CN105446196B - 一种具有实时监控功能的智能喷淋系统及其控制方法 - Google Patents
一种具有实时监控功能的智能喷淋系统及其控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明的目的是提供一种具有实时监控功能的智能喷淋系统及控制方法，该系统包括数据库、主控中心、土壤检测装置、天气预报获取装置及喷淋装置；所述土壤检测装置用于检测土壤的温度、湿度及类型；所述天气预报获取装置用于获取当前的天气；所述土壤检测装置、天气预报获取装置将检测的数据通过物联网上传至主控中心,再由主控中心上传至数据库；所述主控中心对数据进行分析,选择喷淋方案。该喷淋系统具有高性能、高并发、实时处理、环境监控、远程控制喷淋、自动喷淋灯功能。该系统通过自动根据天气，土壤温度、湿度、历史土壤环境参数等参数进行控制，达到高效合理的自动喷淋，节约水资源等目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种喷淋装置，具体涉及一种具有实时监控功能的智能喷淋系统及其控制方法。
背景技术
物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。其英文名称是：“Internet of things（IoT）”。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思：其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新2.0是物联网发展的灵魂。
基本原理：利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人员和物等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。物联网是互联网的延伸，它包括互联网及互联网上所有的资源，兼容互联网所有的应用，但物联网中所有的元素（所有的设备、资源及通信等）都是个性化和私有化。
智能家居是在互联网的影响之下物联化体现。智能家居通过物联网技术将家中的各种设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，提供全方位的信息交互功能，甚至为各种能源费用节约资金。
分布式资源共享服务器就是指数据和程序可以不位于一个服务器上，而是分散到多个服务器，以网络上分散分布的地理信息数据及受其影响的数据库操作为研究对象的一种理论计算模型服务器形式。分布式有利于任务在整个计算机系统上进行分配与优化，克服了传统集中式系统会导致中心主机资源紧张与响应瓶颈的缺陷。
通信协议（communications protocol）是指双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。协议定义了数据单元使用的格式，信息单元应该包含的信息与含义，连接方式，信息发送和接收的时序，从而确保网络中数据顺利地传送到确定的地方。
以智能家居为例，基于特定的通讯协议，将大量的智能设备连入网络从而连入服务端、大量的APP连入服务器，用户在手机端上简单的使用APP就能够查看与控制设备，实现三端结合。
面对巨量的设备与大量的APP，服务器必须在极短的时间内响应操作请求、收集存储大量的信息，对应用服务器的高并发性能及数据库的高并发、海量存储提出了苛刻的要求。
面对大规模的数据进行挖掘、分析及统计，提供决策的参考依据，为自动化服务提供基础，必须解决服务端的大规模计算问题。
面对服务器有可能出现故障，必须具备相应的容错措施，减少因为一些个别服务器故障造成的整个系统的概率，对整个服务器的系统提出了尽可能的避免出现单点故障的要求。
设备与服务器之间的通信协议应满足：1、安全性，防止数据被轻易获取、伪造及篡改。2、兼容性，协议改动后的向前兼容性。3、尽可能的高性能，减低设备的要求及服务器的性能损耗。4、可读性高，方便调试。
发明内容
为解决传统的喷淋方式需要人工进行操作，具有一定得延迟性和无法进行准确的控制喷水量来给植物提供适宜的环境，且无法监控当前的土壤环境的问题。本发明提供一种智能喷淋系统，实现远程控制喷淋、自动实现喷淋、对土壤环境实时监控等自动化管理功能，具有高效、无需人工干预，且合理喷淋的优点。
本发明采用以下技术方案实现：一种具有实时监控功能的智能喷淋系统,其特征在于：包括数据库、主控中心、土壤检测装置、天气预报获取装置及喷淋装置；所述土壤检测装置用于检测土壤的温度、湿度及类型；所述天气预报获取装置用于获取当前的天气及当前空气湿度；所述土壤检测装置、天气预报获取装置将检测的数据通过物联网上传至主控中心,再由主控中心上传至数据库；所述主控中心对数据进行分析,选择喷淋方案。
