一种温室作物灌溉系统

1.本实用新型涉及自动化装备领域，尤其涉及一种温室作物灌溉系统。


背景技术：

2.随着人们对蔬菜需求日益增多及温室大棚技术的普及，以日光温室为主体的设施农业生产规模越来越大，温室呈集群式分布已逐渐成为现代设施农业发展的主要特征。灌溉水是设施栽培条件下蔬菜对水分需求的主要来源，而集群温室的灌溉及控制在蔬菜优质高效生产等方面显得尤为重要。
3.现有技术中，温室蔬菜的灌溉控制主要是根据农民在生产过程中积累的经验手动进行灌溉，需要较大的人力投入，且往往由于相关人员的疏忽，未及时进行灌溉，从而造成作物减产。为适应农业自动化的进展，亟需提供一种能够实现自动温室作物灌溉的系统。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种温室作物灌溉系统，用以解决现有技术中进行温室作物灌溉时，需要大量人力投入且易发生因人员疏忽造成灌溉不及时的缺陷。
5.第一方面，本实用新型提供一种温室作物灌溉系统，包括：环境信息处理子系统和灌溉控制子系统；所述灌溉控制子系统，包括：第一处理器、水泵和多个电磁阀；
6.所述水泵与水源以及每一所述电磁阀连接；
7.所述第一处理器的输入端连接所述环境信息处理子系统；所述第一处理器的输出端分别连接所述水泵和每一所述电磁阀；
8.所述第一处理器接收所述环境信息处理子系统发送的携带有灌溉时间和灌溉量的模拟量信息，以在所述灌溉时间内控制所述水泵及相应的电磁阀对待灌溉温室内的作物执行所述灌溉量的施灌。
9.根据本实用新型提供的一种温室作物灌溉系统，所述环境信息处理子系统，包括：环境信息采集装置和第二处理器；
10.所述环境信息采集装置连接所述第二处理器的输入端；所述第二处理器的输出端连接所述第一处理器的输入端；
11.所述第二处理器接收到由环境信息采集装置采集到的环境信息之后，将所述模拟量信号发送至所述灌溉控制子系统。
12.根据本实用新型提供的一种温室作物灌溉系统，在所述环境信息采集装置中集成有：天气信息接收单元。
13.根据本实用新型提供的一种温室作物灌溉系统，所述环境信息采集装置集成有：土壤水分传感器、太阳辐射传感器、光照强度传感器以及空气温湿度传感器中的至少一种。
14.根据本实用新型提供的一种温室作物灌溉系统，所述各所述电磁阀包括灌溉阀和田间控制阀；所述灌溉控制子系统，还包括：多个灌水器；
15.每一所述待灌溉温室内设置有一个灌水器和一个田间控制阀；每一所述待灌溉温
室内的所述灌水器与所述田间控制阀连接；
16.水源与所述水泵通过所述灌溉阀连接；所述水泵与每一所述田间控制阀连接。
17.根据本实用新型提供的一种温室作物灌溉系统，所述灌溉控制子系统，还包括：混肥器；各所述电磁阀还包括施肥调节阀和回流控制阀；
18.所述混肥器连接所述水泵，并通过所述施肥调节阀连接肥液池；所述水泵通过所述回流控制阀连接所述肥液池。
19.根据本实用新型提供的一种温室作物灌溉系统，各所述电磁阀还包括止回阀；
20.所述灌溉阀通过所述止回阀与所述混肥器连接；
21.所述施肥调节阀通过所述止回阀与所述混肥器连接。
22.根据本实用新型提供的一种温室作物灌溉系统，各所述电磁阀还包括加水阀；
23.所述水源与所述肥液池通过所述加水阀连接。
24.根据本实用新型提供的一种温室作物灌溉系统，所述灌溉控制子系统，还包括：过滤器；
25.所述灌溉阀通过所述止回阀和所述过滤器与所述混肥器连接。
26.根据本实用新型提供的一种温室作物灌溉系统，所述灌溉控制子系统，还包括：流量计；
27.所述水泵通过所述流量计与每一所述田间控制阀连接。
28.本实用新型提供的温室作物灌溉系统，自动实现对于温室作物的灌溉以及温室环境的自动调节，自动化程度高，有效地节省了人力，提高了作物灌溉的及时性和精度，为温室作物的增产增效提供了保障。
附图说明
29.为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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他的附图。
30.图1是本实用新型提供的温室作物灌溉系统的结构示意图之一；
31.图2是本实用新型提供的环境信息采集装置的结构示意图；
32.图3是本实用新型提供的第二处理器的结构示意图；
33.图4是本实用新型提供的第一处理器的结构示意图；
34.图5是本实用新型提供的温室作物灌溉系统的结构示意图之二；
35.图6是本实用新型提供的温室作物灌溉系统的结构示意图之三。
36.附图标记：
37.101：环境信息处理子系统；
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102：灌溉控制子系统102；
38.103：第一处理器；
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104：水泵；
