CN105684838A - 一种根据环境参数对植物进行轮流灌溉的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种根据环境参数对植物进行轮流灌溉的系统，包括灌溉水泵、阀门、感知装置、处理芯片和存储器；所述的感知装置的输出端连接处理芯片的输入端，处理芯片输出端连接灌溉水泵，存储器连接处理芯片，灌溉水泵的输出端链接阀门的输入端。本发明根据环境参数自动控制植物轮流灌溉装置，可以自动根据第一块土地的灌溉情况，指定后面其它土地的灌溉策略。减少了购买环境感知设备的成本，兼顾了灌溉的准确性本发明减少轮灌过程中的人工干预，降低人工成功和设备成本，避免人工失误造成的损失。

Description

一种根据环境参数对植物进行轮流灌溉的系统和方法
技术领域
本发明属于灌溉领域，具体涉及一种根据环境参数对植物进行轮流灌溉的系统和方法。
背景技术
灌溉技术为地补充作物所需水分的技术措施。为了保证作物正常生长，获取高产稳产，必须供给作物以充足的水分。在自然条件下，往往因降水量不足或分布的不均匀，不能满足作物对水分要求。因此，必须人为地进行灌溉，以补天然降雨之不足。中国是一个农业大国，人口多、耕地少、水资源紧缺、水旱灾害频繁，特殊的气候、地理等自然条件以及社会条件决定了中国农业必须走灌溉农业的发展道路。
虽然我国灌排事业取得了很大的成就，但也面临着严重的挑战，水资源短缺已经成为中国社会经济可持续发展的主要制约因素。2002年，全国总用水量为5497亿立方米，占当年水资源总量的19.5％，其中，城镇生活用水占5.8％，农村生活用水占5.4％，工业用水占20.8％，农田灌溉用水占61.4％，林牧渔用水占6.65。虽然今后总供水量会有所增加，但随着工业和城市化的发展以及人民生活水平的提高，越来越多的水被用来满足工业和居民生活的需要，灌溉用水将更加紧张，农业灌溉缺水每年达300多亿立方米，但农业用水浪费严重，全国灌溉水利用率只有40％左右。20世纪70年代，全国农田受旱面积平均每年约1100万公顷，到80年代和90年代则分别达平均每年约2000万公顷和2700万公顷。此外，我国水资源污染尚未得到有效控制。根据2002年的水质评价结果，在调查评价的12.3万公里河长中，四类水河长占12.2％，五类或劣五类水河长仍占23.1％。
现有的轮流灌溉装置需要人去手动控制，或者智能按照预定的灌溉时长对每一块土地进行轮流灌溉。手动控制可能会存在人为的疏忽，导致多灌溉或者少灌溉的情况。而按照预定的灌溉时长进行轮流灌溉时，如果环境发生变化，比如下雨，而灌溉依然会按原来设置的时间进行，可能就会存在灌溉过量的情况。对于有些通过感知环境参数进行轮灌的装置，需要在每一块土地上都安装感知环境的设备，增加了成本。有些系统在地块安装了多个浇灌设备，但有些设备出现问题后并不能被及时发现并进行处理，从而影响了浇灌效果。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的不足，本发明提供一种根据环境参数对植物进行轮流灌溉的系统和方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种根据环境参数对植物进行轮流灌溉的方法，包括如下步骤：
(1)对土地进行分块，并在第一块土地上安装感知装置和灌溉水泵；
(2)通过感知装置获得第一块土地的环境数值，传输到处理芯片，处理芯片通过计算和判断，获取补偿灌溉时间t,获取预设的开启灌溉的土壤张力值和停止灌溉的土壤张力值，若土壤张力计数值小于设定开启灌溉的张力值，则开始对第一块土地进行灌溉；
