CN105467944A - 一种用于农田灌溉施肥的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于农田灌溉施肥的控制方法，包括以下步骤:步骤一，建立通信连接：布设在待浇灌农田的现场控制系统和网络协调控制器通过ZigBee无线通信网络建立无线通信连接；布设在远程监控中心的监控中心服务器与所述网络协调控制器通过GSM网络建立无线通信连接；步骤二，参数采集命令发送：监控中心服务器向核心处理器发送土壤环境检测命令和用水检测命令；步骤三，现场数据采集与处理；步骤四，数据无线远程传输；步骤五，故障报警与施肥灌溉命令发送；步骤六，控制命令执行。本发明将ZigBee无线通信技术应用到田间灌溉施肥控制方法中，使整个控制系统具备高鲁棒性、低功耗、低成本等特点，从而适合大面积推广应用。

Description

一种用于农田灌溉施肥的控制方法

技术领域

本发明涉及一种控制方法，尤其是涉及一种用于农田灌溉施肥的控制方法。

背景技术

我国是一个农业大国，提高农业用水效率，发展节水农业，积极推广节水灌溉及施肥技术，对保障国家水安全、粮食安全和生态安全，推动农业和农村经济可持续发展，具有重要的战略地位和作用。

传统的灌溉方案尚不具备智能化自助功能，往往通过预先存储的浇灌施肥策略实施预置的操作，灌溉过程中仅能对浇灌设备的开关及时序进行控制；而且现有的浇灌方法需要掌握专业知识的管理人员实时监护，并及时响应设备故障或浇灌施肥过程中出现的异常现象，浪费人力资源的同时，还影响了浇灌效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于农田灌溉施肥的控制方法，将ZigBee无线通信技术应用到田间灌溉施肥控制方法中，使整个控制系统具备高鲁棒性、低功耗、低成本等特点，从而适合大面积推广应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于农田灌溉施肥的控制方法，其特征在于，包括以下步骤:

步骤一，建立通信连接：布设在待浇灌农田的现场控制系统和网络协调控制器通过ZigBee无线通信网络建立无线通信连接；布设在远程监控中心的监控中心服务器与所述网络协调控制器通过GSM网络建立无线通信连接；所述现场控制系统包括土壤环境检测单元、用水检测单元、施肥控制单元、浇灌控制单元、第二ZigBee无线模块以及分别与所述土壤环境检测单元、用水检测单元、施肥控制单元、浇灌控制单元和第二ZigBee无线模块相接的核心处理器；所述网络协调控制器包括总控CPU处理器以及分别与所述总控CPU处理器相接的第一ZigBee无线模块、GPRS模块和报警模块；

步骤二，参数采集命令发送：所述监控中心服务器通过所述GSM网络向所述总控CPU处理器发送土壤环境检测命令和用水检测命令；所述总控CPU处理器将接收到的土壤环境检测命令和用水检测命令再通过所述ZigBee无线通信网络转发给所述核心处理器，所述核心处理器启动所述土壤环境检测单元和用水检测单元开始工作；

步骤三，现场数据采集与处理：首先采用布设在所述待浇灌农田的若干传感器对与土壤环境相关的参数和与浇灌用水相关的参数进行检测，然后采用所述土壤环境检测单元和用水检测单元对上述参数进行处理；具体包括：

301，数据采集：采用阳光照度传感器对待浇灌场地的阳光照度进行检测；采用湿度传感器和土壤养分传感器分别对所述待浇灌农田的土壤湿度和土壤养分进行检测；采用温度传感器对所述待浇灌场地的环境温度进行检测；采用水质传感器对浇灌用水的水质进行检测；采用压力传感器对浇灌管道中的水压进行检测；

