CN112056192A - 一种基于智慧农业的智能节水灌溉系统及其方法 - Google Patents

一种基于智慧农业的智能节水灌溉系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于智慧农业的智能节水灌溉系统及其方法，包括智能管理终端、灌溉单元和施肥单元，该基于智慧农业的智能节水灌溉系统及其方法，通过利用灌溉单元中的环境传感器对农田作物土壤的湿度进行检测，通过数据采集模块对环境传感器采集到的数据信息进行集中采集，采集到的数据信息发送至智能管理终端内部，智能控制模块根据检测到的土壤湿度控制节水灌溉组件中的自动流量阀开启，水在导水管道通过灌溉喷头喷出，对作物土壤进行水液灌溉，直至环境传感器对作物土壤湿度检测值达到标准值，智能控制模块控制自动流量阀关闭，对于智慧农业的灌溉方式进行智能化控制，大幅降低灌溉过程中水的浪费，且管理起来较为方便。

Description

一种基于智慧农业的智能节水灌溉系统及其方法
技术领域
本发明涉及智慧农业灌溉系统技术领域，具体为一种基于智慧农业的智能节水灌溉系统及其方法。
背景技术
智慧农业就是将物联网技术运用到传统农业中去，运用传感器和软件通过移动平台或者电脑平台对农业生产进行控制，使传统农业更具有“智慧”，除了精准感知、控制与决策管理外，从广泛意义上讲，智慧农业还包括农业电子商务、食品溯源防伪、农业休闲旅游、农业信息服务等方面的内容，智慧农业是农业生产的高级阶段，是集新兴的互联网、移动互联网、云计算和物联网技术为一体，依托部署在农业生产现场的各种传感节点(环境温湿度、土壤水分、二氧化碳、图像等)和无线通信网络实现农业生产环境的智能感知、智能预警、智能决策、智能分析、专家在线指导，为农业生产提供精准化种植、可视化管理、智能化决策。
随着自动化程序的逐渐提高，农林种植过程中也开始采用大规模自动化系统来进行灌溉，而在植物生长过程中不仅需要进行喷水，还要进行施肥，这时如果再搭建一套系统喷洒肥料则会显得重复劳动，且灌溉系统的存在会影响喷肥系统的搭建，所以需考虑将灌溉系统的施肥系统合并使用，而在进行施肥时植物的喷肥量无法实现精确控制，使得农田内的植物施肥量不一致，导致植物的生长参差不齐，远远无法满足现代农林种植的要求，并且对于农田植物根茎处湿度缺少必要的监测警报，导致农田植物容易因缺水而影响生长，为此，本领域技术人员提出了一种基于智慧农业的智能节水灌溉系统及其方法。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于智慧农业的智能节水灌溉系统及其方法，解决了目前智慧农业系统在进行施肥时对植物的喷肥量无法实现精确控制，使得农田内的植物施肥量不一致，导致植物的生长参差不齐，远远无法满足现代农林种植的要求，并且对于农田植物根茎处湿度缺少必要的监测警报，导致农田植物容易因缺水而影响生长的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于智慧农业的智能节水灌溉系统，包括智能管理终端、灌溉单元和施肥单元，所述智能管理终端分别与灌溉单元、施肥单元实现双向连接，且灌溉单元与施肥单元实现双向连接，所述智能管理终端包括智能控制单元、数据显示单元、数据传输模块、数据存储单元、数据分析模块和数据警示单元，所述灌溉单元包括环境传感器、数据采集模块、智能控制模块、节水灌溉组件和肥料添加模块，且环境传感器的输出端与数据采集模块的输入端连接，所述数据采集模块的输出端与智能控制模块的输入端连接，且智能控制模块的输出端与节水灌溉组件的输入端连接，所述节水灌溉组件的输入端与肥料添加模块的输出端连接，所述施肥单元包括肥料制备模块、肥料导出模块和定量控制模块，所述肥料制备模块的输出端与肥料导出模块的输入端连接，去诶肥料导出模块的输入端与定量控制模块的输出端连接。
优选的，所述智能控制单元与数据显示单元实现双向连接，且数据显示单元的输入端与数据传输模块的输出端连接，所述数据传输模块的输出端与数据存储单元的输入端连接，且数据存储单元与数据显示单元实现双向连接。
优选的，所述数据传输模块的输出端与数据分析模块的输入端连接，且数据分析模块的输出端与数据警示单元的输入端连接。
优选的，所述数据显示单元包括数据接收模块、数据显示模块和数据输出模块，所述数据接收模块的输出端与数据显示模块的输入端连接，且数据显示模块的输出端与数据输出模块的输入端连接。
