CN114946617B - 基于卫星遥感的水肥一体智能灌溉系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于卫星遥感的水肥一体智能灌溉系统及其控制方法，其中系统包括：数据采集装置，用于获取卫星气象数据、各农田区域的土壤湿度数据和施肥量；主管道，其设置有主灌溉水泵，并且其第一端用于连接水源，另一端连接有多个分支管道，各分支管道上分别设置有相应的电磁阀，各分支管道分别用于设置在相应的农田区域；多个施肥管道，其一端用于连接施肥池，另一端连接相应的分支管道，并且各施肥管道上分别设置有相应的施肥泵；主控制器，连接所述数据采集装置、主灌溉水泵、各施肥泵和各电磁阀，用于制所述主灌溉水泵、各电磁阀和各施肥泵，以对所述农田进行灌溉和施肥。本发明的技术方案能够对农田提高施肥的均匀性。

Description

基于卫星遥感的水肥一体智能灌溉系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及水肥一体智能灌溉系统的控制技术领域，具体涉及一种基于卫星遥感的水肥一体智能灌溉系统及其控制方法。

背景技术

智能灌溉系统是一种用于能够根据农田的用水需求进行灌溉的智能化系统，可以能够合理的利用水资源，还能够减少灌溉农田的人工成本，是未来发展的重要方向。施肥是保证农作物健康成长的重要措施，并且为了提高农作物吸收肥料的效果，通常在灌溉时施肥，以将肥料溶解在用于灌溉的水中，使农作物可以在吸收水分的同时也能够吸收肥料。

施肥系统可以与智能灌溉系统一体设置或者分体设置，施肥系统与智能灌溉系统分体设置是指施肥操作和灌溉操作分开执行，在对农田进行灌溉时可以先通过施肥系统执行施肥操作，例如通过无人机喷洒的形式将肥料的溶液喷洒到农田中等，然后再通过智能灌溉系统执行灌溉操作，使肥料在农田中溶解以供农作物吸收这种方式的缺点在于工作量大，人工成本高。施肥系统与智能灌溉系统一体设置是指在灌溉时将肥料溶液输送到灌溉管道中，通过灌溉管道输送到农田中，这种方式的有点在于可以减少工作量并降低人工成本，缺点是容易出现施肥不均匀的现象，使得施肥效果变差。

综上所述可知，现有技术中的水肥一体智能灌溉系统，存在施肥不均匀的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于卫星遥感的水肥一体智能灌溉系统及其控制方法，以至少解决上述现有技术中水肥一体智能灌溉系统存在的施肥不均匀的问题。

为实现上述目的，一方面本发明提供一种基于卫星遥感的水肥一体智能灌溉系统，包括：数据采集装置，用于获取卫星气象数据、各农田区域的土壤湿度数据和施肥量；主管道，其设置有主灌溉水泵，并且其第一端用于连接水源，另一端连接有多个分支管道，各分支管道上分别设置有相应的电磁阀，各分支管道分别用于设置在相应的农田区域；多个施肥管道，其一端用于连接施肥池，另一端连接相应的分支管道，并且各施肥管道上分别设置有相应的施肥泵，用于将施肥池中的肥料溶液输送到相应的分支管道；主控制器，连接所述数据采集装置、主灌溉水泵、各施肥泵和各电磁阀，用于：根据所述卫星气象数据、各农田区域的土壤湿度数据和施肥量，得到农田灌溉策略，所述农田灌溉策略包括所述主灌溉水泵和各电磁阀的工作时长、所述各施肥泵的功率和工作时长；以及根据所述农田灌溉策略控制所述主灌溉水泵、各电磁阀和各施肥泵，以对所述农田进行灌溉和施肥。

根据本发明的一个实施例，所述得到所述农田灌溉策略包括：根据所述卫星气象数据，得到环境温度和未来设定时间内的降雨量；根据所述环境温度和未来设定时间内的降雨量和各农田区域的土壤湿度数据，得到灌溉各农田区域的用水量；根据灌溉各农田区域的用水量，得到所述主灌溉水泵和各电磁阀的工作时长。

