一种灌溉服务器、终端、系统及方法与流程

本发明涉及控制、信息系统领域，具体涉及一种灌溉服务器、终端、系统及方法。

背景技术

目前水利行业应用的智能灌溉系统、包括分布式和基于云计算的系统都是各种探头及控制单元一整套的设备来打造的。这同样面临20世纪60年代生产线面临的问题，所有的探头的采集和控制程序是固化的，更换、调整或新增都将面临不兼容、需要更新固件、或彻底更换整套系统等诸多难题。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提供一种灌溉服务器、终端、系统及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种灌溉服务器，其包括：

第一接收模块，用于接收用于灌溉所述植物的终端对植物的周围物理环境进行实时测量得到的环境参数；

处理模块，用于将所述处理模块内部的第一预设值与所述环境参数进行比对，并判断所述环境参数是否达到第一预设值；若是，则生成第一控制指令；

第一发送模块，用于将所述处理模块生成的第一控制指令发送至用于灌溉所述植物的终端。

为实现上述发明目的，本发明还提供一种灌溉终端，其包括：

第一获取模块，用于获取对植物的周围物理环境进行实时测量得到的环境参数；

第一发送模块，用于向灌溉服务器发送所述第一获取模块获取的所述环境参数；以便所述灌溉服务器根据所述环境参数，判断所述环境参数是否达到第一预设值；若是，则生成第一控制指令；

第一接收模块，用于接收所述灌溉服务器反馈的所述第一控制指令；

执行模块，用于根据所述第一控制指令，对所述植物进行灌溉。

本发明还提供一种灌溉控制系统，其包括：上述灌溉服务器和灌溉终端。

本发明还提供一种灌溉方法，其包括：

接收对植物的周围物理环境进行实时测量得到的环境参数；

将第一预设值与所述环境参数进行比对，并判断所述环境参数是否达到第一预设值；若是，则生成第一控制指令；

将所述第一控制指令发送至用于灌溉所述植物的终端。

本发明还提供一种灌溉方法，其包括：

获取对植物的周围物理环境进行实时测量得到的环境参数；

向灌溉服务器发送所述环境参数；以便所述灌溉服务器根据所述环境参数，判断所述环境参数是否达到第一预设值；若是，则生成第一控制指令；

接收所述灌溉服务器反馈的所述第一控制指令；

根据所述第一控制指令，对所述植物进行灌溉。

本发明的有益效果是：根据植物实时的周围物理环境，判断植物是否需要灌溉，精确地对植物进行水分的供给，降低水资源的浪费，提高工作效率，降低用户的劳动强度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种灌溉控制系统的结构图。

图2为本发明提供的一种灌溉服务器的结构框图。

图3为本发明实施例提供的一种灌溉终端的结构框图。

图4为本发明实施例提供的一种灌溉方法的流程图。

图5为本发明实施例提供的另一种灌溉方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1至5所示，图1为本发明实施例提供的一种灌溉控制系统的结构图。图2为本发明提供的一种灌溉服务器的结构框图。图3为本发明实施例提供的一种灌溉终端的结构框图。图4为本发明实施例提供的一种灌溉方法的流程图。图5为本发明实施例提供的另一种灌溉方法的流程图。

如图1所示，本发明实施例的灌溉控制系统，包括：物联网总控制器、物联网服务器、应用程序接口、数据接口、数据分析处理器、web程序管理器、物联网路由控制器、物联网终端控制器、第三方数据处理器、移动终端、传感器。

所述物联网总控制器设置在客户端，所述物联网服务器、所述应用程序接口、所述数据接口、所述数据分析处理器以及所述web程序管理器均设置在云端，所述物联网总控制器与所述物联网服务器连接，所述物联网服务器与所述应用程序接口连接，所述应用程序接口与所述数据接口连接，所述数据接口分别与所述数据分析处理器以及所述web程序管理器连接；所述物联网路由控制器以及所述物联网终端控制器均设置在客户端，所述物联网总控制器、所述物联网路由控制器以及所述物联网终端控制器相互连接，所述第三方数据处理器设置在云端，所述第三方数据处理器与所述应用程序接口连接，所述应用程序接口与所述移动终端连接，所述传感器设置在客户端，所述传感器与所述物联网总控制器连接。

