CN113196198A - 根据光伏电池阵列检测云覆盖的灌溉控制系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于操作灌溉控制系统的方法，该方法包括通过灌溉控制系统接收环境数据以及从光伏电池阵列接收操作数据。该方法还包括根据光伏电池阵列来确定天空中的云覆盖量，并且至少部分地基于环境数据和操作数据来计算与灌溉控制系统相关联的灌溉区域的蒸散值。该方法还包括至少部分地基于蒸散值来确定灌溉区域的灌溉计划，并且执行灌溉计划以对灌溉区域进行灌溉。还提供了灌溉控制系统。

Description

根据光伏电池阵列检测云覆盖的灌溉控制系统及其方法
技术领域
下文描述的装置和方法总体上涉及一种灌溉控制系统，该灌溉控制系统根据光伏电池阵列来检测云覆盖(cover)。具体而言，根据从光伏电池接收的操作数据来确定云覆盖，并将该云覆盖用于计算蒸散(evapotranspiration)值。
背景技术
一些常规的灌溉系统使用灌溉计划(schedule)来控制地区的灌溉，该灌溉计划至少部分地基于蒸散值来计算。然而，这些蒸散值并不是特别准确，并且不利地影响灌溉计划的准确性。
发明内容
根据一个实施例，提供了一种用于操作灌溉控制系统的方法。该方法包括从光伏电池阵列接收操作数据，并且根据光伏电池阵列来确定天空中的云覆盖量。该方法还包括至少部分地基于操作数据来计算与灌溉控制系统相关联的灌溉区域的蒸散值，以及至少部分地基于蒸散值来确定灌溉区域的灌溉计划。该方法还包括执行灌溉计划以对灌溉区域进行灌溉。
根据另一个实施例，灌溉控制系统包括流体阀和灌溉调度器。流体阀与水源和分配单元相关联，并且被配置为便于将流体从水源选择性地输送到分配单元。灌溉调度器包括至少一个处理器，该至少一个处理器被配置为接收指令，该指令在由处理器执行时使处理器通过灌溉控制系统接收环境数据并从光伏电池阵列接收操作数据。该指令还使处理器根据光伏电池阵列来确定天空中的云覆盖量，并且至少部分地基于环境数据和操作数据来计算与灌溉控制系统相关联的灌溉区域的蒸散值。该指令还进一步使处理器至少部分地基于蒸散值来确定灌溉区域的灌溉计划，并且执行灌溉计划以对灌溉区域进行灌溉。
根据又一个实施例，灌溉控制系统包括光伏电池阵列和计算系统。该计算系统与光伏电池阵列电耦接，并且被配置为检测来自光伏电池阵列中的至少一个光伏电池的操作数据，以便于基于操作数据来计算蒸散值以供灌溉系统使用。
附图说明
相信从结合附图进行的以下描述中将更好地理解某些实施例，在附图中中：
图1描绘了灌溉控制系统的示意图；以及
图2描绘了与光伏电池阵列相关联的灌溉控制系统的示意图。
具体实施方式
下文结合图1和图2的视图和示例来详细描述所选的实施例。图1和图2总体上描绘了根据一个实施例的灌溉控制系统10。灌溉控制系统10可以包括基站12和沿着灌溉站点(site)15(诸如消费者的住所)分布的多个远程阀14。仍参考图1，示出了远程阀14被设置在灌溉站点15处的不同位置处，以提供足够的灌溉范围。
现在将描述远程阀14中的一个，并且可以将其理解为图1中所示的其他远程阀14的代表。远程阀14可以包括流体入口16、流体出口18以及与流体入口16和流体出口18中的每一个流体连通的闸阀20。流体入口16可与向流体入口16提供水的水源22耦接。流体出口18可与分配单元24(诸如喷水器)耦接，从而有助于将水分配到与分配单元24相邻的地区。在一个实施例中，流体入口16和流体出口18中的每一个都可通过常规的花园软管(未示出)耦接至相应的水源22和分配单元24，这可以使用户能够容易地选择远程阀14和分配单元24在灌溉站点15内的位置。
闸阀20可被配置用于在打开位置与关闭位置之间选择性地致动，以控制从水源22到分配单元24的流体流动。在一个实施例中，闸阀20可以是以完全打开位置或完全关闭位置进行操作的二位阀。在另一个实施例中，闸阀20可以在完全打开位置与完全关闭位置之间选择性地可变，从而使得通过闸阀20的流体流是可控的(例如，球阀)。远程阀14可以由板载电源(未示出)供电，例如，该板载电源诸如是电池(例如，可充电的或一次性的)或光伏电池阵列。
