CN110679452A - 基于射频组网技术的低功耗智能灌溉系统 - Google Patents

基于射频组网技术的低功耗智能灌溉系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出基于射频组网技术的低功耗智能灌溉系统，所述灌溉系统包括灌溉决策模块和设于灌溉区的灌溉控制器、土壤因素决策模块、空气因素决策模块；所述土壤因素决策模块根据灌溉区处的土壤状态来向灌溉决策模块提交土壤灌溉决策；所述空气因素决策模块根据灌溉区处的空气状态来向灌溉决策模块提交气象预报；所述灌溉决策模块与雨量信息传感器相连以接收当前降雨量；所述灌溉决策模块根据收到的土壤灌溉决策、气象预报来决定是否启动对灌溉区的灌溉作业；本发明可以实时缓存土壤温湿度传感、空气温湿度气压传感器、雨量信息传感器上传的气象信息，并自动对灌溉计划是否执行进行判断。

Description

基于射频组网技术的低功耗智能灌溉系统
技术领域
本发明涉及农业自动化技术领域，尤其是基于射频组网技术的低功耗智能灌溉系统。
背景技术
灌溉是日常生活中非常常见的一项活动，大至农业、园林，小至庭院、阳台，都能看到人们灌溉的身影。随着技术的逐步发展，目前的设备灌溉已经在灌溉领域大量的使用，但目前主要的灌溉控制器还是采用单机定时灌溉，当设定的时间达到时自动开启水阀，在设定的灌溉时间达到时自动关闭水阀，单机定时灌溉已经一定程度上减少了人工灌溉的工作量，但是单机定时无法自动判断土壤湿度是否足够，是否有降雨而无需灌溉，无法反馈设定的定时工作是否有执行等，特别是当使用者不在控制器边上，这些信息无法获取，无法对控制器进行控制。
因此，市场上出现了采用wifi控制的灌溉控制器，这部分控制器采用互联网上的气象信息，并可以通过APP进行远程开关控制。但是，由于互联网上的气象信息覆盖面过大，很经常与所灌溉区域的实际气象不一致，会造成使用者或灌溉设备的误判误操作。此外，由于wifi设备本身耗电较大，必须采用外部供电，因此需要供水处边上必须有供电插头，一方面对安装环境有了较多的限制，另一方面水与插座之前距离较近，也存在着较大的安全隐患。
发明内容
本发明提出基于射频组网技术的低功耗智能灌溉系统，可以实时缓存土壤温湿度传感、空气温湿度气压传感器、雨量信息传感器上传的气象信息，并自动对灌溉计划是否执行进行判断。
本发明采用以下技术方案：
基于射频组网技术的低功耗智能灌溉系统，所述灌溉系统包括灌溉决策模块和设于灌溉区的灌溉控制器、土壤因素决策模块、空气因素决策模块；所述土壤因素决策模块根据灌溉区处的土壤状态来向灌溉决策模块提交土壤灌溉决策；所述空气因素决策模块根据灌溉区处的空气状态来向灌溉决策模块提交气象预报；所述灌溉决策模块与雨量信息传感器相连以接收当前降雨量；所述灌溉决策模块根据收到的土壤灌溉决策、气象预报来决定是否启动对灌溉区的灌溉作业。
所述灌溉系统还包括雨量信息传感器；所述灌溉决策模块、灌溉控制器、土壤因素决策模块、空气因素决策模块、雨量信息传感器以射频通讯组成无线通讯网。
所述灌溉系统还包括雨量信息传感器；所述灌溉决策模块与雨量信息传感器相连以接收当前雨量；
所述灌溉决策模块包括内置数据缓存区的wifi智能网关；
所述土壤因素决策模块包括土壤温度传感器、土壤湿度传感器和无线通讯模块；所述空气因素决策模块包括空气温度传感器、空气湿度传感器和气压传感器；所述空气因素决策模块对灌溉区处的空气温度、空气湿度和气压进行监测并记录监测数据；所述空气因素决策模块通过分析所记录的监测数据来生成气象预报；
所述灌溉控制器可内置定时灌溉计划。
当灌溉区土壤湿度超过灌溉阈值时，所述土壤因素决策模块向wifi智能网关提交土壤灌溉决策和土壤湿度数据，使wifi智能网关在内部的数据缓存区中把灌溉区浇水标识标记为禁止灌区；