上述传感器为空气温度传感器、空气湿度传感器、土壤温度传感器或者土壤湿度传感器。

上述结构中，所述物联网总控制器与所述物联网服务器通过互联网或者运营商物联网连接。所述物联网总控制器、所述物联网路由控制器以及所述物联网终端控制器之间通过zigbee或者lora连接。所述物联网总控制器、所述物联网路由控制器以及所述物联网终端控制器均分别设置有4个模数转换端口、8个开关输出端口、8个开关输入端口、1个rs485以及1个rs232通讯端口。

本发明设计一种类似于可编程逻辑控制器的采集和控制单元尤为必要，能够兼容标准探头的采集，标准控制输出，标准的数据接口同时支持云端编程及控制、云端系统对外提供标准的接口，这样的系统才可以广纳各家之长、真正的做到到物与物的联网、才能做到智能灌溉系统大力推广及应用、最终达到节约资源、提高生产力的目的。

终端采集输出单元标准化,兼容各类型探测器。数据中心对外对内提供标准接口。数据分析研判准确更加智能。终端采集需要标准化、具有模拟变量采集和数字变量采集功能、输出单元标准化、针对智能灌溉系统进行部分功能控制本地固化、大部分功能控制放到云端服务器数据中心。数据中心对外对内提供标准接口。支持手机app实时监控及控制。云端数据人工智能分析功能。

充分利用可编程逻辑控制器技术实现硬件接口标准化，可编程化。在没有程序改动的情况下支持标准的4-20ma(毫安)及电压型探头同时也能支持rs485及rs232数字探头。数据中心对外提供统一的标准化接口及权限认证系统，对内部物联网提供多种场景及模版、支持各种类型探头及多种复杂逻辑控制。数据分析研判功能利用人工智能学习功能不断提升准确执行能力。

1、有效的节约能源及水资源。

2、解放劳动力。

3、对农作物精确控制提高产量。

4、现场调试更加快速便捷。

5、标准化接口、更容易上手。

6、云端脚本控制逻辑、各种脚本模版可提供大部分复杂逻辑实时控制。

7、系统成本更加低廉。

8、提供专业数据分析研判。

一种基云计算的物联网智能可编程灌溉控制系统包括云端数据、数据接口层、web管理程序、数据分析系统、api接口程序、物联网服务器、物联网总控制器、物联网路由控制器及物联网终端控制器等组成。本地标准化端口采集数据后上传云端数据库、云端通过在线编程方案及人工智能服务下达执行指令。

充分利用云计算技术数据存储及数据分析研判。增加了人工智能分析技术。充分利用可编程逻辑控制器技术实现硬件接口标准化。

数据库1、数据接口层2、web管理程序3、数据分析系统4、api(调用接口)接口程序5和物联网服务器6等都在云计算部署。物联网总控制器9、物联网路由控制器11及物联网终端控制器10在现场部署。物联网服务器6和物联网总控制器9通过互联网或运营商物联网链接。物联网总控制器9和物联网路由控制器11及物联网终端控制器10通过低功耗无线(zigbee或者lora)连接。

根据不同场景物联网总控制器9、物联网路由控制器11、物联网终端控制器10均可以电池供电、太阳能供电或电力交流电供电。物联网总控制器9、物联网路由控制器11、物联网终端控制器10均可以单独工作、但至少有一个物联网总控制器9。

物联网总控制器9、物联网路由控制器11、物联网终端控制器10均可以均有4个模数转换端口，8个开关输出端口，8个开关输入端口，1个rs485通讯端口，1个rs232通讯端口。