39.105：环境信息采集装置；
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106：第二处理器；
40.107：灌溉阀；
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108：田间控制阀；
41.109：灌水器；
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110：水源；
42.111：混肥器；
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112：施肥调节阀；
43.113：回流控制阀；
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114：肥液池；
44.115：止回阀；
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116：加水阀；
45.117：过滤器；
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118：流量计；
46.119：ec/离子传感器；
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120：液位传感器；
47.201：天气信息接收单元；
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202：土壤水分传感器；
48.203：太阳辐射传感器；
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204：光照强度传感器；
49.205：空气温湿度传感器；
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301：第二处理器的输入端；
50.302：第二处理器的输出端；
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303：fpga芯片；
51.304：flash存储器；
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401：电路板；
52.402：中央处理器；
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403：存储器；
53.404：第一处理器的输入端；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
405：第一处理器的输出端；
54.501：通信装置；
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502：显示装置；
55.601：手动操控器。
具体实施方式
56.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
57.需要说明的是，在本实用新型实施例的描述中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、系统、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、系统、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、系统、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
58.本技术中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
59.下面结合图1-图6描述本实用新型实施例所提供的温室作物灌溉系统。
60.图1是本实用新型提供的温室作物灌溉系统的结构示意图之一，如图1所示，该装
置包括：环境信息处理子系统101和灌溉控制子系统102；灌溉控制子系统102，包括：第一处理器103、水泵104和多个电磁阀。
61.水泵104与水源以及每一电磁阀连接。
62.第一处理器103的输入端连接环境信息处理子系统101；第一处理器103的输出端分别连接水泵104和每一电磁阀。
63.第一处理器103接收环境信息处理子系统101发送的携带有灌溉时间和灌溉量的模拟量信息，以在灌溉时间内控制水泵104及相应的电磁阀对待灌溉温室内的作物执行灌溉量的施灌。
64.具体地，第一处理器103的输入端与环境信息处理子系统101通信连接。第一处理器103的输出端分别与水泵104和每一电磁阀通信连接。
