[發明專利]一種基于模糊控制的物聯網智能灌溉施肥控制方法及系統

有效

• 申請號: 201410512737.1
• 申請日: 2014-09-29
• 公開（公告）號: CN104460582B
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 王永濤;張和喜;楊靜;雷薇;周琴慧
• 申請（專利權）人: 貴州省水利科學研究院
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 北京聯創佳為專利事務所(普通合伙)11362
• 代理人: 郭防

技術領域

本發明涉及一種基于模糊控制的物聯網智能灌溉施肥控制方法及系統，屬于農業灌溉施肥技術領域。

背景技術

“物聯網”在農業中的應用前景廣闊，但目前我國還處于起步階段，尤其在智能灌溉施肥方面，主要停留在監測與報表統計階段，沒有與相關控制設備進行聯動，未實現灌溉節水化與施肥節約化。

目前，農業灌溉存在水肥分離、水肥浪費嚴重、農業面源污染加劇等不足。專利CN102165876“智能節水灌溉施肥系統及方法”存在著使用技術要求高，沒有與現代控制方法相結合，未實現真正意義的科學決策和智能控制；同時，功能較為局限，控制管理方式單一，未融入物聯網技術，灌溉系統“建、管、養、用”困難，極大的制約了其應用范圍。

因此，針對以上問題，滿足灌溉施肥系統的整體需求，同時解決現有灌溉系統“建、管、養、用”一體化問題，智能化應用的普遍適用性以及易于擴展等問題便成為亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種基于模糊控制的物聯網智能灌溉施肥控制方法及系統，具備性能優良、功能完善、擴展性強、易于運行管理等特點，同時，采用模糊控制實現智能化管理和控制。

為解決上述技術問題，本發明采用如下的技術方案：

一種基于模糊控制的物聯網智能灌溉施肥控制方法，包括以下步驟：

(1)數據采集與處理：根據作物的需水規律和施肥配方，以及采集的土壤溫濕度、土壤養分、空氣溫濕度、風速、雨量、流量、水池水位和管網壓力數據，來設定土壤濕度、土壤養分和水池水位的限值以及灌溉施肥計劃時間(一般應早、晚灌溉，也可進行一定時間間隔的輪灌制度)，并存入數據庫中；

(2)智能控制：讀取數據庫中相應數據，采用模糊控制算法和水肥耦合模型對灌溉片區的灌溉閥門和施肥閥門進行智能控制；通過比較當前水池水位與設定的水池水位的限值，來對灌溉片區的水泵的啟停進行智能控制；通過比較灌溉管網的壓力實測值與管網限值，采用PID控制算法對灌溉片區的水泵進行調速控制。

前述的基于模糊控制的物聯網智能灌溉施肥控制方法中，所述模糊控制算法具體為：將土壤濕度的誤差和濕度誤差的變化分別作為二維模糊控制器的輸入和輸出變量，通過傳感器獲取濕度值并計算后，根據模糊控制規則進行模糊推理，最終得出模糊隸屬函數，得到合適的灌溉時間作為輸出量，實現模糊控制灌溉；

其中，設置土壤當前濕度值為r，作物當前所需濕度值為y，則輸入變量誤差e＝r-y，誤差變化率ec＝de/dt；輸出變量為電磁閥打開時間t，設置e的基本論域為[-8％,8％]，ec為[-2％,2％],時間t為[0,30]；設置e、ec和t相應的模糊變量分別為E、EC和T，E和EC的模糊集均為{NB,NM,NS,0,PS,PM,PB}，量化論域均為{-3,-2,-1,0,1,2,3}，T的模糊集為{0,PS,PM,PB}，量化論域為{0,1,2,3}，則量化因子分別為K1＝3/8＝0.375,K2＝3/2＝1.5，比例因子為K3＝30/3＝10；從而得到E、EC和T的模糊隸屬函數；

所述模糊控制規則由模糊條件ifandthen來表達，其中分別為E、EC、U的模糊子集。

前述的基于模糊控制的物聯網智能灌溉施肥控制方法中，所述水肥耦合模型具體為：

式中，Q是需灌水量，單位是L；x1是目標耦合濃度，單位是％。

前述的基于模糊控制的物聯網智能灌溉施肥控制方法中，若灌溉片區為水庫灌區，則采用灌溉管網輸配水模型對灌溉管網的輸送水進行控制，所述灌溉管網輸配水模型具體為：

(1)目標函數

選取全灌區作物的總產值最高和全灌區年運行費最小作為優化的目標函數，統一采用經濟量作為目標函數；

目標函數1：以全灌區作物的總產值最高為目標函數f₁(x_ij)；