[發明專利]一種基于物聯網和數據計算分析的農田灌溉系統

有效

• 申請號: 202110339913.6
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113039915B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 張保忠;于兆祥;鄭椏西
• 申請（專利權）人: 中慧高芯技術（山東）有限公司
• 主分類號: A01C23/04
• 分類號: A01C23/04;A01C23/00;G16Y10/05;G16Y20/10;G16Y40/30
• 代理公司: 青島致嘉知識產權代理事務所(普通合伙) 37236
• 代理人: 李淑花

1.一種基于物聯網和數據計算分析的農田灌溉系統，其特征是包括：

農田環境數據獲取單元，其包括光照強度傳感器、土壤濕度傳感器、土壤溫度傳感器；

執行單元，其包括水肥一體機（1）；水肥一體機（1）的進水端連接供水管路（7），水肥一體機（1）的輸水端連接配水管路（2），配水管路（2）鋪設在農田（5）中，供水管路（7）的前端連接水源；

主控單元（6），其與農田環境數據獲取單元以及執行單元通信連接；主控單元（6）通過預置的數據接口連接萬維網，并從網絡獲取農田（5）所在地區的天氣預報數據；

利用上述系統對農田灌溉的方法，包括以下步驟：

步驟1）光照強度傳感器實時采集光照強度P數據、土壤濕度傳感器實時采集土壤濕度SH數據、土壤溫度傳感器實時采集土壤溫度ST數據，并將采集得到的數據發送至主控單元（6）存儲；

步驟2）主控單元（6）內分別設定土壤濕度標準值SH0、土壤溫度標準值ST0以及各個時間節點的光照強度標準值P0、土壤濕度變化值K0、光照強度變化值K1、水庫允許取水水位Z0；

步驟3）主控單元（6）通過網絡下載未來10天的天氣預報數據并存儲；

步驟4）主控單元（6）選定上午9:30-10:30之間的某一時間點作為判定時間，依據該時間點的土壤濕度值SH、土壤溫度值ST、光照強度、未來天氣數據綜合判斷是否需要執行灌溉操作，當判定需要執行灌溉操作時，計算得出灌溉量，并向系統后臺或終端發送請求信息；

步驟5）系統后臺或終端接收到請求信息后，向主控單元（6）下發同意請求信息；

步驟6）主控單元（6）接收到同意請求信息后，向執行單元發送動作指令；

在步驟4）中判定是否需要灌溉的具體過程為：

步驟4.1）當實時土壤濕度SH遠小于土壤濕度標準值SH0、實測土壤溫度ST大于土壤溫度標準值ST0、實測光照強度P大于光照強度標準值P0并平穩增長、未來10天內的天氣均為正常時，此時判定需要執行灌溉操作；

步驟4.2）當實時土壤濕度SH大于土壤濕度標準值SH0、實測土壤溫度ST大于土壤溫度標準值ST0、未來10天內的天氣均為正常時，此時從主控單元（6）中調取近七日的土壤濕度數據，計算出從七日前至今日每日的土壤濕度平均值：SH1、SH2、SH3、SH4、SH5、SH6、SH7，繪制出近七日的土壤濕度變化曲線，計算出土壤濕度變化曲線的斜率，將計算結果與K0進行對比，若是該曲線的斜率小于K0，此時判定需要執行灌溉操作；

步驟4.3）當實時土壤濕度SH接近土壤濕度標準值SH0，且土壤溫度高于設定值，此時時間為下午2:00，從主控單元（6）中調取出今日的光照強度P，繪制出光照強度變化曲線，計算出10點時刻在光照強度變化曲線上的斜率，若是該斜率大與K1，此時判定需要執行灌溉操作；

步驟4.2中計算土壤濕度變化曲線的斜率的過程為：設土壤濕度變化曲線的解析式為y=kx+b，將SH1(x,y)和SH7(x,y)分別代入該解析式中，求出b值，然后將計算獲得的b值代入解析式y=kx+b中，然后再將該解析式求導，計算y′=k，得出相應的斜率；

步驟4.3中計算10點時刻在光照強度變化曲線上的斜率的計算過程為，從主控單元（6）中分別調取今日10:00的光照強度P10和今日下午2:00的光照強度P14，設光照強度變化曲線的解析式為y=a(x-h)2+k，將P10（x,y）和P14（h,k）代入該解析式中，求出a值，然后將P10（x,y）和計算獲得的a值代入y=a(x-h)2+k中，得到光照強度變化曲線的解析式y=a(x-h)2+k，然后再將該解析式求導，計算y′=2a(x-h)，得出今日10點時刻在光照強度變化曲線上的斜率。

2.根據權利要求1所述的基于物聯網和數據計算分析的農田灌溉系統，其特征是：所述水源包括水庫（3）和/或機井（4），水源中安裝水文監測單元，水文監測單元與主控單元（6）通信連接。

3.根據權利要求2所述的基于物聯網和數據計算分析的農田灌溉系統，其特征是：所述水文監測單元包括水質傳感器和水位傳感器。

4.根據權利要求3所述的基于物聯網和數據計算分析的農田灌溉系統，其特征是：所述光照強度傳感器和土壤濕度傳感器、土壤溫度傳感器均設置有多個并且分布安裝在農田（5）各處。