CN210519448U - 一种智能灌溉控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种智能灌溉控制系统，用于水肥一体化系统，对水、水溶肥或其他水溶液实现精准的灌溉自动控制，无需集中式的控制器或数据采集器，将独立供电的系统终端包括控制器、传感器直接部署到田间末端，控制器和/或传感器之间采用自组网方式互相连接，系统终端装置之间通过系统互相通讯实现传感器信号和控制信号的组合运算和控制，就近运算和处理数据，不受部署距离和数量的限制，实现智能施肥灌溉。

Description

一种智能灌溉控制系统

技术领域

本实用新型涉及智能农业的技术领域，具体涉及一种智能灌溉控制系统。

背景技术

现有技术中，农林水肥作业很大部分采用人工方式，运肥、开沟、施肥需要投入大量人力。在种植地广袤，地形复杂的情况下，作业时间，施肥效果无法有效实施管理。因此，急需将先进的水肥技术运用到农业中来提高精准施肥，例如实现香榧树高效精准施肥。

在这种需求下逐渐发展了水肥自动化控制设备，通过一些装置在现场的模块控制器对设置灌溉程序控制多路电磁阀进行灌溉作业。在现有技术中已经实现了远程设置的控制器一般系统结构包括远程客户端、多路的采集控制器、互联网网关等；可以通过互联网设置模块控制器的灌溉程序。用户通过客户端设置，灌溉程序通过互联网下发到采集控制器，再经由采集控制器多采用有线连接的方式控制远端电磁阀等装置，执行响应的程序。这类系统中也会设计一些传感器节点，例如雨量传感器。传感器数据反馈到采集控制器，相应的灌溉程序根据条件执行相应灌溉程序。

在现有技术中，现场手动设置的模块控制器或带有远程数据接口的控制器可以控制多路电磁阀，一个控制器和多个电磁阀组成星形拓扑结构。在种植面积大，需要超过一个控制器的系统中，多控制器也是一种星形结构，系统通过客户端分别控制模块控制器。

现有的灌溉控制系统多采用控制器模块以星形结构方式连接执行设备和数据采集设备例如电磁阀、雨量传感器等设备。即使利用无线技术实现物联网功能的控制系统也是采用数据采集器或集中控制模块，用485总线、直流电压电流输出的方式控制试行装置或传感器，现场往往需要将电源线和信号线部署到田间灌溉系统，并提供额外电源。此外，布线需要大量人工开槽回填施工，田间布线也有损害，雷击等风险。有些系统从控制器到电源线电磁阀的布线长达几百米，距离过长会导致电源电压和电压衰减，造成能耗和不能驱动的问题。另外由于采用星形结构的控制器模块，一个控制器或数据采集器一般最多控制20到30路设备，系统扩展时需要更多的电源布线和传感器数据线(例如，一个控制器控制20路设备，当需要增加第21路时，此时需要额外增加一个控制器用于控制该第21路设备)，由此就造成灌溉控制系统控制的区域面积有限，电磁阀、传感器等设备的部署数量和距离受到一定限制。

实用新型内容

基于上述问题，本实用新型提出了一种智能灌溉控制系统，用于水肥一体化系统，对水、水溶肥或其他水溶液实现精准的灌溉自动控制。本实用新型无需集中式的控制器或数据采集器，将独立供电的系统终端包括控制器、传感器直接部署到田间末端，控制器和/或传感器之间采用自组网方式互相连接，不受部署距离和数量的限制，系统终端装置之间通过系统互相通讯实现传感器信号和控制信号的组合运算和控制，就近运算和处理数据，无需集中控制器运算，本实用新型不受地形影响覆盖大面积区域，例如万亩以上的丘陵林地，无需埋设布置电源线和信号线，节省大量施工和材料成本。此外，本实用新型具备可以扩展的特性，只要新增系统终端(末端装置)，即可增加系统的控制范围。

本实用新型提供如下技术方案：

一方面，本实用新型提供了一种智能灌溉控制系统，所述系统包括：

至少一个系统终端，所述系统终端包括控制器和/或传感器，通过无线网络技术组成网格网络，所述系统终端相互识别进行传感器数据和控制信号组合运算和控制；

灌溉控制系统服务器，用于将数据上传至大数据平台或下发至所述系统终端；

移动用户终端，用于加入所述网格网络，与所述网格网络中的任一系统终端交换数据；所述移动用户终端获取所述系统终端的唯一编码，根据所述唯一编码确定灌溉区域位置以及系统终端控制的电磁阀开关；所述移动终端还与灌溉控制系统服务器交换数据；

