CN113892423A - 一种基于5g通信网络的农业灌溉物联网自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于5G通信网络的农业灌溉物联网自动控制系统，包括一个井群供水地块计量控制单元、多个地块计量控制单元、多个水泵开关控制单元；通过井群供水联动控制提升农业井供水效率，整体降低井群用电量，降低农业井数量；通过井群供水和地块灌溉联动控制，实现多地块并行灌溉，提高农作物的灌溉效率；通过5G通信网络的高速传输优势，提升农业井灌溉计量方式从按井计量到按地块计量的精准度；通过井群控制，由同时灌溉面积决定机井开泵数量，提升了供水效率，降低了一定范围内的农业井总量需求；通过构建基于5G通信网络的农业灌溉物联网自动控制系统，实现定量灌溉，定时灌溉，按需灌溉，节约水资源和节省人力物力。

Description

一种基于5G通信网络的农业灌溉物联网自动控制系统

技术领域

本发明涉及农业灌溉技术领域，具体是一种基于5G通信网络的农业灌溉物联网自动控制系统。

背景技术

中国是农业大国，也是用水大国，而且中国水资源极为短缺，水资源危机已成为制约经济可持续发展的重要的因素。我国农业用水浪费严重，灌溉水利用系数低，因此走科技节水型农业之路来实现水资源的合理利用，不仅可以节约水资源，更重要的是可以提高农业用水效率，改善生态环境，这是实现我国精确农业的关键。从世界范围看，美国每年同样有大量的水资源会被浪费，美国每年浪费掉的水资源高达8520亿升，若安装一种智能农业灌溉物联网自动控制系统，则可有效地控制水流量，达到节水的目的。根据美国水工程协会的报告称，美国住宅区和商业区的草坪、植物灌溉用水浪费了喔30％到300％。水资源被浪费的主要原因是技术不够先进，美国有4500万个仅是安有简易计时器的灌溉系统，他们在时间控制上还可以，但精度不高。在中国农业用水量约占总用水量的80％左右，由于农业灌溉效率普遍低下，水的利用率仅为45％，而水资源利用率高的国家已达70％-80％，因而，解决农业节水灌溉用水的问题，缓解水资源紧缺问题是非常重要的。我们的这种基于5G通信网络的农业灌溉物联网自动控制系统实现方法，就是在这种背景下应运而生。

目前，市场上普遍存在的是一种基于计算机局域网、GPRS、2G/3G/4G、ZigBee、LoRa、VHF、有线通信网等网络的智能灌溉系统，这种系统数据传输方面有一定的延时性，无法保证数据的现势性以及指令下达的及时性。特别要说明的是，在当前以5G为首的“新基建”发展的前提下，我们更应该结合新技术，进一步提升灌溉水利用率，以科技创新带动发展。因此，有必要针对现有技术中存在的缺陷和不足进行必要的改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于5G通信网络的农业灌溉物联网自动控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于5G通信网络的农业灌溉物联网自动控制系统，包括一个井群供水地块计量控制单元、多个地块计量控制单元、多个水泵开关控制单元；通过井群供水联动控制提升农业井供水效率，整体降低井群用电量，降低农业井数量；通过井群供水和地块灌溉联动控制，实现多地块并行灌溉，提高农作物的灌溉效率；通过5G通信网络的高速传输优势，提升农业井灌溉计量方式从按井计量到按地块计量的精准度。

作为本发明进一步的方案：所述井群供水地块计量控制单元由DTU、PLC、相关电器电路组成；前端使用PLC控制器对井群供水地块计量单位的各种开关、电磁阀控制器、无线远传水表、土壤湿度传感器进行开关控制；其中当采用接近开关、光电开关等两线式传感器时，由于传感器的漏电流较大，可能出现错误的输入信号而导致PLC的误动作，此时可在PLC输入端并联旁路电阻进行完善；采取PLC串口设备与DTU相连，由于DTU是透传模式，只需使用java与5g模块进行通信即可。

作为本发明再进一步的方案：所述水泵开关控制单元，由一个RTU、水泵开关控制电器电路组成；用户可用手机远程控制水泵电机、电磁阀门，汽油发电机等设备，短信、振铃均可控制，控制输出四路开关量，两路开关量输入监测控制状态；水泵开关远程控制单元，内置工业级手机模块芯片，信号隔离，性能稳定，输出、输入符合配套水泵常用软启动柜，启动、停止按钮。

作为本发明再进一步的方案：所述地块计量控制单元，由一个RTU、一块水表、多个电动控制阀门、相关电器电路组成；水表计设备内置集成的表头采集器、采回集板、采集模块等，采集计量数据后，通过如RS232/485接口线、微功率信号、脉冲信号、传输到一个集中器，再通过4G/5G、网线等进行传送，结合RTU远程终端，这样就完成了远程的水表采集读数-远程抄表系统-水表开合闸的全流程管理