物联网总控制器9主要接收或转发来自物联网服务器6的数据到物联网路由控制器11及物联网终端控制器10。

物联网路由控制器11主要接收或转发来自物联网总控制器9和物联网终端控制器10的数据或本地数据发送到物联网总控制器9。

物联网终端控制器10主要接收来自物联网总控制器9或物联网路由控制器11的数据或发送本地数据到物联网总控制器9或物联网路由控制器11。

物联网服务器6通过api接口程序5获取指令或上传数据，物联网服务器6通过socket服务接受各物联网总控制器9数据并解码验证后通过api接口程序上传至数据库。

手机app具有用户登陆，状态查询，控制设备，错误报警查看等功能，其他第三方数据8可以接天气预报、农情等第三方平台提供数据或获取数据。web管理程序3具有用户登陆，权限管理，项目管理，控制器管理，终端管理，数据报表，日志记录查看等功能。

数据分析系统4通过分析研判后提供最佳灌溉方案，本功能提供在线编程，人工智能服务等。

如图2所示，本发明实施例的灌溉服务器，其包括：

第一接收模块，用于接收用于灌溉所述植物的终端对植物的周围物理环境进行实时测量得到的环境参数；

具体地，环境参数可以为空气温度、空气湿度、土壤温度或者土壤湿度。

处理模块，用于将所述处理模块内部的第一预设值与所述环境参数进行比对，并判断所述环境参数是否达到第一预设值；若是，则生成第一控制指令；

第一发送模块，用于将所述处理模块生成的第一控制指令发送至用于灌溉所述植物的终端。

气象数据由三部分组成。首先，当作物种植开始或计划种植中没有实时气象数据，采用软件生成气象数据进行分析，可以解决预估作物产量等问题：其次，当种植开始后，从传感器得到实时气象数据(或从气象站抓取的数据)已经完成的时间计算得到基于真实气象数据的作物灌溉模拟成果；最后，当收集到天气预报的数据，按照预报数据进行分析计算，可以预测未来数天后的作物生长状况和土壤水分状况。

灌溉模型决策是利用土壤水分平衡原理计算的数学模型。最小土壤水分含量：wmin＝wp+0.9*(fc-wp)，最大土壤水分含量：wmax＝st*0.3。式中：

wp一一土壤水分凋萎系数；wmin一一最小允许土壤储水量；wmax一一最大允许土壤储水量；fc土壤田间持水量；st土壤饱和含水量。

保持土壤水分含量保持在wmin～wmax之间。按照充分灌溉的要求，当无有效降雨时，计划湿润层中的储水量由于作物的消耗水分接近于wmin，此时需要进行灌溉，以补充水量。

此时：m＝wmax-wmin-wr-po-k+et。式中：wmin最小允许土壤储水量；wmax最大允许土壤储水量；wr--由于计划湿润层增加而增加的水量；k--时段t内的地下水补给量，即k＝kt*0.1；m--时段t内的灌溉水量；et--时段t内的作物田间需水量，et＝et，e为t时段内平均作物田间需水量；po--保存在土壤计划湿润层中的有效雨量。

执行调亏灌溉，实际灌水量:mn＝kn*m，kn＝0-1之间。式中：mn--时段t内的实际灌溉水量；kn—时段t内的调亏灌水系数。

模拟农作物的耗水过程。模型气象参数采用物联网智能数据传感器采集，通过作物系数kc与叶面积指数lai高度相关性，采用叶面积指数传感器获取lai确定灌水量。根据作物生长模型统计出作物在各生育期的lai，推导出实时作物耗水量。

灌水的起始时间可由农艺、施肥、种植技术根据施肥灌溉需要确定。可以按作物的生育时间表事先设定，也可以由程序自动根据作物环境条件，主要是作物耗水量变化自动给出。如果无农艺师输入的起始灌水时间，由系统根据监控作物冠层温度与气温的差值做出灌溉的时间预报，触发灌溉系统工作。作物灌水量的大小由本发明的灌水决策模块给出。

调亏灌溉是经过实验证实对作物提高产量和品质有益的高效节水灌溉方法。调亏灌溉是人为对作物施加一定程度的水分胁迫，以影响作物生长、开花结果及成熟的过程，通过缺水让作物根系提高在干旱条件下自我进行水分调整，通过调节来提高种植作物的品质和水分利用率。系统设计了可调整灌水量的子程序模块，该子程序就是为了利用调亏灌溉达到提高作物产量或果实品质的目的。