(3)对第一块土地进行灌溉，若土壤张力计数值大于设定停止灌溉的张力值，则停止对第一块土地进行灌溉，从而获得第一块土地灌溉时间为Ta，Ta为下一地块灌溉的基准时间；
(4)对余下每一块土地进行灌溉前进行步骤(2)，确定补偿灌溉的时间为t，此时将要进行灌溉的土地的灌溉时间为Ta＝Ta+t，若计算得出的Ta的值小于当前已经灌溉的时间长度，则当前地块灌溉完成；
(5)对余下每一块土地进行轮流灌溉，灌溉时间为步骤(4)获得的灌溉时间Ta，Ta为下一地块灌溉的基准时间；
(6)对步骤(3)或步骤(5)土地进行灌溉时中途降雨，则停止灌溉；降雨停止后，根据降雨量传感器获得的降雨量数值计算补偿灌溉时间，补偿灌溉时间公式为：
t＝(–R/100*S)/Q
其中，Q为水泵的流量Q立方米/秒，R为降雨量R毫米，S为当前需要灌溉的地块的面积S平米；
(7)当完成对最后一块地块进行灌溉后，返回步骤(2)，处理芯片根据感知装置输入的环境数据进行判断是否灌溉。
步骤(1)对土地进行分块后，只需要在第一块土地上安装感知装置和灌溉水泵即可，这样可以节省灌溉设备的成本。步骤(2)主要用于获取环境参数，确定补偿灌溉时间，对是否对第一块土地进行灌溉进行判断。步骤(3)主要通过灌溉水泵对第一块土地进行灌溉，灌溉完成后获知灌溉的时间，此灌溉时间作为下一土地灌溉的基准时间。步骤(4)当对接下来每一地块进行灌溉前，先进行步骤(2)，获取补偿灌溉的时间，然后再结合上一地块获得的基准时间计算出当前地块的灌溉时间。步骤(5)实现对当前地块的灌溉，灌溉时间为步骤(4)获得的当前地块的灌溉时间。步骤(6)用于检测到降雨时，则停止对当前土地进行的灌溉。计算补偿灌溉时间。步骤(7)当完成对最后一块土地的灌溉后，则返回步骤(2)，计算当前灌溉效果是否满足灌溉要求，若满足则完成灌溉，若未满足则进行新的一轮灌溉。
进一步说明，其步骤(2)所述的处理芯片确定灌溉时间T，确定开启灌溉的土壤张力值和停止灌溉的土壤张力值的具体方法为：
(2.1)根据是否降雨的数据判断灌溉水泵是否开启或者关闭；
(2.2)根据环境参数中土壤张力计数值与预设的开启灌溉的土壤张力值的进行对比；
(2.3)在同时满足灌溉水泵开启条件和达到开启灌溉的土壤张力值的前提下，根据计算结果控制灌溉水泵的灌溉时间；
(2.4)补偿灌溉由环境参数变化计算得出。
当监测到下雨时就无需对土地进行浇灌，此时不启动灌溉水泵。由于环境因素的不同和农作物种类的不同导致土地对水分的需求量不同，所以根据具体情况计算出当前土地相应的开启灌溉的土壤张力值和停止灌溉的土壤张力值。当同时满足灌溉水泵开启条件和达到开启灌溉的土壤张力值的前提下，才需要根据环境参数计算灌溉时间。补偿灌溉的计算主要是为了解决灌溉过程中环境参数发生显著变化而灌溉时间未进行相应改变的问题，当需要增加灌溉时间时，补偿灌溉为正，当需要减少灌溉时间时，补偿灌溉为负。
其中，所述开启灌溉的土壤张力值小于停止灌溉的土壤张力值，第一块土地的灌溉时间不需要考虑补偿灌溉，其他的地块的灌溉时间均需要考虑。
一种根据环境参数对植物进行轮流灌溉的系统，包括灌溉水泵、阀门、感知装置、处理芯片和存储器；所述的感知装置的输出端连接处理芯片的输入端，处理芯片输出端连接灌溉水泵，存储器连接处理芯片，灌溉水泵的输出端链接阀门的输入端。
所述的感知装置将采集的环境数据输入处理芯片，处理芯片根据预先设定的计算方法计算出结果，并将感知装置输入的环境数据和计算结果输出至存储器存储；处理芯片根据预先设定的判断方法，控制灌溉水泵。所有地块都由同一个灌溉水泵提供灌溉用水，同一时刻只有一个地块上的阀门开启，当开启其中一个地块的阀门时，其它地块的阀门要关闭。
