CN109062272A - 水稻灌溉智能测控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了水稻灌溉智能测控系统，包括监测装置、基站设备、远程管理终端、水泵控制器、水泵以及与水泵连接的多个电磁阀；所述监测装置包括多个随机部署于设定的水稻监测区域内的传感器节点；传感器节点采集的农田水位数据最终传送到基站设备，进而由基站设备将接收到的农田水位数据传送到远程管理终端；所述的远程管理终端存储有根据水稻栽培的要求设定的农田水位阈值，远程管理终端根据接收到的农田水位数据判断各农田水位是否在设定的农田水位阈值范围之内，如果一田块的水位低于农田水位阈值下限，远程管理终端发送水泵开启指令给水泵控制器以开启所述水泵，同时给对应该田块的电磁阀发送开启指令，实现农田水位的精准控制。

Description

水稻灌溉智能测控系统

技术领域

本发明涉及农业技术领域，具体涉及水稻灌溉智能测控系统。

背景技术

现有常规稻田灌水方式是“浅灌深蓄”或“浅灌中蓄”方式，即实行浅水灌溉，降水则深蓄或中蓄。通过人工调节，将田间水层深度控制在适宜水层上下之间。其特点是水稻在整个生育期里，除分蘖末期有一次落干(落水晒田)外，其余阶段田间均有水层。

由于不同田块高度不一样，目前的灌溉方式是通过一条沟渠，使得每个田块的水位达到相同的水平面，而实际的农田的水位由于田块的高度原因而无法达到期望的水位。

发明内容

针对上述问题，本发明提供水稻灌溉智能测控系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了水稻灌溉智能测控系统，包括监测装置、基站设备、远程管理终端、水泵控制器、水泵以及与水泵连接的多个电磁阀；所述监测装置包括多个随机部署于设定的水稻监测区域内的传感器节点，多个传感器节点通过自组织方式构成一个用于感知和采集农田水位数据的无线传感器网络；传感器节点采集的农田水位数据最终传送到基站设备，进而由基站设备将接收到的农田水位数据传送到远程管理终端；所述的远程管理终端存储有根据水稻栽培的要求设定的农田水位阈值，远程管理终端根据接收到的农田水位数据判断各农田水位是否在设定的农田水位阈值范围之内，如果一田块的水位低于农田水位阈值下限，远程管理终端发送水泵开启指令给水泵控制器以开启所述水泵，同时给对应该田块的电磁阀发送开启指令，实现农田水位的精准控制。

优选地，当传感器节点采集到田块的水位达到农田水位阈值上限时，所述远程管理终端给对应该田块的电磁阀发送关闭指令，关闭对应该田块的电磁阀。

优选地，当所有电磁阀关闭时，所述远程管理终端向水泵控制器发送水泵关闭指令以关闭水泵。

本发明的有益效果为：通过利用无线传感器网络技术获取农田水位数据并将农田水位数据传输至远程管理终端，远程管理终端根据所获得农田水位数据和农田水位阈值，确定农田灌溉量，并向水泵控制器和电磁阀发送相应的指令，从而实现不同田块的水位控制，以达到不同高度水稻田的节水精准灌溉。

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是本发明一个示例性实施例水稻灌溉智能测控系统的结构示意框图；

图2是本发明一个示例性实施例的远程管理终端的结构示意框图。

附图标记：

监测装置1、基站设备2、远程管理终端3、水泵控制器4、水泵5、电磁阀6、存储模块10、数据判断模块20、指令生成模块30。

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，本实施例提供的水稻灌溉智能测控系统，包括监测装置1、基站设备2、远程管理终端3、水泵控制器4、水泵5以及与水泵5连接的多个电磁阀6；所述监测装置1包括多个随机部署于设定的水稻监测区域内的传感器节点，多个传感器节点通过自组织方式构成一个用于感知和采集农田水位数据的无线传感器网络；传感器节点采集的农田水位数据最终传送到基站设备2，进而由基站设备2将接收到的农田水位数据传送到远程管理终端3；所述的远程管理终端3存储有根据水稻栽培的要求设定的农田水位阈值，远程管理终端3根据接收到的农田水位数据判断各农田水位是否在设定的农田水位阈值范围之内，如果一田块的水位低于农田水位阈值下限，远程管理终端3发送水泵开启指令给水泵控制器4以开启所述水泵5，同时给对应该田块的电磁阀发送开启指令，实现农田水位的精准控制。