所述系统终端通过所述灌溉控制系统服务器连接到大数据平台。

其中，所述系统终端包含中央处理器、存储器、电源模块、通信模块，控制器模块和/或传感器模块。

其中，所述电源模块包括太阳能采集模块及储能元件。

其中，所述灌溉控制系统为半自动控制，通过程序预设灌水时间、灌水延续时间、灌水周期。

其中，所述灌溉控制系统为全自动控制，监测气象因素，反馈至系统计算土壤水分损失，自动编制灌溉程序，通过传感器实时反馈植物生长及环境信息给大数据平台，修改由系统编制的灌溉程序实施灌溉或终止灌溉。

其中，所述移动用户终端获取所述系统终端的唯一编码具体为：采集所述移动终端到系统终端蓝牙发射源的信号强度，比较信号强度值，通过信号强度值实现定位。

其中，所述移动用户终端通过蓝牙或ZigBee或Lora加入所述网格网络。

其中，所述通过无线网络技术组成网格网络具体为：通过蓝牙或ZigBee或Lora无线网络技术组成网格网络。

本实用新型提供了一种智能灌溉控制系统，用于水肥一体化系统，对水、水溶肥或其他水溶液实现精准的灌溉自动控制。本实用新型无需集中式的控制器或数据采集器，将独立供电的系统终端包括控制器、传感器直接部署到田间末端，控制器和/或传感器之间采用自组网方式互相连接，系统终端装置之间通过系统互相通讯实现传感器信号和控制信号的组合运算和控制，就近运算和处理数据，不受部署距离和数量的限制，实现智能施肥灌溉。本实用新型不受地形影响覆盖大面积区域，例如万亩以上的丘陵林地，无需埋设布置电源线和信号线，节省大量施工和材料成本。此外，本实用新型具备可以扩展的特性，只要新增系统终端 (末端装置)，即可增加系统的控制范围。

附图说明

图1是本实用新型的水肥一体化系统框图；

图2是本实用新型的智能灌溉控制系统拓扑图；

图3是本实用新型的智能灌溉控制系统模块框图；

图4是本实用新型的具有控制器的系统终端框图；

图5是本实用新型的具有传感器的系统终端框图；

图6是本实用新型的具有控制器和传感器的系统终端框图；

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

本实用新型提出了一种智能灌溉控制系统，用于水肥一体化系统，对水、水溶肥或其他水溶液实现精准的灌溉自动控制。本实用新型无需集中式的控制器或数据采集器，将独立供电的系统终端包括控制器、传感器直接部署到田间末端，无需埋设布置电源线和信号线，节省大量施工和材料成本。

一方面，本实用新型的实施方式供了一种智能灌溉控制系统，用于水肥一体化系统，附图1为本实用新型的水肥一体化系统框图，附图2是本实用新型的智能灌溉控制系统拓扑图，图3是本实用新型的智能灌溉控制系统模块框图，智能灌溉控制系统包括：

至少一个系统终端，所述系统终端包括控制器和/或传感器，通过无线网络组成网格网络，所述系统终端相互识别进行传感器数据和控制信号组合运算和控制；

系统终端包括控制器、传感器。可以独立输出控制，也可多个控制器系统组网、即插即用，适用于各种的灌溉控制场景，实现传感器数据和控制信号的组合运算和控制。

系统终端主要构成元件包括中央处理器、存储器、电源模块、通信模块以及控制器和 /或传感器，部分系统终端采用双模通信方式连接到互联网，系统终端包括控制器、网关、传感器，可以独立输出控制，也可多个控制器组合，系统可以通过编组，精准控制一个或多个系统终端装置，当系统没有接入互联网独立运行时可以通过自组网方式独立运行，数据可以存储于本地系统终端装置，另外移动用户终端可以通过任意一个系统终端随时接入到该自组网网络中来查看、控制、调节参数。系统终端装置(系统终端)之间可以通讯实现传感器数据和控制方法的组合应用。系统终端可以变更重新组合，减少或增加终端数量。

