CN108566808B - 一种灌溉远程智能控制系统 - Google Patents

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    • A01C23/04—Distributing under pressure; Distributing mud; Adaptation of watering systems for fertilising-liquids

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Abstract

本发明提供了一种灌溉远程智能控制系统，包括土壤监测装置，用于监测土壤环境参数，获取土壤环境参数数据并将土壤环境参数数据发送至服务器；服务器，用于对来自土壤监测装置的土壤环境参数数据进行处理，分析需要驱动的水肥执行设备，根据分析结果生成相应的控制指令；灌溉智能控制模块，所述灌溉智能控制模块与服务器通讯，将服务器的控制指令发送至相应的水肥执行设备；水肥执行设备，用于执行所述服务器的控制指令，以完成对土壤环境的调控。

Description

一种灌溉远程智能控制系统
技术领域
本发明涉及农业灌溉领域，具体涉及一种灌溉远程智能控制系统。
背景技术
随着技术的发展，集约化和精细化成为新的要求，如，灌溉的方式已经由漫灌发展到喷灌、滴灌，施肥的技术也发展到根据每一小区域的土壤情况进行施肥。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种灌溉远程智能控制系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了一种灌溉远程智能控制系统，包括：
土壤监测装置，用于监测土壤环境参数，获取土壤环境参数数据并将土壤环境参数数据发送至服务器；
服务器，用于对来自土壤监测装置的土壤环境参数数据进行处理，分析需要驱动的水肥执行设备，根据分析结果生成相应的控制指令；
灌溉智能控制模块，所述灌溉智能控制模块与服务器通讯，将服务器的控制指令发送至相应的水肥执行设备；
水肥执行设备，用于执行所述服务器的控制指令，以完成对土壤环境的调控。
其中，所述灌溉智能控制模块包括：
数据库，用来记录各水肥执行设备的状态信息；
通讯模块，用于与所述服务器、水肥执行设备通讯，接收服务器的控制指令并将控制指令发送给相应的水肥执行设备。
其中，所述的土壤环境参数数据包括空气温度和湿度、土壤水分含量、土壤温度、光照强度、空气中CO2浓度、室外温湿度。
本发明的有益效果为：通过对监测到的土壤环境参数数据进行处理，分析需要驱动的水肥执行设备，根据分析结果生成相应的控制指令，从而执行相应的水肥执行设备，符合了根据每一小区域的土壤情况进行施肥或灌溉的需求，实现了灌溉的智能化、集约化和精细化。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明一个实施例的灌溉远程智能控制系统的结构示意框图；
图2是本发明一个实施例的监测中心计算机的框图示意图。
附图标记：
土壤监测装置1、服务器2、灌溉智能控制模块3、水肥执行设备4、数据库10、通讯模块20。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1，本实施例提供了灌溉远程智能控制系统，包括：
土壤监测装置1，用于监测土壤环境参数，获取土壤环境参数数据并将土壤环境参数数据发送至服务器2；
服务器2，用于对来自土壤监测装置1的土壤环境参数数据进行处理，分析需要驱动的水肥执行设备4，根据分析结果生成相应的控制指令；
灌溉智能控制模块3，所述灌溉智能控制模块3与服务器2通讯，将服务器2的控制指令发送至相应的水肥执行设备4；
水肥执行设备4，用于执行所述服务器2的控制指令，以完成对土壤环境的调控。
其中，所述灌溉智能控制模块3包括：
数据库10，用来记录各水肥执行设备4的状态信息；
通讯模块20，用于与所述服务器2、水肥执行设备4通讯，接收服务器2的控制指令并将控制指令发送给相应的水肥执行设备4。
其中，所述的土壤环境参数数据包括空气温度和湿度、土壤水分含量、土壤温度、光照强度、空气中CO2浓度、室外温湿度、降雨情况。
本发明上述实施例通过对监测到的土壤环境参数数据进行处理，分析需要驱动的水肥执行设备4，根据分析结果生成相应的控制指令，从而执行相应的水肥执行设备4，符合了根据每一小区域的土壤情况进行施肥或灌溉的需求，实现了灌溉的智能化、集约化和精细化。
在一个实施例中，土壤监测装置1包括基站和多个传感器节点；多个传感器节点随机部署于设定的边长是α×β的矩形土壤环境监测区域内，传感器节点用于采集所在测点的土壤环境参数数据，并将土壤环境参数数据发送至基站。
