVI)，再由歸一化植被指數(shù)計(jì)算溫度植被干旱指數(shù)(TVDI)，建立TVDI與實(shí)地監(jiān)測(cè)土壤含水率兩者之間的相關(guān)關(guān)系。
通過衛(wèi)星影像獲取的灌區(qū)當(dāng)前土壤含水率的柵格數(shù)據(jù)是由一個(gè)個(gè)的像元組成，像元的大小取決于影像的分辨率，每一個(gè)像元代表組成灌區(qū)的一塊面積，因?yàn)楝F(xiàn)在Landsat8的分辨率可以達(dá)到15m，所以假定每一個(gè)像元內(nèi)的當(dāng)前土壤含水率是一樣的，這樣每一個(gè)像元為一基本計(jì)算單元，相當(dāng)于對(duì)灌區(qū)進(jìn)行離散化，即單元格剖分。然后進(jìn)行單元特性分析，即通過衛(wèi)星影像柵格數(shù)據(jù)可以知道像元內(nèi)當(dāng)前土壤含水率。
所述ETi-1為作物日耗水量是利用參考騰發(fā)量ET0和作物系數(shù)kc計(jì)算。本發(fā)明為減輕模型使用人員的工作量，將ET0預(yù)測(cè)模型及作物系數(shù)、土壤系數(shù)的計(jì)算和預(yù)測(cè)方法帶入Penman-Montieth方程，可確定出參考騰發(fā)量ET0的計(jì)算模型。所述ET0通過以下公式進(jìn)行計(jì)算：
優(yōu)選的，上述式中a、b、c均為待定系數(shù)，設(shè)置為可輸入變量;Tmax、Tmin分別為當(dāng)日最高、最低氣，從上述數(shù)據(jù)采集模塊采集的氣象環(huán)境傳感器中數(shù)據(jù);J為日序數(shù)，如1月12日，J=12;T為下一日平均溫度，從上述數(shù)據(jù)采集模塊采集的氣象環(huán)境傳感器中數(shù)據(jù)。
當(dāng)計(jì)算出的預(yù)測(cè)土壤含水量θi>土壤灌溉臨界點(diǎn)θk時(shí)，灌溉用水需求模型自動(dòng)判斷無(wú)需灌溉，則返回模型繼續(xù)監(jiān)測(cè)。當(dāng)計(jì)算出的預(yù)測(cè)土壤含水量θi<土壤灌溉臨界點(diǎn)θk時(shí)，灌溉用水需求模型自動(dòng)判斷需要灌溉，此時(shí)通過下述公式計(jì)算預(yù)測(cè)出區(qū)域灌溉需水量：
式中Wt為名稱為t的計(jì)算區(qū)域灌溉需水量;At為名稱為t的計(jì)算區(qū)域的面積，該面積通過遙感技術(shù)對(duì)區(qū)域作物種植結(jié)構(gòu)進(jìn)行目視解譯與監(jiān)督分類來(lái)計(jì)算，由計(jì)算機(jī)軟件自我學(xué)習(xí)、判斷確定;Ii為第i旬的灌溉水量。
應(yīng)用管理平臺(tái)根據(jù)接收到的灌溉預(yù)報(bào)，由灌溉管理軟件生成相應(yīng)的灌溉策略，所述灌溉策略通過遠(yuǎn)程傳輸至數(shù)據(jù)采集控制器，再通過LoRa傳輸模塊傳輸至控制終端模塊，并且同時(shí)將灌溉策略發(fā)送至用戶終端，用戶可在PC端與手機(jī)端同時(shí)查看;控制終端模塊根據(jù)接收到的命令，打開或關(guān)閉水泵與電磁閥。
灌溉管理軟件不僅可以根據(jù)智能感知平臺(tái)采集到的數(shù)據(jù)通過灌溉用水需求模型自動(dòng)生成灌溉策略，也可以通過用戶終端人工制定灌溉策略;所述人工制定灌溉策略包括水泵與電磁閥打開時(shí)間、開啟個(gè)數(shù)與灌水量。
