CN105850328A - 一种水肥一体化远程精准施用的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水肥一体化远程精准施用的方法及系统，该方法包括：步骤1，实时采集农田参数，该农田参数包括温度值、湿度值、土壤中的水分值及灌溉管道中的流量值；步骤2，将该农田参数通过无线网络发送至监控服务器，进行灌溉施肥策略计算，并产生灌溉控制信号以及施肥控制信号；步骤3，根据该灌溉控制信号控制该灌溉管道中的流量，根据该施肥控制信号控制该施肥管道中的流量。本发明利用无线通信的方式将农业生产现场的实时数据及时的发送至监控服务器一侧以进行数据积累以及对农业生产现场的远程监控，指导对农业生产现场的施肥灌溉，特别是可实现精细化的精准施肥与灌溉。

Description

一种水肥一体化远程精准施用的方法及系统

技术领域

本发明涉及节水灌溉领域，特别是涉及一种水肥一体化远程精准施用的方法及系统。

背景技术

随着我国城市化、工业化的发展，水资源危机日显突出，已成为影响我国可持续发展的重要因素。在有限的水资源中，农业灌溉用水又占了大部分，节水灌溉事业的发展，是解决我国水资源危机的重要途径之一。中国近十多年农业的发展，多以原料投入的增长有关。过量的施水、肥、药，导致地块板结，土地的自然生产率下降。由于，投入养分和需求的错位，使水体富营养化，农产品中的品质下降，有益的物质维生素、可溶性糖分等下降，有害的硝酸盐含量升高。变量按需提供养分的技术可以解决环境污染问题，生产优质农产品。水肥一体化精准技术因其节水、省肥、省机力、抗盐碱、增产增收等优点，集多种农业技术为一体，构成一个技术应用平台，助力农业上新台阶发展。

目前农业信息采集的主要技术模式仍然是：传感器+485总线+计算机(采集模块)，这对于管理人员来说，仍需要到现场进行数据的维护和设备操作。由于农业的弱势地位，实现无线远程的信息采集技术在农业领域的应用相对较少。例如目前对温室大棚、野外田间的环境数据采集主要以有线连接为主，难以实现网络化，影响了信息的共享和农业基础数据的积累。另外应用有线通讯方式不仅在很多情况下从技术上难以实现，而且因其投入相当大，在经济上难以承受。因此无线通信技术越来越引起重视。

发明内容

本发明解决的技术问题在于，提供一种水肥一体化远程精准施用的方法及系统，利用无线通信的方式将农业生产现场的实时数据及时的发送至监控服务器一侧以进行数据积累以及对农业生产现场的远程监控，指导对农业生产现场的施肥灌溉，特别是可实现精细化的精准施肥与灌溉。

为了解决以上问题，本发明公开了一种水肥一体化远程精准施用的方法，该方法包括：

步骤1，实时采集农田参数，该农田参数包括温度值、湿度值、土壤中的水分值及灌溉管道中的流量值；

步骤2，将该农田参数通过无线网络发送至监控服务器，进行灌溉施肥策略计算，并产生灌溉控制信号以及施肥控制信号；

步骤3，根据该灌溉控制信号控制该灌溉管道中的流量，根据该施肥控制信号控制该施肥管道中的流量。

该无线网络包括GPRS网络或CDMA网络。

该步骤2进一步包括：当土壤中的水分值小于等于一预设的临界值，并且前次施肥日期距离当前日期大于等于一施肥间隔期时，产生导通该灌溉管道的灌溉控制信号，以及仅在该灌溉管道导通时段的中段，导通该施肥管道的施肥控制信号。

该步骤2进一步包括：当土壤中的水分值小于等于一预设的临界值，并且前次施肥日期距离当前日期小于一施肥间隔期时，产生导通该灌溉管道的灌溉控制信号。

本发明还公开了一种水肥一体化远程精准施用的系统，用于对灌溉管道和施肥管道进行控制，该系统包括：数据收集与控制装置以及监控服务器，该数据收集与控制装置与该监控服务器之间通过无线网络连接；