302，数据处理：采用所述土壤环境检测单元对所述阳光照度、土壤湿度、土壤养分和环境温度数据分别依次进行放大、滤波、线性化和模数转换处理，然后将处理后的数据发送给所述核心处理器；采用所述用水检测单元对所述水质和水压数据分别依次进行放大、滤波、线性化和模数转换处理，然后将处理后的数据发送给所述核心处理器；所述阳光照度传感器、湿度传感器、土壤养分传感器和温度传感器均与所述土壤环境检测单元相接，所述水质传感器和压力传感器均与所述用水检测单元相接；

步骤四，数据无线远程传输:所述核心处理器将接收到的数据发送给所述第二ZigBee无线模块，所述第二ZigBee无线模块将所述数据经调制后通过所述ZigBee无线通信网络发送给所述第一ZigBee无线模块，所述第一ZigBee无线模块将接收到的数据经解调后发送给所述总控CPU处理器，所述总控CPU处理器将接收到的数据通过所述GPRS模块经所述GSM网络发送给所述监控中心服务器；所述第一ZigBee无线模块和第二ZigBee无线模块通过所述ZigBee无线通信网络无线连接，所述监控中心服务器和GPRS模块通过所述GSM网络无线连接；

步骤五，故障报警与施肥灌溉命令发送：所述总控CPU处理器实时监测所述现场控制系统的工作状态，若有某个工作设备出现故障，则立即控制所述报警模块驱动与所述报警模块相接的报警单元发出报警信号；所述监控中心服务器对接收到的所述阳光照度、土壤湿度、土壤养分和环境温度数据进行综合判断，若超出了预先设定的数据范围，则立即依次通过所述GSM网络、网络协调控制器和ZigBee无线通信网络向所述核心处理器发出施肥灌溉控制命令；

步骤六，控制命令执行：所述核心处理器接收到所述施肥灌溉控制命令后，一方面根据土壤环境检测单元检测到的阳光照度、土壤湿度、土壤养分和环境温度数据来决定肥料种类和肥料用量，然后通过所述施肥控制单元对安装在所述待浇灌农田的施肥设备进行控制；另一方面根据所述用水检测单元检测到的浇灌用水水质和浇灌管道水压数据，通过所述浇灌控制单元对安装在所述待浇灌农田的浇灌设备的水压和出水量进行调节。所述施肥设备与所述施肥控制单元相接，所述浇灌设备与所述浇灌控制单元相接。

上述一种用于农田灌溉施肥的控制方法，其特征是：所述核心处理器为DSP。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、通过GPRS网络和ZigBee网络控制，实现田间灌溉施肥的无线控制，不但通信网络拓扑清晰，传输路径可控性较高，便于故障排查，而且ZigBee技术抗同频干扰能力强，有效解决了应用其它控制技术存在的农田灌溉的覆盖区域大、使用有线监控网络成本高和施工维护困难的问题。

2、系统功耗低。本发明每个远程控制终端节点可以按照自己的计划休眠或唤醒，不必考虑整个网络的通信状态。

3、控制时延短。本发明控制命令能够直接送达目的节点，当目的节点唤醒后便立即自动接受命令并处理。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括以下步骤:

步骤一，建立通信连接：布设在待浇灌农田的现场控制系统和网络协调控制器通过ZigBee无线通信网络建立无线通信连接；布设在远程监控中心的监控中心服务器与所述网络协调控制器通过GSM网络建立无线通信连接；所述现场控制系统包括土壤环境检测单元、用水检测单元、施肥控制单元、浇灌控制单元、第二ZigBee无线模块以及分别与所述土壤环境检测单元、用水检测单元、施肥控制单元、浇灌控制单元和第二ZigBee无线模块相接的核心处理器；所述网络协调控制器包括总控CPU处理器以及分别与所述总控CPU处理器相接的第一ZigBee无线模块、GPRS模块和报警模块；