基站12可以被配置为向远程阀14传输指令，该远程阀14选择性地打开和关闭闸阀20，以便于将水从分配单元24向周围地区进行分配，这将在下文中进一步详细描述。在一个实施例中，基站12与远程阀14可以彼此进行无线通信。在这样的实施例中，基站12和远程阀14中的每一个可以具有相应的收发器(未示出)，该收发器支持例如各种无线通信协议(诸如ZigBee协议)中的任何协议。在另一个实施例中，基站12与远程阀14可以彼此进行有线通信，例如通过24VDC控制线。
仍参考图1，一个远程阀14可以限定第一区域Z1，而另外两个远程阀14可以限定第二区域Z2。在一个实施例中，基站12可以基于远程阀14所位于的区域(例如，基于区域的灌溉策略)，来控制这些远程阀14的操作。应当理解，任何数量的远程阀14都可以限定灌溉区域。还应当理解的是，任何数量的远程阀14(例如，一个)可以被设置在灌溉站点15处，并且可以由基站12控制。
灌溉调度器26可以经由网络34(即，因特网)与基站12进行通信，并且可以基于灌溉计划来控制远程阀14的操作。可以定制灌溉计划以控制浇水日、浇水时间、浇水持续时间、流动速率或远程阀14的各种其他操作参数中的任何参数，从而防止特定灌溉站点或区域发生过度浇水/浇水不足。
灌溉调度器26可以通过在不同时间向基站12发送离散的指令来执行灌溉计划，该基站12可以将指令中继到(一个或多个)远程阀14。例如，如果灌溉计划要求每天两次(例如，中午和下午5点)达到特定时间段(例如，30分钟)的灌溉，灌溉调度器26可以在第一调度时间(例如，中午)向基站12发送第一指令，从而命令(一个或多个)远程阀14保持打开状态达到给定时间段(例如，30分钟)。基站12继而可以将该指令中继到(一个或多个)远程阀14，这使得(一个或多个)远程阀14打开，然后在经过给定时间段之后自动关闭。然后，灌溉调度器26可以在第二调度时间(例如，下午5点)向基站12发送第二指令，从而命令(一个或多个)远程阀14保持打开达到给定时间段(例如，30分钟)。基站12继而可以将该指令中继到(一个或多个)远程阀14，这使得(一个或多个)远程阀14打开，然后在经过给定时间段之后自动关闭。
灌溉调度器26可以具有处理器30和存储器32，并且灌溉计划可以完全存储在存储器32中。在一个实施例中，灌溉调度器26可以包括与网络34(即，因特网)进行通信的基于云的服务器。通过从灌溉调度器26向基站12发送离散的指令，灌溉计划不需要被独立地存储在基站12或远程阀14上。相反，基站12可以用作传递(pass through)设备，这种传递设备可以将来自灌溉调度器26的(一个或多个)指令转换成适当的通信协议(例如，Zigbee)以传输到(一个或多个)远程阀14。在另一个实施例中，灌溉计划可以从灌溉调度器26传输到基站12，并且被存储在基站12上的存储器(未示出)中，从而使得基站12可以实施灌溉计划，而无需与灌溉调度器26进行进一步通信。应当理解，灌溉调度器26可以是各种合适的替代计算系统中的任何一种。
在一个实施例中，灌溉计划可以最初由用户从计算设备40(例如，智能电话、平板设备、膝上型计算机或台式计算机)创建，该计算设备40经由网络34与灌溉调度器26进行通信。计算设备40可以便于图形用户界面的显示，从而使用户能够输入灌溉计划的各种参数(例如，浇水日、浇水时间、浇水持续时间和/或流动速率)。那些参数被传输到灌溉调度器26，并且作为灌溉计划而存储在存储器32中。在另一个实施例中，灌溉调度器26可以基于检测到的环境条件来自动创建灌溉计划。
如将在下文进一步详细描述的，灌溉调度器26可以周期性地(例如，每小时或每天)调整灌溉计划，以适应可能影响灌溉需求的环境条件的变化，例如，天气预报、历史天气数据、蒸散数据、预测的降雨量、云覆盖或可能影响灌溉需求的任何其他变量。
灌溉调度器26可以经由网络34与天气服务器36进行通信。天气服务器36可以将天气数据提供给用于生成和/或调整灌溉计划的灌溉调度器26。天气数据可以包括可以预报灌溉站点15即将到来的天气的预测天气数据(即，来自预测模型)。灌溉调度器26可以使用该预测数据来调整灌溉计划，以防止灌溉站点15发生过度浇水/浇水不足。例如，如果预测天气模型指示在接下来的两天有100％的降雨机会，则灌溉调度器26可能会暂停接下来两天的调度的灌溉事件，以防止灌溉站点15过度浇水。应当理解，基站12、灌溉调度器26和天气服务器36中的每一个都可以经由诸如以太网、TCP/IP和/或WiFi的有线或无线数据传输链路而连接到网络34。
