用于水稻的智能灌溉系统的制作方法

本发明涉及农业技术领域，具体涉及用于水稻的智能灌溉系统。

背景技术：

现有常规稻田灌水方式是“浅灌深蓄”或“浅灌中蓄”方式，即实行浅水灌溉，降水则深蓄或中蓄。通过人工调节，将田间水层深度控制在适宜水层上下之间。其特点是水稻在整个生育期里，除分蘖末期有一次落干(落水晒田)外，其余阶段田间均有水层。

由于不同田块高度不一样，目前的灌溉方式是通过一条沟渠，使得每个田块的水位达到相同的水平面，而实际的农田的水位由于田块的高度原因而无法达到期望的水位。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供用于水稻的智能灌溉系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了用于水稻的智能灌溉系统，包括感知装置、基站设备、远程服务器、控制设备、水泵以及与水泵连接的多个电磁阀；所述感知装置包括多个随机部署于设定的水稻监测区域内的传感器节点；传感器节点采集的农田水位感知参数最终传送到基站设备，进而由基站设备将接收到的农田水位感知参数传送到远程服务器；所述的远程服务器存储有根据水稻栽培的要求设定的农田水位阈值，远程服务器根据接收到的农田水位感知参数判断各农田水位是否在设定的农田水位阈值范围之内，如果一田块的水位低于农田水位阈值下限，远程服务器发送水泵开启指令给控制设备以开启所述水泵，同时给对应该田块的电磁阀发送开启指令，实现农田水位的精准控制。

优选地，当传感器节点采集到田块的水位达到农田水位阈值上限时，所述远程服务器给对应该田块的电磁阀发送关闭指令，关闭对应该田块的电磁阀。

优选地，当所有电磁阀关闭时，所述远程服务器向控制设备发送水泵关闭指令以关闭水泵。

本发明的有益效果为：通过利用无线传感器网络技术获取农田水位感知参数并将农田水位感知参数传输至远程服务器，远程服务器根据所获得农田水位感知参数和农田水位阈值，确定农田灌溉量，并向控制设备和电磁阀发送相应的指令，从而实现不同田块的水位控制，以达到不同高度水稻田的节水精准灌溉。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明一个示例性实施例用于水稻的智能灌溉系统的结构示意框图；

图2是本发明一个示例性实施例的远程服务器的结构示意框图。

附图标记：

感知装置1、基站设备2、远程服务器3、控制设备4、水泵5、电磁阀6、存储模块10、分析模块20、指令生成模块30。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本实施例提供的用于水稻的智能灌溉系统，包括感知装置1、基站设备2、远程服务器3、控制设备4、水泵5以及与水泵5连接的多个电磁阀6；所述感知装置1包括多个随机部署于设定的水稻监测区域内的传感器节点；传感器节点采集的农田水位感知参数最终传送到基站设备2，进而由基站设备2将接收到的农田水位感知参数传送到远程服务器3；所述的远程服务器3存储有根据水稻栽培的要求设定的农田水位阈值，远程服务器3根据接收到的农田水位感知参数判断各农田水位是否在设定的农田水位阈值范围之内，如果一田块的水位低于农田水位阈值下限，远程服务器3发送水泵开启指令给控制设备4以开启所述水泵5，同时给对应该田块的电磁阀发送开启指令，实现农田水位的精准控制。

在一种实施方式中，当传感器节点采集到田块的水位达到农田水位阈值上限时，所述远程服务器3给对应该田块的电磁阀发送关闭指令，关闭对应该田块的电磁阀。

在一种实施方式中，当所有电磁阀关闭时，所述远程服务器3向控制设备4发送水泵关闭指令以关闭水泵5。

在一种能够实现的方式中，如图2所示，所述的远程服务器3包括存储模块10、分析模块20、指令生成模块30，其中存储模块10、指令生成模块30与分析模块20连接。所述存储模块10设有用于存储根据水稻栽培的要求设定的农田水位阈值的数据库，以及用于存储所接收的农田水位感知参数的数据库。分析模块20根据接收到的农田水位感知参数判断各农田水位是否在设定的农田水位阈值范围之内，如果一田块的水位低于农田水位阈值下限，生成判断结果并发送至指令生成模块30，指令生成模块30根据判断结果生成所述的水泵开启指令。

本发明上述实施例通过利用无线传感器网络技术获取农田水位感知参数并将农田水位感知参数传输至远程服务器3，远程服务器3根据所获得农田水位感知参数和农田水位阈值，确定农田灌溉量，并向控制设备4和电磁阀发送相应的指令，从而实现不同田块的水位控制，以达到不同高度水稻田的节水精准灌溉。

