基于物联网的稻田高温热害智能灌排水系统的制作方法

本发明涉及稻田灌溉，具体涉及基于物联网的稻田高温热害智能灌排水系统。

背景技术：

1、对稻田高温热害防护方式来说，主要针对高温天气中导致稻田水温度急剧升高而影响到水稻的生长状态，对此参照公开号为cn108925583a公开了一种水稻抗高温制剂及其使用方法中提出的技术内容，但该技术运用需要一定环境条件，且需要植株吸收后才能起效，在高温来临时，防治效果具有一定滞后性，生产中通常需要配合水分调控等关键措施共同进行。

2、为此，本技术采用“以水调温”的方式展开，具体为：在环境温度达到峰值后，采取灌排水的方式“置换”稻田用水，对此需要进一步说明的是：一亩水稻需要用水40～100m3，而在高温环境下，受日光照的影响，“置换”后的稻田“新水”再次被升温，所以需要“再次”置换稻田用水，另外，随着太阳光的照射，温度的升高现象主要集中在水表层，可以理解为：恒定体积的稻田用水上层温度高于下层温度，对此单日中“置换”的稻田用水量较大，且对水泵等结构的耗能较大；

3、还需要进一步说明的是：长期“置换”稻田用水，导致稻田中的营养成分流失，也会影响到水稻的生长状况，对此本申请提出了一种解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于物联网的稻田高温热害智能灌排水系统，用于解决当前用于稻田高温热害防治中存在用水量较大、污染稻田土壤或造成稻田土壤营养成分流失的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：基于物联网的稻田高温热害智能灌排水系统，包括数据收集传输模块、数据分项分析模块和控制模块，数据收集传输模块用于收集稻田的环境温度参数和区域面积参数，并将环境温度参数、区域面积参数发送到数据分项分析模块中；

3、数据分项分析模块以环境温度参数和区域面积参数生成传热温度计算公式和换水量计算公式，根据传热温度计算公式和换水量计算公式分别计算得到传热温度变值和换水量变值，并在数据分项分析模块中设置稻田热害温度峰值和环境温度参数的检测间断时间，并在稻田热害温度峰值和传热温度变值之间设置有过渡阈值，过渡阈值小于稻田热害温度峰值，并以换水量变值、过渡阈值和稻田热害温度峰值生成换水间隙系数计算公式得到控制系数；

4、控制模块根据传热温度变值、换水量变值和控制系数生成动作参数库，以动作参数库生成水泵的灌排水动作指令，动作参数库包括水泵的动作节点、输出功率以及水泵在启动时间中的注水动作和排水动作。

5、进一步设置为：环境温度参数通过设置在稻田中的温度传感器检测得到，检测数据为温度热量值，区域面积参数中包括稻田面积和稻田水液位高度，以稻田面积和稻田水液位高度计算得到排水量。

6、进一步设置为：传热温度计算公式为：ti＝ti-1+qi/(mi*c)*t，其中qi为环境温度参数、c为水的比热容、mi为稻田含水总量、t为检测间断时间，在传热温度计算公式中，包含如下动态细节：

7、动态细节一：mi为稻田面积、稻田水液位高度、水的密度的乘值，且mi用于表示换水量变值，换水量计算公式为：mi＝m0-n1+n2，其中的m0为稻田含水保有量、n1为排水量、n2为注水量；

8、动作细节二：ti、ti-1、qi和mi中的i为水泵中的动作节点，i取连续正整数，ti-1为第i动作节点中的初源温度变值，ti为第i动作节点中的传热温度变值。

9、进一步设置为：通过传热温度计算公式和换水量计算公式，且赋予稻田热害温度峰值和过渡阈值分别为t∧、t∨，t∧、t∨为温度热量值，并生成如下运行状态：

10、运行状态一：设置mi为换水量变值中的初始数值，其中的n1＝n2＝0，并生成ti＝qi/(mi*c)*t得到ti，在ti＜t∨时，用于表示无损状态，灌排水动作指令生成且水泵不启动；

11、运行状态二：在t∨＜ti＜t∧时，用于表示逼近状态，灌排水动作指令生成且水泵启动，在水泵启动过程，包含如下步骤：

12、步骤一：首先通过水泵执行排水动作并抽出稻田中n1的水分后，在排水动作完成后执行注水动作向稻田补充n2的水分，n2＞0、n1＞0；

13、步骤二：取|ti-t∨|和|ti-t∧|的绝对值，并将绝对值用于换水间隙系数计算公式中的换算因数，换水间隙系数计算公式为：g＝|ti-t∨|/|ti-t∧|，g为控制系数，并将g发送到动作参数库中，且将g代入到换水量计算公式中并控制排水动作和注水动作，用于调节水泵排水动作和注水动作中的输出功率；

14、运动状态三：在ti＞t∧中，用于表示临界状态，灌排水动作指令生成且水泵启动，在水泵启动过程中，排水动作和注水动作同时运行，取ti-t∧的数值并重新生成换水间隙系数计算公式为g＝|ti-t∨|/|t∨-t∧|，并将g重新发送到动作参数库中，用于调节水泵排水动作和注水动作中的输出功率。