灌溉水泵利用灌溉水泵对农作物和土壤进行喷灌。感知装置获得所处地块的环境参数等。处理芯片处理接收到的环境参数并得出灌溉策略，包括是否进行灌溉和灌溉时间等。存储器用于存储感知装置获得的环境参数和处理芯片处理数据获得的数据等。
进一步说明，所述的感知装置包括降雨量传感器、空气温度传感器，空气湿度传感器和土壤张力计。降雨量传感器用于是否降雨的情况，空气温度传感器用于获取空气温度值，空气湿度传感器用于获取空气湿度值，土壤张力计用于获取土壤张力值。
进一步说明，所述的环境数据包括是否降雨、空气温度值、空气湿度值、植物类型、土壤类型和土壤张力值。
本发明的优点在于：
本发明根据环境参数自动控制植物轮流灌溉系统，可以自动根据第一块土地的灌溉情况，指定后面其它土地的灌溉策略。当灌溉过程中环境参数发生变化，会自动修改灌溉策略。本发明的优点在于减少了根据环境参数进行轮灌时所需要的环境感知设备的数量，只需要在第一块地上安装环境感知设备，而其它地块根据第一块地的灌溉结果，结合一定的算法进行灌溉策略的制定。减少了购买环境感知设备的成本，兼顾了灌溉的准确性本发明减少轮灌过程中的人工干预，降低人工成功和设备成本，避免人工失误造成的损失。
附图说明
图1是本发明一种根据环境参数对植物进行轮流灌溉的系统的结构图；
图2是本发明一种根据环境参数对植物进行轮流灌溉的方法的流程图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种根据环境参数对植物进行轮流灌溉的系统，结构图如图1所示，包括灌溉水泵、阀门、感知装置、处理芯片和存储器；所述的感知装置的输出端连接处理芯片的输入端，处理芯片输出端连接灌溉水泵，存储器连接处理芯片，灌溉水泵的输出端链接阀门的输入端；所述的感知装置将采集的环境数据输入处理芯片，处理芯片根据预先设定的计算方法计算出结果，并将感知装置输入的环境数据和计算结果输出至存储器存储；处理芯片根据预先设定的判断方法，控制灌溉水泵。
所述的感知装置包括降雨量传感器、空气温度传感器，空气湿度传感器和土壤张力计。降雨量传感器用于是否降雨的情况，空气温度传感器用于获取空气温度值，空气湿度传感器用于获取空气湿度值，土壤张力计用于获取土壤张力值。所述的环境数据包括是否降雨、空气温度值、空气湿度值、植物类型、土壤类型和土壤张力值。
所述的一种根据环境参数对植物进行轮流灌溉的系统，所述的处理芯片的计算结果为灌溉时间。第一块土地的灌溉时间之间根据环境参数计算而得，接下来每一块土地的灌溉时间都是在前一块土地灌溉时间的基础上根据环境的变化情况而进行修正。
本具体实施例中所涉及到的设备的型号如下：
土壤张力计：IRROMETERModelSR
降雨量传感器：武汉新普惠PHYL-05V-M
空气温度传感器：武汉新普惠DS18B20
空气湿度传感器：武汉新普惠SHT15
阀门：上海东核阀业Q941-16C
所述的一种根据环境参数对植物进行轮流灌溉的系统，所述的处理芯片的判断方法如下，流程图如图2所示：
(1)根据是否降雨的数据判断灌溉水泵是否开启或者关闭；
(2)根据环境参数中土壤张力计数值与预设的开启灌溉的土壤张力值的进行对比；
(3)在同时满足灌溉水泵开启条件和达到开启灌溉的土壤张力值的前提下，根据计算结果控制灌溉水泵的灌溉时间；
(4)补偿灌溉由环境参数变化计算得出。
当监测到下雨时就无需对土地进行浇灌，此时不启动灌溉水泵。由于环境因素的不同和农作物种类的不同导致土地对水分的需求量不同，所以根据具体情况计算出当前土地相应的开启灌溉的土壤张力值和停止灌溉的土壤张力值。当同时满足灌溉水泵开启条件和达到开启灌溉的土壤张力值的前提下，才需要根据环境参数计算灌溉时间。补偿灌溉的计算主要是为了解决灌溉过程中环境参数发生显著变化而灌溉时间未进行相应改变的问题，当需要增加灌溉时间时，补偿灌溉为正，当需要减少灌溉时间时，补偿灌溉为负。