优选的，所述数据存储单元包括数据分类模块、数据压缩模块、数据库和数据调取模块，所述数据分类模块的输出端与数据压缩模块的输入端连接，且数据压缩模块的输出端与数据库的输入端连接，所述数据库与数据调取模块实现双向连接。
优选的，所述数据警示单元包括信号接收模块、警示控制模块、警示信号模块和警示分级模块，所述信号接收模块的输出端与警示控制模块的输入端连接，且警示控制模块的输出端与警示信号模块的输入端连接，所述警示信号模块与警示分级模块实现双向连接。
优选的，所述数据分析模块包括数据对比模块和信号发送模块，且数据对比模块与信号发送模块实现双向连接。
优选的，所述节水灌溉组件包括自动流量阀、导水管道和灌溉喷头，所述自动流量阀的输出端与导水管道的输入端连接，且导水管道的输出端与灌溉喷头的输入端连接。
本发明还公开了一种基于智慧农业的智能节水灌溉系统使用方法，具体包括以下步骤：
S1、农田环境检测：利用灌溉单元中的环境传感器对农田作物土壤的湿度进行检测，通过数据采集模块对环境传感器采集到的数据信息进行集中采集，采集到的数据信息发送至智能管理终端内部的同时，数据发送至智能控制模块中；
S2、智能节水灌溉：智能控制模块根据检测到的土壤湿度控制节水灌溉组件中的自动流量阀开启，水在导水管道通过灌溉喷头喷出，对农田作物土壤进行水液灌溉，直至环境传感器对作物土壤湿度检测值达到标准值，智能控制模块控制自动流量阀关闭；
S3、精确定量施肥：通过肥料制备模块对肥料和水进行混合搅拌，利用肥料导出模块将制备的肥料导入肥料添加模块中，同时利用定量控制模块对肥料导出模块进行控制，保证对作物实现精确定量施肥，通过肥料添加模块将肥料通入到节水灌溉组件的导水管道中，通过灌溉喷头喷出后，实现对作物的施肥和灌溉；
S4、土壤信息警示：通过环境传感器获取作物土壤的湿度信息后，利用数据分析模块中的数据对比模块对采集到的湿度信息与设定的标准值进行比对，接着通过信号发送模块将比对结果发送至数据警示单元中，利用信号接收模块对比对结果信号进行接收，接着通过警示控制模块控制警示信号模块发出警示信息，让管理人员对作物土壤异常信息及时的了解，利用警示分级模块对警示信号模块根据不同比对结果进行警示等级的划分。
优选的，所述步骤S4中，对每一次警示数据信息通过数据存储单元存储在数据库中。
(三)有益效果
本发明提供了一种基于智慧农业的智能节水灌溉系统及其方法。与现有技术相比具备以下有益效果：
(1)、该基于智慧农业的智能节水灌溉系统及其方法，通过灌溉单元包括环境传感器、数据采集模块、智能控制模块、节水灌溉组件和肥料添加模块，且环境传感器的输出端与数据采集模块的输入端连接，数据采集模块的输出端与智能控制模块的输入端连接，且智能控制模块的输出端与节水灌溉组件的输入端连接，节水灌溉组件的输入端与肥料添加模块的输出端连接，利用灌溉单元中的环境传感器对农田作物土壤的湿度进行检测，通过数据采集模块对环境传感器采集到的数据信息进行集中采集，采集到的数据信息发送至智能管理终端内部的同时，数据发送至智能控制模块中，智能控制模块根据检测到的土壤湿度控制节水灌溉组件中的自动流量阀开启，水在导水管道通过灌溉喷头喷出，对农田作物土壤进行水液灌溉，直至环境传感器对作物土壤湿度检测值达到标准值，智能控制模块控制自动流量阀关闭，对于智慧农业的灌溉方式进行智能化控制，大幅降低灌溉过程中水的浪费，且管理起来较为方便。
(2)、该基于智慧农业的智能节水灌溉系统及其方法，通过施肥单元包括肥料制备模块、肥料导出模块和定量控制模块，肥料制备模块的输出端与肥料导出模块的输入端连接，去诶肥料导出模块的输入端与定量控制模块的输出端连接，利用肥料制备模块对肥料和水进行混合搅拌，利用肥料导出模块将制备的肥料导入肥料添加模块中，同时利用定量控制模块对肥料导出模块进行控制，保证对作物实现精确定量施肥，通过肥料添加模块将肥料通入到节水灌溉组件的导水管道中，通过灌溉喷头喷出后，实现对作物的施肥和灌溉，在进行施肥时对植物的喷肥量实现精确控制，使得农田内的植物施肥量一致，满足现代农林种植的要求。
(3)、该基于智慧农业的智能节水灌溉系统及其方法，通过数据警示单元包括信号接收模块、警示控制模块、警示信号模块和警示分级模块，信号接收模块的输出端与警示控制模块的输入端连接，且警示控制模块的输出端与警示信号模块的输入端连接，警示信号模块与警示分级模块实现双向连接，数据分析模块包括数据对比模块和信号发送模块，且数据对比模块与信号发送模块实现双向连接，利用环境传感器获取作物土壤的湿度信息后，利用数据分析模块中的数据对比模块对采集到的湿度信息与设定的标准值进行比对，接着通过信号发送模块将比对结果发送至数据警示单元中，利用信号接收模块对比对结果信号进行接收，接着通过警示控制模块控制警示信号模块发出警示信息，让管理人员对作物土壤异常信息及时的了解，利用警示分级模块对警示信号模块根据不同比对结果进行警示等级的划分。
