本發(fā)明屬于智慧農(nóng)業(yè)領域,具體是一種集成型太陽能土壤墑情水位監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)控制水閥系統(tǒng)。
背景技術:
1、隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術的迅猛進步與全球?qū)沙掷m(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展的高度重視,精準灌溉與高效水資源管理策略已逐漸成為提升農(nóng)作物產(chǎn)量、優(yōu)化農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)及促進農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的核心驅(qū)動力。傳統(tǒng)灌溉方式,如漫灌或定時定量的簡單機械灌溉,往往依賴于經(jīng)驗判斷或固定時間表,忽視了作物生長的實際需水量、土壤濕度、氣候條件以及作物種類間的差異,這不僅導致了水資源的嚴重浪費,還可能因灌溉不足或過量而影響作物生長周期、產(chǎn)量穩(wěn)定性及最終產(chǎn)品的營養(yǎng)價值和口感。
2、為解決上述問題,現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領域引入了精準灌溉技術,這一技術融合了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、智能感知與自動化控制等現(xiàn)代信息技術,實現(xiàn)了對農(nóng)田灌溉的精細化、智能化管理。通過安裝在農(nóng)田中的各類傳感器(如土壤濕度傳感器、氣象站等),精準灌溉系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測農(nóng)田環(huán)境參數(shù),包括土壤水分含量、土壤溫度、空氣濕度、光照強度及風速等,為作物提供定制化的灌溉方案。這些數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡傳輸至中央控制平臺,經(jīng)過算法分析后,系統(tǒng)能夠自動調(diào)節(jié)灌溉設備的運行狀態(tài),調(diào)整灌溉時間和水量,確保每株作物都能獲得最適宜的水分供給。此外,智能灌溉大幅降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對地下水及淡水資源的依賴,同時減少了灌溉過程中的水分蒸發(fā)和滲漏損失。這種管理模式不僅提高了水資源的利用效率,還減輕了農(nóng)業(yè)活動對生態(tài)環(huán)境的負面影響,推動了農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境的和諧共生。
3、綜上所述,智能灌溉技術的應用,是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)向智能化、精準化轉(zhuǎn)型的重要標志,對于緩解水資源短缺、提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、保障糧食安全及促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
技術實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明針對背景技術中存在的問題,旨在提供一種集成型太陽能土壤墑情水位監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)控制水閥系統(tǒng),通過實時監(jiān)測土壤墑情和水位信息,實現(xiàn)精準灌溉和智能控制,提高水資源利用效率,促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
2、技術方案:
3、一種集成型太陽能土壤墑情水位監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)控制水閥系統(tǒng),它包括土壤墑情檢測器、水位檢測器、中央控制器、水閥閥體模塊、通信模塊、云端服務器、個人終端、內(nèi)置儲能電池和太陽能板,其中:
4、土壤墑情檢測器用于檢測農(nóng)田地塊的土壤墑情,水位檢測器用于檢測稻田的水位,土壤墑情檢測器和水位檢測器的信號輸出端連接中央控制器的信號輸入端,中央控制器一方面通過通信模塊、云端服務器與個人終端通信,中央控制器另一方面連接水閥閥體模塊,中央控制器向水閥閥體模塊發(fā)出開關指令,同時接收水閥閥體模塊的開關狀態(tài)數(shù)據(jù);中央控制器、水閥閥體模塊、通信模塊均由內(nèi)置儲能電池供電,內(nèi)置儲能電池連接太陽能板充電。
5、優(yōu)選的,所述水閥閥體模塊還設置有實體開關。
6、優(yōu)選的,根據(jù)水田作物或旱田作物,中央控制器執(zhí)行相對應的水閥閥體模塊的控制策略。
7、具體的,對于水田作物,中央控制器執(zhí)行如下的控制策略:
8、
9、式中,t表示水閥閥體模塊的開啟持續(xù)時間,lt表示預設的目標水位,l1表示當前水位,s表示覆蓋面積,q1表示水閥閥體模塊的流量,q2表示地塊滲漏流量,q2=a*c*hn,其中,a表示滲道表坡面積,h表示滲水高程,n表示流動路徑,c為系數(shù)(具體測量方法以地塊滲漏流量通過現(xiàn)場放水,計算達到目標水位的時間,然后帶入公式進行反推計算獲得)。
10、具體的,對于旱田作物,中央控制器執(zhí)行如下的控制策略:
11、
12、式中,wt表示預設的目標土壤濕度,w1表示當前土壤濕度,d表示作物根系土壤厚度。
13、優(yōu)選的,所述水田作物包括水稻。
14、優(yōu)選的,所述旱田作物包括小麥、玉米、大豆、油菜。
15、優(yōu)選的:
16、對于水田作物的水閥系統(tǒng),移除土壤墑情檢測器;
17、對于旱田作物的水閥系統(tǒng),移除水位檢測器。
18、優(yōu)選的,所述通信模塊使用4g無線物聯(lián)網(wǎng)通訊技術,構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡wsn,利用gsm模塊實現(xiàn)遠距離數(shù)據(jù)傳輸。
19、優(yōu)選的,所述水閥閥體模塊的閥體使用耐腐蝕酸堿高強度的upvc材料制造,閥體口徑不小于200mm,為蝶閥、農(nóng)閥或球閥。
20、本發(fā)明的有益效果
21、本發(fā)明通過精準監(jiān)測農(nóng)田土壤濕度墑情等狀況,有效提高水分利用效率,減少無效灌溉和水資源浪費現(xiàn)象的發(fā)生;提供農(nóng)民決策的科學依據(jù),避免手感式的施肥、灌溉等操作,以實現(xiàn)農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量的雙重提升;實現(xiàn)農(nóng)田灌溉的自動化、遠程化,減輕農(nóng)民勞動強度,提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益和可持續(xù)性;為農(nóng)業(yè)科研提供了大量的數(shù)據(jù)支持,助力農(nóng)業(yè)科技的創(chuàng)新和發(fā)展。
1.一種集成型太陽能土壤墑情水位監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)控制水閥系統(tǒng),其特征在于它包括土壤墑情檢測器、水位檢測器、中央控制器、水閥閥體模塊、通信模塊、云端服務器、個人終端、內(nèi)置儲能電池和太陽能板,其中:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于所述水閥閥體模塊還設置有實體開關。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于根據(jù)水田作物或旱田作物,中央控制器執(zhí)行相對應的水閥閥體模塊的控制策略。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng),其特征在于對于水田作物,中央控制器執(zhí)行如下的控制策略:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng),其特征在于所述系數(shù)c的獲取方法為:通過現(xiàn)場放水,記錄達到目標水位的時間,然后代入公式中進行反推計算獲得。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng),其特征在于對于旱田作物,中央控制器執(zhí)行如下的控制策略:
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng),其特征在于所述水田作物包括水稻;所述旱田作物包括小麥、玉米、大豆、油菜。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng),其特征在于:
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于所述通信模塊使用4g無線物聯(lián)網(wǎng)通訊技術,構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡wsn,利用gsm模塊實現(xiàn)遠距離數(shù)據(jù)傳輸。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于所述水閥閥體模塊的閥體使用耐腐蝕酸堿高強度的upvc材料制造,閥體口徑不小于200mm,為蝶閥、農(nóng)閥或球閥。