在一种实施方式中，当传感器节点采集到田块的水位达到农田水位阈值上限时，所述远程管理终端3给对应该田块的电磁阀发送关闭指令，关闭对应该田块的电磁阀。

在一种实施方式中，当所有电磁阀关闭时，所述远程管理终端3向水泵控制器4发送水泵关闭指令以关闭水泵5。

在一种能够实现的方式中，如图2所示，所述的远程管理终端3包括存储模块10、数据判断模块20、指令生成模块30，其中存储模块10、指令生成模块30与数据判断模块20连接。所述存储模块10设有用于存储根据水稻栽培的要求设定的农田水位阈值的数据库，以及用于存储所接收的农田水位数据的数据库。数据判断模块20根据接收到的农田水位数据判断各农田水位是否在设定的农田水位阈值范围之内，如果一田块的水位低于农田水位阈值下限，生成判断结果并发送至指令生成模块30，指令生成模块30根据判断结果生成所述的水泵开启指令。

本发明上述实施例通过利用无线传感器网络技术获取农田水位数据并将农田水位数据传输至远程管理终端3，远程管理终端3根据所获得农田水位数据和农田水位阈值，确定农田灌溉量，并向水泵控制器4和电磁阀发送相应的指令，从而实现不同田块的水位控制，以达到不同高度水稻田的节水精准灌溉。

在一个实施例中，无线传感器网络初始化后，基站设备2获取到传感器节点的相关信息，所述相关信息包括传感器节点间的连接关系、传感器节点的初始能量信息；基站设备2根据初始能量信息计算传感器节点的平均能量根据平均能量为各传感器节点分配初始的优先级，并将初始的优先级信息广播至各传感器节点；网络运行期间，基站设备2周期性地获取各传感器节点的当前剩余能量信息，根据当前剩余能量信息更新各传感器节点的优先级，并将更新的优先级信息广播至各传感器节点；在农田水位数据传输阶段，处于最低优先级的传感器节点只负责采集农田水位数据，而低优先级的传感器节点不帮助相对高优先级的传感器节点转发农田水位数据。

本实施例根据当前剩余能量对各传感器节点进行优先级分配，相应地提出了优先级分配机制；本实施例规定处于最低优先级的传感器节点只负责采集农田水位数据，而低优先级的传感器节点不帮助相对高优先级的传感器节点转发农田水位数据，有利于降低低能量传感器节点的能耗，使得网络的负载能够被分担到高能量的传感器节点上，均衡了网络中的能量消耗，有助于延长无线传感器网络的生命周期；由于基站设备2定期更新传感器节点的优先级信息，使得原高优先级的传感器节点将通过降优先级来缓解能量消耗的速度，实现了高优先级传感器节点的保护。

其中，按照下列公式确定传感器节点的优先级：

式中，Z_i为传感器节点i的优先级，x为设定优先级数，int为取整函数，表示对进行取整运算。

本实施例根据网络平均能量与设定的优先级数确定一个优先级的能量范围，使得优先级的确定更加适应无线传感器网络的当前情况。

在一个实施例中，传感器节点与基站设备2的距离不超过设定的距离下限时，直接将采集的农田水位数据发送至基站设备2；传感器节点与基站设备2的距离超过设定的距离下限时，需要通过多跳转发的形式将采集的农田水位数据发送至基站设备2，此时较低优先级的传感器节点仅在优先级比它高一级的传感器节点中选择下一跳节点。

在一个实施例中，传感器节点选择下一跳节点时，具体执行：

(1)在接收到基站设备2广播的优先级信息后，较低优先级的传感器节点将优先级比它高一级的所有传感器节点作为下一跳候选节点；

(2)较低优先级的传感器节点计算其下一跳候选节点的选择概率值，并根据选择概率值由大到小的顺序构建下一跳候选节点列表；

(3)在需要选择下一跳节点转发农田水位数据时，较低优先级的传感器节点从其预先构建的下一跳候选节点列表中，选择排序最前的下一跳候选节点作为下一跳节点。

其中，设定选择概率值的计算公式为：

式中，Y_ab为较低优先级的传感器节点a的第b个下一跳候选节点的选择概率值；F_ab为链路ab的评价值，当该传感器节点a与其第b个下一跳候选节点互为邻居节点时，F_ab＝1，否则F_ab＝0.8；S_ab为传感器节点a与其第b个下一跳候选节点的距离，H_a为较低优先级的传感器节点a的有效通信半径，k为预设的路径衰减因子；Q(S_ab-H_a)为判定取值函数，当S_ab-H_a＞0时，Q(S_ab-H_a)＝1，当S_ab-H_a≤0时，Q(S_ab-H_a)＝0。

一个传感器节点在另一个传感器节点的通信范围内，而另一个传感器节点不在该传感器节点的传输范围内时，这两个传感器节点之间的链路将不对称，而不对称链路将会降低路径的可靠性。而传感器节点间相距越远，农田水位数据传输的可靠性也将会降低。基于此，本实施例提供了下一跳节点的选择机制，其中设定了选择概率值的计算公式，通过该计算公式确定下一跳候选节点的选择概率值，并根据选择概率值由大到小的顺序构建下一跳候选节点列表。