根据本发明的另一个实施例，所述主控制器还用于：获取所述施肥池中肥料溶液的浓度；根据所述肥料溶液浓度和各电磁阀的工作时长，得到各施肥泵的功率和工作时长。

根据本发明的又一个实施例，所述主控制器还连接有浓度检测装置，所述浓度检测装置用于设置在所述施肥池中，以获取所述施肥池中肥料溶液的浓度。

根据本发明的另一个实施例，所述主控制器还连接有人机交互装置，用于输入所述施肥池中肥料溶液的种类、浓度以及各农田区域的施肥量。

根据本发明的又一个实施例，所述多个施肥管道分别设置有相应的流量传感器，所述主控制器与各流量传感器连接，以获取各农田区域的施肥量。

根据本发明的另一个实施例，所述多个分支管道分别设置有相应的流量传感器，所述主控制器与各流量传感器连接，以获取输送到各农田区域的水量。

根据本发明的又一个实施例，还包括辅助管道，所述辅助管道的一端用于连接水源，另一端连接所述各分支管道，并且所述辅助管道上设置有辅助灌溉水泵。

根据本发明的另一个实施例，所述数据采集装置包括多各湿度传感器组，各湿度传感器组分别包括多个湿度传感器，各湿度传感器组中的湿度传感器均匀分布在相应农田区域的土壤中，所述主控制器根据各湿度传感器组的检测数据得到各农田区域的土壤湿度数据。

另一方面，本发明还提供一种如上述任意一项实施例所述基于卫星遥感的水肥一体智能灌溉系统的控制方法，包括：获取卫星气象数据、各农田区域的土壤湿度数据和施肥量；根据所述卫星气象数据和各农田区域的土壤湿度数据，得到灌溉各农田区域的用水量；根据灌溉各农田区域的用水量，得到所述主灌溉水泵和各电磁阀的工作时长；根据所述施肥量和各电磁阀的工作时长，得到各施肥泵的工作时长和功率。

本发明所提供的技术方案，在基于卫星遥感的水肥一体智能灌溉系统中设置又多个分支管道，分别用于为不同的农田区域进行灌溉，并且各分支管道分别设置又相应的施肥管道，通过施肥管道向各分支管道输入相应的肥料溶液，从而分别为各农田区域进行施肥，消除对各农田区域施肥的差异，提高农田施肥的均匀性。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1是本发明实施例中一种基于卫星遥感的水肥一体智能灌溉系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中基于卫星遥感的水肥一体智能灌溉系统的控制方法的流程图；

图3是本发明实施例中获取灌溉策略的方法的流程图；以及

图4是本发明实施例中另基于卫星遥感的水肥一体智能灌溉系统的结构示意图。

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，本领域技术人员应知，下面所描述的实施例是本公开一部分实施例，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。

本发明所提供的基于卫星遥感的水肥一体智能灌溉系统，其结构如图1所示，包括主控制器、数据采集装置、主管道、分支管道、施肥管道和数据采集装置，不仅能够对农田进行灌溉和施肥，还能够提高对农田施肥的均匀性。下面结合图1所示出的结构，对本发明的基于卫星遥感的水肥一体智能灌溉系统做详细的说明。

如图1所示，在本发明的基于卫星遥感的水肥一体智能灌溉系统中，主管道1的一端用于连接水源，另一端连接各分支管道11的一端，各分支管道11的一端分别用于设置在相应农田区域，并且在主管道1上设置有主灌溉水泵10，在各分支管道11上分别设置有相应的电磁阀12，在对一个农田区域进行灌溉时，可以开启主灌溉水泵10和相应的电磁阀12，主灌溉水泵10可以将水源中的水抽送到主管道1中，然后通过相应的分支管道11输送到该农田区域，实现对该农田区域的灌溉。

上述施肥管道21的数量与分支管道11的数量相应，并且各施肥管道21上分别设置有相应的施肥泵22，各施肥管道21的一端用于连接施肥池，另一端分别连接相应的分支管道11，施肥泵22用于将施肥池中的肥料溶液抽送到相应的分支管道11中，使肥料溶液能够通过各分支管道11输送到相应的农田区域中，实现对农田的施肥操作。

上述数据采集装置可以包括卫星通信设备、土壤湿度检测设备和施肥量接收设备，其中卫星通信设备可以与气象卫星通信连接，以获取卫星气象数据；土壤湿度检测设备可以为设置在农田土壤中的湿度传感器，能够检测农田的土壤湿度数据；施肥量可以为信息数据设备，例如键盘等，能够获取人工输入的施肥量，该施肥量为各农田区域所需要的用肥量。上述主控制器可以采用PLC、单片机等逻辑主控制器件实现，其与上述数据采集装置连接，能够获取上述卫星气象数据、土壤湿度数据和施肥量，并根据卫星气象数据、土壤湿度数据和施肥量得到农田灌溉策略，然后根据该农田灌溉策略对系统中的主灌溉水泵10、各电磁阀12和各施肥泵进行控制，以实现对农田的灌溉和施肥。