该数据收集与控制装置进一步包括：温湿度传感器、水分传感器、流量计、远程数据传输模块、处理装置、灌溉管道电磁阀和施肥管道电磁阀；

该温湿度传感器、该水分传感器、该流量计、该远程数据传输模块、该灌溉管道电磁阀和该施肥管道电磁阀均与该处理装置连接；

该温湿度传感器用于检测环境中的温度以及湿度；

该水分传感器用于测量土壤中的水分含量值；

该流量计设置在灌溉管道的入水口，用于实时获得该灌溉管道中的瞬时流量值和累计流量值；

远程数据传输模块，用于借助该无线网络发送或接收数据；

该灌溉管道电磁阀根据该处理装置发出的灌溉控制信号控制该灌溉管道的导通与关闭；

该施肥管道电磁阀根据该处理装置发出的施肥控制信号控制该施肥管道的导通与关闭；

该监控服务器根据该数据收集与控制装置所采集的数据进行灌溉策略以及施肥策略计算，并发出该灌溉控制信号和该施肥控制信号。

该处理装置为单片机系统。

该无线网络包括GPRS网络或CDMA网络。

本发明实现的技术效果在于利用无线通信的方式将农业生产现场的实时数据及时的发送至监控服务器一侧以进行数据积累以及对农业生产现场的远程监控，指导对农业生产现场的施肥灌溉，特别是可实现精细化的精准施肥与灌溉。本发明所利用的GPRS/CDMA网络，尤其适用于农业生产现场所产生的间歇的、突发的、频繁的、小流量的数据传输，其还可承受偶发的大流量数据传输，非常适合农业信息监测的特点，提升农业监控的时效性、便捷度。

附图说明

图1所示为水肥一体化远程精准施用的系统100的结构示意图。

图2所示为水肥一体化远程精准施用的系统100的结构示意图。

图3所示为本发明的水肥一体化远程精准施用的方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图，详细描述本发明的技术方案，不视为对本发明的限定。本领域的技术人员根据本发明公开的技术方案所作的明显变形或等效转换，均属于本发明的公开范围。

在农业生产现场，例如大棚，通常设置有施肥管道和灌溉管道，用于对农作物进行灌溉施肥。施肥管道通常包括氮肥管道、磷肥管道和钾肥管道。灌溉管道通常包括喷灌管道、滴灌管道。

本发明公开了一种水肥一体化远程精准施用的系统，如图1、2所示为水肥一体化远程精准施用的系统100的结构示意图。系统100包括数据收集与控制装置10以及远程的监控服务器20。该数据收集与控制装置10设置在农业生产现场，用于对现场的数据进行检测，并对现场所装设的施肥管道和灌溉管道的导通与否进行控制。

具体来说，数据收集与控制装置10至少包括处理装置11、远程数据传输模块12、温湿度传感器13、水分传感器14、流量计15、灌溉管道电磁阀16和施肥管道电磁阀17。远程数据传输模块12、温湿度传感器13、水分传感器14、流量计15、灌溉管道电磁阀16以及施肥管道电磁阀17均与处理装置11连接。数据收集与控制装置10通过该远程数据传输模块12并借助无线网络与该监控服务器20连接，进行数据的收发。该网络可以是GPRS网络，或该网络可以是Internet网络。利用该无线网络，可实现对农业环境的远程监控，且GPRS/CDMA网络尤其适用于间歇的、突发的、频繁的、小流量的数据传输，同时对偶有大流量数据传输也能承受，非常适合农业信息监测的特点，提升农业监控的时效性、便捷度。

该处理装置11可以是一单片机系统。该温湿度传感器13设置在大棚中，用于实时检测空气中的温度值以及湿度值。该水分传感器14设置在土壤中，用于实时检测土壤中的水分值。流量计15设置在灌溉管道的入水口，用于实时获得管道中的瞬时流量值，并可计算特定时间段内的累计流量值。施肥管道电磁阀17设有若干个，氮肥管道、磷肥管道和钾肥管道各自设置有对应的施肥管道电磁阀，以控制管道的导通与关闭。灌溉管道电磁阀16也可设置有若干个，喷灌管道、滴灌管道各自设置有对应的灌溉管道电磁阀，以控制管道的导通与关闭。