步骤二，参数采集命令发送：所述监控中心服务器通过所述GSM网络向所述总控CPU处理器发送土壤环境检测命令和用水检测命令；所述总控CPU处理器将接收到的土壤环境检测命令和用水检测命令再通过所述ZigBee无线通信网络转发给所述核心处理器，所述核心处理器启动所述土壤环境检测单元和用水检测单元开始工作；

步骤三，现场数据采集与处理：首先采用布设在所述待浇灌农田的若干传感器对与土壤环境相关的参数和与浇灌用水相关的参数进行检测，然后采用所述土壤环境检测单元和用水检测单元对上述参数进行处理；具体包括：

301，数据采集：采用阳光照度传感器对待浇灌场地的阳光照度进行检测；采用湿度传感器和土壤养分传感器分别对所述待浇灌农田的土壤湿度和土壤养分进行检测；采用温度传感器对所述待浇灌场地的环境温度进行检测；采用水质传感器对浇灌用水的水质进行检测；采用压力传感器对浇灌管道中的水压进行检测；

302，数据处理：采用所述土壤环境检测单元对所述阳光照度、土壤湿度、土壤养分和环境温度数据分别依次进行放大、滤波、线性化和模数转换处理，然后将处理后的数据发送给所述核心处理器；采用所述用水检测单元对所述水质和水压数据分别依次进行放大、滤波、线性化和模数转换处理，然后将处理后的数据发送给所述核心处理器；所述阳光照度传感器、湿度传感器、土壤养分传感器和温度传感器均与所述土壤环境检测单元相接，所述水质传感器和压力传感器均与所述用水检测单元相接；

步骤四，数据无线远程传输:所述核心处理器将接收到的数据发送给所述第二ZigBee无线模块，所述第二ZigBee无线模块将所述数据经调制后通过所述ZigBee无线通信网络发送给所述第一ZigBee无线模块，所述第一ZigBee无线模块将接收到的数据经解调后发送给所述总控CPU处理器，所述总控CPU处理器将接收到的数据通过所述GPRS模块经所述GSM网络发送给所述监控中心服务器；所述第一ZigBee无线模块和第二ZigBee无线模块通过所述ZigBee无线通信网络无线连接，所述监控中心服务器和GPRS模块通过所述GSM网络无线连接；

步骤五，故障报警与施肥灌溉命令发送：所述总控CPU处理器实时监测所述现场控制系统的工作状态，若有某个工作设备出现故障，则立即控制所述报警模块驱动与所述报警模块相接的报警单元发出报警信号；所述监控中心服务器对接收到的所述阳光照度、土壤湿度、土壤养分和环境温度数据进行综合判断，若超出了预先设定的数据范围，则立即依次通过所述GSM网络、网络协调控制器和ZigBee无线通信网络向所述核心处理器发出施肥灌溉控制命令；

步骤六，控制命令执行：所述核心处理器接收到所述施肥灌溉控制命令后，一方面根据土壤环境检测单元检测到的阳光照度、土壤湿度、土壤养分和环境温度数据来决定肥料种类和肥料用量，然后通过所述施肥控制单元对安装在所述待浇灌农田的施肥设备进行控制；另一方面根据所述用水检测单元检测到的浇灌用水水质和浇灌管道水压数据，通过所述浇灌控制单元对安装在所述待浇灌农田的浇灌设备的水压和出水量进行调节。所述施肥设备与所述施肥控制单元相接，所述浇灌设备与所述浇灌控制单元相接。

本实施例中，所述核心处理器为DSP。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (2)

1.一种用于农田灌溉施肥的控制方法，其特征在于，包括以下步骤:

步骤一，建立通信连接：布设在待浇灌农田的现场控制系统和网络协调控制器通过ZigBee无线通信网络建立无线通信连接；布设在远程监控中心的监控中心服务器与所述网络协调控制器通过GSM网络建立无线通信连接；所述现场控制系统包括土壤环境检测单元、用水检测单元、施肥控制单元、浇灌控制单元、第二ZigBee无线模块以及分别与所述土壤环境检测单元、用水检测单元、施肥控制单元、浇灌控制单元和第二ZigBee无线模块相接的核心处理器；所述网络协调控制器包括总控CPU处理器以及分别与所述总控CPU处理器相接的第一ZigBee无线模块、GPRS模块和报警模块；

