一种基于云平台和智能手机的自动灌溉控制系统的制作方法

本发明涉及农业灌溉技术领域，具体为一种基于云平台和智能手机的自动灌溉控制系统。

背景技术：

灌溉行为的实施一般需要考虑3个因素：作物的生长阶段、蒸腾量、土壤中可用水含量。但是目前市场上常见的灌溉控制系统大多会考虑蒸腾量和土壤水分含量，很少将作物各生长阶段对水分的不同需求考虑进去，而且只考虑土壤水分含量，不考虑土壤中可用水的含量也会导致灌溉量和作物的实际需求不相符情况的发生。因此本发明综合考虑3个决定灌溉的影响条件，根据作物不同的生长阶段需求、实际蒸腾量和土壤中可用水含量综合评估作物根区土壤水分的亏缺程度，并根据其亏缺程度进行灌溉控制，可以准确、及时、精准的控制灌溉行为，实现节水灌溉。

涉及到的控制理论如下：

1.作物生长阶段的确定：作物在整个生长过程中一般分成几个典型的生长阶段，可以用生长系数K_C来表示，每种作物都有特定的生长系数；不同的生长阶段对应的生长系数各不相同，利用生长系数来反映作物各个生长阶段需水量的变化；作物何时进入某一典型生长阶段，可以通过积温GDD反映出来，当累计积温到达某一值时，就代表作物进入了某一个特定的生长阶段，所以可以根据积温来衡量当前的生长系数K_C，然后根据K_C所反映的作物需水量进行灌溉量调整。作物积温GDD可以根据公式(1)进行计算。

公式(1)中GDD代表积温，T_max代表每日最高温度，T_min代表每日最低温度，T_base代表基础温度，每种作物都有特定的基础温度。

2.蒸腾量的确定：作物的理论蒸腾量ET₀可以根据本地的天气数据利用彭曼公式计算得到，但是还需要根据生长系数K_C进行调整才能得到实际蒸腾量ET_C，ET_C可以根据公式(2)进行计算。

ET_C＝K_CET₀ (2)

3.土壤可用水含量：土壤含水量并不等于作物可以使用的含水量，作物能够利用的含水量是指有效水含量AWC，它等于土壤含水量FC和凋萎含水量WP之差，所以只有土壤中的有效水才是作物真正可以使用的水，不同的土壤类型都有与之对应的凋萎含水量，当土壤中含水量达到调萎含水量时，可以认为土壤可用水含量为0％。土壤有效水含量可以根据公式(3)计算得到，土壤可用水含量利用公式(4)计算得到。

AWC＝FC-WP (3)

公式(4)中，AWC_t代表当前土壤可用水含量，AWC_y代表前一日土壤可用水含量，RF代表自然降水量，IR代表灌溉水量，代表前一日蒸腾量。

当前的自动灌溉控制系统多种多样，但是大致可以分为两大类：第一，利用计算机平台搭载控制系统，这种方式通过各种环境及土壤水分传感器检测环境及土壤水分信息，再通过中间信息传递设备将数据传输到计算机上，利用计算机搭载的控制系统进行分析并得出控制策略，然后再将数据传输到执行机构进行灌溉控制；第二，直接利用单片机或PLC等硬件设备运行控制系统，各种传感器和执行机构直接和其进行连接，单片机或PLC通过内置的控制逻辑进行分析和运算，得出控制方式并通过执行机构进行灌溉控制。

以上两种控制系统均存在一定的缺陷和不足：一、利用计算机平台搭载控制系统，该模式下，计算机可以运行较为复杂的控制算法，控制精度相对较高，但是系统构建相对复杂，用户需要购买计算机搭载控制系统；二、利用单片机或PLC等硬件设备直接运行控制系统，该模式下，系统构建相对简单，但时由于单片机及PLC性能相对较低，无法运行复杂的控制算法，控制逻辑相对简单，控制精度相对较差。此外，以上两种控制系统都存在一个共同的不足，那就是管理方式不灵活，管理者很难实时的监视系统的运行状态，没办法做到随时随地的进行监视、管理和控制。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于云平台和智能手机的自动灌溉控制系统，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：一种基于云平台和智能手机的自动灌溉控制系统，包括：云平台、智能手机客户端、天气数据、土壤水分传感器、灌溉执行器，所述的智能手机客户端通过网络与云平台连接，所述的天气数据通过网络与云平台连接，所述的土壤水分传感器通过网络与云平台连接，所述的灌溉执行器与云平台连接。

进一步的，所述的云平台由计算模块、信息反馈模块、自动执行模块组成。

进一步的，所述的智能手机客户端由信息输入模块、监测模块、手动操作模块组成。

进一步的，一种基于云平台和智能手机的自动灌溉控制系统，其工作步骤如下：

第一步，通过手机客户端进行初始化，注册地块位置信息，方便云平台获取当地的天气数据，为计算蒸腾量和积温做准备；

第二步，通过手机客户端配置种植信息，即作物种类、定值时间，方便云平台计算积温GDD，并根据积温值的变化调整生长系数K_C；

第三步，通过手机客户端设定土壤类型：壤土、砂土、粘土、壤砂土、砂壤土、粘壤土等，云平台可以根据用户指定的土壤类型自动匹配调萎含水量值，为计算土壤可用水含量做准备；

第四步，通过手机客户端设定灌溉类型：高压喷灌、低压喷灌、滴灌，云平台根据不同灌溉类型设定灌溉水利用率，高压喷灌利用率为75％，低压喷灌利用率为80％，滴灌利用率为90％，此外，自然降水利用率也设定为90％；