65.环境信息处理子系统101可以基于环境信息，通过数值计算、数理统计、基于先验知识构建的灌溉模型以及训练好的深度学习模型等，获取对待灌溉温室内作物进行的灌溉的时间以及灌溉量相关的模拟量信号。
66.可选地，上述环境信息可以包括待灌溉温室内的温度信息、湿度信息、光照强度信息等其中的一项或者多项，也可以包括待灌溉温室外的温度信息、湿度信息、光照强度信息、天气信息等其中的一项或者多项，对此本实用新型不作具体地限定。
67.可选地，上述环境信息可以是环境信息处理子系统101采集获得的，也可以是其他设备采集后，发送至环境信息处理子系统101的。
68.需要说明的是，待灌溉温室的数量可以为一个或多个。
69.作为一种可选实施例，环境信息处理子系统101，包括：环境信息采集装置105和第二处理器106。
70.环境信息采集装置105连接第二处理器106的输入端；第二处理器106的输出端连接第一处理器103的输入端。
71.第二处理器106接收到由环境信息采集装置105采集到的环境信息之后，将模拟量信号发送至第一处理器103。
72.具体地，环境信息采集装置105可以与第二处理器106的输入端通信连接。第二处理器106的输出端可以与第一处理器103的输入端通信连接。
73.环境信息采集装置105可以采集环境信息，并可以将采集到的环境信息发送至第二处理器106。
74.第二处理器106接收到环境信息采集装置105发送的环境信息之后，可以基于上述环境信息，通过数值计算、数理统计、基于先验知识构建的灌溉模型以及训练好的深度学习模型等，获取对待灌溉温室内作物进行的灌溉的时间以及灌溉量相关的模拟量信号。
75.第二处理器106获取上述模拟量信号之后，可以将上述模拟量信息发送至第一处理器103。
76.作为一种可选实施例，图2是本实用新型提供的环境信息采集装置的结构示意图，如图2所示，在环境信息采集装置105中集成有：天气信息接收单元201。
77.上述天气信息接收单元201可以通过登录互联网、或者接收广播的方式，获取待灌溉温室所在区域的天气信息，以根据天气信息确定出一定时长内待灌溉温室外的温度信息、湿度信息以及光辐射强度信息。
78.进一步地，在环境信息采集装置105中还集成有：土壤水分传感器202、太阳辐射传感器203、光照强度传感器204以及空气温湿度传感器205中的至少一种。
79.其中，上述土壤水分传感器202的检测端可以设置在温室中的土壤内，太阳辐射传感器203、光照强度传感器204、空气温湿度传感器205均设置在温室中的预设位置，通过上述传感器，能够实时获取待灌溉温室内的土壤湿度信息，以及待灌溉温室内当前的温度信息、湿度信息、光辐射强度信息等。
80.需要说明的是，基于上述环境信息，获取对待灌溉温室内作物进行的灌溉的时间以及灌溉量相关的模拟量信号时，可以以待灌溉温室外的温度信息、湿度信息以及光辐射强度信息等信息为主，以待灌溉温室内的土壤湿度信息，以及待灌溉温室内当前的温度信息、湿度信息、光辐射强度信息等为辅，获取对待灌溉温室内作物进行的灌溉的时间以及灌溉量相关的模拟量信号。
81.进一步地，通过建立环境信息采集装置105与第二处理器106之间的通信连接(可以采用现有的无线/有线通信方式)，以实时的将环境信息采集装置105在当前所采集到的环境信息上传至第二处理器106。
82.作为一种可选实施例，图3是本实用新型提供的第二处理器的结构示意图，如图3所示，本实用新型所提供的第二处理器106，主要包括但不限于：分别与第二处理器的输入端301以及第二处理器的输出端302连接的fpga芯片303，以及与fpga芯片303连接的flash存储器304。
83.需要说明的是，本实用新型所提供的温室作物灌溉系统，是借助第二处理器106对采集到的环境信息进行分析处理，以输出对温室内作物进行的灌溉时间以及灌溉量相关的模拟量信号。
84.本实用新型并不对如何根据环境信息，分析出模拟量信号作具体的限定，例如可以借鉴已经公开的发明专利cn108617355b(专利公开号)所记载的方法，编制对应的计算机程序，并将上述计算机程序加载至flash存储器304，本实用新型也不具体限定如何进行计算机程序的编程制作，可以采用现有的编程语言来实现。
85.具体来说，上述进行的灌溉时间以及灌溉量相关的模拟量信号的方法，可以是：依据环境信息(包括温室内温度信息、湿度信息和太阳辐射信息)计算作物需水量，进而根据作物需水量确定灌溉量和灌溉时间；最后，根据作物需水量管理作物灌溉量和灌溉时间生成对应的模拟量信号。
86.其中，作物需水量计算公式为：
87.et
0i
＝f(ri,ti,rhi)
88.其中，et
0i
为温室作物第i天的理论需水量(mm)，ri为第i天的太阳辐射(w/m2)，ti为第i天的温度(℃)，rhi为第i天的相对湿度(％)。
89.温室作物灌溉量和灌溉启动时间采用下式得到：
[0090][0091]