步骤二，参数采集命令发送：所述监控中心服务器通过所述GSM网络向所述总控CPU处理器发送土壤环境检测命令和用水检测命令；所述总控CPU处理器将接收到的土壤环境检测命令和用水检测命令再通过所述ZigBee无线通信网络转发给所述核心处理器，所述核心处理器启动所述土壤环境检测单元和用水检测单元开始工作；

步骤三，现场数据采集与处理：首先采用布设在所述待浇灌农田的若干传感器对与土壤环境相关的参数和与浇灌用水相关的参数进行检测，然后采用所述土壤环境检测单元和用水检测单元对上述参数进行处理；具体包括：

301，数据采集：采用阳光照度传感器对待浇灌场地的阳光照度进行检测；采用湿度传感器和土壤养分传感器分别对所述待浇灌农田的土壤湿度和土壤养分进行检测；采用温度传感器对所述待浇灌场地的环境温度进行检测；采用水质传感器对浇灌用水的水质进行检测；采用压力传感器对浇灌管道中的水压进行检测；

302，数据处理：采用所述土壤环境检测单元对所述阳光照度、土壤湿度、土壤养分和环境温度数据分别依次进行放大、滤波、线性化和模数转换处理，然后将处理后的数据发送给所述核心处理器；采用所述用水检测单元对所述水质和水压数据分别依次进行放大、滤波、线性化和模数转换处理，然后将处理后的数据发送给所述核心处理器；所述阳光照度传感器、湿度传感器、土壤养分传感器和温度传感器均与所述土壤环境检测单元相接，所述水质传感器和压力传感器均与所述用水检测单元相接；

步骤四，数据无线远程传输:所述核心处理器将接收到的数据发送给所述第二ZigBee无线模块，所述第二ZigBee无线模块将所述数据经调制后通过所述ZigBee无线通信网络发送给所述第一ZigBee无线模块，所述第一ZigBee无线模块将接收到的数据经解调后发送给所述总控CPU处理器，所述总控CPU处理器将接收到的数据通过所述GPRS模块经所述GSM网络发送给所述监控中心服务器；所述第一ZigBee无线模块和第二ZigBee无线模块通过所述ZigBee无线通信网络无线连接，所述监控中心服务器和GPRS模块通过所述GSM网络无线连接；

步骤五，故障报警与施肥灌溉命令发送：所述总控CPU处理器实时监测所述现场控制系统的工作状态，若有某个工作设备出现故障，则立即控制所述报警模块驱动与所述报警模块相接的报警单元发出报警信号；所述监控中心服务器对接收到的所述阳光照度、土壤湿度、土壤养分和环境温度数据进行综合判断，若超出了预先设定的数据范围，则立即依次通过所述GSM网络、网络协调控制器和ZigBee无线通信网络向所述核心处理器发出施肥灌溉控制命令；

步骤六，控制命令执行：所述核心处理器接收到所述施肥灌溉控制命令后，一方面根据土壤环境检测单元检测到的阳光照度、土壤湿度、土壤养分和环境温度数据来决定肥料种类和肥料用量，然后通过所述施肥控制单元对安装在所述待浇灌农田的施肥设备进行控制；另一方面根据所述用水检测单元检测到的浇灌用水水质和浇灌管道水压数据，通过所述浇灌控制单元对安装在所述待浇灌农田的浇灌设备的水压和出水量进行调节。所述施肥设备与所述施肥控制单元相接，所述浇灌设备与所述浇灌控制单元相接。

2.按照权利要求1所述的一种用于农田灌溉施肥的控制方法，其特征在于：所述核心处理器为DSP。