本發(fā)明的智能感知平臺(tái)通過土壤墑情傳感器、土壤溫度傳感器、水位傳感器采集墑情、溫度和水位信息，氣象環(huán)境傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)的氣象環(huán)境信息，由數(shù)據(jù)采集控制器控制土壤墑情傳感器、土壤溫度傳感器、水位傳感器和氣象環(huán)境傳感器進(jìn)行信息的采集，采集到的信息通過LoRa傳輸模塊傳輸至數(shù)據(jù)采集控制器。通過無(wú)線傳輸平臺(tái)的GPRS網(wǎng)絡(luò)、4G網(wǎng)絡(luò)等將信息發(fā)送給云數(shù)據(jù)中心的云服務(wù)器，云數(shù)據(jù)中心根據(jù)采集到的信息和預(yù)設(shè)的灌溉用水需求模型生成作物需水預(yù)報(bào)和灌溉預(yù)報(bào)，并傳輸給灌溉管理軟件，由灌溉管理軟件生成相應(yīng)的灌溉策略，由智能終端控制灌溉管理軟件根據(jù)灌溉策略打開或關(guān)閉電磁閥，通過電磁閥的打開或關(guān)閉控制水泵的澆灌。
如圖2-圖8所示，在一個(gè)實(shí)施例中，控制終端模塊采用無(wú)線閥門控制器。無(wú)線閥門控制器包括控制器殼體1、太陽(yáng)能電池板2、天線3和支架4，控制器殼體1上設(shè)置有天線3、支架4和太陽(yáng)能電池板2，控制器殼體1內(nèi)設(shè)置有鋰電池、升壓模塊、儲(chǔ)能電路、閥門控制繼電器、DC-DC模塊、MCU和LoRa無(wú)線通信模塊，太陽(yáng)能電池板2與鋰電池電連接，為所述鋰電池充電;鋰電池分別與升壓模塊和DC-DC模塊電連接，為升壓模塊和DC-DC模塊供電;升壓模塊、儲(chǔ)能電路、閥門控制繼電器依次電連接，閥門控制繼電器、LoRa無(wú)線通信模塊均與所述MCU電連接;天線3與LoRa無(wú)線通信模塊連接。支架4上設(shè)置有連接脈沖閥的接線孔5，支架為圓柱體金屬支架，在支架上設(shè)置有防腐涂層。
如圖4所示，MCU為STM8L152C8T6芯片。如圖7、圖8所示，閥門控制繼電器包括1路脈沖閥電路和2路脈沖閥電路。1路脈沖閥電路包括電容C16、二極管D5、繼電器S1、電阻R15、R13、三極管Q2、電阻R17、電阻R19、三極管Q4、二極管D7、D9、D11、繼電器S3，電容C16的陰極接地、陽(yáng)極接二極管D5的負(fù)極，電容C16、二極管D5的負(fù)極和繼電器S1的線圈共同接12V電壓，二極管D5的正極、繼電器S1共同連接到三極管Q2的集電極上，電阻R15一端接地，另一端與電阻R13共同連接到三極管Q2的基極，電阻R13另一端接MCU的H2+信號(hào)線，三極管Q2的發(fā)射極接地。二極管D7的正極接地，負(fù)極接繼電器S1的常閉開關(guān)，繼電器S1的常閉開關(guān)接地;繼電器S1的常開開關(guān)接12V電壓。二極管D9的正極接地，負(fù)極接繼電器S3的常閉開關(guān)，繼電器S3的常閉開關(guān)接地，常開開關(guān)接12V電壓。二極管D11的負(fù)極與繼電器S1的線圈共同連接至12V電壓，二極管D11與繼電器S1并聯(lián)，二極管D11的正極接三極管Q4的集電極，三極管Q4的發(fā)射極接地，基極分別連接電阻R17、R19的一端，電阻R17的另一端接MCU的H2-信號(hào)端，電阻R19的另一端接地。