进一步的，所述喷淋方案包括省水模式、普通模式、水分充足模式。
进一步的，天气预报获取装置事先获取天气预报及当前空气湿度，并行计算自动喷淋时间，并在计算完成之后主动推送至喷淋装置，喷淋装置到自动喷淋时间进行自动喷淋。
进一步的，所述主控中心包括中心服务器、设备服务器集群、消息服务器集群、Web服务器集群、APP服务器集群、移动终端及PC设备；所述中心服务器用于接收移动终端、PC设备、土壤检测装置及天气预报获取装置上传的数据和操作请求；所述中心服务器经负载均衡向设备服务器集群、Web服务器集群及APP服务器集群发送请求；设备服务器集群将设备变化通知发送至消息服务器集群；消息服务器集群将消息转发至Web服务器集群及APP服务器集群； Web服务器集群向消息服务器集群发送PC设备浏览器操作；APP服务器集群向向消息服务器集群发送移动终端设备APP操作；Web服务器集群、APP服务器集群、设备服务器集群上传、查询时直接向数据库发起数据库操作。
本发明还提供一种基于上述的具有实时监控功能的智能喷淋系统的控制方法,其特征在于：步骤S1：数据库存储有当前区域种植的植物类型；步骤S2：所述土壤检测装置用于检测土壤的温度、湿度及类型；所述天气预报获取装置用获取当前的天气及当前空气湿度，并将检测的数据通过物联网上传至主控中心，再由主控中心上传至数据库；步骤S3：主控中心根据该区域的植物类型及当前天气、土壤选择对应的喷淋方案进行智能喷淋；所述喷淋方案包括省水模式、普通模式、水分充足模式，三种模式由用户通过本系统配套的app应用进行设置，省水模式取相对湿度的最小值，普通模式取相对湿度的均值，水分充足模式取相对湿度的最大值，相对湿度由土壤的实时绝对湿度除土壤类型的持水率得到；步骤S4：主控中心将当前土壤、天气数据与历史数据进行比对，如果当前数据与历史数据的偏差值超过预先设定的阈值，所述主控中心发出预警，工作人员及时防涝或防旱。
进一步的，还包括步骤S5：天气预报获取装置事先获取天气预报，并行计算自动喷淋时间，并在计算完成之后主动推送至喷淋装置，喷淋装置到自动喷淋时间进行自动喷淋。
进一步的，淋时间计算包括以下步骤：步骤S51：检测单位时间喷水对土壤湿度的改变量HC：喷淋装置的水阀安装完成、上电、连接主控中心；主控中心与土壤检测装置绑定、连接；土壤检测装置及天气预报获取装置上电，主控中心接收土壤检测装置、天气预报获取装置传过来的土壤湿度H与空气温度T；如果H超过植物所需水份的最大值，则此次先不检测；如果H小于植物所需水份的最大值，则控制喷淋装置先喷2分钟，5分钟渗透时间之后再检测土壤湿度值；再喷2分钟，再过5分钟渗透时间后再检测土壤湿度值；重复三次，求得单位时间喷水对土壤湿度的改变量；植物所需水份的最大值根据历史经验获得，由主控中心预先设置存储；步骤S52：喷淋装置一天喷水两次，即早上7:00、晚上19:00各一次，土壤检测装置、天气预报获取装置一天检测四次，检测时间分别为：1:00,7:00,13:00,19:00；土壤湿度与空气温度，由上一次喷水前的湿度值HU到这一次喷水前的湿度值HD及上一次的喷水量HC*TS可以求得该段时间TS水的蒸发湿度量HSUM,其中：HSUM = HC * TS + HU – HD；其中19:00的喷淋量满足HR即可，喷淋时间T1=(HR-HSUM)/HC,7：00的喷淋量分两种情况：A:没有历史数据HD，喷淋时间=T1;B：有历史数据 HD，喷淋时间=T1+T2，其中T2=HSUM/12HR * 50%,若预报有降雨，只执行（T1+T2）的50%；步骤S53：整个喷淋模式可分成三种状态：根据HR的范围分别取最大值，均值和最小值，最小值就是省水模式，在省水模式下直接喷淋T1的时间，不区分是否有历史数据HD和白天黑夜，在普通模式和水分充足模式下使用上述的B算法。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：具有高性能、高并发的喷淋系统，本系统可管理维护百万级甚至千万级的喷淋设备，并使其能高效、稳定的工作；
服务器可实时、高并发、高性能的处理大量设备的命令，以及控制端的命令，并且可实时的让控制端显示设备状态的改变；
当大量喷淋设备连接在服务器时，服务器仍然可以提供高效、高性能、高并发的服务，系统会事先获取天气预报，并行计算自动喷淋时间，并在计算完成之后主动推送至喷淋设备，通知喷淋设备进行喷淋；
自动喷淋系统会获取当前的天气情况、土壤的温度、湿度、以及土壤的历史温度、湿度等参数进行合理的计算喷淋时间以及喷淋次数，最高效的合理利用水资源；
各种土壤的湿度变化值，喷淋设备可自动检测并获取以及自动检测土壤湿度的变化量，系统会自动根据土壤的类型和植物的类型选择对应的喷水模式（最省水模式，普通模式，水分充足模式）进行智能喷淋。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明一实施例的主控中心的结构示意图。