图3为本发明的灌溉控制流程图。它是灌溉控制器的控制程序流程，重点是在系统得到灌水量大小后，根据tr＝v/q确定控制的电磁阀运行的时间。这里，tr是灌水时间(h)；v是灌水量(m³)；q是灌溉流量(m3/h)。

灌溉控制系统采用本发明的通用作物生长及灌溉决策控制系统模型，完成灌溉控制任务。由于本地数据运算速度限制以及获取气候数据的完整度不够，会在计算时出现累积误差，因此灌溉机控制系统今后会结合物联网云端服务器更新的积累数据优化计算，能做出尽量准确灌溉用水决策。

本发明提供的一种灌溉服务器，根据植物实时的周围物理环境，判断植物是否需要灌溉，精确地对植物进行水分的供给，降低水资源的浪费，提高工作效率，降低用户的劳动强度。

可选地，在该实施例中，该服务器还包括：第二接收模块以及第二发送模块，第二接收模块，用于接收用户输入的第二控制指令；

处理模块，用于根据所述第二控制指令，确定第二预设值，将所述第二预设值与所述环境参数进行比对，并判断所述环境参数是否达到第二预设值；若是，则生成第三控制指令；

具体地，用户根据实际需要，自主设置预设值，服务器根据用户输入的控制指令确定第二预设值，并将第二预设值存储至数据库，便于用户日后调用，使得服务器具有自主学习功能。

第二发送模块，用于将所述处理模块生成的第三控制指令发送至用于灌溉所述植物的终端。

可选地，在该实施例中，该服务器还包括：第三接收模块，

第三接收模块，用于接收第三方平台提供的天气预报信息；

处理模块，用于根据所述天气预报信息，确定第三预设值，将所述第三预设值与所述环境参数进行比对，并判断所述环境参数是否达到第三预设值；若是，则生成第四控制指令；

第二发送模块，用于将所述处理模块生成的第四控制指令发送至用于灌溉所述植物的终端。

本发明实施例还提供一种灌溉终端，如图3所示，该终端包括：第一获取模块，用于获取对植物的周围物理环境进行实时测量得到的环境参数；

第一发送模块，用于向灌溉服务器发送所述第一获取模块获取的所述环境参数；以便所述灌溉服务器根据所述环境参数，判断所述环境参数是否达到第一预设值；若是，则生成第一控制指令；

第一接收模块，用于接收所述灌溉服务器反馈的所述第一控制指令；

执行模块，用于根据所述第一控制指令，对所述植物进行灌溉。

可选地，在该实施例中，所述终端还包括：第二接收模块，

第二接收模块，用于接收所述灌溉服务器生成的所述第三控制指令；

执行模块，用于根据所述第三控制指令，对所述植物进行灌溉。

可选地，在该实施例中，所述终端还包括：第三接收模块，

第三接收模块，用于接收所述灌溉服务器生成的所述第四控制指令；

执行模块，用于根据所述第四控制指令，对所述植物进行灌溉。

本发明实施例还提供一种灌溉控制系统，包括上述灌溉服务器和灌溉终端。

相应地，本发明实施例还提供一种灌溉方法，如图4所示，该方法包括：

s401、接收对植物的周围物理环境进行实时测量得到的环境参数；

s402、将第一预设值与所述环境参数进行比对，并判断所述环境参数是否达到第一预设值；若是，则生成第一控制指令；

s403、将所述第一控制指令发送至用于灌溉所述植物的终端。

本发明实施例还提供一种灌溉方法，如图5所示，该方法包括：

s601、获取对植物的周围物理环境进行实时测量得到的环境参数；

s602、向灌溉服务器发送所述环境参数；以便所述灌溉服务器根据所述环境参数，判断所述环境参数是否达到第一预设值；若是，则发出第一控制指令；

s603、接收所述灌溉服务器反馈的所述第一控制指令；

s604、根据所述第一控制指令，对所述植物进行灌溉。

可选地，在该实施例中，该方法还包括：

环境参数为空气温度、空气湿度、土壤温度或者土壤湿度。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。