2路脈沖閥電路包括二極管D6、繼電器S2、電阻R14、R16、三極管Q3、電阻R18、電阻R20、三極管Q5、二極管D8、D10、D12、繼電器S4。電阻R14一端連接H1+信號(hào)端，另一端分別連接電阻R16的一端和三極管Q3的基極，電阻R16另一端和三極管Q3的發(fā)射極接地。三極管Q3的集電極與繼電器S2的線圈連接，二極管D6與繼電器S2并聯(lián)，二極管D6的負(fù)極接12V電壓，繼電器S2的常開開關(guān)接12V電壓，常閉開關(guān)分別接地和二極管D8的負(fù)極，二極管D8的正極接地。二極管D12與繼電器S4并聯(lián)，二極管D12的負(fù)極接12V電壓，二極管D12的正極接三極管Q5的集電極，三極管Q5的發(fā)射極接地，基極分別接電阻R18和R20的一端，電阻R18的另一端接H1-信號(hào)端，電阻R20的另一端接地。繼電器S4的常開開關(guān)接12V電壓，常閉開關(guān)接地。電阻D10的負(fù)極接繼電器S4的常閉開關(guān)，正極接地。
無(wú)線閥門控制器的LoRa無(wú)線通信模塊將接收到的信號(hào)解析后送MCU，MCU處理后下發(fā)開或關(guān)閥的指令，這時(shí)候后面的升壓、儲(chǔ)能、繼電器等電路協(xié)同工作發(fā)出正/反向的脈沖從而控制脈沖閥工作。在正常工作狀態(tài)下，用戶可根據(jù)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過控制中心下發(fā)控制命令，由無(wú)線閥門控制器控制閥門的打開和關(guān)閉，當(dāng)無(wú)線閥門控制器在成功執(zhí)行完控制命令后會(huì)返回閥門的工作狀態(tài)，若控制中心在10秒左右沒有接收到設(shè)備的返回命令，則說(shuō)明命令未能成功執(zhí)行，這時(shí)可再次下發(fā)命令。無(wú)線閥門控制器在正常狀態(tài)下會(huì)通過LoRa無(wú)線通信模塊定時(shí)上傳實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)和閥門狀態(tài)。
本發(fā)明大大優(yōu)化了現(xiàn)有灌溉系統(tǒng)架構(gòu)，極大節(jié)省了硬件成本的投入，在每個(gè)灌溉節(jié)點(diǎn)設(shè)置對(duì)應(yīng)的電磁閥，通過水泵的入口處的電磁閥實(shí)現(xiàn)智能灌溉。通過氣象環(huán)境傳感器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，制定系統(tǒng)科學(xué)的灌溉方案。通過將現(xiàn)場(chǎng)各傳感器采集到的數(shù)據(jù)以及灌溉狀態(tài)上傳到互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，可以實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)通過灌溉用水需求模型，生成作物需水預(yù)報(bào)和灌溉預(yù)報(bào)，判斷是否進(jìn)行灌溉，以及計(jì)算灌溉強(qiáng)度是多大。本發(fā)明的灌溉預(yù)報(bào)包括灌溉啟動(dòng)時(shí)間，灌溉時(shí)間，灌溉次數(shù)，水量等。
本發(fā)明的整個(gè)灌溉控制過程在應(yīng)用管理平臺(tái)上通過移動(dòng)終端上的灌溉管理軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，通過無(wú)線方式遠(yuǎn)程對(duì)電磁閥和數(shù)據(jù)采集控制器進(jìn)行控制，利用無(wú)線傳輸平臺(tái)在云服務(wù)器上進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)田間氣象參數(shù)和灌溉參數(shù)的實(shí)時(shí)采集。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