当灌溉区土壤湿度未超过灌溉阈值时，所述土壤因素决策模块向wifi智能网关提交土壤灌溉决策和土壤湿度数据，使wifi智能网关在内部的数据缓存区中把灌溉区浇水标识标记为允许灌区；
所述空气因素决策模块向灌溉决策模块提交的气象预报中，包括灌溉区的当前空气温度、当前空气湿度、当前气压及晴雨预报标识；
所述wifi智能网关对接收到的气象预报、当前雨量、土壤湿度数据和土壤灌溉决策进行缓存；所述灌溉控制器可内置定时灌溉计划。
所述晴雨预报标识的可设置值包括6至24小时内晴天或6至24小时内暴雨；当空气因素决策模块监测到灌溉区的环境湿度持续六小时低于40%，则空气因素决策模块把所提交的气象预报中的晴雨预报标识设为6至24小时内晴天；
当空气因素决策模块监测到灌溉区的环境气压在六小时内下降超过3hPa，则空气因素决策模块把所提交的气象预报中的晴雨预报标识设为6至24小时内暴雨。
当气象预报内的晴雨预报标识的内容为晴天时，wifi智能网关不考虑土壤湿度数据和土壤灌溉决策的内容，当定时灌溉计划的定时任务到达执行时间时，向灌溉控制器发送指令使其启动浇水作业；
当气象预报内的晴雨预报标识的内容为暴雨时，若灌溉区浇水标识为允许浇水，当定时灌溉计划的定时任务到达执行时间时，则wifi智能网关向灌溉控制器发送指令使其启动浇水作业；
当气象预报内的晴雨预报标识的内容为暴雨时，若灌溉区浇水标识为禁止浇水，当定时灌溉计划的定时任务到达执行时间时，则wifi智能网关向灌溉控制器发送指令使其不执行当前的定时灌溉计划；
当wifi智能网关经雨量信息传感器查知当前雨量超过10mm时，当定时灌溉计划的定时任务到达执行时间时，则wifi智能网关向灌溉控制器发送指令使其不执行当前的定时灌溉计划。
所述wifi智能网关与互联网的云平台相连，并把其缓存的气象预报、当前雨量、土壤湿度数据和土壤灌溉决策上传至云平台形成存储数据；
所述存储数据还包括灌溉状态、灌溉计划、每次灌溉用水量、气象信息和土壤状态信息；所述云平台的存储数据可通过手机APP远程查看；
所述手机APP设有可对灌溉控制器的定时灌溉计划进行灌溉时长调整的交互界面。
所述灌溉控制器内置有高精度的流量传感器，所述流量传感器可以自动记录每次灌溉的用水量及累计用水量；
所述wifi智能网关通过流量传感器对设备的运行状态进行监控，当发现因阀门未正常关闭而造成的异常流量时，wifi智能网关向管理人员的手机APP上发送警告信息。
所述射频通讯基于低功耗的射频通讯技术，使用低功耗射频通讯模块；所述低功耗射频通讯模块的选择范围包括但不限于RF433模块、LoRa模块、zigbee模块、NB-LOT模块。
本发明的优点在于；
1、现在wifi灌溉控制器由于耗电大，需要外接电源供电，因此在水源边上需要安装强电插座，一方面限制了安装环境，另一方面水与强电混用存在着较大的安全隐患。本发明中所采用的技术是低功耗射频组网技术，高耗电的wifi部分放在室内采用外接电源供电，低耗电的灌溉控制器、土壤温湿度传感器、空气温湿度气压传感器、雨量信息传感器等子设备采用电池供电，可以放置在室外任意的地方，而且采用低频射频通信，具有较强的穿透性和传输距离，可以扩大产品的覆盖范围。
2、现有的灌溉控制器有的只能连接有线的土壤温湿度传感器，安装位置必须限制在灌溉控制器周边；有的只能获取网上气象信息，与灌溉区域的实际气候存在着差异。本发明可以根据需要选择土壤温湿度传感器、空气温湿度气压传感器、雨量信息传感器等传感器设备中的全部或部分，获取灌溉区域的实时气象信息、土壤信息，且传感器采用射频通信，没有安装位置的限制，所有气象信息与土壤信息均可缓存在wifi智能网关上供灌溉控制器对灌溉计划执行与否判断时使用。