第五步，云平台计算积温GDD，蒸腾量ET_C，土壤可用水含量AWC_t，并可以利用智能手机实时查询相关信息，当发生自然降水、执行灌溉、作物生长阶段变化、土壤水分亏缺率低于设定值等状态突变时向智能手机推送信息；

第六步，当土壤水分亏缺率低于设定值时，云平台向灌溉执行器发送命令，开启灌溉程序，同时在土壤水分亏缺率高30％时，云平台可以随时执行智能手机发送的灌溉命令，根据命令进行灌溉。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.用户可以通过智能手机向云平台输入地块位置信息、土壤类型、作物种类、定值时间、灌溉类型等相关信息，为云平台计算土壤水分亏缺率提供计算基准；

2.智能手机能够从云平台实时下载显示当前土壤内有效水含量、土壤水分亏缺率、土壤类型、作物种类、定植时间、当前所处生长阶段、历史积温、历史用水量等信息；

3.云平台根据云平台积温GDD，蒸腾量ET_C，土壤可用水含量AWC_t，实时计算土壤可用水含量和土壤水分亏缺率，为灌溉控制提供参考；

4.当土壤水分亏缺率高于30％时，可以利用智能手机通过云平台控制灌溉执行器进行灌溉；

5.当作物生长阶段发生变化、执行灌溉、自然降水等突发事件发生后，可以由云平台发送推送信息到用户的智能手机，作为即时的提醒，方便用户随时掌握作物生长状态；

6.当云平台计算出土壤水分亏缺率低于设定值时，可以控制灌溉执行器进行灌溉并发送信息到用户智能手机。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明的工作流程示意图；

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、2，本发明提供一种基于云平台和智能手机的自动灌溉控制系统，包括：云平台、智能手机客户端、天气数据、土壤水分传感器、灌溉执行器，所述的智能手机客户端通过网络与云平台连接，所述的天气数据通过网络与云平台连接，所述的土壤水分传感器通过网络与云平台连接，所述的灌溉执行器与云平台连接。

进一步的，所述的云平台由计算模块、信息反馈模块、自动执行模块组成。

1.根据用户输入的地块位置信息自动从中国国家气象局天气预报接口获取该位置的天气数据，根据该数据进行积温GDD和蒸腾量ET_C的计算。

2.云平台可以接收该地块预先布置的土壤水分传感器采集到的土壤水分含量，结合蒸腾量、灌溉情况和自然降水计算当前土壤可用水含量AWC_t，并将实时土壤水分亏缺百分比返回到用户的智能手机客户端。

3.云平台还能够在自然降水、执行灌溉、作物生长阶段发生变化时向智能手机推送信息。

4.云平台可以根据智能手机的控制命令控制灌溉执行器进行灌溉，如果当土壤中可用水含量低于设定的阈值时，云平台也可以控制执行器进行灌溉，并通向用户手机推送信息灌溉信息。

进一步的，所述的智能手机客户端由信息输入模块、监测模块、手动操作模块组成。

1.通过通信网络向云平台输入基本参数进行基本设置，用户输入量包括地块位置信息、作物种类、作物定值日期、土壤类型(壤土、砂土、粘土、壤砂土、砂壤土、粘壤土)、灌溉类型(高压喷灌、低压喷灌、滴灌)。

2.通过客户端随时监测当前土壤内可用水含量、土壤水分亏缺率、土壤类型、作物种类、定植时间、当前所处生长阶段、灌溉总用水量、积温值等信息。

3.当用户决定手动实施灌溉行为时，也可以通过手机发送命令到后台管理系统，执行灌溉操作(用户可以指定灌溉时间或灌溉用水量)。

一种基于云平台和智能手机的自动灌溉控制系统，其工作步骤如下：

第一步，通过手机客户端进行初始化，注册地块位置信息，方便云平台获取当地的天气数据，为计算蒸腾量和积温做准备；

第二步，通过手机客户端配置种植信息，即作物种类、定值时间，方便云平台计算积温GDD，并根据积温值的变化调整生长系数K_C；

第三步，通过手机客户端设定土壤类型：壤土、砂土、粘土、壤砂土、砂壤土、粘壤土等，云平台可以根据用户指定的土壤类型自动匹配调萎含水量值，为计算土壤可用水含量做准备；

第四步，通过手机客户端设定灌溉类型：高压喷灌、低压喷灌、滴灌，云平台根据不同灌溉类型设定灌溉水利用率，高压喷灌利用率为75％，低压喷灌利用率为80％，滴灌利用率为90％，此外，自然降水利用率也设定为90％；

第五步，云平台计算积温GDD，蒸腾量ET_C，土壤可用水含量AWC_t，并可以利用智能手机实时查询相关信息，当发生自然降水、执行灌溉、作物生长阶段变化、土壤水分亏缺率低于设定值等状态突变时向智能手机推送信息；

第六步，当土壤水分亏缺率低于设定值时，云平台向灌溉执行器发送命令，开启灌溉程序，同时在土壤水分亏缺率高30％时，云平台可以随时执行智能手机发送的灌溉命令，根据命令进行灌溉。

工作原理：本发明利用云平台和智能手机搭建系统，结合作物不同的生长阶段、实际蒸腾量和土壤中可用水含量综合评估作物根区土壤水分的亏缺程度，并根据其亏缺程度进行灌溉控制，可以准确、及时、精准的控制灌溉行为，实现节水灌溉。本发明主要实现了基于智能手机的远程灌溉控制及土壤中有效水含量、水分亏缺率、作物生长阶段变化等信息的显示，可以使用户随时随地掌握作物的生长状态和生长环境，相对于当前大多数基于计算机平台、基于单片机或PLC平台的灌溉控制系统，本发明管理方式灵活，管理者能够实时的监视系统的运行状态，可以做到随时随地的进行监视、管理和控制。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。