(4)、该基于智慧农业的智能节水灌溉系统及其方法，通过S1、农田环境检测：利用灌溉单元中的环境传感器对农田作物土壤的湿度进行检测，S2、智能节水灌溉：智能控制模块根据检测到的土壤湿度控制节水灌溉组件中的自动流量阀开启，水在导水管道通过灌溉喷头喷出，对农田作物土壤进行水液灌溉，S3、精确定量施肥：通过肥料制备模块对肥料和水进行混合搅拌，利用肥料导出模块将制备的肥料导入肥料添加模块中，同时利用定量控制模块对肥料导出模块进行控制，保证对作物实现精确定量施肥，S4、土壤信息警示：通过环境传感器获取作物土壤的湿度信息后，利用数据分析模块中的数据对比模块对采集到的湿度信息与设定的标准值进行比对，通过警示控制模块控制警示信号模块发出警示信息，让管理人员对作物土壤异常信息及时的了解，整个智能节水灌溉系统的使用方法较为智能化，且管理简单，可以保证农田作物的正常生长，提高作物产量。
附图说明
图1为本发明智能节水灌溉系统的结构原理框图；
图2为本发明智能管理终端的结构原理框图；
图3为本发明灌溉单元的结构原理框图；
图4为本发明施肥单元的结构原理框图；
图5为本发明数据显示单元的结构原理框图；
图6为本发明数据存储单元的结构原理框图；
图7为本发明数据警示单元的结构原理框图；
图8为本发明数据分析模块的结构原理框图；
图9为本发明节水灌溉组件的结构原理框图；
图10为本发明智能节水灌溉系统使用方法的流程图。
图中，1智能管理终端、11智能控制单元、12数据显示单元、121数据接收模块、122数据显示模块、123数据输出模块、13数据传输模块、14数据存储单元、141数据分类模块、142数据压缩模块、143数据库、144数据调取模块、15数据分析模块、151数据对比模块、152信号发送模块、16数据警示单元、161信号接收模块、162警示控制模块、163警示信号模块、164警示分级模块、2灌溉单元、21环境传感器、22数据采集模块、23智能控制模块、24节水灌溉组件、241自动流量阀、242导水管道、243灌溉喷头、25肥料添加模块、3施肥单元、31肥料制备模块、32肥料导出模块、33定量控制模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-10，本发明实施例提供一种技术方案：一种基于智慧农业的智能节水灌溉系统，包括智能管理终端1、灌溉单元2和施肥单元3，智能管理终端1分别与灌溉单元2、施肥单元3实现双向连接，且灌溉单元2与施肥单元3实现双向连接，智能管理终端1包括智能控制单元11、数据显示单元12、数据传输模块13、数据存储单元14、数据分析模块15和数据警示单元16，灌溉单元2包括环境传感器21、数据采集模块22、智能控制模块23、节水灌溉组件24和肥料添加模块25，且环境传感器21的输出端与数据采集模块22的输入端连接，数据采集模块22的输出端与智能控制模块23的输入端连接，且智能控制模块23的输出端与节水灌溉组件24的输入端连接，节水灌溉组件24的输入端与肥料添加模块25的输出端连接，施肥单元3包括肥料制备模块31、肥料导出模块32和定量控制模块33，肥料制备模块31的输出端与肥料导出模块32的输入端连接，去诶肥料导出模块32的输入端与定量控制模块33的输出端连接，智能控制单元11与数据显示单元12实现双向连接，且数据显示单元12的输入端与数据传输模块13的输出端连接，数据传输模块13的输出端与数据存储单元14的输入端连接，且数据存储单元14与数据显示单元12实现双向连接，数据传输模块13的输出端与数据分析模块15的输入端连接，且数据分析模块15的输出端与数据警示单元16的输入端连接，数据显示单元12包括数据接收模块121、数据显示模块122和数据输出模块123，数据接收模块121的输出端与数据显示模块122的输入端连接，且数据显示模块122的输出端与数据输出模块123的输入端连接，数据存储单元14包括数据分类模块141、数据压缩模块142、数据库143和数据调取模块144，数据分类模块141的输出端与数据压缩模块142的输入端连接，且数据压缩模块142的输出端与数据库143的输入端连接，数据库143与数据调取模