CN106258854A - 一种农田土壤湿度和灌溉水量的分布式联合监控系统 - Google Patents

Abstract

一种农田土壤湿度和灌溉水量的分布式联合监控系统属于农田节能节水技术领域，其特点在于是一种基于Zigbee协议的基于磁力控制阀的无线湿度传感器和无线流量计的分布式计算机监控系统，计算机通过土壤湿度传感器采集中心辐型喷管网或滴网各节点的土壤湿度，通过位于管网主管出口处、渠道水入口处的两个无线流量计监测管网渠道水的利用系数，用太阳能电池板和备用电池构成的双电源供电线路向控制阀的电磁线圈供电，计算机利用土壤湿度计算单位容积的土壤最大含水量，利用田块最大持水量与已灌溉水量之差乘上反映个性化控制的调节系数后，再来进行增、减量控制，直到土壤最大持水量与增、减控制后的总的已灌水量相等为止，本发明具有能耗低、用水少、能同时监控渠道渗漏的优点。

Description

一种农田土壤湿度和灌溉水量的分布式联合监控系统

技术领域

本发明属于大田或温室作业时节水节能技术领域，尤其涉及基于磁力控制阀的自动化农田喷/滴式灌溉技术领域。

背景技术

在农田灌溉的问题上，节能不一定能节水，因为灌溉时有浪费，但节水则一定节能，本发明就是基于农田最大持水量这个参数来达到即节能又节水的双重目的，从而解决了节能和节水这一对矛盾。

传统的基于土壤控制的自动灌溉系统普遍存在以下缺陷：

1、缺乏一种由太阳能电源板与电池切换供电的双电路供电电路，耗能上较太阳能供电大，可靠性低，故障无法检测并显示，从而影响了进水控制的的工作可靠性。

2、缺乏一种太阳能供电的进水控制阀，增加了系统能耗。

3、无法在大田作业中，同时检测渠道的渗漏状态，渠道水的利用系数低，也无法报警显示。

4、在土壤湿度的控制模式上，普遍采用以土壤湿度作为控制变量的定值控制模式，属于断续控制模式，实际上是一种开环控制系统，从而导致供水量时多时少，控制精度低，耗水量也大，也不能对渠道水利用系数进行监控，渠道渗漏也无法得知。

5、不能结合当时当地的田地种类(水田还是旱田)、土壤类别(粘土还是沙土)、农作物的不同生长期、气象状态、历史上的种植经验及土壤本身的营养状况作为个性化的修正，以便更好地从当前实际出发进行个性化的精细耕作。

在硬件方面，本发明采用了由双路供电电路控制的太阳能供电方式，解决了系统供电问题，采用了磁力控制阀降低了能耗和器件成本，延长了阀门使用年限，降低了成本。在土壤湿度传感器的布置位置上，把布置在灌溉支水管上的磁力控制阀移到了灌溉主水管的出水端，在节省传感器总数的同时与布置在灌溉主水管入口端的磁力控制阀相配合，解决了渠道水利用系数的测定问题，为渠道渗报警提供了条件。

在软件方面，无论是大田还是温室作业，本发明以已经采集到的各类土壤温度平均值即单位容积下的含水量为基数，以整块土地的最大含水量即饱和含水量为控制对象，以一个采样间隔内的土壤饱和水量和土壤温度采集前已灌溉水量之差为控制变量，乘上个性化的调解系数后，再把已灌溉水量加上，得到在本采样间隔内实际需要灌溉的水量，再把它与本采样间隔内土壤饱和水量相比，以决定是否需要关闭自动控制阀，从而实现了连续控制，提高了土壤湿度控制的精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能对土壤湿度进行进行闭环连续控制，以提高控制精度，能对渠道渗漏程度进行监测的联合监控方法，以及一个既能节能又能节水的农业自动化灌溉系统。

本发明的特征在于，是一种采用zigbee协议的基于自动灌溉用磁力控制阀的无线传感器网络的分布式计算机监控系统，包括：所述磁力控制阀、灌溉管网部分、无线传输部分、监测控制部分、故障显示部分，其中：