一种基于5G通信网络的农业灌溉物联网自动控制系统的使用方法：包括如下步骤哦：

1)灌溉时使用手机或电脑访问计算控制系统，按灌溉地块发出灌溉开始/停止指令到井群供水地块计量控制单元；

2)井群供水地块计量控制单元根据灌溉指令，将控制命令发送到对应的地块计量控制单元；

3)地块计量控制单元根据灌溉命令，开启/关闭对应灌溉地块的电控供水阀门；

4)井群供水地块计量控制单元根据灌溉地块面积、地块位置进行逻辑计算，确定需要开启/关闭的机井，然后将控制命令发送到对应机井的水泵开关控制单元，控制水泵的开启/关闭；

5)地块计量控制单元将水表计量数据上报到井群供水地块计量控制单元，井群供水地块计量控制单元将计量数据上报到计算机控制系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)充分利用5G通信网络的优势，实现了传输数据的质量可靠，效率高、能耗低，指令下达及时、控制精度高，使得整个系统实现方法具有高稳定性、可靠性等特点。

2)将计量和控制系统前置到用水户对应的地块，可以实现多个用水户的并行灌溉，提升灌溉效率。

3)同一用水户的同一地块上不同的种植区域，可以实现单独的灌溉控制。

4)通过井群控制，由同时灌溉面积决定机井开泵数量，提升了供水效率，降低了一定范围内的农业井总量需求。

5)通过构建基于5G通信网络的农业灌溉物联网自动控制系统，实现定量灌溉，定时灌溉，按需灌溉，节约水资源和节省人力物力。

附图说明

图1为一种基于5G通信网络的农业灌溉物联网自动控制系统的流程示意图。

图2为一种基于5G通信网络的农业灌溉物联网自动控制系统中软件控制的框架示意图。

图3为一种基于5G通信网络的农业灌溉物联网自动控制系统中PLC控制器的原理示意图。

图4为一种基于5G通信网络的农业灌溉物联网自动控制系统中java与5g模块通讯示意图。

图5为一种基于5G通信网络的农业灌溉物联网自动控制系统中java与5g模块通讯示意图。

图6为一种基于5G通信网络的农业灌溉物联网自动控制系统中水泵开关控制示意图。

图7为一种基于5G通信网络的农业灌溉物联网自动控制系统中地块计量控制示意图。

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1～7，本发明实施例中，一种基于5G通信网络的农业灌溉物联网自动控制系统，包括一个井群供水地块计量控制单元、多个地块计量控制单元、多个水泵开关控制单元；通过井群供水联动控制提升农业井供水效率，整体降低井群用电量，降低农业井数量；通过井群供水和地块灌溉联动控制，实现多地块并行灌溉，提高农作物的灌溉效率；通过5G通信网络的高速传输优势，提升农业井灌溉计量方式从按井计量到按地块计量的精准度。

所述井群供水地块计量控制单元由DTU、PLC、相关电器电路组成；前端使用PLC控制器对井群供水地块计量单位的各种开关、电磁阀控制器、无线远传水表、土壤湿度传感器进行开关控制；其中当采用接近开关、光电开关等两线式传感器时，由于传感器的漏电流较大，可能出现错误的输入信号而导致PLC的误动作，此时可在PLC输入端并联旁路电阻进行完善；采取PLC串口设备与DTU相连，由于DTU是透传模式，只需使用java与5g模块进行通信即可。

所述水泵开关控制单元，由一个RTU、水泵开关控制电器电路组成；用户可用手机远程控制水泵电机、电磁阀门，汽油发电机等设备，短信、振铃均可控制，控制输出四路开关量，两路开关量输入监测控制状态；水泵开关远程控制单元，内置工业级手机模块芯片，信号隔离，性能稳定，输出、输入符合配套水泵常用软启动柜，启动、停止按钮。

所述地块计量控制单元，由一个RTU、一块水表、多个电动控制阀门、相关电器电路组成；水表计设备内置集成的表头采集器、采回集板、采集模块等，采集计量数据后，通过如RS232/485接口线、微功率信号、脉冲信号、传输到一个集中器，再通过4G/5G、网线等进行传送，结合RTU远程终端，这样就完成了远程的水表采集读数-远程抄表系统-水表开合闸的全流程管理。