3、现有APP的联动机制上都没有办法引入灌溉区域实时气象信息、土壤信息进行联动控制；而通过本发明，可以在APP智能场景下，将气象信息、土壤信息设置相应的条件自动调整每次灌溉的工作时长。
本发明中，由于土壤因素决策模块可直接生成土壤灌溉决策，空气因素决策模块可直接生成气象预报，直接通过无线网数据接口向决策模块推送标准数据格式的土壤灌溉决策结果和气象预报结果，因此大大简化了决策模块的设计难度，缓解了灌溉决策模块的运算压力，减少了数据传输量从而降低了低功耗无线网络在低带宽网络环境下的数据传输压力，而且由于土壤灌溉决策、气象预报均是根据小区域内的小气侯来分析得出，因此能使灌溉作业更为贴近生产现场实际环境。
由于气象信息、土壤信息具有本地性、实时性的特点，本发明由于自带可预报气象的模块，因此比互联网上所获取的气象信息更适用于当前灌溉环境，既能准确实现节水的目的又能保证植物生长所需的水份。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明的原理示意图；
附图2是wifi智能网关的原理示意图；
附图3是灌溉控制器的原理示意图；
附图4是本发明中各类传感器的原理示意图；
附图5是土壤因素决策模块的示意图；
附图6是灌溉控制器的示意图；
附图7是wifi智能网关的示意图；
图中：1-wifi智能网关；2-雨量信息传感器；3-土壤因素决策模块；4-空气因素决策模块；5-灌溉控制器；6-云平台。
具体实施方式
如图1-7所示，基于射频组网技术的低功耗智能灌溉系统，所述灌溉系统包括灌溉决策模块和设于灌溉区的灌溉控制器5、土壤因素决策模块3、空气因素决策模块4；所述土壤因素决策模块根据灌溉区处的土壤状态来向灌溉决策模块提交土壤灌溉决策；所述空气因素决策模块根据灌溉区处的空气状态来向灌溉决策模块提交气象预报；所述灌溉决策模块与雨量信息传感器相连以接收当前降雨量；所述灌溉决策模块根据收到的土壤灌溉决策、气象预报来决定是否启动对灌溉区的灌溉作业。
所述灌溉系统还包括雨量信息传感器2；所述灌溉决策模块、灌溉控制器、土壤因素决策模块、空气因素决策模块、雨量信息传感器以射频通讯组成无线通讯网。
所述灌溉系统还包括雨量信息传感器；所述灌溉决策模块与雨量信息传感器相连以接收当前雨量；
所述灌溉决策模块包括内置数据缓存区的wifi智能网关1；
所述土壤因素决策模块包括土壤温度传感器、土壤湿度传感器和无线通讯模块；所述空气因素决策模块包括空气温度传感器、空气湿度传感器和气压传感器；所述空气因素决策模块对灌溉区处的空气温度、空气湿度和气压进行监测并记录监测数据；所述空气因素决策模块通过分析所记录的监测数据来生成气象预报；
所述灌溉控制器可内置定时灌溉计划。
当灌溉区土壤湿度超过灌溉阈值时，所述土壤因素决策模块向wifi智能网关提交土壤灌溉决策和土壤湿度数据，使wifi智能网关在内部的数据缓存区中把灌溉区浇水标识标记为禁止灌区；
当灌溉区土壤湿度未超过灌溉阈值时，所述土壤因素决策模块向wifi智能网关提交土壤灌溉决策和土壤湿度数据，使wifi智能网关在内部的数据缓存区中把灌溉区浇水标识标记为允许灌区；
所述空气因素决策模块向灌溉决策模块提交的气象预报中，包括灌溉区的当前空气温度、当前空气湿度、当前气压及晴雨预报标识；
所述wifi智能网关对接收到的气象预报、当前雨量、土壤湿度数据和土壤灌溉决策进行缓存；所述灌溉控制器可内置定时灌溉计划。
所述晴雨预报标识的可设置值包括6至24小时内晴天或6至24小时内暴雨；当空气因素决策模块监测到灌溉区的环境湿度持续六小时低于40%，则空气因素决策模块把所提交的气象预报中的晴雨预报标识设为6至24小时内晴天；