在一个实施例中，网络初始化后，传感器节点根据基站设备2广播的分簇消息先选举出簇头并分簇；簇头负责收集簇内传感器节点采集的农田水位感知参数，并将收集的农田水位感知参数传输至基站设备2。在一种能够实现的方式中，选举出簇头的方法为，为所有传感器节点选取一个0到1之间的随机数，如果这个随机数小于预先设定的一个门限值，则该传感器节点被选为簇头，如果选举出来的两个簇头距离较近，则其中剩余能量高的传感器节点会作为簇头。还可以通过其他选举簇头的方法进行簇头选举和分簇。本实施例对具体的分簇方法不作限定。

在一个实施例中，分簇完成后，簇头获取到簇内传感器节点的最大剩余能量pmax0、最小剩余能量pmin0，根据下列的权级划分公式为自己及簇内各传感器节点分配权级，并按照设定的周期及时更新自己与簇内各传感器节点的权级信息：

式中，gi为传感器节点i的权级，y为设定权级数；int为取整函数，表示对进行取整运算；

若簇头的当前权级低于簇内传感器节点的平均权级，则在簇内最大权级的传感器节点中选择距离自身最近的传感器节点作为新簇头，以实现簇头轮换。

本实施例以能量为依据，设定了权级划分公式，并根据权级划分公式对各传感器节点进行权级分配；本实施例规定簇头在当前权级低于簇内传感器节点的平均权级时进行簇头轮换，有利于均衡分簇内各传感器节点的能量，避免簇头因能量快速消耗而失效，为用于水稻的智能灌溉系统稳定运行奠定良好基础。

在一个实施例中，以簇头为根节点，簇内传感器节点根据权级划分成多个子簇，并随着权级信息的更新而重新划分子簇；其中每个子簇内的传感器节点的权级相同；对于每个子簇，若子簇内的传感器节点满足下列公式，则作为子根节点，直接与簇头进行通信，而每个非子根节点在比它权级高一级的子簇内的子根节点中选择下一跳节点：

或者

式中，eio为传感器节点i与簇头的距离，ωi表示传感器节点i的邻居节点集，ejo为传感器节点i的邻居节点集中的传感器节点j与簇头的距离；ψi表示传感器节点i所在的子簇，eko为传感器节点i所在的子簇中的传感器节点k到簇头的距离。

本实施例设定了簇内传感器节点到对应簇头的通信机制，该通信机制中，根据权级划分成多个子簇，并在每个子簇内确定与簇头直接通信的子根节点，而每个非子根节点在比它权级高一级的子簇内的子根节点中选择下一跳节点。

本实施例通过设置子根节点的当选条件并限制农田水位感知参数转发的跳数，有利于尽可能降低农田水位感知参数传输的能耗，通过限定下一跳节点始终是权级高一级的传感器节点，能够降低簇内低能量传感器节点的能耗，使得网络的负载能够被分担到簇内高能量的传感器节点上，均衡了网络中的能量消耗，有助于延长无线传感器网络的生命周期，提高用于水稻的智能灌溉系统的稳定性。

在一个实施例中，非子根节点将比它权级高一级的子簇内的各子根节点作为备选节点，构建备选节点列表，非子根节点按照下列公式计算各备选节点的优势值，将备选节点列表中的各备选节点按照优势值由大到小的顺序进行排序：

式中，hab为非子根节点a的备选节点b的优势值，eab为非子根节点a与所述备选节点b的距离，ebo为所述备选节点b与对应簇头的距离，u为簇距离，w1、w2为设定的权重系数，且满足w1+w2＝1；

非子根节点在选择下一跳节点时，在备选节点列表中选择排序最前的备选节点作为下一跳节点。

其中，非子根节点的备选节点列表随着权级信息的更新而更新。

本实施例基于备选节点的相对位置设定了优势值的计算公式，并根据备选节点的优势值大小对备选节点列表中的各备选节点进行排序。本实施例只需要进行一次的优势值计算，在后续备选节点列表的更新中只需要删除不符合权级条件的备选节点或者增加新的备选节点，提高了下一跳节点的选择效率，优化了无线传感器网络的性能。非子根节点在选择下一跳节点时，在备选节点列表中选择排序最前的备选节点作为下一跳节点，有利于节省农田水位感知参数转发的能耗，提高农田水位感知参数转发的可靠性。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。