灌溉管网部分，是一种中央辐射型的星形喷灌或滴灌式的农业灌溉管网，两个所述自动灌溉用的磁力控制阀分别安装在所述灌溉管网主管出口处的出水端和灌溉管网水泵出口处，

无线传输部分，包括：无线流量计和土壤湿度无线传感器两个子部分，其中：

无线流量计：共两个，分别安装在灌溉水泵出口处和所建灌溉管网主管出口处，

土壤湿度无线传感器，共N个，序号n＝1，3...，N，埋在所述中央辐射型的网络网格结点的农田下按作物种类确定的深处，

两个自动灌溉用的磁力控制阀，各包括：阀体、外壳、控制共三个部分，其中阀体部分包括：进水阀阀体1.1、控制阀阀体1.2、进水阀阀盖3.1、进水阀阀体进水孔4.1、进水阀膜片的进水孔4.2以及螺钉，其中：进水阀阀体进水孔4.1沿轴向开在所述进水阀阀体4.1的左侧，进水阀膜片2.1沿轴向盖在所述进水阀阀体1.1的上端平面上，所述进水阀膜片进水孔4.2开在所述进水阀膜片2.1上且与所述进水阀阀体进水孔4.1相连，进水阀阀体1.1的喇叭形开口处的裙边压在所述进水阀膜片2.1上且用第一螺钉19.1固定在所述进水阀阀体1.1的上端平面上；外壳部分包括：外壳上盖13、外壳下壳体14以及密封圈18，其中：外壳下壳体14底部开有中心孔，与所述进水阀阀盖3.1、瓶颈形进水孔的下端用螺纹连接的同时，又用第二螺钉19.2与所述外壳上盖13相连，外壳上盖13与所述外壳下壳体14固定连接且用密封圈18密封；控制部分是一个控制阀包括：控制阀阀体1.2、控制阀膜片2.2、3.2，控制阀阀盖、活塞帽7、活塞柱8、弹簧12、控制阀外保护套9、磁铁10、电源端串按可变电阻R₁的磁力可调的电磁线圈11、进水孔、出水孔以及螺钉，其中：控制阀阀体1.2下端进水口处与所述进水阀阀盖3.1瓶颈形进水孔的外柱面螺纹连接，所述控制阀阀体1.2内周面的台阶上安放有一个在中心开有泄压孔6而一侧开有控制阀膜片进水孔4.3的所述控制阀膜片2.2，控制阀阀盖3.2下端开口处的端面沿周向压在所述控制控制阀膜片2.2上，所述控制阀阀盖3.2的上端是一个向上凸出的封闭圆柱体，从上到下配置有相互连接的弹簧12和在底部倒“T”形突出部分套有活塞帽7的活塞柱8，电磁线圈11同轴地紧套在所述控制阀阀盖3.2封闭圆柱上，且在外周加装有一个控制阀外保护套9，所述控制阀外保护套9用第三螺钉19.3固定在所述控制阀阀体1.2上端面上，磁铁10位于所述控制阀外保护套9内，处于所述控制阀阀盖3.2封闭圆柱体的上端面之上，控制阀阀体进水孔4.4是一个单向阀门，位于所述控制阀阀体1.2内的下端靠近所述控制阀阀门下端进水口处，当所述电磁线圈11通电时，弹簧12带动所述活塞帽7上提打开泄压孔6时水便由所述进水阀阀盖3.1的瓶颈形进水孔进入所述控制阀阀体出水孔4.4后，再通过位于所述泄压孔6下方出水处的出水孔5喷出，还设有：控制电路板16，用第四螺钉19.4固定在所述外壳上盖13的顶端内侧面上，所述控制电路板16由固定在所述外壳上盖13上端面上的电源箱供电，