传感器节点在不发送土壤环境参数数据时，信道利用率较低，而传感器节点向基站发送土壤环境参数数据时，由于相邻的大量传感器节点向基站转发土壤环境参数数据而同时尝试接入信道，传感器节点之间的竞争将产生严重的冲突和干扰，从而会造成较多的土壤环境参数数据的丢失与重传量，导致网络吞吐率急剧下降，网络通信时延指数增加。
基于该问题，在一个实施例中，设置传感器节点在不发送土壤环境参数数据时的载波监听半径为Tmin；设置传感器节点在发送土壤环境参数数据时的载波监听半径为：
Figure BDA0001602788560000031
式中，T表示传感器节点在发送土壤环境参数数据时的载波监听半径，Smax为无线传感器网络中传感器节点间的最大通信链路长度，Smin为无线传感器网络中传感器节点间的最小通信链路长度，Tmin为设定的载波监听半径的下限值，U为部署的传感器节点的个数。
载波监听技术通过抑制消息发送端周围一定范围内的传感器节点发送消息的方式来减少相邻的传感器节点对当前通信的干扰，基于此，本实施例采用上述公式限定了传感器节点在不同状态时的载波监听半径。通过对传感器节点按照不同的状态进行载波监听半径的控制，有效抑制了网络冲突和干扰，避免造成较多的土壤环境参数数据的丢失与重传量，影响灌溉控制的精度。
在一个实施例中，传感器节点将土壤环境参数数据发送至基站，具体为：
(1)传感器节点与基站之间的距离小于设定的距离阈值时，传感器节点直接将土壤环境参数数据发送至基站；
(2)传感器节点与基站之间的距离大于设定的距离阈值时，传感器节点将土壤环境参数数据通过多跳转发的形式发送至基站。
本实施例基于传感器节点与基站之间的距离设定了传感器节点将土壤环境参数数据发送至基站的最佳中继路由方式，能够有效节省土壤环境参数数据发送至基站的能耗。
其中，传感器节点在其邻居节点中选择权值最大的传感器节点作为下一跳，所述的邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其他传感器节点；
所述的权值的计算公式为：
Figure BDA0001602788560000032
式中，Dij表示传感器节点i的邻居节点j的权值，l(i,j)+为传感器节点i至邻居节点j的链路在垂直方向上的投影，U为部署的传感器节点的个数，Pij为邻居节点j的当前剩余能量，Pmin为设定的最小能量值，Sij为传感器节点i与邻居节点j之间的距离，Mi为传感器节点i的通信距离，f1、f2为设定的权重系数；
式中，
Figure BDA0001602788560000041
为设定的链路有效性判断取值函数，当
Figure BDA0001602788560000042
满足时，
Figure BDA0001602788560000043
当
Figure BDA0001602788560000044
不满足时，
Figure BDA0001602788560000045
Figure BDA0001602788560000046
本实施例中传感器节点在其邻居节点中选择权值最大的传感器节点作为下一跳，并创造性地设定了传感器节点的权值的计算公式。该计算公式在考虑能量和距离因素的基础上，引入了链路有效性判断取值函数，使得传感器节点只在一定数量的有效通信链路下选择下一跳，通过链路有效性判断取值函数的设定，减少了一定数量的冗余链路，约束了土壤环境参数数据转发的路径，能够使得土壤环境参数数据沿定向转发至基站，提高了土壤环境参数数据转发至基站的可靠性和完整性。
在一个实施例中，传感器节点内设有数据预处理器，数据预处理器用于在传感器节点将土壤环境参数数据发送至基站之前，先对土壤环境参数数据进行过滤处理，具体为：数据预处理器检测要发送的土壤环境参数数据序列中是否存在土壤环境参数数据超过设定的监测阈值，若存在，传感器节点按照替代值计算公式计算替代值，并用计算的替代值替换该土壤环境参数数据。
其中，设定替代值计算公式为：
Figure BDA0001602788560000047
式中，zj′为与土壤环境参数数据zj对应的替代值，zme；(j)为将土壤环境参数数据zj所在的土壤环境参数数据序列{z1,z2,..,zn}按照从小到大进行排序所形成的新序列中的中位数，zavg(j)为所述土壤环境参数数据序列{z1,z2,..,zn}的平均值。
现有技术中对超过设定的监测阈值的土壤环境参数数据进行处理时，通常是直接进行剔除处理，这种方式会造成土壤环境参数数据的缺失，从而影响土壤环境参数数据的时间特性，进一步影响后续对土壤环境参数数据进行处理分析的精度。本实施例对超过设定的监测阈值的土壤环境参数数据进行处理时，按照设定的公式计算出替代值，将替代值替换土壤环境参数数据序列中的超过设定的监测阈值的土壤环境参数数据，有利于使得土壤环境参数数据序列中的土壤环境参数数据趋于平稳，避免造成土壤环境参数数据缺失而影响土壤环境参数数据的时间特性，从而确保灌溉远程智能控制系统的精确调节。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (5)