当空气因素决策模块监测到灌溉区的环境气压在六小时内下降超过3hPa，则空气因素决策模块把所提交的气象预报中的晴雨预报标识设为6至24小时内暴雨。
当气象预报内的晴雨预报标识的内容为晴天时，wifi智能网关不考虑土壤湿度数据和土壤灌溉决策的内容，当定时灌溉计划的定时任务到达执行时间时，向灌溉控制器发送指令使其启动浇水作业；
当气象预报内的晴雨预报标识的内容为暴雨时，若灌溉区浇水标识为允许浇水，当定时灌溉计划的定时任务到达执行时间时，则wifi智能网关向灌溉控制器发送指令使其启动浇水作业；
当气象预报内的晴雨预报标识的内容为暴雨时，若灌溉区浇水标识为禁止浇水，当定时灌溉计划的定时任务到达执行时间时，则wifi智能网关向灌溉控制器发送指令使其不执行当前的定时灌溉计划；
当wifi智能网关经雨量信息传感器查知当前雨量超过10mm时，当定时灌溉计划的定时任务到达执行时间时，则wifi智能网关向灌溉控制器发送指令使其不执行当前的定时灌溉计划。
所述wifi智能网关与互联网的云平台6相连，并把其缓存的气象预报、当前雨量、土壤湿度数据和土壤灌溉决策上传至云平台形成存储数据；
所述存储数据还包括灌溉状态、灌溉计划、每次灌溉用水量、气象信息和土壤状态信息；所述云平台的存储数据可通过手机APP远程查看；
所述手机APP设有可对灌溉控制器的定时灌溉计划进行灌溉时长调整的交互界面。
所述灌溉控制器内置有高精度的流量传感器，所述流量传感器可以自动记录每次灌溉的用水量及累计用水量；
所述wifi智能网关通过流量传感器对设备的运行状态进行监控，当发现因阀门未正常关闭而造成的异常流量时，wifi智能网关向管理人员的手机APP上发送警告信息。
所述射频通讯基于低功耗的射频通讯技术，使用低功耗射频通讯模块；所述低功耗射频通讯模块的选择范围包括但不限于RF433模块、LoRa模块、zigbee模块、NB-LOT模块。
实施例：
本发明所述的wifi智能网关能将缓存的本地气象信息、土壤信息、降雨信息上传云平台，可以通过手机APP连接云平台远程查看灌溉状态、设定灌溉计划、查看每次灌溉用水量、查看气象信息、土壤信息。
在本发明所述的 APP上用于交互的智能场景界面，可以设定执行条件，如：当天气预报为晴且当前湿度小于APP界面上的设定值时，可以增加30%灌溉时间，或当降雨量大于3mm且小于7mm时，可以减少50%灌溉时间，，一方面既能保证了植物生长所需的水份，另一方面又能实现节水的目的。
本例中，土壤因素决策模块、空气因素决策模块均内置MCU作为主控模块用于分析数据。

Claims (10)

1.基于射频组网技术的低功耗智能灌溉系统，其特征在于：所述灌溉系统包括灌溉决策模块和设于灌溉区的灌溉控制器、土壤因素决策模块、空气因素决策模块；所述土壤因素决策模块根据灌溉区处的土壤状态来向灌溉决策模块提交土壤灌溉决策；所述空气因素决策模块根据灌溉区处的空气状态来向灌溉决策模块提交气象预报；所述灌溉决策模块与雨量信息传感器相连以接收当前降雨量；所述灌溉决策模块根据收到的土壤灌溉决策、气象预报来决定是否启动对灌溉区的灌溉作业。
2.根据权利要求1所述的基于射频组网技术的低功耗智能灌溉系统，其特征在于：所述灌溉系统还包括雨量信息传感器；所述灌溉决策模块、灌溉控制器、土壤因素决策模块、空气因素决策模块、雨量信息传感器以射频通讯组成无线通讯网。
3.根据权利要求1所述的基于射频组网技术的低功耗智能灌溉系统，其特征在于：所述灌溉系统还包括雨量信息传感器；所述灌溉决策模块与雨量信息传感器相连以接收当前雨量；
所述灌溉决策模块包括内置数据缓存区的wifi智能网关；
所述土壤因素决策模块包括土壤温度传感器、土壤湿度传感器和无线通讯模块；所述空气因素决策模块包括空气温度传感器、空气湿度传感器和气压传感器；所述空气因素决策模块对灌溉区处的空气温度、空气湿度和气压进行监测并记录监测数据；所述空气因素决策模块通过分析所记录的监测数据来生成气象预报；