实施例1
一种根据环境参数对植物进行轮流灌溉的方法，包括如下步骤：
(1)对土地进行分块，此时确定标记为第一块的土地，并在第一块土地上安装感知装置和灌溉水泵；
(2)通过感知装置获得第一块土地的环境数值，传输到处理芯片，此时并未监测到降雨，并且土壤张力值达到开启灌溉的土壤张力值。；
(3)对第一块土地进行灌溉，此时土壤张力值达到停止灌溉的土壤张力值，此时获得灌溉时间为T1；
(4)对第二块土地进行灌溉，灌溉前要进行步骤(2)，此时未监测到下雨，从而芯片计算第二块土地的灌溉时间T2＝T1+补偿灌溉，由于此时环境参数发生较大变化，需要增加灌溉时间，此时补偿灌溉的时间为正；
(5)第二块土地进行灌溉，灌溉时间为T2；
(6)对第三块土地及余下的土地重复第二块土地的浇灌步骤；
(7)完成对最后一块土地进行灌溉，返回步骤(2)，此时处理芯片的处理结果显示已经达到了灌溉要求，从而停止灌溉。
实施例2
一种根据环境参数对植物进行轮流灌溉的方法，包括如下步骤：
(1)对土地进行分块，此时确定标记为第一块的土地，并在第一块土地上安装感知装置和灌溉水泵；
(2)通过感知装置获得第一块土地的环境数值，传输到处理芯片，此时监测到降雨，从而不处理芯片不计算灌溉时间，灌溉水泵不进行灌溉；
(3)处理芯片监测到雨停了，并且土壤张力值达到开启灌溉的土壤张力值；
(4)对第一块土地进行灌溉，此时土壤张力值达到停止灌溉的土壤张力值，此时获得灌溉时间为T1；
(5)对第二块土地进行灌溉，灌溉前要进行步骤(2)，此时未监测到下雨，从而芯片计算第二块土地的灌溉时间T2＝T1+补偿灌溉，由于此时环境参数发生较大变化，需要增加灌溉时间，此时补偿灌溉的时间为负；
(6)第二块土地进行灌溉，灌溉时间为T2；
(7)对第三块土地及余下的土地重复第二块土地的浇灌步骤；
(8)完成对最后一块土地进行灌溉，返回步骤(2)，此时处理芯片的处理结果显示已经达到了灌溉要求，从而停止灌溉。
实施例3
(1)对土地进行分块，此时确定标记为第一块的土地，并在第一块土地上安装感知装置和灌溉水泵；
(2)通过感知装置获得第一块土地的环境数值，传输到处理芯片，此时并未监测到降雨，并且土壤张力值达到开启灌溉的土壤张力值；
(3)对第一块土地进行灌溉，此时土壤张力值达到停止灌溉的土壤张力值，此时获得灌溉时间为T1；
(4)对第二块土地进行灌溉，灌溉前要进行步骤(2)，此时监测到下雨，此时监测到降雨，从而不处理芯片不计算灌溉时间，灌溉水泵不进行灌溉；
(5)处理芯片监测到雨停了，芯片计算第二块土地的灌溉时间T2＝T1+补偿灌溉，由于此时环境参数发生较大变化，需要增加灌溉时间，此时补偿灌溉的时间为负；
(6)第二块土地进行灌溉，灌溉时间为T2；
(7)对第三块土地及余下的土地重复第二块土地的浇灌步骤；
(8)完成对最后一块土地进行灌溉，返回步骤(2)，此时处理芯片的处理结果显示未达到了灌溉要求，从而从第一块土地开始进行新的一轮灌溉。
实施例4
一种根据环境参数对植物进行轮流灌溉的方法，包括如下步骤：
(1)对土地进行分块，此时确定标记为第一块的土地，并在第一块土地上安装感知装置和灌溉水泵；
(2)通过感知装置获得第一块土地的环境数值，传输到处理芯片，此时并未监测到降雨，并且土壤张力值达到开启灌溉的土壤张力值；
(3)对第一块土地进行灌溉，此时土壤张力值达到停止灌溉的土壤张力值，此时获得灌溉时间为T1；