上述农田灌溉策略包括主灌溉水泵10和各电磁阀12的工作时长、各施肥泵22的功率和工作时长，下面结合图2所示出的流程，对本发明的基于卫星遥感的水肥一体智能灌溉系统的控制方法进行详细介绍。

如图2所示，本发明的基于卫星遥感的水肥一体智能灌溉系统的控制方法包括：

步骤S1，获取卫星气象数据、各农田区域的土壤湿度数据和施肥量，获取方法已在上文中做了详细介绍，这里多做说明。

步骤S2，根据卫星气象数据和各农田区域的土壤湿度数据，得到灌溉各农田区域的用水量。上述卫星气象数据包括未来设定时间段内的降雨量，在获取灌溉各农田区域的用水量时，各农田区域的用水量与未来设定时间段内的降雨量、相应的土壤湿度数据呈负相关，即未来设定时间段内的降雨量越大，灌溉各农田区域的用水量越小，同理，农田区域的土壤湿度越小，其用水量越大。

步骤S3，根据灌溉各农田区域的用水量，得到主灌溉水泵10的工作时长和功率、各电磁阀12的工作时长。在本实施例中各分支管道11并联设置，且均与主管道1连接，由主灌溉水泵10从水源抽送用水并通过各分支管道11输送到相应的农田区域，并且各分支管道11中的水流量相同。另外，为了保证对各农田的灌溉效果，主灌溉水泵10的功率与分支管道11上电磁阀12开启的数量相应，即主灌溉水泵10的功率随着电磁阀12开启的数量增加而增大，从而使各分支管道11的流量保持恒定。根据各分支管道11的流量和各农田区域的用水量，得到各电磁阀12的工作时长，并根据开启电磁阀12的数量，得到主灌溉水泵10的功率。例如，当其中一个农田区域的用水量为M，各分支管道11的流量为n时，该农田区域对应分支管道11上电磁阀12的开启时长为N/n。

步骤S4，根据各农田区域的施肥量和各电磁阀12的工作时长，得到各施肥泵22的工作时长和功率。在本实施例中，为了保证对各农田区域施肥的均匀性，各施肥泵的工作时长与相应分支管道11上电磁阀12的工作时长相同，从而得到各施肥泵22的工作时长；然后根据各施肥泵22的工作时长以及各农田区域的施肥量，可以得到各施肥泵22的功率，使肥料溶液均匀输送到相应的农田区域中。

在本发明的一个实施方式中，主控制器根据卫星气象数据、土壤湿度数据和施肥量得到农田灌溉策略的方法的流程如图3所示，包括：

步骤S11，根据卫星气象数据，得到农田的环境温度和未来设定时间内的降雨量。根据卫星气象数据，采用天气预报的方式可以获取农田所在地区的温度和未来设定时间内的降雨量，即可得到农田的环境温度和未来设定时间内的降雨量，上述未来设定时间可以为未来一个月等，该天气预报的方式属于现有技术，这里不多做说明。

步骤S12，根据农田的环境温度和未来设定时间内的降雨量和各农田区域的土壤湿度数据，得到灌溉各农田区域的用水量。由于农田的环境温度越高，其水分蒸发速度越快，农作物的需要的水量越大，因此农田的环境温度与灌溉各农田区域的用水量之间呈正相关。

步骤S13，根据灌溉各农田区域的用水量，得到主灌溉水泵10和各电磁阀12的工作时长。

上述实施例的方式，可以减少环境温度对各农田区域农作物用水量的影响，提高对各农田区域灌溉的可靠性。

在本发明的另一个实施例中，主控制器还用于：获取施肥池中肥料溶液的浓度，然后根据该浓度和各电磁阀12的工作时长，得到各施肥泵22的功率和工作时长。例如，获取到施肥池中肥料溶液的浓度为p，其中各农田区域需要的施肥量为P，该农田区域对应分支管道11上电磁阀的工作时长为l，则为了保证对该农田区域施肥的均匀性，该农田区域对应施肥管道21上施肥泵22的工作时长也为l，并且该施肥泵22输送肥料溶液的总量为M，则可以得到：M=P/p；在控制该施肥泵21工作时，可以控制该施肥泵22的功率，使其输送肥料溶液的速率为M/l。