1.一种灌溉远程智能控制系统，其特征是，包括：
土壤监测装置，用于监测土壤环境参数，获取土壤环境参数数据并将土壤环境参数数据发送至服务器；
服务器，用于对来自土壤监测装置的土壤环境参数数据进行处理，分析需要驱动的水肥执行设备，根据分析结果生成相应的控制指令；
灌溉智能控制模块，所述灌溉智能控制模块与服务器通讯，将服务器的控制指令发送至相应的水肥执行设备；
水肥执行设备，用于执行所述服务器的控制指令，以完成对土壤环境的调控；
土壤监测装置包括基站和多个传感器节点；多个传感器节点随机部署于设定的边长是α×β的矩形土壤环境监测区域内，传感器节点用于采集所在测点的土壤环境参数数据，并将土壤环境参数数据发送至基站；设置传感器节点在不发送土壤环境参数数据时的载波监听半径为Tmin；设置传感器节点在发送土壤环境参数数据时的载波监听半径为：
Figure FDA0002669235090000011
式中，T表示传感器节点在发送土壤环境参数数据时的载波监听半径，Smax为所述矩形土壤环境监测区域中传感器节点间的最大通信链路长度，Smin为所述矩形土壤环境监测区域中传感器节点间的最小通信链路长度，Tmin为设定的载波监听半径的下限值，U为部署的传感器节点的个数。
2.根据权利要求1所述的一种灌溉远程智能控制系统，其特征是，所述灌溉智能控制模块包括：
数据库，用来记录各水肥执行设备的状态信息；
通讯模块，用于与所述服务器、水肥执行设备通讯，接收服务器的控制指令并将控制指令发送给相应的水肥执行设备。
3.根据权利要求1所述的一种灌溉远程智能控制系统，其特征是，传感器节点将土壤环境参数数据发送至基站，具体为：
(1)传感器节点与基站之间的距离小于设定的距离阈值时，传感器节点直接将土壤环境参数数据发送至基站；
(2)传感器节点与基站之间的距离大于设定的距离阈值时，传感器节点将土壤环境参数数据通过多跳转发的形式发送至基站。
4.根据权利要求1所述的一种灌溉远程智能控制系统，其特征是，传感器节点内设有数据预处理器，数据预处理器用于在传感器节点将土壤环境参数数据发送至基站之前，先对土壤环境参数数据进行过滤处理，具体为：数据预处理器检测要发送的土壤环境参数数据序列中是否存在土壤环境参数数据超过设定的监测阈值，若存在，传感器节点按照替代值计算公式计算替代值，并用计算的替代值替换该土壤环境参数数据。
5.根据权利要求4所述的一种灌溉远程智能控制系统，其特征是，设定替代值计算公式为：
Figure FDA0002669235090000021
式中，zj′为与土壤环境参数数据zj对应的替代值，zmed(j)为将土壤环境参数数据zj所在的土壤环境参数数据序列{z1,z2,..,zn}按照从小到大进行排序所形成的新序列中的中位数，zavg(j)为所述土壤环境参数数据序列{z1,z2,..,zn}的平均值。
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