CN112772102B - 一种可视化水肥灌溉管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可视化水肥灌溉管理系统，包括水肥灌溉设备、监测模块、控制模块和管理中心，其中：水肥灌溉设备，用于为农田提供农作物生长所需水、肥料；监测模块，用于实时监测和追踪农作物生长环境数据，并将农作物生长环境数据发送至控制模块；控制模块，用于接收监测模块发送的农作物生长环境数据，以及将数据发送给管理中心，同时接收来自管理中心的指令，根据所述指令向对应的水肥灌溉设备发送相应的控制信号；所述管理中心设置有可视化模块，所述可视化模块用于显示所述农作物生长环境数据以及水肥灌溉设备的运行数据。本发明能够实现精准灌溉和施肥，且通过可视化模块进行数据展示，能够便于管理人员及时了解灌溉施肥情况。

Description

一种可视化水肥灌溉管理系统
技术领域
本发明涉及农业技术领域，具体涉及一种可视化水肥灌溉管理系统。
背景技术
目前农业用水效率总体还较低，浪费现象比较普遍、严重。开展田间高效智能灌溉技术这一农业关键共性问题研究，是我国农业可持续发展的重要保证。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种可视化水肥灌溉管理系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了一种可视化水肥灌溉管理系统，用于管理多个设定区域的水肥灌溉，包括水肥灌溉设备、监测模块、控制模块、管理中心，其中：
水肥灌溉设备，用于为农田提供农作物生长所需水、肥料；
监测模块，用于实时监测和追踪农作物生长环境数据，并将农作物生长环境数据发送至控制模块；
控制模块，用于接收监测模块发送的农作物生长环境数据，以及将数据发送给管理中心，同时接收来自管理中心的指令，根据所述指令向对应的水肥灌溉设备发送相应的控制信号；
所述管理中心设置有可视化模块，所述可视化模块用于显示所述农作物生长环境数据以及水肥灌溉设备的运行数据。
优选地，所述水肥灌溉设备包括灌溉装置、施肥装置、用于控制灌溉装置启闭灌溉的水泵和用于控制施肥装置启闭的电磁阀；其中，所述水泵安装有无线信号接收器，电磁阀与无线信号接收器相连接，无线信号接收器负责接收水泵或电磁阀的启闭信号，以控制水泵和电磁阀动作；所述水肥灌溉设备通过喷灌、微灌、低压管道提供灌溉和施肥，对于不同的灌溉方式，对应的灌溉装置分别为喷头、滴头和给水栓。
作为优选，所述指令包括水泵和/或电磁阀的启闭信号以及对应的启闭时间。
在一种能够实现的方式中，每个设定区域设定至少一个水肥灌溉设备。
本发明的有益效果为：由管理中心根据作物生长数据制定相应的适宜的灌溉施肥指令，能够实现精准灌溉和施肥，杜绝不必要的水肥浪费，智能便捷，且通过可视化模块进行数据展示，能够便于管理人员及时了解灌溉施肥情况。
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的一种可视化水肥灌溉管理系统的结构示意框图。
附图标记：
水肥灌溉设备1、监测模块2、控制模块3、管理中心4。
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，本发明实施例提供了一种可视化水肥灌溉管理系统，用于管理多个设定区域的水肥灌溉，包括水肥灌溉设备1、监测模块2、控制模块3、管理中心4，其中：
水肥灌溉设备1，用于为农田提供农作物生长所需水、肥料；
监测模块2，用于实时监测和追踪农作物生长环境数据，并将农作物生长环境数据发送至控制模块3；
控制模块3，用于接收监测模块2发送的农作物生长环境数据，以及将数据发送给管理中心4，同时接收来自管理中心4的指令，根据所述指令向所述水肥灌溉设备1发送相应的控制信号1；
所述管理中心4设置有可视化模块，所述可视化模块用于显示所述农作物生长环境数据以及水肥灌溉设备的运行数据。