图3为本发明的流程示意图。
图4为本发明一实施例的自动喷淋时间计算流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
参见图1，一种具有实时监控功能的智能喷淋系统,其特征在于：包括数据库、主控中心、土壤检测装置、天气预报获取装置及喷淋装置；所述土壤检测装置用于检测土壤的温度、湿度及类型；所述天气预报获取装置用于获取当前的天气及当前空气湿度；所述土壤检测装置、天气预报获取装置将检测的数据通过物联网上传至主控中心,再由主控中心上传至数据库；所述主控中心对数据进行分析,选择喷淋方案。
所述喷淋方案包括省水模式、普通模式、水分充足模式。
天气预报获取装置事先获取天气预报及当前空气湿度，并行计算自动喷淋时间，并在计算完成之后主动推送至喷淋装置，喷淋装置到自动喷淋时间进行自动喷淋。
参见图2，所述主控中心包括中心服务器、设备服务器集群、消息服务器集群、Web服务器集群、APP服务器集群、移动终端及PC设备；所述中心服务器用于接收移动终端、PC设备、土壤检测装置及天气预报获取装置上传的数据和操作请求；所述中心服务器经负载均衡向设备服务器集群、Web服务器集群及APP服务器集群发送请求；设备服务器集群将设备变化通知发送至消息服务器集群；消息服务器集群将消息转发至Web服务器集群及APP服务器集群； Web服务器集群向消息服务器集群发送PC设备浏览器操作；APP服务器集群向向消息服务器集群发送移动终端设备APP操作；Web服务器集群、APP服务器集群、设备服务器集群上传、查询时直接向数据库发起数据库操作。
本发明还提供一种基于上述的具有实时监控功能的智能喷淋系统的控制方法,具体流程图参见图3。该方法包括以下步骤：步骤S1：数据库存储有当前区域种植的植物类型；步骤S2：所述土壤检测装置用于检测土壤的温度、湿度及类型；所述天气预报获取装置用获取当前的天气及当前空气湿度，并将检测的数据通过物联网上传至主控中心，再由主控中心上传至数据库；步骤S3：主控中心根据该区域的植物类型及当前天气、土壤选择对应的喷淋方案进行智能喷淋；所述喷淋方案包括省水模式、普通模式、水分充足模式，三种模式由用户通过本系统配套的app应用进行设置，省水模式取相对湿度的最小值，普通模式取相对湿度的均值，水分充足模式取相对湿度的最大值，相对湿度由土壤的实时绝对湿度除土壤类型的持水率得到；步骤S4：主控中心将当前土壤、天气数据与历史数据进行比对，如果当前数据与历史数据的偏差值超过预先设定的阈值，所述主控中心发出预警，工作人员及时防涝或防旱。
进一步的，还包括步骤S5：天气预报获取装置事先获取天气预报及当前空气湿度，并行计算自动喷淋时间，并在计算完成之后主动推送至喷淋装置，喷淋装置到自动喷淋时间进行自动喷淋。
本发明一实施例的自动喷淋时间计算流程示意图参见图4。进一步的，淋时间计算包括以下步骤：步骤S51：检测单位时间喷水对土壤湿度的改变量HC：喷淋装置的水阀安装完成、上电、连接主控中心；主控中心与土壤检测装置绑定、连接；土壤检测装置及天气预报获取装置上电，主控中心接收土壤检测装置、天气预报获取装置传过来的土壤湿度H与空气温度T；如果H超过植物所需水份的最大值，则此次先不检测；如果H小于植物所需水份的最大值，则控制喷淋装置先喷2分钟，5分钟渗透时间之后再检测土壤湿度值；再喷2分钟，再过5分钟渗透时间后再检测土壤湿度值；重复三次，求得单位时间喷水对土壤湿度的改变量；植物所需水份的最大值根据历史经验获得，由主控中心预先设置存储；步骤S52：喷淋装置一天喷水两次，即早上7:00、晚上19:00各一次，土壤检测装置、天气预报获取装置一天检测四次，检测时间分别为：1:00,7:00,13:00,19:00；土壤湿度与空气温度，由上一次喷水前的湿度值HU到这一次喷水前的湿度值HD及上一次的喷水量HC*TS可以求得该段时间TS水的蒸发湿度量HSUM,其中：HSUM = HC * TS + HU – HD；其中19:00的喷淋量满足HR即可，喷淋时间T1=(HR-HSUM)/HC,7：00的喷淋量分两种情况：A:没有历史数据HD，喷淋时间=T1;B：有历史数据 HD，喷淋时间=T1+T2，其中T2=HSUM/12HR * 50%,若预报有降雨，只执行（T1+T2）的50%；步骤S53：整个喷淋模式可分成三种状态：根据HR的范围分别取最大值，均值和最小值，最小值就是省水模式，在省水模式下直接喷淋T1的时间，不区分是否有历史数据HD和白天黑夜，在普通模式和水分充足模式下使用上述的B算法。