灌溉调度器26还可以经由网络34与远程环境传感器38进行通信，该远程环境传感器38将其他类型的环境数据传送到灌溉调度器26以供确定灌溉计划时使用。在一个实施例中，远程环境传感器38可包括雨量传感器、风传感器、土壤水分传感器、湿度传感器或天气传感器，或其中的某些组合。然而，应当理解，远程环境传感器38可以是能够将环境数据传送到灌溉调度器26以供确定灌溉计划时使用的任何设备。
远程环境传感器38可以部署在灌溉站点15处或其附近，以检测该站点处的环境条件。在一个实施例中，远程环境传感器38可以是启用网络的设备，这种设备其自身可以连接网络34(例如，经由Wi-Fi)，并且与路由器或其他设备进行通信以将环境数据传送到灌溉调度器26。在另一个实施例中，远程环境传感器38可以与基站12进行无线通信，从而使得基站12负责接入网络34以将环境数据传输到灌溉调度器。
灌溉调度器26可以被配置为确定灌溉站点15的蒸散值，该蒸散值在确定/调整灌溉计划时被使用。蒸散可以理解为是指通过土壤和其他表面的蒸发以及植物的蒸腾作用将水从土壤转移到大气中的过程。如此，灌溉站点15处的蒸散可以受到不同环境因素的影响，例如，天空中的云覆盖量，其会影响赋予灌溉站点15因而促进蒸散的日照量。
灌溉调度器26可以被配置为确定天空中的云覆盖量，该云覆盖量可以至少部分地被用于计算蒸散值。在一个实施例中，灌溉调度器26可以基于从如图1所示的太阳能系统42提供的操作数据来确定天空中的云覆盖量。太阳能系统42可以包括光伏电池阵列(例如，太阳能电池板)44和经由网络34与灌溉调度器26进行通信的阵列控制器46。
太阳能电池板44可以便于将太阳能转换成用于输送到电力系统(诸如家用电网或配电/输电电网)的电能。太阳能电池板44可以被设置在由灌溉调度器26控制的灌溉站点15处或其附近，从而使得赋予太阳能电池板44的太阳辐射可以代表在灌溉站点15处经历的太阳辐射。在一个实施例中，如图2所示，太阳能电池板44可以安装在位于灌溉站点15处的住宅结构48(诸如房屋或商业建筑物)的顶部。在另一个实施例中，太阳能电池板44可以是位于灌溉站点15附近的独立式面板，诸如其常由电力公司部署以用于产生电力以输送到电网。在一些实施例中，太阳能电池板44可相对于其安装位置枢转。在这些实施例中，阵列控制器46可以被配置为控制太阳能电池板44的枢转以跟踪太阳在天空上的运动。
从太阳能电池板44输送的电力量(例如，功率输出)可以取决于赋予到太阳能电池板44的太阳辐射强度(即，来自太阳的)。太阳辐射强度可以因一天中的何时、一年中的何时、当前的云覆盖量或各种其他因素中的任何因素而有所不同。
阵列控制器46可以与灌溉调度器26进行通信，并且可以将关于太阳能电池板44的操作数据传输到灌溉调度器26，以便于计算天空中的云覆盖。在一个实施例中，阵列控制器46可将太阳能电池板44的当前功率输出作为功率输出数据传输到灌溉调度器26。灌溉调度器26可将太阳能电池板44的当前功率输出与太阳能电池板44的最大可用功率输出进行比较。当前功率输出与最大可用功率输出之间的差可以指示天空中的云覆盖量。例如，如果太阳能电池板44的当前功率输出值约为最大可用功率输出的70％，则灌溉调度器26可以确定在该地区中大约有30％的云覆盖。
太阳能电池板44的最大可用功率输出可以理解为，按照当前的一天中的某一时间、一年中的某一天以及地理位置，当太阳能电池板44中的每个电池都完全运转(例如，没有故障的电池)并且该太阳能电池板44被暴露于全日照(例如，没有云覆盖)时，该太阳能电池板44能够产生的功率输出。应当理解，来自太阳的辐射量会受到在云覆盖正被确定时的一天中的何时、一年中的何时以及地理位置的影响，从而使得来自太阳能电池板44的最大可用输出功率会因一天中的何时、一年中的何时和地理位置而有所不同。例如，与清晨或午后相反，中午时在太阳能电池板44上来自太阳的辐射可能更大。类似地，夏季天的来自太阳的辐射比冬季天(当太阳离地球更远时)的来自太阳的辐射要大。因此，最大可用功率输出可以是来自太阳能电池板44的实际最大可用功率输出，其基于一天中的何时以及一年中的哪一天，而并非是太阳能电池板44的最大额定功率输出。如此，当灌溉调度器26根据来自阵列控制器46的功率输出数据来确定云覆盖时，该功率输出数据可以包括(其中计算正在发生的)一天中的那个时间以及一年中的那天的最大可用功率输出。