监测控制部分，包括：同时具有N+2路数/模和模/数转换功能、无线收发功能的计算机、2块所述控制电路板和电源箱，其中：

计算机，位于中心控制室设有：N个所述土壤湿度无线传感器的输出数据输入端，而且端口的序号与计算机的输入端口序号一一对应，2个所述无线流量计的输出信号输入端，而且端口的序号也与计算机的输入端口序号一一对应，还设有：一个分别同步输入到两个所述磁力控制阀的控制电路板以便进行开、闭控制的无线控制信号输出端，一个向上位机发出渠道水利用系数报警信号的无线报警信号输出端，更设有一个输出到故障显示板的所述渠道水利用系数报警信号输出端，

所述计算机除了中央控制器CPU外，还设有：N+2路输入的无线接收模块、N+2路输入的模数转换模块、N+2路输入的数据缓存模块、N路输入的土壤湿度数据处理模块、2路输入的渠道水流量数据处理模块、渠道水利用系数报警模块、中断处理模块、显示驱动电路、显示屏以及2路输出的无线发送模块，

控制电路板，包括：2个用于控制所述磁力控制阀的磁力可调的电磁线圈11的无线启动控制电路，简称无线启动控制电路，

无线启动控制电路，由解调电路、整流滤波电路、电压放大电路以及功率放大电路依次串联构成，输入信号是基于土壤需要增减的灌溉水量得到的，功率放大电路的输出与第三LED显示灯L₃、所述电磁线圈11依次串接，

电源箱设有：太阳能电池板E_s和备用电池E₁构成的双路供电电路、简称双路供电电路，备用电池失压报警电路，简称报警电路以及LED显示灯，其中：

双路供电电路，输出端由互相并联的太阳能供电电路和备用电池供电电路构成，其中：

太阳能供电电路，由太阳能电池板E_s手动常开按钮k₀、第四LED显示灯L₄以及第一继电器K₁线圈依次首尾连接而成，

备用电池供电电路，由备用电池E₁、所述第一继电器K₁的常闭触点k₁、第一LED显示灯L₁以及第二继电器K₂的线圈依次首尾连接而成，所述并联电路输出端接所述功率放大电路的电源端，

报警电路，由报警电池E₂、所述第二继电器K₂的常闭触点k₂、第二LED显示灯L₂以及蜂鸣报警器依次首尾连接而成；

故障显示部分，包括：各安装在所述各自动灌溉用的磁力控制阀外壳上盖上的所述电源箱上的控制阀故障显示屏以及安装在所述计算机外壳上的故障显示板，其中：

故障显示屏，位于所述电源箱上，安装有：四个所述LED显示灯L₁，L₂，L₃，L₄，灯亮表示电源接通，灯灭表示电源断开，

故障显示板，设有：受控于所述渠道水利用系数报警模块的渠道水渗漏显示用的第五LED显示灯L₅以及当某个所述土壤湿度无线传感器输入的土壤湿度值为零时用于显示其失效用的、用对应的下标“NO.…”表示其序号的第六LED显示灯L₆，NO.…，