块144实现双向连接，数据警示单元16包括信号接收模块161、警示控制模块162、警示信号模块163和警示分级模块164，信号接收模块161的输出端与警示控制模块162的输入端连接，且警示控制模块162的输出端与警示信号模块163的输入端连接，警示信号模块163与警示分级模块164实现双向连接，数据分析模块15包括数据对比模块151和信号发送模块152，且数据对比模块151与信号发送模块152实现双向连接，节水灌溉组件24包括自动流量阀241、导水管道242和灌溉喷头243，自动流量阀241的输出端与导水管道242的输入端连接，且导水管道242的输出端与灌溉喷头243的输入端连接，同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
本发明还公开了一种基于智慧农业的智能节水灌溉系统使用方法，具体包括以下步骤：
S1、农田环境检测：利用灌溉单元2中的环境传感器21对农田作物土壤的湿度进行检测，通过数据采集模块22对环境传感器21采集到的数据信息进行集中采集，采集到的数据信息发送至智能管理终端1内部的同时，数据发送至智能控制模块23中；
S2、智能节水灌溉：智能控制模块23根据检测到的土壤湿度控制节水灌溉组件24中的自动流量阀241开启，水在导水管道242通过灌溉喷头243喷出，对农田作物土壤进行水液灌溉，直至环境传感器21对作物土壤湿度检测值达到标准值，智能控制模块23控制自动流量阀241关闭；
S3、精确定量施肥：通过肥料制备模块31对肥料和水进行混合搅拌，利用肥料导出模块32将制备的肥料导入肥料添加模块25中，同时利用定量控制模块33对肥料导出模块32进行控制，保证对作物实现精确定量施肥，通过肥料添加模块25将肥料通入到节水灌溉组件24的导水管道242中，通过灌溉喷头243喷出后，实现对作物的施肥和灌溉；
S4、土壤信息警示：通过环境传感器21获取作物土壤的湿度信息后，利用数据分析模块15中的数据对比模块151对采集到的湿度信息与设定的标准值进行比对，接着通过信号发送模块152将比对结果发送至数据警示单元16中，利用信号接收模块161对比对结果信号进行接收，接着通过警示控制模块162控制警示信号模块163发出警示信息，让管理人员对作物土壤异常信息及时的了解，利用警示分级模块164对警示信号模块163根据不同比对结果进行警示等级的划分。
本发明中，步骤S4中，对每一次警示数据信息通过数据存储单元14存储在数据库143中。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于智慧农业的智能节水灌溉系统，包括智能管理终端(1)、灌溉单元(2)和施肥单元(3)，其特征在于：所述智能管理终端(1)分别与灌溉单元(2)、施肥单元(3)实现双向连接，且灌溉单元(2)与施肥单元(3)实现双向连接，所述智能管理终端(1)包括智能控制单元(11)、数据显示单元(12)、数据传输模块(13)、数据存储单元(14)、数据分析模块(15)和数据警示单元(16)，所述灌溉单元(2)包括环境传感器(21)、数据采集模块(22)、智能控制模块(23)、节水灌溉组件(24)和肥料添加模块(25)，且环境传感器(21)的输出端与数据采集模块(22)的输入端连接，所述数据采集模块(22)的输出端与智能控制模块(23)的输入端连接，且智能控制模块(23)的输出端与节水灌溉组件(24)的输入端连接，所述节水灌溉组件(24)的输入端与肥料添加模块(25)的输出端连接，所述施肥单元(3)包括肥料制备模块(31)、肥料导出模块(32)和定量控制模块(33)，所述肥料制备模块(31)的输出端与肥料导出模块(32)的输入端连接，去诶肥料导出模块(32)的输入端与定量控制模块(33)的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于智慧农业的智能节水灌溉系统，其特征在于：所述智能控制单元(11)与数据显示单元(12)实现双向连接，且数据显示单元(12)的输入端与数据传输模块(13)的输出端连接，所述数据传输模块(13)的输出端与数据存储单元(14)的输入端连接，且数据存储单元(14)与数据显示单元(12)实现双向连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于智慧农业的智能节水灌溉系统，其特征在于：所述数据传输模块(13)的输出端与数据分析模块(15)的输入端