附图4-6是本实用新型的系统终端框图；

如附图4所示是具有控制器的系统终端，该系统终端包含中央处理器、存储器、电源模块、通信模块，控制器模块；电源模块包括太阳能采集和储能元件。系统终端采用低功耗的方案，储能元件只需采用小容量的超级电容，充放电性能、高低温特性和安全环保性能都优于一般锂电池或其他储能元件。系统终端通信模块采用蓝牙(或ZigBee、Lora等)方案，部分作为网关的系统终端采用蓝牙(或ZigBee、Lora等)和4G的双模通信系统。4G也可用NB-IoT、Wifi或其他可以连接互联网的制式替代。控制模块提供直流输出或脉冲输出，输出电压可选9V到24V之间，用来控制电磁阀或水泵等执行装置。

如附图5所示是具有传感器的系统终端，这种系统终端装置原理具备传感器模块。可以用来采集水分、EC、光照度、土壤温度、流量等参数；

如附图6所示是具有控制器和传感器的系统终端，系统终端装置既可以控制执行装置，同时也可以采集数据。

系统终端包括智能阀门控制器、传感器等主要有以下特点：

1)可以将系统终端部署到田间智能灌溉系统，无需提供额外电源；

2)田间无需布电源线，提高系统可靠性；

3)自动负载均衡，减小管道尺寸，实现合理经济效益；

4)系统终端传感器及阀门独立供电，突破部署数量和部署距离限制；

5)系统终端具备自组网能力，组网站点数量多达数百；

6)系统控制范围可随着系统终端装置扩大组网覆盖全部种植区域。

系统终端装置例如灌溉智能控制器(带网关)通过灌溉控制系统服务器连接到云端/ 大数据平台。

灌溉控制系统服务器，用于将数据上传至大数据平台或下发至所述系统终端。

灌溉控制系统服务器作为边缘计算网关服务器实现协议转换和数据收集，且包括运算和存储功能，并连接到互联网或局域网，将数据上传到大数据平台或下发到系统终端装置，实现物联网、互联网及移动互联的综合应用。移动用户终端远程控制智能灌溉系统时，通过云端/大数据平台控制灌溉控制系统服务器，通过控制灌溉控制系统服务器连接到系统终端的网格网络。

移动用户终端，用于加入所述网格网络，与所述网格网络中的任一系统终端交换数据；所述移动用户终端获取所述系统终端的唯一编码，根据所述唯一编码确定灌溉区域位置以及系统终端控制的电磁阀开关；所述移动终端还与灌溉控制系统服务器交换数据；

移动用户终端即智能手机通过蓝牙(或ZigBee、Lora等)技术加入到系统终端装置的网格网络，与网格网络中的任一系统终端装置交换数据，通过移动用户终端的应用程序实现灌溉参数设置，灌溉动作执行，系统运行数据监控；移动用户终端采用Android或IOS平台的智能手机。现在智能手机一般都搭载4G/3G/GSM/蓝牙4.0等通信制式，智能手机也都具备显示和输入装置。用户可以通过应用程序控制和监控灌溉系统；

智能灌溉控制系统设计为半自动控制和全自动控制两种模式。

半自动控制：有手动成分的控制为半自动控制；定时间定量控制器控制，实际为半自动控制。因为灌溉制度：灌水时间(什么时候灌溉)，灌水延续时间(灌多长时间)、灌水周期(间隔多长时间灌一次)均由程序预设确定。半自动控制，控制方式为定时自动控制。用户使用灌溉终端App作业系统或灌溉终端PC作业管理系统可以在现场和远程灌溉作业。可通过灌溉终端为控制器编程设定各区域灌水时间，自动启、闭水阀。

随着灌溉和施肥数据的记录和水肥系统应用管理数据的积累,系统可通过硬件扩展数据采集系统、软件升级的方式逐步实现全自动控制。全自动控制：控制过程无须手动参与。由自动气象站监测气象因素，反馈给系统计算计算蒸发、蒸腾引起的土壤水分损失，自动编制灌溉程序。通过流量传感器、土壤水分传感器、温度传感器、雨量传感器、电导率传感器、 PH传感器等实时反馈植物生长及各种环境信息给云端服务器，修改由系统编制的灌溉制度，实施灌溉或终止灌溉。