上述获取施肥池中肥料溶液的浓度的方法，可以为通过对施肥池中的肥料溶液进行检测获得，也可以通过输入数据获得。当采用通过对肥料池中肥料溶液进行检测获得时，可以在施肥池中设置浓度传感器，并且主控制器与该浓度传感器连接，从而通过浓度传感器检测施肥池中肥料溶液的浓度。

当通过输入数据获得上述施肥池中肥料溶液的浓度时，可以在主控制器上连接人机交互装置，例如键盘、显示屏或触控屏等，在对农田进行灌溉时，可以先人工测定施肥池中肥料溶液的浓度，然后通过人机交互装置输入施肥池中肥料溶液的种类、浓度和各农田区域的施肥量。主控制器通过人机交互装置获取到施肥池中肥料溶液的种类、浓度和各农田区域的施肥量后，生成灌溉策略并对系统中的各设备进行控制。

在本发明的一个实施例中，上述各施肥管道21分别设置有相应的第一流量传感器，并且主控制器与各第一流量传感器连接，通过各第一流量传感器获取各施肥管道21中肥料溶液的实际流量，从而实现对各施肥管道21中肥料溶液实际流量的监控，并且根据施肥管道21中肥料溶液实际流量对相应施肥泵22的功率进行反馈调节，提高对各农田区域施肥的可靠性。

在本发明的另一个实施例中，各分支管道11分别设置有相应的第二流量传感器，并且主控制器与各第二流量传感器连接，通过各第二流量传感器获取各分支管道11中的实际水流量，从而实现对各分支管道11中实际水流量的监控，并根据各分支管道11中实际水流量调节相应电磁阀12的工作时间，提高对各农田区域灌溉的可靠性。

在本发明的一个实施例中，基于卫星遥感的水肥一体智能灌溉系统还包括辅助管道3，如图4所示，该辅助管道3的一端用于连接水源，另一端连接各分支管道11，并且该辅助管道3上设置有辅助灌溉水泵30，主控制器与该辅助灌溉水泵30连接，以控制该辅助灌溉水泵30的开启和关闭。本实施例中的辅助管道3可用做主管道1的冗余管道，也可用做主管道1的辅助管道，当辅助管道3用做主管道1的冗余管道时，如果主管道1或者主灌溉水泵10出现故障，可以采用辅助管道3和辅助灌溉水泵30向各分支管道11输送水量；当辅助管道3用做主管道1的辅助管道时，可以在主灌溉水泵1输出的流量低于设定流量而不能满足灌溉需求时开启辅助灌溉水泵30，使主灌溉水泵10和辅助灌溉水泵30同时工作，提高灌溉效率。

在本发明的另一个实施例中，系统中的数据采集装置包括多各湿度传感器组，各湿度传感器组分别包括多个湿度传感器，各湿度传感器组中的湿度传感器均匀分布在相应农田区域的土壤中，主控制器与根据各湿度传感器组，能够通过各湿度传感器组的检测数据得到各农田区域的土壤湿度数据。例如，湿度传感器组包括一个湿度处理器和设定数量的湿度传感器，各湿度传感器均匀分布在相应的农田区域，湿度处理器与各湿度传感器连接，能够接收各湿度传感器所检测到的湿度数据。并且湿度处理器还与上述主控制器通信连接，例如通过GPRS等无线通信模块无线通信连接，当湿度处理器接收到各湿度传感器所检测到的湿度值后，首先去除其中的异常湿度值，然后计算剩余湿度值的平均值并发送给主控制器，主控制器将该平均值作为相应农田区域的湿度数据。在上述去除异常湿度值时，可以计算各湿度值与其它所以湿度值之间的差值，然后计算各差值的平均值，将其中平均值大于设定差值的湿度值作为异常湿度数据。通过本实施例的设置方式，能够提高对各农田区域湿度检测的可靠性。

本说明书中使用的术语“第一”或“第二”等用于指代编号或序数的术语仅用于描述目的，而不能理解为明示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”或“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体地限定。

虽然本说明书已经示出和描述了本发明的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本发明思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本发明的过程中，可以采用本文所描述的本发明实施例的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本发明的保护范围，并因此覆盖这些权利要求保护范围内的模块组成、等同或替代方案。

Claims (8)

1.一种基于卫星遥感的水肥一体智能灌溉系统，其特征在于，包括：

数据采集装置，用于获取卫星气象数据、各农田区域的土壤湿度数据和施肥量；

主管道，其设置有主灌溉水泵，并且其第一端用于连接水源，另一端连接多个分支管道的一端，各分支管道上分别设置有相应的电磁阀，各分支管道的另一端分别用于设置在相应的农田区域；