所述计算机依次按以下步骤实现对土壤湿度和渠道水利用系数η的联合监控：

步骤(1)，计算机初始化：

土壤湿度数据存储模块，预存：

土壤湿度无线传感器的下述参数，至少包括：名称、生产厂家、型号、使用条件及性能参数、安装日期、使用有效期以及历史维修记录，

所述土壤湿度无线传感器的使用个数、编号及对应的埋藏位置，

农作物名称及品种，

种植方式：大田播种或温室种植，水田或旱田，

土壤种类及其单位容积重量g/cm³：

粘土，1.39g/cm³， 粘壤土，1.39g/cm³，

壤土，1.40g/cm³， 沙土，1.50g/cm³，

沙壤土，1.40g/cm³，

土壤平均孔隙率变化范围：

粘土，(25～30)％， 粘壤土，(23～27)％，

壤土，(23～25)％， 沙壤土，(20～22)％，

沙土，(7～14)％，

单位容积土壤内的饱和水量＝土壤单位容积重量×平均孔隙率，渠道水流量数据存储模块，预存：上一次实时测量值Q₁，Q₂，

渠道水水泵出口处流量Q₁，

滴水主管或喷水主管出口处流量Q₂，

渠道水利用系数η＝(Q₁-Q₂)/Q₁，

水田的渠道水利用系数阈值η’为0.95，旱田的渠道水利用系数阈值η”为0.9，

按所述单位容积土壤内的饱和水量和田地面积S内土壤单位容积湿度平均值计算得到的土壤最大需水量Q_max：

Q_max＝S×α_田×h×(单位容积土壤内的饱和水量-土壤单位容积湿度平均值)，其中：h为所述土壤湿度无线传感器的埋深，单位为米，

S为田地面积，单位为米²，

α_田为由于包括田埂在内的无法灌溉的土地而造成的面积损失，取值为0.5，称为田地面积调整系数，

土壤当前实际需要灌溉的水量Q_实＝(Q_max-Q₂)×α_水+Q₂，

其中：α_水为根据当时当地当前气候条件、田地种类及农作物当前状况而由操作员作出调整的灌溉水增量调整系数，是一个经验值，0＜α_水≤1，Q₂是已灌溉的水量，

CPU预存：

采样周期：T，为设定值；

采样间隔：Δt，为设定值；

步骤(2)，所述计算机依次按以下步骤对土壤湿度和大田作业的渠道水或温室中的土壤湿度进行联合监控：

步骤(2.1)，所述计算机在初始时刻t₀启动后在t₀-t₁第一采样间隔Δt₁内，操作员输入以下参数：

种植方式，土壤种类，水田或旱田，土壤的单位容积重量和平均孔隙率，大田或温室的田地面积S，田地面积调整系数α_田，灌水增量调整系数α_水，采样周期T，采样间隔Δt以及土壤湿度无线传感器埋深h，

接着，操作员给所述土壤湿度无线传感器上电，采集土壤湿度，

同时所述计算机启动所述磁力控制阀，在对田地灌溉的同时采集所述渠道水水泵出口流量Q₁，大田或温室灌溉管网主管的出口处的出水流量Q₂，

步骤(2.2)，在时刻t₁开始的第二采样间隔Δt₂内，依次计算大田或温室中的下述参数：

单位容积土壤内的湿度平均值，田地中的饱和水量，即土壤最大需水量Q_max，土壤当前实际需要灌溉的水量Q_实，Q_实＝Q₂+(Q_max-Q₂)×α_水，(Q_max-Q₂)为要增加的或者过多的灌溉水量，计算机根据(Q_max-Q₂)发出无线控制信号，

步骤(2.3)，判别种植方式，是大田还是温室：

若是温室，执行步骤(2.4_(a))，

若是大田，执行步骤(2.4_(b))，

步骤(2.4)，根据种植方式，分别进行处理：

步骤(2.4_(a))，执行以下步骤：

判断(Q_max-Q₂)大于或等于0否：

若：(Q_max-Q₂)＞0，表示灌水不够，则继续灌水，直到(Q_max-Q₂)＝0为止，关断磁力控制阀，

若：(Q_max-Q₂)＝0，表示灌水达标，则控制所述磁力控制阀切断供水，

若：(Q_max-Q₂)＜0，表示灌水超量，则关断所述磁力控制阀，切断供水；

步骤(2.4_(b))，执行以下步骤：

步骤(2.4.1_(b))，判断(Q_max-Q₂)大于或等于0否，执行方法与步骤(2.4.1_(a))相同，

步骤(2.4.2_(b))，所述计算机判断田地种类是水田还是旱田，

步骤(2.4.3_(b))，按田地种类分别计算渠道水利用系数η’或η”，

步骤(2.4.4_(b))，重复执行步骤(2.2)～步骤(2.4.3_(b))，一直到t＝T为止，

步骤(2.5_(b))，所述计算机采集各采样间隔Δt内的渠道水利用系数并求取均值，执行以下步骤，用η′_cp表示水田渠道水平均利用系数，用η″_cp表示旱田渠道水平均利用系数，则判别如下：