员工可通过移动用户终端APP作业时，灵活的现场和远程应用。移动用户终端灌溉程序APP具有以下特点：

1)通过终端应用程序办公室或其它地方进行程序设置，及时调整轮灌和施肥参数；

2)用户可根据需求，调节运行时间，调整水量预算，灵活定灌溉程序实现制施肥方案；

3)终端灌溉程序可同步存储在本地、服务器及手持终端等，数据可保持数年；

4)可通过手动方式启动灌溉程序或指定区域来实现灌溉作业；

5)通过运算系统保证多个区域灌溉同时工作的情况下，智能灌溉系统的供水能力满足要求。

本实用新型提供了一种智能灌溉控制系统，用于水肥一体化系统，对水、水溶肥或其他水溶液实现精准的灌溉自动控制，无需集中式的控制器或数据采集器，将独立供电的系统终端包括控制器、传感器直接部署到田间末端，控制器和/或传感器之间采用自组网方式互相连接，系统终端装置之间通过系统互相通讯实现传感器信号和控制信号的组合运算和控制，就近运算和处理数据，不受部署距离和数量的限制，实现智能施肥灌溉。本实用新型不受地形影响覆盖大面积区域，例如万亩以上的丘陵林地，无需埋设布置电源线和信号线，节省大量施工和材料成本。此外，本实用新型具备可以扩展的特性，只要新增系统终端(末端装置)，即可增加系统的控制范围。

本实用新型的有益效果包括：

1)可以将独立供电的控制器部署到田间灌溉系统，无需远程提供额外电源；突破部署数量和部署距离限制；

2)田间无需布电源线，提高系统可靠性和经济性；

3)系统自组网能力组网站点数量多达数百，系统可以通过运算自动负载均衡，减小管道尺寸，实现合理经济效益；

4)系统终端之间可以通过系统互相通讯实现传感器信号和控制信号的组合运算和控制，可以就近运算和处理数据，无需集中控制器运算；

5)系统控制范围可随着系统终端(例如控制器)部署的增加可以扩大组网覆盖全部种植区域；

6)部署数量多，可以局部增加或减少部署的密度，提高控制的精准度，例如给经济价值较高的经济树种或珍贵名木单独部署控制器，传感器，独立实现灌溉、施肥等作业。

上述本实用新型的实施方式是本实用新型的元件和特征的组合。除非另外提及，否则所述元件或特征可被视为选择性的。各个元件或特征可在不与其它元件或特征组合的情况下实践。另外，本实用新型的实施方式可通过组合部分元件和/或特征来构造。本实用新型的实施方式中所描述的操作顺序可重新排列。任一实施方式的一些构造可被包括在另一实施方式中，并且可用另一实施方式的对应构造代替。对于本领域技术人员而言明显的是，所附权利要求中彼此没有明确引用关系的权利要求可组合成本实用新型的实施方式，或者可在提交本申请之后的修改中作为新的权利要求包括。

在固件或软件配置方式中，本实用新型的实施方式可以模块、过程、功能等形式实现。软件代码可存储在存储器单元中并由处理器执行。存储器单元位于处理器的内部或外部，并可经由各种己知手段向处理器发送数据以及从处理器接收数据。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。

因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种智能灌溉控制系统，其特征在于，包括：

至少一个系统终端，所述系统终端包括通过无线网络技术组成网格网络的控制器和/或传感器，且系统终端相互识别进行传感器数据和控制信号组合运算和控制；

灌溉控制系统服务器，用于将数据上传至大数据平台或下发至所述系统终端；

移动用户终端，用于加入所述网格网络，与所述网格网络中的任一系统终端交换数据；所述移动用户终端获取所述系统终端的唯一编码，根据所述唯一编码确定灌溉区域位置以及系统终端控制的电磁阀开关；所述移动用户终端还用于与灌溉控制系统服务器交换数据；

所述系统终端通过所述灌溉控制系统服务器连接到大数据平台。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述系统终端包含中央处理器、存储器、电源模块、通信模块，控制器模块和/或传感器模块。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述电源模块包括太阳能采集模块及储能元件。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述灌溉控制系统为半自动控制，通过程序预设灌水时间、灌水延续时间、灌水周期。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述灌溉控制系统为全自动控制，监测气象因素，反馈至系统计算土壤水分损失，自动编制灌溉程序，通过传感器实时反馈植物生长及环境信息给大数据平台，修改由系统编制的灌溉程序实施灌溉或终止灌溉。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述移动用户终端获取所述系统终端的唯一编码具体为：采集所述移动用户终端到系统终端蓝牙发射源的信号强度，比较信号强度值，通过信号强度值实现定位。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述移动用户终端通过蓝牙或ZigBee或Lora加入所述网格网络。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述通过无线网络组成网格网络具体为：通过蓝牙或ZigBee或Lora无线网络技术组成网格网络。

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