其中，in为n天内累积灌溉量(mm)，优选地，n≤7；α为灌溉系数，优选地，本实施例α取值0.9；(k
ci
et
0i
)为第i天温室作物实际需水量(mm)；k
ci
为预先设置的作物系数，取值范围0.3～1.1。
[0092]
当灌溉量in大于或等于10mm，或n＝10时，进行灌溉，灌溉量为n天内作物生长需求的水分。否则，不灌溉。
[0093]
在实际运行本实用新型所提供的温室作物灌溉系统时，则可以通过fpga芯片303调用flash存储器304中所存储的计算机程序，实现对于温室作物灌溉量和灌溉时间的计算。
[0094]
作为一种可选实施例，图4是本实用新型提供的第一处理器的结构示意图，如图4所示，本实用新型所提供的第一处理器103中主要集成有电路板401。
[0095]
在电路板401上设置有中央处理器402、存储器403、第一处理器的输入端404和第一处理器103的输出端405，第一处理器的输入端404和第一处理器的输出端405分别与中央处理器402电连接。
[0096]
第一处理器的输入端404连接第二处理器的输出端302，以将接收到的模拟量信号传输至中央处理器402；第一处理器103的输出端405分别连接水泵104和每一电磁阀的驱动端。
[0097]
需要说明的是，本实用新型并不对电路板401的具体结构作实际的限定，可以采用现有的模拟量控制板件来实现，也不对根据模拟量信号实现水泵104和相应的电磁阀的具体控制逻辑以及控制原理做出具体的限定。
[0098]
作为一种可选实施例，各电磁阀包括灌溉阀107和田间控制阀108；灌溉控制子系统102，还包括：多个灌水器109。
[0099]
如图1所示，每一待灌溉温室内设置有一个灌水器109和一个田间控制阀108；每一待灌溉温室内的灌水器109与田间控制阀108连接；水源110与水泵104通过灌溉阀107连接；水泵104与每一田间控制阀108连接。
[0100]
具体地，灌溉阀107可以用于通过调节开度，控制灌溉的速度。
[0101]
可选地，灌水器109可以为滴灌带或滴箭等。
[0102]
作为一种可选实施例，灌溉控制子系统102，还包括：混肥器111；各电磁阀还包括施肥调节阀112和回流控制阀113。
[0103]
如图1所示，混肥器连接水泵104，并通过施肥调节阀112连接肥液池114；水泵104通过回流控制阀113连接肥液池114。
[0104]
具体地，肥液池114可以用于溶解肥料和调节肥液，既可作为母液池，也可作为配液池。
[0105]
施肥调节阀112可以用于通过调节开度，控制施肥速率。
[0106]
混肥器可以用于加快水肥在管道内的充分混合。
[0107]
作为一种可选实施例，各电磁阀还包括止回阀115。
[0108]
如图1所示，灌溉阀107通过止回阀115与混肥器连接；施肥调节阀112通过止回阀115与混肥器连接。
[0109]
具体地，止回阀115可以用于阻断液体介质倒流。
[0110]
作为一种可选实施例，各电磁阀还包括加水阀116。
[0111]
如图1所示，水源110与肥液池114通过加水阀116连接。
[0112]
具体地，加水阀116可以用于通过调节开度，控制向肥液池114中加水的速率。
[0113]
作为一种可选实施例，灌溉控制子系统102，还包括：过滤器117。
[0114]
如图1所示，灌溉阀107通过止回阀115和过滤器117与混肥器连接。
[0115]
具体地，过滤器117可以用于对输入水泵104的液体介质进行过滤。
[0116]
作为一种可选实施例，灌溉控制子系统102，还包括：流量计118。
[0117]
如图1所示，水泵104通过流量计118与每一田间控制阀108连接。
[0118]
具体地，流量计118可以用于对水泵104输出的液体介质的流量进行监控。
[0119]
作为一种可选实施例，灌溉控制子系统102，还包括：ec/离子传感器119和液位传感器120。
[0120]
如图1所示，肥液池114和回流控制阀113通过ec/离子传感器119连接。液位传感器120设置于肥液池114内。
[0121]
ec/离子传感器119可以用于测量液体介质中选定离子的浓度。
[0122]
液位传感器120可以用于获取肥液池114内液体介质的液位。
[0123]
图5是本实用新型提供的温室作物灌溉系统的结构示意图之二，如图5所示，本实用新型提供的温室作物灌溉系统，还可以包括：通信装置501，通信装置501与第二处理器106通信连接；温室作物灌溉系统通过通信装置501，建立与远端服务器之间的通信连接，以将环境信息、水泵104和相应的电磁阀的开关状态信息发送至远端服务器。
[0124]