若：η′_cp＜η′_阀值，则第五LED显示灯L₅暗，

η′_cp≥η′_阀值，则第五LED显示灯L₅亮，

若：η″_cp＜η″_阀值，则第六LED显示灯L₆暗，

η″_cp≥η″_阀值，则第六LED显示灯L₆亮，

η′是水田的渠道水利用系数阀值，η′＝0.95

η″是旱田的渠道水利用系数阀值，η″＝0.90

至此，一个周期T内的监控结束。

本发明的特征还在于，计算机和各土壤湿度无线传感器在上电后自动灌溉用的磁力控制阀启动灌溉前，必然先采集并计算出土壤湿度在灌溉前的平均值，以此计算出在第二采样间隔Δt₃＝t₂-t₁内的土地持有水量的初值，作为所述Δt₃内已灌水量的一个组成部分。

本发明有益效果是：精细地控制并减少了大田作业和温室种植的农地总灌溉水量，降低了系统能耗，同时实现了渠道渗漏程度的同步监测。

附图说明

图1系统示意图。

图2本发明监控程序流程框图。

图3本发明系统软件结构图。

图4双路供电、备用电池失压报警以及阀门电磁线圈无线控制图。

图5自动灌溉用的磁力控制阀中剖视图。

具体实施方式

本发明是在ZigBee无线传感器网络中实现的。

在所述农田土壤湿度和灌溉水量的分布式联合监控系统中。

所述控制电路板上的功率放大电路在所述计算机发出的磁力控制阀启动控制信号到来时打开所述自动灌溉用的磁力启动阀阀门进行灌溉，在新的采样间隔开始时当按土壤单位容积量估算得到的整块田地的土壤饱和水量与上一采样间隔已灌水量之差去计算在所述新的采样间隔内需要增或减的水量，来决定计算机是否发出关断功率放大管以断开所述电磁线圈的控制信号：若需要增加，则阀门继续打开，若相等或高要减，则阀门关断。

计算机在一个周期末，计算出各采样间隔内渠道水利用系数平均值，分别按照是水田还是旱田，判断渠道水利用系数是否超过设定的阀值，若计算机判定已大于设定的阀值，则相关的显示灯亮，表示渠道水出现渗漏。

Claims (2)

1.一种农用土壤湿度和灌溉水量的分布式联合监控系统，其特征在于，是一种采用zigbee协议的基于自动灌溉用磁力控制阀的无线传感器网络的分布式计算机监控系统，包括：所述磁力控制阀、灌溉管网部分、无线传输部分、监测控制部分、故障显示部分，其中：