在一种能够实现的方式中，所述水肥灌溉设备1包括灌溉装置、施肥装置、用于控制灌溉装置启闭灌溉的水泵和用于控制施肥装置启闭的电磁阀；其中，所述水泵安装有无线信号接收器，电磁阀与无线信号接收器相连接，无线信号接收器负责接收水泵或电磁阀的启闭信号，以控制水泵和电磁阀动作。
作为优选，所述指令包括水泵和/或电磁阀的启闭信号以及对应的启闭时间。
在一种能够实现的方式中，每个设定区域设定至少一个水肥灌溉设备1。
本发明上述实施例由管理中心根据作物生长数据制定相应的适宜的灌溉施肥指令，能够实现精准灌溉和施肥，杜绝不必要的水肥浪费，智能便捷，且通过可视化模块进行数据展示，能够便于管理人员及时了解灌溉施肥情况。
在一种能够实现的方式中，所述监测模块2包括汇聚节点和多个用于采集所监测节点的农作物生长环境数据的传感器节点，所述汇聚节点用于将传感器节点采集的农作物生长环境数据传送至管理中心4。
在一种实施方式中，传感器节点直接或者间接将收集的农作物生长环境数据发送至汇聚节点，包括：
(1)传感器节点与汇聚节点的距离未超过预设的距离阈值时，直接将收集的农作物生长环境数据发送至对应的汇聚节点；
(2)传感器节点与汇聚节点的距离超过预设的距离阈值时，在其通信范围内相对于其距离汇聚节点更近的传感器节点中，选择一个传感器节点作为下一跳节点，将采集的农作物生长环境数据发送至所述下一跳节点，以由下一跳节点转发所述收集的农作物生长环境数据，直至所述收集的农作物生长环境数据发送至对应的汇聚节点。
所述距离阈值按照下列公式进行设定：
Figure BDA0002977457950000031
式中，dT为所述预设的距离阈值，dmin0(sink)为汇聚节点sink与距离其最近的传感器节点的距离，dmin1(sink)为汇聚节点sink与距离其次近的传感器节点的距离，k(dmin0(sink)+dmin1(sink))为与汇聚节点sink的距离未超过dmin0(sink)+dmin1(sink)的传感器节点数量，Δd(dmin0(sink)+dmin1(sink))表示与汇聚节点sink的距离未超过dmin0(sink)+dmin1(sink)的传感器节点到汇聚节点的距离的总和。
本实施例中，传感器节点可以根据汇聚节点广播的距离阈值在直接或者间接与汇聚节点通信的模式中切换，相对于传统的所有传感器节点直接与汇聚节点通信的方式，提高了传感器节点与汇聚节点之间路由的灵活性。本实施例以距离阈值作为传感器节点选择直接或者间接的形式将采集的农作物生长环境数据发送至对应的汇聚节点的标准，并进一步给出了距离阈值的设定值，能够确保初始时有客观、合适数量的传感器节点与汇聚节点直接通信，保障了农作物生长环境数据的可靠收集。
在一种能够实现的方式中，所述选择一个传感器节点作为下一跳节点，包括：
传感器节点初始时在其通信范围内相对于其距离汇聚节点更近的传感器节点选择最近的作为下一跳节点；
每过一个预设的周期，下一跳节点计算自身的状态值是否满足下列条件，若不满足，所述下一跳节点向该传感器节点反馈，传感器节点接收到反馈信息后，重新在其通信范围内相对于其距离汇聚节点更近的传感器节点(不包括当前的下一跳节点)选择最近的作为下一跳节点：
Figure BDA0002977457950000041
式中，Ei为下一跳节点i的当前剩余能量，E1为传感器节点用于通信的每单位时间内的能量消耗，E2为传感器节点用于感知和计算的每单位时间内的能耗，E1、E2的值为固定设定值，q1、q2为预设的权重系数，ET为设定的能量比值阈值。
本实施例通过下一跳节点的状态值的定期反馈机制，实现了下一跳节点的更新，有利于平衡各下一跳节点的能量，提高下一跳节点转发农作物生长环境数据的可靠性。
在一种能够实现的方式中，传感器节点将农作物生长环境数据发送至下一跳节点时，先对采集的农作物生长环境数据进行预处理，具体为：