更为详细的，温湿度传感器13通过CAN总线连接至单片机系统的CPU，水分传感器14通过A/D转换装置连接至单片机系统的CPU，流量计15通过RS485串行口连接至单片机系统的CPU。该CPU通过RS232串行口连接至远程数据传输模块12。该CPU通过I/O输出接口分别连接至灌溉管道电磁阀16以及施肥管道电磁阀17。该CPU还与一存储装置连接，用于存储运算中的数据。

单片机系统11通过该远程数据传输模块12将实时获得的温度值、湿度值、水分值以及管道中的瞬时流量值、累计流量值发送至监控服务器20。

在实际操作中，该数据收集与控制装置10还可包括一输入装置(图中未示)，用户可预先利用该输入装置输入当前土壤中所种植的植物种类等初始化数据，并通过处理装置11以及远程数据传输模块12，将该植物种类发送至该监控服务器20。该监控服务器20一侧采用B/S模式进行web应用开发，使得工作人员可以远程监视和控制大棚灌溉和施肥的实时参数，并参与到对灌溉和施肥的控制中来。

在农业生产过程中，该数据收集与控制装置10实时的将采集到的农田参数，包括温度值、湿度值、土壤中的水分值及灌溉管道中的流量值，通过网络发送至监控服务器20。监控服务器20中预先存储有与各个植物种类对应的灌溉施肥用量模型，根据数据收集与控制装置10当前所传送的植物种类，监控服务器20调取对应的灌溉施肥用量模型，基于该灌溉施肥用量模型，根据当前的温度值、湿度值、土壤中的水分值进行灌溉施肥策略计算，并获得针对当前现场的实际情况的灌溉控制信号以及施肥控制信号。

监控服务器20将该灌溉控制信号以及施肥控制信号发送回数据收集与控制装置10，处理装置11根据该灌溉控制信号控制灌溉管道的电磁阀的导通与关闭，处理装置11根据该施肥控制信号控制施肥管道的电磁阀的导通与关闭。从而实时控制生产现场中水、肥的施用量。特别是，根据该灌溉施肥用量模型，在土壤中的水分值达到预设值后，自动关闭安装在喷灌和滴灌管道上的电磁阀，停止灌溉，或者在根据农作物的生长周期以及土壤参数，预计肥力缺乏的时候导通施肥管道，达到精准灌溉和施肥的目的。

该初始化数据包括灌溉管道的数量、类型、管道流量，土壤类型、该土壤类型所对应的含水量的上下限、灌区面积、计划湿润层深度、植物种类、播种日期、施肥日期。

在将该初始化数据以及该农田参数发送至监控服务器20后，监控服务器20利用灌溉施肥用量模型结合该初始化数据，计算灌溉策略以及施肥策略。根据该灌溉策略以及施肥策略可以得到某特定时间段内的施肥流量和灌溉流量，作为一种远程的水肥一体化精准施用装置，达到远程高效率作业的要求。

在一优化实施例中，可将灌溉策略以及施肥策略融合在一次操作中。如图3所示为本发明的水肥一体化远程精准施用的方法的流程示意图。

步骤1，监控服务器20判断当前获得的土壤中的水分值是否小于等于一预设的临界值，如果否，监控服务器20继续接收数据收集与控制装置10发出的水分值，使灌溉管道保持关闭，如果是，执行步骤2。

步骤2，监控服务器20根据灌溉施肥用量模型计算灌溉水量，以及所需的灌溉管道类型(喷灌/滴灌)，对应的导通时间T，施肥量，及施肥间隔期G。

步骤3，监控服务器20判断当前日期-前次施肥日期>＝G是否成立，如果是，执行步骤4，如果否，执行步骤7。

步骤4，在导通时间T的前1/3中，监控服务器20发出灌溉控制信号，处理装置11根据该灌溉控制信号控制灌溉管道的电磁阀导通，持续灌溉清水。

步骤5，在导通时间T的中间1/3中，监控服务器20发出灌溉控制信号以及施肥控制信号，处理装置11根据该施肥控制信号控制施肥管道的电磁阀导通，持续输送肥料溶液，同时，处理装置11根据该灌溉控制信号控制灌溉管道的电磁阀导通，持续灌溉清水。