灌溉管网部分，是一种中央辐射型的星形喷灌或滴灌式的农业灌溉管网，两个所述自动灌溉用的磁力控制阀分别安装在所述灌溉管网主管出口处的出水端和灌溉管网水泵出口处，

无线传输部分，包括：无线流量计和土壤湿度无线传感器两个子部分，其中：

无线流量计：共两个，分别安装在灌溉水泵出口处和所建灌溉管网主管出口处，

土壤湿度无线传感器，共N个，序号n＝1，3...，N，埋在所述中央辐射型的网络网格结点的农田下按作物种类确定的深处，

两个自动灌溉用的磁力控制阀，各包括：阀体、外壳、控制共三个部分，其中阀体部分包括：进水阀阀体(1.1)、控制阀阀体(1.2)、进水阀阀盖(3.1)、进水阀阀体进水孔(4.1)、进水阀膜片的进水孔(4.2)以及螺钉，其中：进水阀阀体进水孔(4.1)沿轴向开在所述进水阀阀体(4.1)的左侧，进水阀膜片(2.1)沿轴向盖在所述进水阀阀体(1.1)的上端平面上，所述进水阀膜片进水孔(4.2)开在所述进水阀膜片(2.1)上且与所述进水阀阀体进水孔(4.1)相连，进水阀阀体(1.1)的喇叭形开口处的裙边压在所述进水阀膜片(2.1)上且用第一螺钉(19.1)固定在所述进水阀阀体(1.1)的上端平面上；外壳部分包括：外壳上盖(13)、外壳下壳体(14)以及密封圈(18)，其中：外壳下壳体(14)底部开有中心孔，与所述进水阀阀盖(3.1)、瓶颈形进水孔的下端用螺纹连接的同时，又用第二螺钉(19.2)与所述外壳上盖(13)相连，外壳上盖(13)与所述外壳下壳体(14)固定连接且用密封圈(18)密封；控制部分是一个控制阀包括：控制阀阀体(1.2)、控制阀膜片(2.2)、(3.2)，控制阀阀盖、活塞帽(7)、活塞柱(8)、弹簧(12)、控制阀外保护套(9)、磁铁(10)、电源端串按可变电阻R₁的磁力可调的电磁线圈(11)、进水孔、出水孔以及螺钉，其中：控制阀阀体(1.2)下端进水口处与所述进水阀阀盖(3.1)瓶颈形进水孔的外柱面螺纹连接，所述控制阀阀体(1.2)内周面的台阶上安放有一个在中心开有泄压孔(6)而一侧开有控制阀膜片进水孔(4.3)的所述控制阀膜片(2.2)，控制阀阀盖(3.2)下端开口处的端面沿周向压在所述控制控制阀膜片(2.2)上，所述控制阀阀盖(3.2)的上端是一个向上凸出的封闭圆柱体，从上到下配置有相互连接的弹簧(12)和在底部倒“T”形突出部分套有活塞帽(7)的活塞柱(8)，电磁线圈(11)同轴地紧套在所述控制阀阀盖(3.2)封闭圆柱上，且在外周加装有一个控制阀外保护套(9)，所述控制阀外保护套(9)用第三螺钉(19.3)固定在所述控制阀阀体(1.2)上端面上，磁铁(10)位于所述控制阀外保护套(9)内，处于所述控制阀阀盖(3.2)封闭圆柱体的上端面之上，控制阀阀体进水孔(4.4)是一个单向阀门，位于所述控制阀阀体(1.2)内的下端靠近所述控制阀阀门下端进水口处，当所述电磁线圈(11)通电时，弹簧(12)带动所述活塞帽(7)上提打开泄压孔(6)时水便由所述进水阀阀盖(3.1)的瓶颈形进水孔进入所述控制阀阀体出水孔(4.4)后，再通过位于所述泄压孔(6)下方出水处的出水孔(5)喷出，还设有：控制电路板(16)，用第四螺钉(19.4)固定在所述外壳上盖(13)的顶端内侧面上，所述控制电路板(16)由固定在所述外壳上盖(13)上端面上的电源箱供电，

监测控制部分，包括：同时具有N+2路数/模和模/数转换功能、无线收发功能的计算机、2块所述控制电路板和电源箱，其中：

计算机，位于中心控制室设有：N个所述土壤湿度无线传感器的输出数据输入端，而且端口的序号与计算机的输入端口序号一一对应，2个所述无线流量计的输出信号输入端，而且端口的序号也与计算机的输入端口序号一一对应，还设有：一个分别同步输入到两个所述磁力控制阀的控制电路板以便进行开、闭控制的无线控制信号输出端，一个向上位机发出渠道水利用系数报警信号的无线报警信号输出端，更设有一个输出到故障显示板的所述渠道水利用系数报警信号输出端，

所述计算机除了中央控制器CPU外，还设有：N+2路输入的无线接收模块、N+2路输入的模数转换模块、N+2路输入的数据缓存模块、N路输入的土壤湿度数据处理模块、2路输入的渠道水流量数据处理模块、渠道水利用系数报警模块、中断处理模块、显示驱动电路、显示屏以及2路输出的无线发送模块，

控制电路板，包括：2个用于控制所述磁力控制阀的磁力可调的电磁线圈(11)的无线启动控制电路，简称无线启动控制电路，

无线启动控制电路，由解调电路、整流滤波电路、电压放大电路以及功率放大电路依次串联构成，输入信号是基于土壤需要增减的灌溉水量得到的，功率放大电路的输出与第三LED显示灯(L₃)、所述电磁线圈(11)依次串接，