多个施肥管道，其一端用于连接施肥池，另一端连接相应的分支管道，并且各施肥管道上分别设置有相应的施肥泵，用于将施肥池中的肥料溶液输送到相应的分支管道；

主控制器，连接所述数据采集装置、主灌溉水泵、各施肥泵和各电磁阀，用于：

根据所述卫星气象数据、各农田区域的土壤湿度数据和施肥量，得到农田灌溉策略，所述农田灌溉策略包括所述主灌溉水泵和各电磁阀的工作时长、所述各施肥泵的功率和工作时长；以及

根据所述农田灌溉策略控制所述主灌溉水泵、各电磁阀和各施肥泵，以对所述农田进行灌溉和施肥；

得到所述农田灌溉策略包括：

根据所述卫星气象数据，得到环境温度和未来设定时间内的降雨量；

根据所述环境温度和未来设定时间内的降雨量和各农田区域的土壤湿度数据，得到灌溉各农田区域的用水量；

根据灌溉各农田区域的用水量，得到所述主灌溉水泵和各电磁阀的工作时长，包括：

设所述肥料溶液的浓度为p，其中各农田区域需要的施肥量为P，该农田区域对应分支管道上电磁阀的工作时长为l，该农田区域对应施肥管道上施肥泵的工作时长也为l，并且该施肥泵输送肥料溶液的总量为M，则

M＝P/p；

在控制该施肥泵工作时，控制该施肥泵的功率，使其输送肥料溶液的速率为M/l。

2.根据权利要求1所述的基于卫星遥感的水肥一体智能灌溉系统，其特征在于，所述主控制器还连接有浓度检测装置，所述浓度检测装置用于设置在所述施肥池中，以获取所述施肥池中肥料溶液的浓度。

3.根据权利要求1所述的基于卫星遥感的水肥一体智能灌溉系统，其特征在于，所述主控制器还连接有人机交互装置，用于输入所述施肥池中肥料溶液的种类、浓度以及各农田区域的施肥量。

4.根据权利要求1所述的基于卫星遥感的水肥一体智能灌溉系统，其特征在于，所述多个施肥管道分别设置有相应的流量传感器，所述主控制器与各流量传感器连接，以获取各农田区域的施肥量。

5.根据权利要求1所述的基于卫星遥感的水肥一体智能灌溉系统，其特征在于，所述多个分支管道分别设置有相应的流量传感器，所述主控制器与各流量传感器连接，以获取输送到各农田区域的水量。

6.根据权利要求1所述的基于卫星遥感的水肥一体智能灌溉系统，其特征在于，还包括辅助管道，所述辅助管道的一端用于连接水源，另一端连接所述各分支管道，并且所述辅助管道上设置有辅助灌溉水泵。

7.根据权利要求1所述的基于卫星遥感的水肥一体智能灌溉系统，其特征在于，所述数据采集装置包括多个湿度传感器组，各湿度传感器组分别包括多个湿度传感器，各湿度传感器组中的湿度传感器均匀分布在相应农田区域的土壤中，所述主控制器根据各湿度传感器组的检测数据得到各农田区域的土壤湿度数据。

8.一种如权利要求1-7任意一项所述基于卫星遥感的水肥一体智能灌溉系统的控制方法，其特征在于，包括：

根据所述农田灌溉策略控制所述主灌溉水泵、各电磁阀和各施肥泵，以对所述农田进行灌溉和施肥；

得到所述农田灌溉策略包括：

根据所述卫星气象数据，得到环境温度和未来设定时间内的降雨量；

根据所述环境温度和未来设定时间内的降雨量和各农田区域的土壤湿度数据，得到灌溉各农田区域的用水量，其中所述环境温度与灌溉各农田区域的用水量之间呈正相关；

根据灌溉各农田区域的用水量，得到所述主灌溉水泵和各电磁阀的工作时长；

获取所述施肥池中肥料溶液的浓度；

根据所述肥料溶液浓度和各电磁阀的工作时长，得到各施肥泵的功率和工作时长，

包括：

设所述肥料溶液的浓度为p，其中各农田区域需要的施肥量为P，该农田区域对应分支管道上电磁阀的工作时长为l，该农田区域对应施肥管道上施肥泵的工作时长也为l，并且该施肥泵输送肥料溶液的总量为M，则

M＝P/p；

在控制该施肥泵工作时，控制该施肥泵的功率，使其输送肥料溶液的速率为M/l。