步骤6，在导通时间T的后1/3中，监控服务器20发出灌溉控制信号，处理装置11根据该灌溉控制信号控制灌溉管道的电磁阀导通，持续灌溉清水。

通过步骤4-6可使得肥料通过前后两次的清水输送而均匀的输送至农田中。

步骤7，在整个导通时间T中，监控服务器20都发出灌溉控制信号，处理装置11根据该灌溉控制信号控制灌溉管道的电磁阀导通，持续灌溉清水。

除对导通时间进行三等分外，其他的划分方式也在本发明的公开范围内。

本发明通过以上方式，利用无线通信的方式将农业生产现场的实时数据及时的发送至监控服务器一侧以进行数据积累以及对农业生产现场的远程监控，指导对农业生产现场的施肥灌溉，特别是可实现精细化的精准施肥与灌溉。本发明所利用的GPRS/CDMA网络，尤其适用于农业生产现场所产生的间歇的、突发的、频繁的、小流量的数据传输，其还可承受偶发的大流量数据传输，非常适合农业信息监测的特点，提升农业监控的时效性、便捷度。

Claims (7)

1.一种水肥一体化远程精准施用的方法，其特征在于，该方法包括：

步骤1，实时采集农田参数，该农田参数包括温度值、湿度值、土壤中的水分值及灌溉管道中的流量值；

步骤2，将该农田参数通过无线网络发送至监控服务器，进行灌溉施肥策略计算，并产生灌溉控制信号以及施肥控制信号；

步骤3，根据该灌溉控制信号控制该灌溉管道中的流量，根据该施肥控制信号控制该施肥管道中的流量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该无线网络包括GPRS网络或CDMA网络。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该步骤2进一步包括：当土壤中的水分值小于等于一预设的临界值，并且前次施肥日期距离当前日期大于等于一施肥间隔期时，产生导通该灌溉管道的灌溉控制信号，以及仅在该灌溉管道导通时段的中段，导通该施肥管道的施肥控制信号。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该步骤2进一步包括：当土壤中的水分值小于等于一预设的临界值，并且前次施肥日期距离当前日期小于一施肥间隔期时，产生导通该灌溉管道的灌溉控制信号。

5.一种水肥一体化远程精准施用的系统，用于对灌溉管道和施肥管道进行控制，其特征在于，该系统包括：数据收集与控制装置以及监控服务器，该数据收集与控制装置与该监控服务器之间通过无线网络连接；

该数据收集与控制装置进一步包括：温湿度传感器、水分传感器、流量计、远程数据传输模块、处理装置、灌溉管道电磁阀和施肥管道电磁阀；

该温湿度传感器、该水分传感器、该流量计、该远程数据传输模块、该灌溉管道电磁阀和该施肥管道电磁阀均与该处理装置连接；

该温湿度传感器用于检测环境中的温度以及湿度；

该水分传感器用于测量土壤中的水分含量值；

该流量计设置在灌溉管道的入水口，用于实时获得该灌溉管道中的瞬时流量值和累计流量值；

远程数据传输模块，用于借助该无线网络发送或接收数据；

该灌溉管道电磁阀根据该处理装置发出的灌溉控制信号控制该灌溉管道的导通与关闭；

该施肥管道电磁阀根据该处理装置发出的施肥控制信号控制该施肥管道的导通与关闭；

该监控服务器根据该数据收集与控制装置所采集的数据进行灌溉策略以及施肥策略计算，并发出该灌溉控制信号和该施肥控制信号。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，该处理装置为单片机系统。

7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，该无线网络包括GPRS网络或CDMA网络。