由该选择概率值的计算公式可知，传感器节点与其下一跳候选节点距离越近且互为邻居节点，则选择概率值越大。本实施例在需要选择下一跳节点转发农田水位数据时，较低优先级的传感器节点从其预先构建的下一跳候选节点列表中，选择排序最前的下一跳候选节点作为下一跳节点，实现了下一跳节点的最优化选择，有利于提高农田水位数据转发的可靠性。

在一个实施例中，传感器节点接收到更新的优先级信息后，对其下一跳候选节点列表进行更新，包括：将优先级降低的下一跳候选节点从下一跳候选节点列表中删除；确定新生成的优先级比它高一级的传感器节点并计算相应的选择概率值，按照选择概率值由大到小的顺序将确定的传感器节点增加到下一跳候选节点列表中相应的位置。

本实施例提出了对下一跳候选节点列表进行更新的具体方式，其中将优先级降低的下一跳候选节点从下一跳候选节点列表中删除，避免了优先级降低的传感器节点对后续下一跳节点的选择带来干扰。

进一步地，对其下一跳候选节点列表进行更新，还包括：计算当前下一跳候选节点列表中下一跳候选节点的当前剩余能量平均值P_avg，检测排序最前的下一跳候选节点是否下列符合能量条件，若不符合，则将该排序最前的下一跳候选节点与其相邻的下一跳候选节点互换位置，完成下一跳候选节点列表的更新：

式中，P₁为传感器节点用于通信的每单位时间内的能量消耗，P₂为传感器节点用于感知和计算的每单位时间内的能耗，P₁、P₂的值为固定设定值，u₁、u₂为预设的权重系数；P_min为当前下一跳候选节点列表中传感器节点的最小能量，P_max为当前下一跳候选节点列表中传感器节点的最小能量；G为预设的比值阈值。

本实施例对排序最前的下一跳候选节点进行能量检测，使得传感器节点在选择下一跳节点时始终能够选择较为可靠且能量较高的邻居节点，有益于平衡下一跳候选节点之间的能耗，进而有助于延长无线传感器网络的寿命，提高水稻灌溉智能测控系统的运行稳定性。

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 (6)

1.水稻灌溉智能测控系统，其特征是，包括监测装置、基站设备、远程管理终端、水泵控制器、水泵以及与水泵连接的多个电磁阀；所述监测装置包括多个随机部署于设定的水稻监测区域内的传感器节点，多个传感器节点通过自组织方式构成一个用于感知和采集农田水位数据的无线传感器网络；传感器节点采集的农田水位数据最终传送到基站设备，进而由基站设备将接收到的农田水位数据传送到远程管理终端；所述的远程管理终端存储有根据水稻栽培的要求设定的农田水位阈值，远程管理终端根据接收到的农田水位数据判断各农田水位是否在设定的农田水位阈值范围之内，如果一田块的水位低于农田水位阈值下限，远程管理终端发送水泵开启指令给水泵控制器以开启所述水泵，同时给对应该田块的电磁阀发送开启指令，实现农田水位的精准控制。

2.根据权利要求1所述的水稻灌溉智能测控系统，其特征是，当传感器节点采集到田块的水位达到农田水位阈值上限时，所述远程管理终端给对应该田块的电磁阀发送关闭指令，关闭对应该田块的电磁阀。

3.根据权利要求2所述的水稻灌溉智能测控系统，其特征是，当所有电磁阀关闭时，所述远程管理终端向水泵控制器发送水泵关闭指令以关闭水泵。

4.根据权利要求1-3任一项所述的水稻灌溉智能测控系统，其特征是，所述的远程管理终端包括存储模块、数据判断模块、指令生成模块，其中存储模块、指令生成模块与数据判断模块连接。

5.根据权利要求1所述的水稻灌溉智能测控系统，其特征是，无线传感器网络初始化后，基站设备获取到传感器节点的相关信息，所述相关信息包括传感器节点间的连接关系、传感器节点的初始能量信息；基站设备根据初始能量信息计算传感器节点的平均能量根据平均能量为各传感器节点分配初始的优先级，并将初始的优先级信息广播至各传感器节点；网络运行期间，基站设备周期性地获取各传感器节点的当前剩余能量信息，根据当前剩余能量信息更新各传感器节点的优先级，并将更新的优先级信息广播至各传感器节点；在农田水位数据传输阶段，处于最低优先级的传感器节点只负责采集农田水位数据，而低优先级的传感器节点不帮助相对高优先级的传感器节点转发农田水位数据。

6.根据权利要求5所述的水稻灌溉智能测控系统，其特征是，按照下列公式确定传感器节点的优先级：

式中，Z_i为传感器节点i的优先级，x为设定优先级数，int为取整函数，表示对进行取整运算。