连接，且数据分析模块(15)的输出端与数据警示单元(16)的输入端连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于智慧农业的智能节水灌溉系统，其特征在于：所述数据显示单元(12)包括数据接收模块(121)、数据显示模块(122)和数据输出模块(123)，所述数据接收模块(121)的输出端与数据显示模块(122)的输入端连接，且数据显示模块(122)的输出端与数据输出模块(123)的输入端连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于智慧农业的智能节水灌溉系统，其特征在于：所述数据存储单元(14)包括数据分类模块(141)、数据压缩模块(142)、数据库(143)和数据调取模块(144)，所述数据分类模块(141)的输出端与数据压缩模块(142)的输入端连接，且数据压缩模块(142)的输出端与数据库(143)的输入端连接，所述数据库(143)与数据调取模块(144)实现双向连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于智慧农业的智能节水灌溉系统，其特征在于：所述数据警示单元(16)包括信号接收模块(161)、警示控制模块(162)、警示信号模块(163)和警示分级模块(164)，所述信号接收模块(161)的输出端与警示控制模块(162)的输入端连接，且警示控制模块(162)的输出端与警示信号模块(163)的输入端连接，所述警示信号模块(163)与警示分级模块(164)实现双向连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于智慧农业的智能节水灌溉系统，其特征在于：所述数据分析模块(15)包括数据对比模块(151)和信号发送模块(152)，且数据对比模块(151)与信号发送模块(152)实现双向连接。
8.根据权利要求1所述的一种基于智慧农业的智能节水灌溉系统，其特征在于：所述节水灌溉组件(24)包括自动流量阀(241)、导水管道(242)和灌溉喷头(243)，所述自动流量阀(241)的输出端与导水管道(242)的输入端连接，且导水管道(242)的输出端与灌溉喷头(243)的输入端连接。
9.一种实施权利要求1-8任意一项所述的一种基于智慧农业的智能节水灌溉系统使用方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1、农田环境检测：利用灌溉单元(2)中的环境传感器(21)对农田作物土壤的湿度进行检测，通过数据采集模块(22)对环境传感器(21)采集到的数据信息进行集中采集，采集到的数据信息发送至智能管理终端(1)内部的同时，数据发送至智能控制模块(23)中；
S2、智能节水灌溉：智能控制模块(23)根据检测到的土壤湿度控制节水灌溉组件(24)中的自动流量阀(241)开启，水在导水管道(242)通过灌溉喷头(243)喷出，对农田作物土壤进行水液灌溉，直至环境传感器(21)对作物土壤湿度检测值达到标准值，智能控制模块(23)控制自动流量阀(241)关闭；
S3、精确定量施肥：通过肥料制备模块(31)对肥料和水进行混合搅拌，利用肥料导出模块(32)将制备的肥料导入肥料添加模块(25)中，同时利用定量控制模块(33)对肥料导出模块(32)进行控制，保证对作物实现精确定量施肥，通过肥料添加模块(25)将肥料通入到节水灌溉组件(24)的导水管道(242)中，通过灌溉喷头(243)喷出后，实现对作物的施肥和灌溉；
S4、土壤信息警示：通过环境传感器(21)获取作物土壤的湿度信息后，利用数据分析模块(15)中的数据对比模块(151)对采集到的湿度信息与设定的标准值进行比对，接着通过信号发送模块(152)将比对结果发送至数据警示单元(16)中，利用信号接收模块(161)对比对结果信号进行接收，接着通过警示控制模块(162)控制警示信号模块(163)发出警示信息，让管理人员对作物土壤异常信息及时的了解，利用警示分级模块(164)对警示信号模块(163)根据不同比对结果进行警示等级的划分。
10.根据权利要求9所述的一种基于智慧农业的智能节水灌溉系统使用方法，其特征在于：所述步骤S4中，对每一次警示数据信息通过数据存储单元(14)存储在数据库(143)中。
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