电源箱设有：太阳能电池板(E_s)和备用电池(E₁)构成的双路供电电路、简称双路供电电路，备用电池失压报警电路，简称报警电路以及LED显示灯，其中：

双路供电电路，输出端由互相并联的太阳能供电电路和备用电池供电电路构成，其中：

太阳能供电电路，由太阳能电池板(E_s)手动常开按钮(k₀)、第四LED显示灯(L₄)以及第一继电器(K₁)线圈依次首尾连接而成，

备用电池供电电路，由备用电池(E₁)、所述第一继电器(K₁)的常闭触点(k₁)、第一LED显示灯(L₁)以及第二继电器(K₂)的线圈依次首尾连接而成，所述并联电路输出端接所述功率放大电路的电源端，

报警电路，由报警电池(E₂)、所述第二继电器(K₂)的常闭触点(k₂)、第二LED显示灯(L₂)以及蜂鸣报警器依次首尾连接而成；

故障显示部分，包括：各安装在所述各自动灌溉用的磁力控制阀外壳上盖上的所述电源箱上的控制阀故障显示屏以及安装在所述计算机外壳上的故障显示板，其中：

故障显示屏，位于所述电源箱上，安装有：四个所述LED显示灯(L₁，L₂，L₃，L₄)，灯亮表示电源接通，灯灭表示电源断开，

故障显示板，设有：受控于所述渠道水利用系数报警模块的渠道水渗漏显示用的第五LED显示灯(L₅)以及当某个所述土壤湿度无线传感器输入的土壤湿度值为零时用于显示其失效用的、用对应的下标“NO.…”表示其序号的第六LED显示灯(L₆，NO.…)，