太阳能电池板44在一天中的不同时间以及一年中的不同天的最大可用功率输出可以被存储在阵列控制器46的存储器(未示出)中(例如，作为查找表)，并且作为功率输出数据(例如，操作数据)的部分而经由网络34被传输到灌溉调度器26，以供确定天空中的云覆盖时使用。在一个实施例中，可以根据需要将最大可用功率输出从阵列控制器46传输到灌溉调度器26，以用于确定天空中的云覆盖。在这样的实施例中，灌溉调度器26可以识别正在确定其云覆盖的一天中的那个时间和一年中那天，并且作为响应，阵列控制器46可以向灌溉调度器26传输一天中的那个时间和一年中那天的最大可用功率输出。在另一个实施例中，整个查找表可以批量地从阵列控制器46传输到灌溉调度器26，其被存储在灌溉调度器26的存储器32中。在这样的实施例中，灌溉调度器26识别一天中的给定时间和一年中给定天的最大可用功率输出，而不必重复地从阵列控制器46请求该信息。
在一个实施例中，可以基于太阳能电池板44的物理参数(例如，太阳能电池板44的角度、太阳能电池板44的覆盖面积、缺陷电池的数量)以及历史环境数据(例如，一天中的某一时间和一年中的某一天的来自太阳的辐射量)，来计算太阳能电池板44在一天中的不同时间和一年中的不同天的最大可用功率输出。在另一个实施例中，阵列控制器46可以基于由阵列控制器46随时间收集的历史功率输出数据，来推断一天中的不同时间和一年中的不同天的最大可用功率输出。在这样的示例中，一天中的不同时间和一年中的不同天的来自太阳能电池板44的峰值功率输出可以被用作太阳能电池板44的最大可用功率输出。
在一些实施例中，太阳能电池板44和阵列控制器46可以由诸如邻近建筑物或电力公司的第三方提供商控制(例如，拥有/操作)，从而使得来自阵列控制器46的操作数据可能无法由灌溉控制系统10的所有者轻易获得。在这样的实施例中，可以通过与第三方的协议(例如，订阅)，将操作数据提供给灌溉调度器26。
应当理解，还可以根据除了计算出的天空中的云覆盖以外的某些环境条件，例如，土壤水分、最近的降雨量、风速大小和方向、湿度、土壤类型、植物类型或植物密度，来计算灌溉站点15的蒸散值。这些环境条件中的某些环境条件，例如，土壤水分、湿度以及风速大小和方向可以从上述环境传感器获得。作为灌溉控制系统10的设置过程的一部分，可以向灌溉调度器26提供其他环境条件，例如，土壤类型、植物类型和植物密度。
还应当理解的是，使用空中的云覆盖来确定蒸散值可以提供更精确的蒸散值，以供某些常规布置的建立/调整灌溉计划时使用。具体地，随着云覆盖的增加或减少，计算出的蒸散值可以相应地改变，从而使得即将被调度的灌溉的量和/或长度分别地增加或减少，以便适应云覆盖，这可以对灌溉站点15提供比当前在常规布置中可用的方式更有效的灌溉。
为了说明和描述的目的，已经给出了本公开的实施例和示例的前述描述。并不旨在穷举或将本公开限制为所描述的形式。鉴于以上教导，许多修改是可能的。已经讨论了那些修改中的一些，并且本领域技术人员将理解其他修改。实施例被选择和描述是为了最好地说明本公开的原理以及适合于预期的特定用途的各种实施例。当然，本公开的范围不限于本文阐述的示例或实施例，而是本领域普通技术人员可以在任何数量的应用和等效设备中采用。而是在此意图由所附的权利要求书来限定本发明的范围。

Claims (20)

1.一种用于操作灌溉控制系统的方法，所述方法包括：
从光伏电池阵列接收操作数据；
至少部分地基于所述操作数据，根据所述光伏电池阵列来确定天空中的云覆盖量；
至少部分地基于天空中的所述云覆盖量来计算与所述灌溉控制系统相关联的灌溉区域的蒸散值；
至少部分地基于蒸散值来确定所述灌溉区域的灌溉计划；以及