所述灌溉控制器可内置定时灌溉计划。
4.根据权利要求3所述的基于射频组网技术的低功耗智能灌溉系统，其特征在于：当灌溉区土壤湿度超过灌溉阈值时，所述土壤因素决策模块向wifi智能网关提交土壤灌溉决策和土壤湿度数据，使wifi智能网关在内部的数据缓存区中把灌溉区浇水标识标记为禁止灌区；
当灌溉区土壤湿度未超过灌溉阈值时，所述土壤因素决策模块向wifi智能网关提交土壤灌溉决策和土壤湿度数据，使wifi智能网关在内部的数据缓存区中把灌溉区浇水标识标记为允许灌区；
所述空气因素决策模块向灌溉决策模块提交的气象预报中，包括灌溉区的当前空气温度、当前空气湿度、当前气压及晴雨预报标识；
所述wifi智能网关对接收到的气象预报、当前雨量、土壤湿度数据和土壤灌溉决策进行缓存；所述灌溉控制器可内置定时灌溉计划。
5.根据权利要求4所述的基于射频组网技术的低功耗智能灌溉系统，其特征在于：所述晴雨预报标识的可设置值包括6至24小时内晴天或6至24小时内暴雨；当空气因素决策模块监测到灌溉区的环境湿度持续六小时低于40%，则空气因素决策模块把所提交的气象预报中的晴雨预报标识设为6至24小时内晴天；
当空气因素决策模块监测到灌溉区的环境气压在六小时内下降超过3hPa，则空气因素决策模块把所提交的气象预报中的晴雨预报标识设为6至24小时内暴雨。
6.根据权利要求4所述的基于射频组网技术的低功耗智能灌溉系统，其特征在于：当气象预报内的晴雨预报标识的内容为晴天时，wifi智能网关不考虑土壤湿度数据和土壤灌溉决策的内容，当定时灌溉计划的定时任务到达执行时间时，向灌溉控制器发送指令使其启动浇水作业；
当气象预报内的晴雨预报标识的内容为暴雨时，若灌溉区浇水标识为允许浇水，当定时灌溉计划的定时任务到达执行时间时，则wifi智能网关向灌溉控制器发送指令使其启动浇水作业；
当气象预报内的晴雨预报标识的内容为暴雨时，若灌溉区浇水标识为禁止浇水，当定时灌溉计划的定时任务到达执行时间时，则wifi智能网关向灌溉控制器发送指令使其不执行当前的定时灌溉计划；
当wifi智能网关经雨量信息传感器查知当前雨量超过10mm时，当定时灌溉计划的定时任务到达执行时间时，则wifi智能网关向灌溉控制器发送指令使其不执行当前的定时灌溉计划。
7.根据权利要求4所述的基于射频组网技术的低功耗智能灌溉系统，其特征在于：所述wifi智能网关与互联网的云平台相连，并把其缓存的气象预报、当前雨量、土壤湿度数据和土壤灌溉决策上传至云平台形成存储数据；
所述存储数据还包括灌溉状态、灌溉计划、每次灌溉用水量、气象信息和土壤状态信息；所述云平台的存储数据可通过手机APP远程查看。
8.根据权利要求7所述的基于射频组网技术的低功耗智能灌溉系统，其特征在于：所述手机APP设有可对灌溉控制器的定时灌溉计划进行灌溉时长调整的交互界面。
9.根据权利要求8所述的基于射频组网技术的低功耗智能灌溉系统，其特征在于：所述灌溉控制器内置有高精度的流量传感器，所述流量传感器可以自动记录每次灌溉的用水量及累计用水量；
所述wifi智能网关通过流量传感器对设备的运行状态进行监控，当发现因阀门未正常关闭而造成的异常流量时，wifi智能网关向管理人员的手机APP上发送警告信息。
10.根据权利要求2所述的基于射频组网技术的低功耗智能灌溉系统，其特征在于：所述射频通讯基于低功耗的射频通讯技术，使用低功耗射频通讯模块；所述低功耗射频通讯模块的选择范围包括但不限于RF433模块、LoRa模块、zigbee模块、NB-LOT模块。
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