一种基于5G通信网络的农业灌溉物联网自动控制系统的使用方法：包括如下步骤哦：

1)灌溉时使用手机或电脑访问计算控制系统，按灌溉地块发出灌溉开始/停止指令到井群供水地块计量控制单元；

2)井群供水地块计量控制单元根据灌溉指令，将控制命令发送到对应的地块计量控制单元；

3)地块计量控制单元根据灌溉命令，开启/关闭对应灌溉地块的电控供水阀门；

4)井群供水地块计量控制单元根据灌溉地块面积、地块位置进行逻辑计算，确定需要开启/关闭的机井，然后将控制命令发送到对应机井的水泵开关控制单元，控制水泵的开启/关闭；

5)地块计量控制单元将水表计量数据上报到井群供水地块计量控制单元，井群供水地块计量控制单元将计量数据上报到计算机控制系统。

本发明的工作原理是：

1)充分利用5G通信网络的优势，实现了传输数据的质量可靠，效率高、能耗低，指令下达及时、控制精度高，使得整个系统实现方法具有高稳定性、可靠性等特点。

2)将计量和控制系统前置到用水户对应的地块，可以实现多个用水户的并行灌溉，提升灌溉效率。

3)同一用水户的同一地块上不同的种植区域，可以实现单独的灌溉控制。

4)通过井群控制，由同时灌溉面积决定机井开泵数量，提升了供水效率，降低了一定范围内的农业井总量需求。

5)通过构建基于5G通信网络的农业灌溉物联网自动控制系统，实现定量灌溉，定时灌溉，按需灌溉，节约水资源和节省人力物力。

通过井群供水联动控制提升农业井供水效率，整体降低井群用电量，降低农业井数量；通过井群供水和地块灌溉联动控制，实现多地块并行灌溉，提高农作物的灌溉效率；通过5G通信网络的高速传输优势，提升农业井灌溉计量方式从按井计量到按地块计量的精准度

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种基于5G通信网络的农业灌溉物联网自动控制系统，其特征在于，包括一个井群供水地块计量控制单元、多个地块计量控制单元、多个水泵开关控制单元；通过井群供水联动控制提升农业井供水效率，整体降低井群用电量，降低农业井数量；通过井群供水和地块灌溉联动控制，实现多地块并行灌溉，提高农作物的灌溉效率；通过5G通信网络的高速传输优势，提升农业井灌溉计量方式从按井计量到按地块计量的精准度。

2.根据权利要求1所述的一种基于5G通信网络的农业灌溉物联网自动控制系统，其特征在于，所述井群供水地块计量控制单元由DTU、PLC、相关电器电路组成；前端使用PLC控制器对井群供水地块计量单位的各种开关、电磁阀控制器、无线远传水表、土壤湿度传感器进行开关控制；其中当采用接近开关、光电开关等两线式传感器时，由于传感器的漏电流较大，可能出现错误的输入信号而导致PLC的误动作，此时可在PLC输入端并联旁路电阻进行完善；采取PLC串口设备与DTU相连，由于DTU是透传模式，只需使用java与5g模块进行通信即可。

3.根据权利要求1所述的一种基于5G通信网络的农业灌溉物联网自动控制系统，其特征在于，所述水泵开关控制单元，由一个RTU、水泵开关控制电器电路组成；用户可用手机远程控制水泵电机、电磁阀门，汽油发电机等设备，短信、振铃均可控制，控制输出四路开关量，两路开关量输入监测控制状态；水泵开关远程控制单元，内置工业级手机模块芯片，信号隔离，性能稳定，输出、输入符合配套水泵常用软启动柜，启动、停止按钮。

4.根据权利要求1所述的一种基于5G通信网络的农业灌溉物联网自动控制系统，其特征在于，所述地块计量控制单元，由一个RTU、一块水表、多个电动控制阀门、相关电器电路组成；水表计设备内置集成的表头采集器、采回集板、采集模块等，采集计量数据后，通过如RS232/485接口线、微功率信号、脉冲信号、传输到一个集中器，再通过4G/5G、网线等进行传送，结合RTU远程终端，这样就完成了远程的水表采集读数-远程抄表系统-水表开合闸的全流程管理。

5.一种如权利要求1-4任一所述的一种基于5G通信网络的农业灌溉物联网自动控制系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)灌溉时使用手机或电脑访问计算控制系统，按灌溉地块发出灌溉开始/停止指令到井群供水地块计量控制单元；

2)井群供水地块计量控制单元根据灌溉指令，将控制命令发送到对应的地块计量控制单元；

3)地块计量控制单元根据灌溉命令，开启/关闭对应灌溉地块的电控供水阀门；

4)井群供水地块计量控制单元根据灌溉地块面积、地块位置进行逻辑计算，确定需要开启/关闭的机井，然后将控制命令发送到对应机井的水泵开关控制单元，控制水泵的开启/关闭；

5)地块计量控制单元将水表计量数据上报到井群供水地块计量控制单元，井群供水地块计量控制单元将计量数据上报到计算机控制系统。

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