所述计算机依次按以下步骤实现对土壤湿度和渠道水利用系数η的联合监控：

步骤(1)，计算机初始化：

土壤湿度数据存储模块，预存：

土壤湿度无线传感器的下述参数，至少包括：名称、生产厂家、型号、使用条件及性能参数、安装日期、使用有效期以及历史维修记录，

所述土壤湿度无线传感器的使用个数、编号及对应的埋藏位置，

农作物名称及品种，

种植方式：大田播种或温室种植，水田或旱田，

土壤种类及其单位容积重量g/cm³：

粘土，1.39g/cm³， 粘壤土，1.39g/cm³，

壤土，1.40g/cm³， 沙土，1.50g/cm³，

沙壤土，1.40g/cm³，

土壤平均孔隙率变化范围：

粘土，(25～30)％， 粘壤土，(23～27)％，

壤土，(23～25)％， 沙壤土，(20～22)％，

沙土，(7～14)％，

单位容积土壤内的饱和水量＝土壤单位容积重量×平均孔隙率，

渠道水流量数据存储模块，预存：上一次实时测量值Q₁，Q₂，

渠道水水泵出口处流量Q₁，

滴水主管或喷水主管出口处流量Q₂，

渠道水利用系数η＝(Q_1-Q₂)/Q₁，

水田的渠道水利用系数阈值η’为0.95，旱田的渠道水利用系数阈值η”为0.9，

按所述单位容积土壤内的饱和水量和田地面积S内土壤单位容积湿度平均值计算得到的土壤最大需水量Q_max：

Q_max＝S×α_田×h×(单位容积土壤内的饱和水量-土壤单位容积湿度平均值)，其中：h为所述土壤湿度无线传感器的埋深，单位为米，

S为田地面积，单位为米²，

α_田为由于包括田埂在内的无法灌溉的土地而造成的面积损失，取值为0.5，称为田地面积调整系数，

土壤当前实际需要灌溉的水量Q_实＝(Q_max-Q₂)×α_水+Q₂，

其中：α_水为根据当时当地当前气候条件、田地种类及农作物当前状况而由操作员作出调整的灌溉水增量调整系数，是一个经验值，0＜α_水≤1，Q₂是已灌溉的水量，

CPU预存：

采样周期：T，为设定值；

采样间隔：Δt，为设定值；

步骤(2)，所述计算机依次按以下步骤对土壤湿度和大田作业的渠道水或温室中的土壤湿度进行联合监控：

步骤(2.1)，所述计算机在初始时刻t₀启动后在t₀-t₁第一采样间隔Δt₁内，操作员输入以下参数：

种植方式，土壤种类，水田或旱田，土壤的单位容积重量和平均孔隙率，大田或温室的田地面积(S)，田地面积调整系数(α_田)，灌水增量调整系数(α_水)，采样周期(T)，采样间隔(Δt)以及土壤湿度无线传感器埋深(h)，

接着，操作员给所述土壤湿度无线传感器上电，采集土壤湿度，

同时所述计算机启动所述磁力控制阀，在对田地灌溉的同时采集所述渠道水水泵出口流量Q₁，大田或温室灌溉管网主管的出口处的出水流量Q₂，

步骤(2.2)，在时刻t₁开始的第二采样间隔Δt₂内，依次计算大田或温室中的下述参数：

单位容积土壤内的湿度平均值，田地中的饱和水量，即土壤最大需水量Q_max，土壤当前实际需要灌溉的水量Q_实，Q_实＝Q₂+(Q_max-Q₂)×α_水，(Q_max-Q₂)为要增加的或者过多的灌溉水量，计算机根据(Q_max-Q₂)发出无线控制信号，

步骤(2.3)，判别种植方式，是大田还是温室：

步骤(2.4)，根据种植方式，分别进行处理：

若是温室，执行步骤(2.4_(a))，

若是大田，执行步骤(2.4_(b))，

步骤(2.4_(a))，执行以下步骤：

判断(Q_max-Q₂)大于或等于0否：

若：(Q_max-Q₂)＞0，表示灌水不够，则继续灌水，直到(Q_max-Q₂)＝0为止，关断磁力控制阀，

若：(Q_max-Q₂)＝0，表示灌水达标，则控制所述磁力控制阀切断供水，

若：(Q_max-Q₂)＜0，表示灌水超量，则关断所述磁力控制阀，切断供水；

步骤(2.4_(b))，执行以下步骤：

步骤(2.4.1_(b))，判断(Q_max-Q₂)大于或等于0否，执行方法与步骤(2.4.1_(a))相同，

步骤(2.4.2_(b))，所述计算机判断田地种类是水田还是旱田，

步骤(2.4.3_(b))，按田地种类分别计算渠道水利用系数η’或η”，

步骤(2.4.4_(b))，重复执行步骤(2.2)～步骤(2.4.3_(b))，一直到t＝T为止，

步骤(2.5_(b))，所述计算机采集各采样间隔Δt内的渠道水利用系数并求取均值，执行以下步骤，用η′_cp表示水田渠道水平均利用系数，用η″_cp表示旱田渠道水平均利用系数，则判别如下：

若：η′_cp＜η′_阈值，则第五LED显示灯(L₅)暗，

η′_cp≥η′_阈值，则第五LED显示灯(L₅)亮，

若：η″_cp＜η″_阈值，则第六LED显示灯(L₆)暗，

η″_cp≥η″_阈值，则第六LED显示灯(L₆)亮，

η′是水田的渠道水利用系数阀值，η′＝0.95

η″是旱田的渠道水利用系数阀值，η″＝0.90

至此，一个周期T内的监控结束。

2.根据权利要求1所述的一种农田土壤湿度和灌溉水量的分布式联合监控系统，其特征在于，计算机和各土壤湿度无线传感器在上电后自动灌溉用的磁力控制阀启动灌溉前，必然先采集并计算出土壤湿度在灌溉前的平均值，以此计算出在第二采样间隔Δt₃＝t₂-t₁内的土地持有水量的初值，作为所述Δt₃内已灌水量的一个组成部分。