[發明專利]基于物聯網的灌溉系統及灌溉方法

在審

• 申請號: 202011265225.1
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112640769A
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 楊北方;李亞兵;雷亞平;熊世武;韓迎春;馮璐;王占彪;范正義;王國平;李小飛;邢芳芳;辛明華;杜文麗
• 申請（專利權）人: 中國農業科學院棉花研究所
• 主分類號: A01G25/16
• 分類號: A01G25/16
• 代理公司: 鄭州盈派知識產權代理事務所(普通合伙) 41196
• 代理人: 張曉輝;樊羿

本發明公開了一種基于物聯網的灌溉系統及灌溉方法，以解決現有的灌溉系統功耗大、不穩定、不精確的技術問題。本發明包括主控單元和采控節點，主控單元包括采集控制器和第一無線模塊，采控節點包括傳感器模塊、開關模塊、第二無線模塊，采集控制器和第一無線模塊通信連接，第一無線模塊和第二無線模塊通過LoRa無線網絡通訊連接，第二無線模塊與采控節點通信連接。本發明的有益技術效果在于：數據傳輸穩定，功耗低，監測數據精確。

技術領域

本發明涉及智能灌溉技術領域，具體涉及一種基于物聯網的灌溉系統及灌溉方法。

背景技術

智慧農業就是將物聯網技術運用到傳統農業中去，運用傳感器和軟件通過移動平臺或者電腦平臺對農業生產進行控制，集成應用計算機與網絡技術、物聯網技術、音視頻技術、3S技術、無線通信技術及專家智慧與知識，實現農業可視化遠程診斷、遠程控制、災變預警等智能管理。智慧農業是農業生產的高級階段，是集新興的互聯網、移動互聯網、云計算和物聯網技術為一體，依托部署在農業生產現場的各種傳感節點（環境溫濕度、土壤水分、二氧化碳、圖像等）和無線通信網絡實現農業生產環境的智能感知、智能預警、智能決策、智能分析、專家在線指導，為農業生產提供精準化種植、可視化管理、智能化決策。

但是，現有的智慧農業中關于灌溉這一環節，由于土地面積廣闊，需要布設多處傳感器，而傳感器和控制中心之間利用無線互聯網相連，不僅功耗比較大，而且信號不穩定，特別是農田又處于偏遠地區，通信質量就更難以保證。此外，現有的灌溉控制僅采集土壤濕度，當土壤濕度過低，則判定為缺水，然后啟動灌溉，但是這種僅依靠土壤濕度進行判斷的方式并不能完全反應實際情況，測量數據不夠精確，影響灌溉效果。

發明內容

本發明提供一種基于物聯網的灌溉系統及灌溉方法，以解決現有的灌溉系統功耗大、不穩定、不精確的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

設計一種基于物聯網的灌溉系統，包括主控單元和采控節點，主控單元包括采集控制器和第一無線模塊，采控節點包括傳感器模塊、開關模塊、第二無線模塊，采集控制器和第一無線模塊通信連接，第一無線模塊和第二無線模塊通過LoRa無線網絡通訊連接，第二無線模塊與采控節點通信連接。

進一步的，傳感器模塊包括模擬輸入/輸出端口和數字輸入/輸出端口。

進一步的，開關模塊包括光耦、三極管、繼電器，光耦的輸入端和第二無線模塊對應連接，三極管的基極與光耦的輸出端對應連接，三極管的集電極與繼電器的驅動端對應連接。

進一步的，第二無線模塊包括對應連接的控制單元和LoRa通訊芯片。

進一步的，采控節點還包括太陽能電池組件和穩壓模塊，穩壓模塊的輸入端與太陽能電池組的正極對應連接。

還設計一種基于物聯網的灌溉方法，利用前述基于物聯網的灌溉系統采集環境數據并計算作物水分脅迫指數，若該指數大于預設值，則開啟灌溉開關。

進一步的，作物水分脅迫指數的測定包括以下步驟：

（1）傳感器模塊獲取正常灌溉條件下作物冠層溫度（Tc）、充分灌溉條件下的作物冠層溫度（Tcl）、不進行灌溉條件下的作物冠層溫度（Tcu）、空氣溫度（Ta）和相對濕度（RH）以及大氣壓力（VP）；

（2）通過空氣濕度和大氣壓力計算飽和蒸氣壓SVP=100VP/RH；

（3）計算氣壓虧缺VPD=SVP-VP；

（4）計算dT= Tc- Ta、dTl= Tcl- Ta、dTu= Tcu- Ta；

（5）通過連續的數據監測以及回歸分析，可得出dTl = aVPD +b，dTu =cVPD + d，其中a、b、c、d為上述回歸分析確定的參數；

（6）將上述參數帶入作物水分脅迫指數公式CWSI = (dT - dTl) / (dTu - dTl)，可計算得出CWSI。