15、进一步设置为：在执行注水动作和排水动作中，通过m0、n1、n2、ti-1和ti再次生成二次混合温度计算公式：tg＝[ti*(m0-n1)+t0*n2]/m0，其中的tg为二次混合温度、t0为排水动作中的水温，在运行状态二中取ti-t∨的数值，以及在运行状态三取ti-t∧的数值，并将ti-t∨和ti-t∧代入到tg计算得到n1或n2，并将运行状态二和运行状态三中的g代入到n1或n2中。

16、进一步设置为：在排水动作中，水泵的排水端位于稻田水液面的下侧，且水泵的排水端与稻田水液面之间的距离为2.5～3.5cm，在注水动作中，水泵的注水端位于稻田水液面的底层位置上。

17、本发明具备下述有益效果：

18、1、本发明针对稻田高温热害防治采取灌排水的水层管理方式，具体表现是：以环境温度对稻田用水的传热过程反馈出稻田用水的温度数值，结合稻田热害温度峰值实现“置换”稻田用水的技术手段，“置换”稻田用水这一过程由水泵的抽水和排水两个动作，并且在抽水过程主要“针对”稻田用水表层2.5～3.5cm的部分，其目的是：在完成“置换”稻田用水的基础上，避免因为“完全”置换稻田用水导致稻田中营养成分的流失；

19、2、具体的说明是：本发明中提出的灌排水系统中是在稻田热害温度峰值的基础上增设过渡阈值，整体控制过程并非以稻田热害温度峰值作为判断数据，而是根据过渡阈值生成预先“置换”的处理方式，其目的是：避免稻田中的实际温度接近或达到稻田热害温度峰值时，因为“置换”稻田用水这一过程所消耗的时间而加剧稻田中水稻的受损状况；

20、3、进一步补充说明的是：以过渡阈值和稻田热害温度峰值作为参考数据再次生成控制系数，并以控制系数生成灌排水动作指令，其目的是：根据稻田中的实际温度作为前驱参数，作为控制水泵的启动时间中的排水量、注水量，具体表现为：加快或降低稻田用水中换热过程所需要的时间。

技术特征：

1.基于物联网的稻田高温热害智能灌排水系统，其特征在于，包括数据收集传输模块、数据分项分析模块和控制模块，数据收集传输模块用于收集稻田的环境温度参数和区域面积参数，并将环境温度参数、区域面积参数发送到数据分项分析模块中；

2.根据权利要求1所述的基于物联网的稻田高温热害智能灌排水系统，其特征在于，环境温度参数通过设置在稻田中的温度传感器检测得到，检测数据为温度热量值，区域面积参数中包括稻田面积和稻田水液位高度，以稻田面积和稻田水液位高度计算得到排水量。

3.根据权利要求1所述的基于物联网的稻田高温热害智能灌排水系统，其特征在于，传热温度计算公式为：ti＝ti-1+qi/(mi*c)*t，其中qi为环境温度参数、c为水的比热容、mi为稻田含水总量、t为检测间断时间，在传热温度计算公式中，包含如下动态细节：

4.根据权利要求3所述的基于物联网的稻田高温热害智能灌排水系统，其特征在于，通过传热温度计算公式和换水量计算公式，且赋予稻田热害温度峰值和过渡阈值分别为t∧、t∨，t∧、t∨为温度热量值，并生成如下运行状态：

5.根据权利要求4所述的基于物联网的稻田高温热害智能灌排水系统，其特征在于，在执行注水动作和排水动作中，通过m0、n1、n2、ti-1和ti再次生成二次混合温度计算公式：tg＝[ti*(m0-n1)+t0*n2]/m0，其中的tg为二次混合温度、t0为排水动作中的水温，在运行状态二中取ti-t∨的数值，以及在运行状态三取ti-t∧的数值，并将ti-t∨和ti-t∧代入到tg计算得到n1或n2，并将运行状态二和运行状态三中的g代入到n1或n2中。

6.根据权利要求5所述的基于物联网的稻田高温热害智能灌排水系统，其特征在于，在排水动作中，水泵的排水端位于稻田水液面的下侧，且水泵的排水端与稻田水液面之间的距离为2.5～3.5cm，在注水动作中，水泵的注水端位于稻田水液面的底层位置上。

技术总结
本发明公开了基于物联网的稻田高温热害智能灌排水系统，涉及稻田灌溉技术领域，本发明是采用灌排水的方式来防护稻田高温热害，具体表现是以环境温度对稻田用水的传热过程反馈出稻田用水的温度数值，结合稻田热害温度峰值实现“置换”稻田用水的技术手段，从而起到降低稻田用水的目的，更具体的说：在稻田热害温度峰值的基础上增设过渡阈值，根据过渡阈值生成预先“置换”的处理方式，并优化整体灌排水过程，是以过渡阈值与传热温度变值、初源温度变值生成控制系数，用来控制灌排水过程中的相关参数，其目的是：在充分防止稻田高温热害的基础上，降低整体灌排水过程中的用水量，以及避免造成稻田中营养成分的过多流失。

技术研发人员：车阳,李可,蒋伟勤,杜小凤,杨文飞,顾大路,章安康
受保护的技术使用者：江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15