综上所述，虽然本发明以一较佳实施例公开如上，然其并非用于限定本发明，任何本技术领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，进行的各种变动与修改，均应涵盖在本发明的保护范围内，因此本发明的保护范围当视所提出的权利要求限定的范围为准。
Claims (2)
1.一种具有实时监控功能的智能喷淋系统的控制方法,提供一具有实时监控功能的智能喷淋系统,其包括数据库、主控中心、土壤检测装置、天气预报获取装置及喷淋装置；
其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：数据库存储有当前区域种植的植物类型；
步骤S2：所述土壤检测装置用于检测土壤的温度、湿度及类型；所述天气预报获取装置用获取当前的天气及当前空气湿度，并将检测的数据通过物联网上传至主控中心，再由主控中心上传至数据库；
步骤S3：主控中心根据智能喷淋系统所在区域的植物类型及当前天气、土壤选择对应的喷淋方案进行智能喷淋；所述喷淋方案包括省水模式、普通模式、水分充足模式，三种模式由用户通过本系统配套的app应用进行设置，省水模式取相对湿度的最小值，普通模式取相对湿度的均值，水分充足模式取相对湿度的最大值，相对湿度由土壤的实时绝对湿度除土壤类型的持水率得到；
步骤S4：主控中心将当前土壤、天气数据与历史数据进行比对，如果当前数据与历史数据的偏差值超过预先设定的阈值，所述主控中心发出预警，工作人员及时防涝或防旱；
还包括步骤S5：天气预报获取装置事先获取天气预报及当前空气湿度，并行计算自动喷淋时间，并在计算完成之后主动推送至喷淋装置，喷淋装置到自动喷淋时间进行自动喷淋；
自动喷淋时间计算包括以下步骤：
步骤S51：检测单位时间喷水对土壤湿度的改变量HC：喷淋装置的水阀安装完成、上电、连接主控中心；主控中心与土壤检测装置绑定、连接；土壤检测装置及天气预报获取装置上电，主控中心接收土壤检测装置、天气预报获取装置传过来的土壤湿度H与空气温度T；如果H超过植物所需水份的最大值，则此次先不检测；如果H小于植物所需水份的最大值，则控制喷淋装置先喷2分钟，5分钟渗透时间之后再检测土壤湿度值；再喷2分钟，再过5分钟渗透时间后再检测土壤湿度值；重复三次，求得单位时间喷水对土壤湿度的改变量；植物所需水份的最大值根据历史经验获得，由主控中心预先设置存储；
步骤S52：喷淋装置一天喷水两次，即早上7:00、晚上19:00各一次，土壤检测装置、天气预报获取装置一天检测四次，检测时间分别为：1:00,7:00,13:00,19:00；土壤湿度与空气温度，由上一次喷水前的湿度值HU到这一次喷水前的湿度值HD及上一次的喷水量HC*TS可以求得该段时间TS水的蒸发湿度量HSUM,其中：HSUM = HC * TS + HU – HD；其中19:00的喷淋量满足HR即可，喷淋时间T1=(HR-HSUM)/HC；7：00的喷淋量分两种情况：
A:没有历史数据HD，喷淋时间=T1;
B：有历史数据 HD，喷淋时间=T1+T2，其中T2=HSUM/12HR * 50%,若预报有降雨，只执行（T1+T2）的50%；
步骤S53：整个喷淋模式可分成三种状态：根据HR的范围分别取最大值，均值和最小值，最小值就是省水模式，在省水模式下直接喷淋T1的时间，不区分是否有HD和白天黑夜，在普通模式和水分充足模式下按情况B喷淋。
2.根据权利要求1所述的具有实时监控功能的智能喷淋系统的控制方法，其特征在于：所述主控中心包括中心服务器、设备服务器集群、消息服务器集群、Web服务器集群、APP服务器集群、移动终端及PC设备；所述中心服务器用于接收移动终端、PC设备、土壤检测装置及天气预报获取装置上传的数据和操作请求；所述中心服务器经负载均衡向设备服务器集群、Web服务器集群及APP服务器集群发送请求；设备服务器集群将设备变化通知发送至消息服务器集群；消息服务器集群将消息转发至Web服务器集群及APP服务器集群； Web服务器集群向消息服务器集群发送PC设备浏览器操作；APP服务器集群向向消息服务器集群发送移动终端设备APP操作；Web服务器集群、APP服务器集群、设备服务器集群上传、查询时直接向数据库发起数据库操作。
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- 2015-12-28 CN CN201510994526.0A patent/CN105446196B/zh active Active
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| CN105446196A (zh) | 2016-03-30 |
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| C06 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |