本发明属于控制技术领域，具体涉及一种基于大数据分析的智能水肥管理系统。
背景技术：
水资源是基础性的自然资源和重要的战略资源，我国水资源供需矛盾突出仍然是可持续发展的主要瓶颈。2016年全国农业用水3768.0亿立方米，占用水总量的62..4％，农业总用水量中约90％为灌溉用水量。目前，我国农业用水效率不高，2016年农田灌溉水有效利用系数0.542，与发达国家0.7-0.8的利用系数差距很大，灌溉节水潜力很大。改变传统的高耗水灌溉模式，实施水肥一体化是我国重要的灌溉节水控肥方式。
智能注肥系统是将灌溉节水技术、信息技术、控制技术、智能诊断技术、网络技术等集成起来，通过计算机通用化和单元化的设计程序，构筑作物生长所需的水肥信息、供水流量、压力、土壤水分、气象资料自动监测与控制的系统，能够进行水、肥、土壤环境因子的模拟优化以实现智能灌溉。
我国节水灌溉工程中使用的智能注肥系统大多采用国外进口的产品，这些产品能够通过电缆连接通讯、电话通讯或无线电传输等方式从远距离自动和精确地实施灌溉、施肥过程，性能良好，但是价格昂贵，且对我国多变化的环境条件和作物种植制度不能完全适用，不适合在我国推广应用。国内也有部分厂家进行智能注肥系统的研究和生产，这些产品可与各种滴、喷灌系统相连接，实时监测土壤墒情，根据要求自动进行灌溉，但是在以作物生长需求为目标的水肥需求智能诊断农业专家系统还较少见，而且无法实现远程控制注肥系统进行灌溉，一定程度上限制了注肥系统的普及。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于大数据分析的智能水肥管理系统。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于大数据分析的智能水肥管理系统，包括云数据中心、监控单元、第一通信单元和多个检测单元，所述监控单元和第一通信单元均设置在监控中心，多个所述检测单元分别设置在不同的田块内；
所述云数据中心，用于存储系统数据；
所述第一通信单元，与所述监控单元连接，用于实现数据和控制指令传输；
所述监控单元包括上位机、报警器、显示屏和操控面板，所述上位机内设置有第一控制器、数据存储单元、数据分析单元、大数据决策单元和信息检索单元；
所述第一控制器，用于接收所述检测单元发送的田块内检测数据，并将检测数据发送到所述数据存储单元和数据分析单元，同时向所述检测单元发送控制指令；
所述数据存储单元，用于存储所述第一控制器接收到的田块内检测数据和所述数据分析单元的分析结果；
所述数据分析单元，用于对田块内检测数据进行分析处理并将处理结果发送到所述大数据决策单元，同时通过所述第一控制器将分析结果发送到所述数据存储单元和云数据中心；
所述大数据决策单元，用于接收所述数据分析单元的分析结果，且内设环境参数阈值，将接收到的分析结果与预先设置的环境参数阈值作比较并根据比较结果判断田块内环境状态、是否通知管理人员及是否发送控制指令、形成控制指令，将控制指令发送到所述第一控制器；
所述信息检索单元，用于对历史监测数据和分析数据进行快速搜索；
所述报警器，用于当田块内检测数据非正常时报警提示；
所述显示屏，用于对所述运行参数及运行状态进行显示；
所述操控面板，用于输入控制指令；
所述操控面板与所述第一控制器的信号输入端电连接，所述报警器和所述显示屏均与所述第一控制器的信号输出端电连接，数据存储单元、数据分析单元和信息检索单元均与与所述第一控制器双向连接，所述大数据决策单元与所述数据分析单元和第一控制器电连接；
每个所述检测单元均包括数据采集单元、第二控制器、第二通信单元和摄像头；
所述第二通信单元，与所述第二控制器连接，用于实现数据和控制指令传输；
所述数据采集单元，用于检测田块内环境状态和设备运行数据并将检测数据发送到所述第二控制器；
所述第二控制器，用于接收所述数据采集单元发送来的检测数据并对检测数据进行处理，然后将处理后的数据通过所述第二通信单元发送出去到所述第一控制器，同时接收所述第一控制器发送来的控制指令并将所述控制指令发送到田块内的执行元件；
所述数据采集单元与所述第二控制器的信号输入端电连接，田块内的执行元件与所述第二控制器的信号输出端电连接，所述第二通信单元与所述第二控制器双向连接，所述摄像头与所述第二通信单元连接，所述第一通信单元和第二通信单元通过移动基站通信连接。
优选地，所述数据采集单元包括设置在所述田块内的空气温湿室度传感器、光照强度传感器、气压传感器、土壤水分传感器、土壤ph值传感器、病虫害监测传感器和农残监测传感器；
及设置在田块内水肥设备上的流量传感器、压力传感器；
根据所述空气温湿室度传感器、光照强度传感器和土壤水分传感器的值确定浇灌水量；根据所述土壤ph值传感器的值确定施肥量和水肥比；根据所述病虫害监测传感器和农残监测传感器确定是否进行杀虫措施；根据流量传感器、压力传感器的值确定水压调节方式。
优选地，所述上位机为手机或pc机。
优选地，所述第一通信单元和第二通信单元为gprs、3g、4g、wifi或zigbee终端无线通讯单元。
优选地，所述数据采集单元还包括设置在所述田块内的微量元素检测模块。
优选地，还包括身份认证单元，所述身份认证单元用于存储和认证用户的身份信息，所述身份认证单元与所述第一控制器双向连接。
优选地，所述第一控制器和所述第二控制器均为plc控制器。
优选地，还包括公众平台，所述公众平台通过移动基站与所述第一控制器通信连接。
本发明提供的基于大数据分析的智能水肥管理系统可实现田块联网监控管理，实时的了解田块内部的运行状况，有效监控全部设备运行，不用管理人员频繁现地巡查，减少工作量，实现数据收集和大数据分析，实现全自动控制。
基于大数据分析的智能水肥管理系统是一个相互配合、彼此依存的耦合系统，通过监测并调节农业系统内部的土壤一水分一肥料一空气和作物生长之间的关系，使之处于最佳状态，最大限度地挖掘农业系统内在的潜力，充分发挥农业水肥资源的效益，减少外部资源的投入，最终实现作物优质高产、水肥低耗高效的目标。
附图说明
图1为本发明实施例1的基于大数据分析的智能水肥管理系统的连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明的技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连。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发明中的具体含义。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，在此不再详述。
实施例1
本发明提供了一种基于大数据分析的智能水肥管理系统，具体如图1所示，包括云数据中心1、监控单元、第一通信单元2和多个检测单元，监控单元和第一通信单元2均设置在监控中心，多个检测单元分别设置在不同的田块内。需要在田块内设置保护装置，将检测单元中的部分部件安装在里面。
具体的，云数据中心1，用于存储系统数据，包括检测单元对田块的原始检测数据及监控单元对原始数据进行处理后的数据，此处的数据可以长期保存，随时可调取，用于人们对不同时期、不同种植物的田块情况进行研究，促进农业发展。
第一通信单元2，与监控单元连接，用于实现数据和控制指令传输；由于监控单元设置在监控中心，检测单元分别设置在不同的田块内，因此需要设置通信单元是两者之间实现数据的传输。
监控单元包括上位机、报警器3、显示屏4和操控面板5，上位机内设置有第一控制器6、数据存储单元7、数据分析单元8、大数据决策单元9和信息检索单元10；
第一控制器6，用于接收检测单元发送的田块内检测数据，并将检测数据发送到数据存储单元7和数据分析单元8，同时向检测单元发送控制指令；数据存储单元7，用于存储第一控制器6接收到的田块内检测数据和数据分析单元8的分析结果；数据分析单元8，用于对田块内检测数据进行分析处理并将处理结果发送到大数据决策单元9，同时通过第一控制器6将分析结果发送到数据存储单元7和云数据中心1；大数据决策单元9，用于接收数据分析单元8的分析结果，且内设环境参数阈值，将接收到的分析结果与预先设置的环境参数阈值作比较并根据比较结果判断田块内环境状态、是否通知管理人员及是否发送控制指令、形成控制指令，将控制指令发送到第一控制器6；信息检索单元10，用于对历史监测数据和分析数据进行快速搜索；报警器3，用于当田块内检测数据非正常时报警提示；显示屏4，用于对运行参数及运行状态进行显示；操控面板5，用于输入控制指令。
操控面板5与第一控制器6的信号输入端电连接，报警器3和显示屏4均与第一控制器6的信号输出端电连接，数据存储单元7、数据分析单元8和信息检索单元10均与与第一控制器6双向连接，大数据决策单元9与数据分析单元8和第一控制器6电连接；
每个检测单元均包括数据采集单元11、第二控制器12、第二通信单元17和摄像头13；第二通信单元17，与第二控制器12连接，用于实现数据和控制指令传输；数据采集单元11，用于检测田块内环境状态和设备运行数据并将检测数据发送到第二控制器12；第二控制器12，用于接收数据采集单元11发送来的检测数据并对检测数据进行处理，然后将处理后的数据通过第二通信单元17发送出去到第一控制器6，同时接收第一控制器6发送来的控制指令并将控制指令发送到田块内的执行元件14；执行元件14包括灌溉设备、水肥控制器、农药喷洒器、灭虫灯等。
数据采集单元11与第二控制器12的信号输入端电连接，田块内的执行元件14与第二控制器12的信号输出端电连接，第二通信单元17与第二控制器12双向连接，摄像头13与第二通信单元17连接，第一通信单元2和第二通信单元17通过移动基站17通信连接。
数据采集单元11包括设置在田块内的空气温湿室度传感器、光照强度传感器、气压传感器、土壤水分传感器、土壤ph值传感器、病虫害监测传感器和农残监测传感器；及设置在田块内水肥设备上的流量传感器、压力传感器。
根据空气温湿室度传感器、光照强度传感器和土壤水分传感器的值确定浇灌水量；根据土壤ph值传感器的值确定施肥量和水肥比；根据病虫害监测传感器和农残监测传感器确定是否进行杀虫措施；根据流量传感器、压力传感器的值确定水压调节方式。
本实施例中，上位机为手机或pc机，也可为两者兼并，根据实际需求选择。第一通信单元2和第二通信单元17为gprs、3g、4g、wifi或zigbee终端无线通讯单元，实现数据的无线传输。
进一步地的，为了对田块内环境进行精确检测和控制，数据采集单元11还包括设置在田块内的微量元素检测模块。
同时，还包括身份认证单元15，身份认证单元15用于存储和认证用户的身份信息，身份认证单元15与第一控制器6双向连接，可设置身份认证分发给各管理人员
本实施例中第一控制器6和第二控制器12均为plc控制器。
本实施例还包括公众平台16，公众平台16通过移动基站18与第一控制器6通信连接。可将公众平台集成在微信等社交软件上，工作人员可通过公众平台实时查看田块内各设备的运行情况。
以上所述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。