设传感器节点在一个采集周期内采集的农作物生长环境数据序列为{α1，α2,…,αZ}，若{α1,α2,…,αZ}中存在一农作物生长环境数据αθ满足下列条件，则判定农作物生长环境数据αθ为特殊农作物生长环境数据，将其他不满足下列条件的农作物生长环境数据归为非特殊农作物生长环境数据：
Figure BDA0002977457950000042
式中，αλ为{α1,α2,…,αZ}中的第λ个农作物生长环境数据，F为设定的比较阈值；
(2)若特殊农作物生长环境数据的个数为0，计算出{α1,α2,…,αZ}的平均值，将该平均值发送下一跳节点，若特殊农作物生长环境数据的个数不为0，计算出特殊农作物生长环境数据的平均值以及非特殊农作物生长环境数据的平均值，将计算出的两个平均值发送给下一跳节点。
本实施例对传感器节点在一个采集周期内采集的农作物生长环境数据进行预处理，进行特殊农作物生长环境数据的判断，并且求出不同类型的农作物生长环境数据的平均值，只将平均值发送至下一跳节点，可以有效地减少需发送的农作物生长环境数据量，减轻传感器节点的数据传输负担，从而有效节省传感器节点的能量，提高农作物生长环境数据的采集周期。
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 (3)

1.一种可视化水肥灌溉管理系统，用于管理多个设定区域的水肥灌溉，其特征是，包括水肥灌溉设备、监测模块、控制模块和管理中心，其中：
水肥灌溉设备，用于为农田提供农作物生长所需水、肥料；
监测模块，用于实时监测和追踪农作物生长环境数据，并将农作物生长环境数据发送至控制模块；
控制模块，用于接收监测模块发送的农作物生长环境数据，以及将数据发送给管理中心，同时接收来自管理中心的指令，根据所述指令向对应的水肥灌溉设备发送相应的控制信号；
所述管理中心设置有可视化模块，所述可视化模块用于显示所述农作物生长环境数据以及水肥灌溉设备的运行数据；
其中，每个设定区域设定至少一个水肥灌溉设备；
所述监测模块包括汇聚节点和多个用于采集所监测节点的农作物生长环境数据的传感器节点，所述汇聚节点用于将传感器节点采集的农作物生长环境数据传送至管理中心；
传感器节点直接或者间接将收集的农作物生长环境数据发送至汇聚节点，包括：
(1)传感器节点与汇聚节点的距离未超过预设的距离阈值时，直接将收集的农作物生长环境数据发送至对应的汇聚节点；
(2)传感器节点与汇聚节点的距离超过预设的距离阈值时，在其通信范围内相对于其距离汇聚节点更近的传感器节点中，选择一个传感器节点作为下一跳节点，将采集的农作物生长环境数据发送至所述下一跳节点，以由下一跳节点转发所述收集的农作物生长环境数据，直至所述收集的农作物生长环境数据发送至对应的汇聚节点；
其中，所述距离阈值按照下列公式进行设定：
Figure FDA0003189194280000011
式中，dT为所述预设的距离阈值，dmin 0(sink)为汇聚节点sink与距离其最近的传感器节点的距离，dmin 1(sink)为汇聚节点sink与距离其次近的传感器节点的距离，k(dmin 0(sink)+dmin 1(sink))为与汇聚节点sink的距离未超过dmin 0(sink)+dmin 1(sink)的传感器节点数量，Δd(dmin 0(sink)+dmin 1(sink))表示与汇聚节点sink的距离未超过dmin 0(sink)+dmin 1(sink)的传感器节点到汇聚节点的距离的总和。
2.根据权利要求1所述的一种可视化水肥灌溉管理系统，其特征是，所述水肥灌溉设备包括灌溉装置、施肥装置、用于控制灌溉装置启闭灌溉的水泵和用于控制施肥装置启闭的电磁阀；其中，所述水泵安装有无线信号接收器，电磁阀与无线信号接收器相连接，无线信号接收器负责接收水泵或电磁阀的启闭信号，以控制水泵和电磁阀动作。
3.根据权利要求2所述的一种可视化水肥灌溉管理系统，其特征是，所述指令包括水泵和/或电磁阀的启闭信号以及对应的启闭时间。
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