即本实用新型提供的温室作物灌溉系统，能实时将采集到的环境信息、对水泵104和相应的电磁阀进行调节后的开关状态信息，均发送至远端服务器。位于远端服务器一侧的农业专家就不需要亲自到温室内进行上述信息的采集，就能够获取到一手信息数据，将其作为信息数据的采集手段，有利于科研数据的收集；另外，农业专家也可以及时根据上述信息，判断出当前所采用的调节手段是否合适，以便及时的采取人工干预。
[0125]
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，结合图5所示，本实用新型提供的温室作物灌溉系统，还可以包括：显示装置502，显示装置502用于展示所采集的上述环境信息、水泵104和相应的电磁阀的开关状态信息。
[0126]
具体地，上述显示装置502可以装设在用于进行温室管理的控制室内，这样作业人员就能够实时、直观的掌握当前各温室的相关状态，便于统一化管理。
[0127]
进一步地，在显示装置502上还可以设置预警模块，以对现场的设备故障等进行预警，例如针对水泵104故障、电磁阀管路堵塞、电机故障等进行预警，以替代人工巡查。
[0128]
图6是本实用新型提供的温室作物灌溉系统的结构示意图之三，如图6所示，作为一种可选实施例，本实用新型提供的温室作物灌溉系统，还可以包括：用于手动控制水泵104和相应的电磁阀启停的手动操控器601；
[0129]
手动操控器601与灌溉控制子系统102以及环境控制子系统通信连接。
[0130]
本实用新型通过增设手动操控器以使得相关人员可以采用人工手动操作的方式对温室内的相关设备进行手动控制，通过这样的双操控能够将人工经验与自动化运行相结合，两者取长补短，实现对于待灌溉温室的灌溉。
[0131]
为了便于对本实用新型提供的温室作物灌溉系统的理解，以下通过一个实例说明本实用新型提供的温室作物灌溉系统。温室作物灌溉系统的具体工作流程如下：
[0132]
在温室作物灌溉系统用于灌溉的情况下，第一处理器103基于接收到的模拟量信息，在灌溉时间内控制加水阀116、施肥调节阀112和回流控制阀113关闭，并根据灌溉量开启灌溉阀107，水源110的水经灌溉阀107、止回阀115、过滤器117、水泵104和流量计118直接
进入各待灌溉温室内。第一处理器103还可以控制待灌溉温室内的田间控制阀开启，以在上述灌溉时间内执行上述灌溉量的施灌。
[0133]
在温室作物灌溉系统用于施肥的情况下，若肥液池114作为母液池，则肥液池114中的肥料原液，在灌溉的同时(即在灌溉阀107开启的情况下)，第一处理器103在灌溉时间内根据灌溉量控制施肥调节阀112和回流控制阀113开启，肥料原液与水源110的水混合后进入各待灌溉温室内。上述肥料原液与水源110的水混合后的一部分经回流控制阀113回流至肥液池114，并经ec/离子传感器119检测。根据ec/离子传感器119的检测结果可以确定施肥调节阀112的开度。若肥液池114中为已调配好的肥液，则第一处理器103在灌溉时间内控制灌溉阀107关闭，并根据灌溉量控制施肥调节阀112和回流控制阀113开启，将肥液池114中的肥液直接输送至各待灌溉温室。
[0134]
特别地，在液位传感器120检测到肥液池114中的肥料原液或肥液的液位不足的情况下，第一处理器103可以基于液位传感器120发送的加水信息，控制加水阀116开启。加水阀116开启后，可以向肥液池114加入肥料，对肥液池114中的肥液浓度进行调配。
[0135]
在温室作物灌溉系统用于灌溉和/或施肥的情况下，第一处理器103根据接收到的模拟量信息，在待灌溉温室1内的作物1需要灌溉和/或施肥的情况下，控制待灌溉温室1内的田间控制阀108开启，并控制其余待灌溉温室的田间控制阀108关闭；在待灌溉温室1内的作物1、待灌溉温室2内的作物2以及更多温室内的作物都需要灌溉和/或施肥的情况下，第一处理器103可以根据逻辑控制顺序，先控制待灌溉温室1内的田间控制阀108开启，在待灌溉温室1结束灌溉和/或施肥后，控制待灌溉温室1内的田间控制阀108关闭，然后再控制待灌溉温室2内的田间控制阀108开启，以此类推。以确保每一待灌溉温室在灌溉和/或施肥时的精准性，以及进入每一待灌溉温室内的水流与压力的稳定性。
[0136]
综上所述，本实用新型提供的温室作物灌溉系统，通过采集环境信息，自动实现对于温室作物的灌溉以及温室环境的自动调节，自动化程度高，有效地节省了人力，提高了作物灌溉的及时性和精度，为温室作物的增产增效提供了保障。
[0137]
以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0138]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的系统。
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最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术
方案的精神和范围。