(4)对第二块土地进行灌溉，灌溉前要进行步骤(2)，此时未监测到下雨，从而芯片计算第二块土地的灌溉时间T2＝T1+补偿灌溉，由于此时环境参数发生较大变化，需要增加灌溉时间，此时补偿灌溉的时间为正；
(5)第二块土地进行灌溉，灌溉时间为T2；
(6)对第三块土地进行灌溉，灌溉前要进行步骤(2)，此时监测到下雨，从而不处理芯片不计算灌溉时间，灌溉水泵不进行灌溉；
(7)处理芯片监测到雨停了；
(8)返回步骤(2)，此时处理芯片的处理结果显示已经达到了灌溉要求，从而停止灌溉。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种根据环境参数对植物进行轮流灌溉的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)对土地进行分块，并在第一块土地上安装感知装置和灌溉水泵；
(2)通过感知装置获得第一块土地的环境数值，传输到处理芯片，处理芯片通过计算和判断，获取补偿灌溉时间t,获取预设的开启灌溉的土壤张力值和停止灌溉的土壤张力值，若土壤张力计数值小于设定开启灌溉的张力值，则开始对第一块土地进行灌溉；
(3)对第一块土地进行灌溉，若土壤张力计数值大于设定停止灌溉的张力值，则停止对第一块土地进行灌溉，从而获得第一块土地灌溉时间为Ta，Ta为下一地块灌溉的基准时间；
(4)对余下每一块土地进行灌溉前进行步骤(2)，确定补偿灌溉的时间为t，此时将要进行灌溉的土地的灌溉时间为Ta＝Ta+t，若计算得出的Ta的值小于当前已经灌溉的时间长度，则当前地块灌溉完成；
(5)对余下每一块土地进行轮流灌溉，灌溉时间为步骤(4)获得的灌溉时间Ta，Ta为下一地块灌溉的基准时间；
(6)对步骤(3)或步骤(5)土地进行灌溉时中途降雨，则停止灌溉；降雨停止后，根据降雨量传感器获得的降雨量数值计算补偿灌溉时间，补偿灌溉时间公式为：
t＝(–R/100*S)/Q
其中，Q为水泵的流量Q立方米/秒，R为降雨量R毫米，S为当前需要灌溉的地块的面积S平米；
(7)当完成对最后一块地块进行灌溉后，返回步骤(2)，处理芯片根据感知装置输入的环境数据进行判断是否灌溉。
2.根据权利要求1所述的一种根据环境参数对植物进行轮流灌溉的方法，其特征在于，其步骤(2)所述的处理芯片确定是否开启灌溉的具体方法为：
(2.1)根据是否降雨的数据判断灌溉水泵是否开启或者关闭；
(2.2)根据环境参数中土壤张力计数值与预设的开启灌溉的土壤张力值的进行对比；
(2.3)在同时满足灌溉水泵开启条件和达到开启灌溉的土壤张力值的前提下，根据计算结果控制灌溉水泵的灌溉时间；
(2.4)补偿灌溉由环境参数变化计算得出；
其中，所述开启灌溉的土壤张力值小于停止灌溉的土壤张力值，第一块土地的灌溉时间不需要考虑补偿灌溉，其他的地块的灌溉时间均需要考虑。
3.专用于权利要求1或2任一项所述一种根据环境参数对植物进行轮流灌溉的方法的一种根据环境参数对植物进行轮流灌溉的系统，其特征在于，包括灌溉水泵、阀门、感知装置、处理芯片和存储器；所述的感知装置的输出端连接处理芯片的输入端，处理芯片输出端连接灌溉水泵，存储器连接处理芯片，灌溉水泵的输出端链接阀门的输入端。
4.根据权利要求3所述的一种根据环境参数对植物进行轮流灌溉的系统，其特征在于，所述的感知装置包括降雨量传感器、空气温度传感器，空气湿度传感器和土壤张力计。
5.根据权利要求3所述的一种根据环境参数对植物进行轮流灌溉的系统，其特征在于，所述的环境数据包括是否降雨、空气温度值、空气湿度值、植物类型、土壤类型和土壤张力值。
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