执行所述灌溉计划以对所述灌溉区域进行灌溉。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，接收操作数据包括：从所述光伏电池阵列接收功率输出数据。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，确定所述云覆盖量包括：对于阵列中的至少一个光伏电池，将所述功率输出数据与所述阵列中的相邻光伏电池进行比较。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，执行所述灌溉计划以对所述灌溉区域进行灌溉包括：激活与水源和分配单元相关联的流体阀，从而使得流体从所述水源被输送通过所述流体阀并且到所述分配单元之外。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光伏电池阵列位于远离所述灌溉区域的位置。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：通过所述灌溉控制系统接收环境数据，并且其中，所述蒸散值至少部分地基于所述环境数据和所述操作数据。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，接收环境数据包括：从至少一个环境传感器接收环境数据。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述至少一个环境传感器包括以下中的一个或多个：雨量传感器、风传感器、土壤水分传感器、湿度传感器和天气传感器。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，接收环境数据包括：从预测天气模型接收预测天气数据。
10.一种灌溉控制系统，包括：
流体阀，其与水源和分配单元相关联，并且被配置为便于将流体从所述水源选择性地输送到所述分配单元；以及
灌溉调度器，其包括至少一个处理器，所述处理器被配置为接收指令，所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器：
通过所述灌溉控制系统接收环境数据；
从光伏电池阵列接收操作数据；
根据所述光伏电池阵列来确定天空中的云覆盖量；
至少部分地基于所述环境数据和所述操作数据来计算与所述灌溉控制系统相关联的灌溉区域的蒸散值；
至少部分地基于所述蒸散值来确定所述灌溉区域的灌溉计划；以及
执行所述灌溉计划以对所述灌溉区域进行灌溉。
11.根据权利要求10所述的灌溉控制系统，其中，使所述处理器接收操作数据包括：使所述处理器从所述光伏电池阵列接收功率输出数据。
12.根据权利要求11所述的灌溉控制系统，其中，使所述处理器确定所述云覆盖量包括：对于阵列中的至少一个光伏电池，使所述处理器将所述功率输出数据与所述阵列中的相邻光伏电池进行比较。
13.根据权利要求10所述的灌溉控制系统，其中，使所述处理器执行所述灌溉计划以对所述灌溉区域进行灌溉包括：使所述处理器激活与水源和分配单元相关联的流体阀，从而使得流体从所述水源被输送通过所述流体阀并且到所述分配单元之外。
14.根据权利要求10所述的灌溉控制系统，其中，所述光伏电池阵列位于远离所述灌溉区域的位置。
15.根据权利要求10所述的灌溉控制系统，其中，所述指令还使所述处理器：通过所述灌溉控制系统接收环境数据，并且其中，所述蒸散值系统至少部分地基于所述环境数据和所述操作数据。
16.根据权利要求15所述的灌溉控制系统，其中，接收环境数据包括：从预测天气模型接收预测天气数据。
17.根据权利要求10所述的灌溉控制系统，其中，所述灌溉调度器包括用于在其上存储所述指令的板载非暂时性计算机可读介质。
18.根据权利要求10所述的灌溉控制系统，其中，所述灌溉调度器包括基于云的服务器，所述基于云的服务器远离基站并且被配置为将所述指令传输到所述基站。
19.一种灌溉控制系统，包括：
光伏电池阵列；以及
计算系统，其与所述光伏电池阵列电耦接，并且被配置为检测来自所述光伏电池阵列中的至少一个光伏电池的操作数据，以便于基于所述操作数据来计算蒸散值以供灌溉系统使用。
20.根据权利要求19所述的灌溉控制系统，其中，所述操作数据包括所述光伏电池阵列的功率输出数据。
CN201980082358.4A 2018-12-11 2019-12-11 根据光伏电池阵列检测云覆盖的灌溉控制系统及其方法 Pending CN113196198A (zh)

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